一种共地型开关电容准Z源变换器制造技术

本发明专利技术提供一种共地型开关电容准Z源变换器，主要包括输入直流电压源，由第一电感，第一电容，第一二极管，第二电感和第二电容构成的准Z源网络，由第三电容，第三二极管，第四电容和第四二极管构成的开关电容网络，开关管，第二二极管，第五电容和负载电阻。整个电路结构简单，只用了一个开关管，电源电流连续，输入与输出共地，结合了准Z源阻抗网络的单级升降压特性以及开关电容并行充电串联放电的特性，使其具有更高的输出电压增益，且电路不存在启动冲击电流和开关管开通瞬间的冲击电流。

【技术实现步骤摘要】
一种共地型开关电容准Z源变换器
本专利技术涉及电力电子变换器
，具体涉及一种共地型开关电容准Z源变换器。
技术介绍
近年来，由于传统的化石能源的大量开发利用和消耗，为了实现可持续发展，世界各国都在大力开发新型的可再生能源，诸如太阳能、风能、燃料电池等。其中太阳能光伏发电已经成为当今实施最为广泛的利用太阳能进行发电的方式之一。但是由于光伏阵列电池的输出电压等级较低，不能满足现有一些用电设备和并网的要求，因此光伏阵列电池的输出电压必须经过高增益的DC/DC变换器升压后才能使用。最常用的传统的Boost变换器，由于当要求输出电压增益很高时，会使开关管的工作占空比接近于1，从而会导致过大的开关损耗，降低了系统的整体效率。而近几年提出的Z源DC-DC变换器，虽然利用Z源阻抗网络实现了升压，但是其电压增益仍有很大的提升空间，此外它还存在输入输出不共地、开关电压应力高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种共地型开关电容准Z源变换器，具体技术方案如下。一种共地型开关电容准Z源变换器，其包括输入直流电压源，由第一电感，第一电容，第一二极管，第二电感，第二电容构成的准Z源阻抗网络，由第三电容，第三二极管，第四电容，第四二极管构成的开关电容网络，开关管，第二二极管，第五电容和负载电阻。本专利技术电路的具体连接方式为：所述输入直流电压源的一端与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一电容的负极和第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极分别与第二电容的正极和第二电感的一端连接；所述第二电感的另一端分别与第一电容的正极、开关管的漏极、第二二极管的阳极和第三电容的负极连接；所述第二二极管的阴极分别与第三二极管的阳极、第四电容的负极和第五电容的正极连接；所述第三二极管的阴极分别与第三电容的正极和第四二极管的阳极连接；所述第四二极管的阴极分别与第四电容的正极和负载电阻的一端连接；所述负载电阻的另一端分别与第五电容的负极、开关管的源极、第二电容的负极和输入直流电压源的负极连接。该变换器稳态输出时的电压增益G为：其中Vo表示变换器负载侧的输出电压，Vi为输入直流电压源，D为占空比。与现有技术相比本专利技术具有如下优点：无需额外的功率开关管，结构简单，控制方便；且相比于传统的开关电容Boost变换器(其输出电压增益为G＝2/(1-D))和Z源升压变换器(其对应的输出电压增益为G＝1/(1-2D))，在相同的输入电压和占空比的情况下，具有更高的输出电压增益为G＝2/(1-2D)。且电源电流连续，输入与输出之间共地，开关应力较低，不存在电路启动冲击电流等，因此本专利技术电路具有很广泛的应用前景。附图说明图1是实施方式中的一种共地型开关电容准Z源变换器的电路图。图2a是图1所示电路在工作模态1(开关管导通)的等效电路图。图2b是图1所示电路在工作模态2(开关管关断)的等效电路图。图3a是本专利技术实例中所述变换器与开关电容Boost变换器和传统准Z源变换器的输出电压增益对比曲线图。图3b是以Vi＝15V，占空比D＝0.3为例给出的本专利技术实例中电路相关变量的仿真结果图。具体实施方式以下结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述说明，但本专利技术的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。本实例的基本拓扑结构和各主要元件如图1所示。为了验证方便，在没有特别说明的情况下电路结构中的器件均视为理想器件。一种共地型开关电容准Z源变换器，其包括输入直流电压源Vi，由第一电感L1，第一电容C1，第一二极管D1，第二电感L2，第二电容C2构成的准Z源阻抗网络，由第三电容C3，第三二极管D3，第四电容C4，第四二极管D4构成的开关电容网络，开关管S，第二二极管D2，第五电容C5和负载电阻RL；本实例中设定开关管S的驱动信号为VGS、第一电感L1电流为iL1、第二电感L2电流为为iL2、第一电容C1电压为VC1、第二电容C2电压为VC2、第三电容C3电压为VC3、第四电容C4电压为VC4、第五电容C5的电压为VC5。