一種新型Trans-Z源升壓變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[00011 本發(fā)明涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種新型Trans-Z源升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著化石能源的日益枯竭，世界各國都在大力開發(fā)新型可再生清潔能源， 如太陽能、燃料電池和風能等。但光伏、燃料電池等輸出的電壓很低，一般需要經(jīng)過DC/DC變 換器升壓，再經(jīng)過逆變器并網(wǎng)。然而許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損耗的限制， nD 無法實現(xiàn)大幅度的升壓，如反激變換器，其電壓增益為:η為變壓器匝比，D為占空比， 1 - L) 但由于變壓器等的寄生參數(shù)的影響，其增益受到限制；又如Trans-Z源變換器，其電壓增益 1 %-(~車交?變減有T-劍勺驗，艘駐麵白勺黝向，期曾翻麵麵。 1 - (/? -I-1 )D

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型Trans-Z源升壓變換 器。
[0004] 本發(fā)明電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感、第一電容、第一二極管、第二 電容、第二電感、第四電容、第二二極管、第三電容、匝比為l:n的變壓器、開關(guān)管、第三二極 管、輸出電容和負載。
[0005] 本發(fā)明電路具體的連接方式為:所述直流輸入電源Vin的正極與第一電感的一端和 第一電容的一端連接。所述第一電感的另外一端與第一二極管的陽極和第二電容的一端連 接。所述第一二極管的陰極與第一電容的另外一端和第二電感的一端連接。所述第二電容 的另外一端與第二電感的另外一端、第四電容的一端和第二二極管的陽極連接。所述第二 二極管的陰極與變壓器副邊的同名端連接。所述變壓器副邊的異名端與第三電容的一端和 變壓器原邊的同名端連接。所述變壓器原邊的異名端與第四電容的另外一端、開關(guān)管的漏 極和第三二極管的陽極連接。所述第三二極管的陰極與輸出電容的一端和負載的一端連 接。所述輸出電容與負載并聯(lián)。所述直流輸入電源V in的負極與第一電容的另外一端、開關(guān)管 的源極、輸出電容的另外一端和負載的另外一端連接。
[0006] 本發(fā)明電路具有的優(yōu)勢為：相比于傳統(tǒng)的反激變換器（其輸出電壓為 匕,,二)和Trans-Z源變換器(其輸出電壓為匕:二丄-(^ +）等DC/DC變換器， 在相同的占空比和輸入電壓的情況下，具有更高的輸出電壓，輸出電壓為 1=1^^ p:確刪白勺默#獅車俞觸釀訂，本鋼祕H驗車交4猶 空比就可以將低等級電壓升至高等級的電壓，而且輸入輸出共地等，因此本發(fā)明電路具有 很廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0007]圖1為一種米用開關(guān)電感的Trans-z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖2為一個開關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009]圖3a、圖3b為一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010]圖4為提出的電路、反激變換器和Trans-Z源變換器的增益Vcmt/Vir^占空比D變化 的波形圖。
【具體實施方式】
[0011]為以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述說明，但本發(fā)明的實施方 式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可 參照現(xiàn)有技術(shù)理解或?qū)崿F(xiàn)的。
[0012]本發(fā)明的基本拓撲結(jié)構(gòu)和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了分析方 便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS、第一二極管Di電流iDi、第二 二極管D2電流i D2、第三二極管D3電流iD3、第一電感1^電流iL1、第二電感1^ 2電流iL2、變壓器T的 勵磁電感1^電流i^、第一電容&電壓Vq、第二電容C 2電壓Vc2、第三電容C3電壓Vra和第四電容 C4電壓VC4的波形圖如圖2所示。
[0013]在如~。階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管S導通，第一二極管Di、第二二極管D2和第三二極管D3承受反向電壓 截止。直流輸入電源V in、第二電容C2和第四電容C4通過開關(guān)管S同時給第一電感1^充電，直流 輸入電源V in、第一電容Q和第四電容C4通過開關(guān)管S同時給第二電感1^2充電，第三電容C3通 過開關(guān)管S給變壓器T的勵磁電感Lm充電。此外，輸出電容Cmjt給負載供電。
