一种降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器，包括电压源、第一准Z源模块、第二准Z源模块、输出模块，所述第一准Z源模块由第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第一开关管和第一二极管组成，所述第二准Z源模块由第三电容、第四电容、第三电感、第四电感、第二开关管和第二二极管组成，所述输出模块由第三二极管、第五电容和负载组成。本发明专利技术采用两组准Z源模块，显著降低了二极管和开关管的电流应力，同时两组准Z源模块具有自动均流能力，提高了功率容量，电路不存在启动冲击问题。

A high gain DC voltage converter for reducing current stress in switching tubes

The invention discloses a method for reducing switch high gain DC voltage converter tube current stress, including voltage source, the first quasi Z source module, second Z source module, output module, the first quasi Z source module is composed of a first capacitor, a second capacitor, a first inductance, a second inductance, the first switch tube and the first diode, the second quasi Z source module is composed of third capacitors, fourth capacitors, third and fourth inductances and second switches and second diodes, the output module is composed of third diodes and fifth capacitors and load. The invention adopts two groups of quasi Z source module, significantly reduced the diode current and power switches, and two groups of quasi Z source module with automatic current capacity, improve the power capacity, there is no impact starting circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器
本专利技术涉及电力电子变换器的
，尤其是指一种基于准Z源桥式结构降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器。
技术介绍
面对日益严峻的能源危机和环境污染问题，寻找新能源来替代日益枯竭的化石能源已成为当务之急。然而，新能源的输出特性往往不满足现有工业体系的电能质量要求，需要经过电能变换才能够使用。传统的Z源变换器和准Z源变换器虽然能够在低占空比时获得较大的输出电压，但是在在负载功率较大的场合，传统的Z源变换器和准Z源变换器的电容的应力过大，同时流经电感的电流很大，增大了电感的磁芯和绕线难度，且开关管和二极管的电流应力大，不利于系统散热，因此限制了Z源变换器和准Z源变换器的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供了一种基于准Z源桥式结构降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器，适用于需要大功率和高增益的电力电子电路。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器，包括电压源、第一准Z源模块、第二准Z源模块、输出模块，所述第一准Z源模块由第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第一开关管和第一二极管组成，所述第二准Z源模块由第三电容、第四电容、第三电感、第四电感、第二开关管和第二二极管组成，所述输出模块由第三二极管、第五电容和负载组成；所述电压源的正极分别与第一二极管的阳极、第二电容的负极和第四电感的一端连接，其负极分别与第二电感的一端、第三电容的负极和第二开关管的源极连接；所述第一二极管的阴极分别与第一电容的正极和第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第二电容的正极和第一开关管的漏极连接；所述第一开关管的源极分别与第一电容的负极、第二电感的另一端、第五电容的负极和负载一端连接；所述第四电感的另一端分别与第二二极管的阳极、第三二极管的阳极和第四电容的负极连接；所述第三二极管的阴极分别与第五电容的正极和负载另一端连接；所述第二二极管的阴极分别与第三电容的正极和第三电感的一端连接；所述第三电感的另一端分别与第四电容的正极和第二开关管的漏极连接。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：本专利技术采用两组准Z源模块，显著降低了二极管和开关管的电流应力，同时两组准Z源模块具有自动均流能力，提高了功率容量，电路不存在启动冲击问题。附图说明图1是本专利技术所述高增益直流电压变换器的电路原理图。图2a、图2b分别是本专利技术所述高增益直流电压变换器在第一开关管S1和第二开关管S2导通和关断中两个主要阶段的等效电路图，图中实线表示变换器中有电流流过的部分，虚线表示变换器中无电流流过的部分。