设定开关管导通时的直通占空比为D，设定开关周期为Ts。如图2a和图2b所示，图中实线表示变换器中有电流流过的部分，虚线表示变换器中没有电流流过的部分，该共地型开关电容准Z源变换器在一个开关周期(0,Ts)内不同阶段的2个工作模态，分别描述如下：工作模态1(0<t<DTs)：如图2a所示，开关管S开通，第一二极管D1、第二二极管D2和第四二极管D4反向截止，第三二极管D3正向导通。则此时输入直流电压源Vi和第一电容C1通过开关管S一起给第一电感L1充电，第二电容C2通过开关管S给第二电感L2充电，第五电容C5通过第三二极管D3和开关管S给第三电容C3充电，同时第五电容C5和第四电容C4串联一起向负载电阻RL供电。此工作模态下，相关电气参数关系式为：VL1_on＝Vi+VC1(1)VL2_on＝VC2，VC5＝VC3(2)Vo＝VC4+VC5(3)其中，VL1-on,VL2-on分别表示开关管S导通期间第一电感L1，第二电感L2两端的电压，Vo表示变换器负载侧的输出电压。工作模态2(DTs<t<Ts)：如图2b所示，开关管S关断，则第一二极管D1、第二二极管D2和第四二极管D4导通，第三二极管D3关断。则此时输入直流电压源Vi与第一电感L1通过第一二极管D1向第二电容C2充电，第二电感L2通过第一二极管D1向第一电容C1充电，输入直流电压源Vi与第一电感L1、第二电感L2串联向第五电容C5充电，第三电容C3给第四电容C4充电。同时，输入直流电压源Vi与第一电感L1、第二电感L2和第三电容C3串联一起向负载电阻RL供电。此工作模态下，相关电气参数关系式为：VL1-off＝Vi-VC2(4)VL2-off＝-VC1(5)VC5＝Vi-VL1-off-VL2-off(6)VC3＝VC4(7)Vo＝VC3-VL1-off-VL2-off+Vi(8)其中，VL1-off,VL2-off分别表示开关管S关断时第一电感L1，第二电感L2两端的电压。根据以上分析，对第一电感L1、第二电感L2分别运用伏秒平衡原理，即电感电压在一个开关周期内的平均值为零，联立式(1)、(2)、(4)、(5)可得D(Vi+VC1)+(1-D)(Vi-VC2)＝0(9)DVC2+(1-D)(-VC1)＝0(10)则联立式(6)、(7)、(8)、(9)和(10)可求得稳态时电容电压和输出电压的表达式分别为：则本专利技术所述的一种共地型开关电容准Z源变换器稳态输出时的电压增益G为：如图3a所示为本实例电路的输出电压增益曲线与开关电容Boost变换器和传统准Z源变换器的电压增益曲线比较图。由图可知，本专利技术电路在占空比D不超过0.5的情况下，输出电压增益G就可以达到很大，明显高于其他两种变换器的电压增益，且本专利技术电路的占空比D不会超过0.5。图3b所示，以Vi＝15V，占空比D＝0.3为例，给出了本专利技术电路中相关变量的仿真结果。D＝0.3时，对应的输出电压增益G＝5，电容电压VC1＝11.25V，VC2＝26.25V，VC3＝VC4＝VC5＝37.5V，输出电压Vo＝75V。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共地型开关电容准Z源变换器，其特征在于包括输入直流电压源（

【技术特征摘要】
1.一种共地型开关电容准Z源变换器，其特征在于包括输入直流电压源（Vi），由第一电感（L1），第一电容（C1），第一二极管（D1），第二电感（L2），第二电容（C2）构成的准Z源阻抗网络，由第三电容（C3），第三二极管（D3），第四电容（C4），第四二极管（D4）构成的开关电容网络，开关管（S），第二二极管（D2），第五电容（C5）和负载电阻（RL）；所述输入直流电压源（Vi）的一端与第一电感（L1）的一端连接；所述第一电感（L1）的另一端分别与第一电容（C1）的负极和第一二极管（D1）的阳极连接；所述第一二极管（D1）的阴极分别与第二电容（C2）的正极和第二电感（L2）的一端连接；所述第二电感（L2）的另一端分别与第一电容（C1）的正极、开关管（S）的漏极、第二二极管（D2）的阳极和第三电容（C3）的负极连接；所述第二二极管（D2）的阴极分别与第三二极管（D3）的阳极、第四电容（C4）的负极和第五电容（C5）的正极连接；所述第三二极管（D3）的阴极分别与第三电容（C3）的正极和第四二极管（D4）的阳极连接；所述第四二极管（D4）的阴极分别与第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，朱小全，丘东元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44