[0014]在以~。階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管Di、第二二極管D2和第三二極管D3承受正向電壓 導通。直流輸入電源V in、第一電感U和第二電感L2通過第一二極管0:和第二二極管D2同時給 第一電容&、第二電容C 2和第三電容C3充電。直流輸入電源Vin、第一電感U和第二電感L2通 過第一二極管D:和第三二極管D 3同時給第一電容&、第二電容C2、第四電容C4、輸出電容Ccmt 和負載充電，變壓器T的勵磁電感Lm通過第二二極管出給第四電容C4充電，變壓器T的勵磁電 感Lm通過第三二極管D 3給第三電容C3、輸出電容Ccmt和負載充電。此外，直流輸入電源Vin、第 一電感Li、第二電感L 2和變壓器T的勵磁電感U通過第一二極管Di、第二二極管D2和第三二極 管D3同時給輸出電容Ccmt和負載充電。
[0015] 本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益推導如下。
[0016] 由于第一電感U與第二電感L2的電感值相等，第一電容Q與第二電容(：2的電容值 相等，則第一電感U與第二電感L 2的電壓、電流相等，第一電容&與第二電容C2的電壓、電流 相等。
[0017] 由第一電感Li、第二電感L2與變壓器T的勵磁電感Lm的電壓在一個開關(guān)周期內(nèi)的平 均值為零，可得到下列關(guān)系式。
[0018] (vin + Vcl + Fc4 )ton + -ξ----r^+ / t4 x toff =0 ( 1.) 2 2 2(/7 + 1)
[0019] V"ton ^ 0 (2) π十I
[0020] 又當開關(guān)管S關(guān)斷時，第一電容Ci的電壓Vci、輸出電壓V〇ut分別滿足下列關(guān)系式。 _] 4 = -(3:) 2 2 寸 1)
[0022] Vma^VC}+^-Vc4 (4) η + 1
[0023] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)、（4)可得到輸出電壓￥_與直流輸入電壓￥1"的關(guān)系。
[。。24] ^ = 1-(;?h-3)D^ (5) tiD 1
[0025]傳統(tǒng)反激變換器與Trans-Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為和^~^ (η 1-/) \-[ii + \)D 為變壓器匝比，D為占空比），當匝比n = 2時，本發(fā)明所提電路與反激變換器、Trans-Z源變換 器的穩(wěn)態(tài)增益比較圖如圖4所示，從圖4可知，當輸入電壓為10V時，本發(fā)明提出的電路只需 占空比為0.18就可以升至100V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項】
1. 一種新型Trans-Z源升壓變換器，包括直流輸入電源、第一電感(L1)、第一電容(C 1)、 第一二極管(D1)、第二電容(C2)、第二電感(L2)、第四電容(C4)、第二二極管(D 2)、第三電容 (C3)、匝比為l:n的變壓器(T)、開關(guān)管(S)、第三二極管(D 3)、輸出電容(Cciut)和負載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端和第一電容(Ci)的一端連接;所述第 一電感(Li)的另外一端與第一二極管(Di)的陽極和第二電容(C2)的一端連接;所述第一二 極管（D1)的陰極與第一電容（C 1)的另外一端和第二電感(L2)的一端連接;所述第二電容 (C2)的另外一端與第二電感(L 2)的另外一端、第四電容(C4)的一端和第二二極管(D2)的陽 極連接;所述第二二極管(D 2)的陰極與變壓器(T)副邊的同名端連接;所述變壓器(T)副邊 的異名端與第三電容(C3)的一端和變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異 名端與第四電容(C 4)的另外一端、開關(guān)管(S)的漏極和第三二極管(D3)的陽極連接;所述第 三二極管(D3 )的陰極與輸出電容(Cmjt)的一端和負載的一端連接;所述輸出電容(Cout)與負 載并聯(lián);所述直流輸入電源的負極與第一電容(Cl )的另外一端、開關(guān)管(S)的源極、輸出電 容(Cciut)的另外一端和負載的另外一端連接。2. 根據(jù)權(quán)利1要求所述一種新型Trans-Z源升壓變換器，其主要特征在于:輸出電壓Vciut 與直流輸入電壓關(guān)系為
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型Trans-Z源升壓變換器。所述變換器包括直流輸入電源、第一電感（<i>L</i>1）、第一電容（<i>C</i>1）、第一二極管（<i>D</i>1）、第二電容（<i>C</i>2）、第二電感（<i>L</i>2）、第四電容（<i>C</i>4）、第二二極管（<i>D</i>2）、第三電容（<i>C</i>3）、匝比為1:<i>n</i>的變壓器（<i>T</i>）、開關(guān)管（<i>S</i>）、第三二極管（<i>D</i>3）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負載。本發(fā)明相比于反激變換器、Trans-Z源變換器等具有較高的電壓增益，適用于非隔離型高增益直流電壓變換的場合。
【IPC分類】H02M3/155
【公開號】CN105529923
【申請?zhí)枴緾N201511035072
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月31日