图3是本专利技术电路的仿真主要工作波形图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。参见图1所示，本实施例所提供的高增益直流电压变换器，包括电压源Vi、第一准Z源模块、第二准Z源模块、输出模块，所述第一准Z源模块由第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2、第一开关管S1和第一二极管D1组成，所述第二准Z源模块由第三电容C3、第四电容C4、第三电感L3、第四电感L4、第二开关管S2和第二二极管D2组成，所述输出模块由第三二极管D3、第五电容C5和负载R组成；所述电压源Vi的正极分别与第一二极管D1的阳极、第二电容C2的负极和第四电感L4的一端连接，其负极分别与第二电感L2的一端、第三电容C3的负极和第二开关管S2的源极连接；所述第一二极管D1的阴极分别与第一电容C1的正极和第一电感L1的一端连接；所述第一电感L1的另一端分别与第二电容C2的正极和第一开关管S1的漏极连接；所述第一开关管S1的源极分别与第一电容C1的负极、第二电感L2的另一端、第五电容C5的负极和负载R一端连接；所述第四电感L4的另一端分别与第二二极管D2的阳极、第三二极管D3的阳极和第四电容C4的负极连接；所述第三二极管D3的阴极分别与第五电容C5的正极和负载R另一端连接；所述第二二极管D2的阴极分别与第三电容C3的正极和第三电感L3的一端连接；所述第三电感L3的另一端分别与第四电容C4的正极和第二开关管S2的漏极连接。此外，上述高增益直流电压变换器的输入端可以串联或者并联滤波电路用来改善电路的特性。第一开关管S1和第二开关管S2导通时，第一电容C1对第一电感L1充电；电压源Vi和第二电容C2对第二电感L2充电；第三电容C3对第三电感L3充电；电压源Vi和第四电容C4对第四电感L4充电；第五电容C5为负载R供电。第一开关管S1和第二开关管S2关断时，第一电感L1通过第一二极管D1对第二电容C2充电；电压源Vi和第二电感L2通过第一二极管D1对第一电容C1充电；第三电感L3通过第二二极管D2对第四电容C4充电；电压源Vi和第四电感L4通过第二二极管D2对第三电容C3充电；电压源Vi、第二电感L2、第四电感L4通过第三二极管D3对第五电容C5充电，同时给负载R供电。本专利技术显著降低了二极管和开关管的电流应力，提高了Z源变换器的功率容量。参见图2a、图2b所示，给出了第一开关管S1和第二开关管S2导通和关断中两个主要阶段的等效电路图。结合图2a、图2b，本实施例上述的高增益直流电压变换器的工作过程如下：阶段1，如图2a：第一开关管S1和第二开关管S2导通，此时第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3关断；电路中形成5个回路，分别是：第一电容C1对第一电感L1充电；电压源Vi和第二电容C2对第二电感L2充电；第三电容C3对第三电感L3充电；电压源Vi和第四电容C4对第四电感L4充电；第五电容C5为负载R供电。阶段2，如图2b：第一开关管S1和第二开关管S2关断，此时第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3导通；电路中形成5个回路，分别是：第一电感L1通过第一二极管D1对第二电容C2充电；电压源Vi和第二电感L2通过第一二极管D1对第一电容C1充电；第三电感L3通过第二二极管D2对第四电容C4充电；电压源Vi和第四电感L4通过第二二极管D2对第三电容C3充电；电压源Vi、第二电感L2、第四电感L4通过第三二极管D3对第五电容C5充电，同时给负载R供电。综上情况，一个开关周期内，设开关管占空比为d，设第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的电压分别为vL1、vL2、vL3、vL4、vC1、vC2、vC3、vC4，设输出电压为Vo，得出以下电压增益的推导过程。第一开关管S1和第二开关管S2导通期间，对应阶段1所述的工作情形，因此有如下公式：vL1＝vC1(1)vL2＝vC2+Vi(2)vL3＝vC3(3)vL4＝vC4+Vi(4)第一开关管S1和第二开关管S2关断期间，对应阶段2所述的工作情形，因此有如下公式：vL1＝-vC2(5)vL2＝Vi-vC1(6)vL3＝-vC4(7)vL4＝Vi-vC3(8)Vo＝vC1+vC3-Vi(9)由以上分析，根据电感的伏秒特性，有，对于第一电感L1：vC1d+(-vC2)(1-d)＝0(10)对于第二电感L2：(vC2+Vi)d+(Vi-vC1)(1-d)＝0(11)对于第三电感L3：vC3d+(-vC4)(1-d)＝0(12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器，其特征在于：包括电压源(V

【技术特征摘要】
1.一种降低开关管电流应力的高增益直流电压变换器，其特征在于：包括电压源(Vi)、第一准Z源模块、第二准Z源模块、输出模块，所述第一准Z源模块由第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一开关管(S1)和第一二极管(D1)组成，所述第二准Z源模块由第三电容(C3)、第四电容(C4)、第三电感(L3)、第四电感(L4)、第二开关管(S2)和第二二极管(D2)组成，所述输出模块由第三二极管(D3)、第五电容(C5)和负载(R)组成；所述电压源(Vi)的正极分别与第一二极管(D1)的阳极、第二电容(C2)的负极和第四电感(L4)的一端连接，其负极分别与第二电感(L2)的一端、第三电容(C3)的负极和第二开关管(S2)的源极连接；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳峰，陈柱，张波，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