一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路制造技术

本发明专利技术提供一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路，包括直流输入电源V

A Boost Chopper Circuit for Z-source of Continuous Active Switched Capacitor with Input Current

The invention provides a boost chopper circuit of input current continuous active switched capacitor Z source, including DC input power V.

【技术实现步骤摘要】
一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路
本专利技术涉及DC/DC变换器领域，具体涉及一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路。
技术介绍
在光伏电池和燃料电池等可再生能源发电系统中，需要高电压增益的DC/DC变换器来升高其输出电压，以驱动直流负载或逆变器。传统的DC/DC升压变换器受到开关占空比、元件电压应力等的限制，无法实现高电压增益和高输出电压。以Boost电路为例，其电压增益为1/(1-D)(D为占空比)，当占空比接近于1时才能获得较高的电压增益；其开关和二极管的电压应力等于输出电压，当输出电压较高时，电压应力也较大。近年来新出现的DC/DC变换器通过使用单个Z源或准Z源网络进行升压，得到了更高的电压增益，如共地的高增益Z源变换器的电压增益为(2-2D)/(1-2D)(D为占空比)，但是其电压增益依旧有提升的空间。在以上电路的基础上，出现了基于多个Z源和准Z源的DC/DC变换器，如HybridZ源DC/DC变换器，其电压增益得到进一步提升达到1/(1-4D)(D为占空比)，但是使用的电感和电容较多。同时，以上所有的基于单个或多个Z源和准Z源的DC/DC变换器均未明显降低开关的电压应力，因此输出电压幅值受到限制。
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，提出输入电流连续的包含有源开关电容的Z源升压斩波电路。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。本专利技术电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、第二开关管、输出电容和负载。本专利技术电路具体的连接方式为：直流输入电源Vin的正极和第一电感的源极、第一二极管的阴极和第二电容的一端连接；第一开关管的漏极、第二二极管的阴极和第三电容的一端连接；第二开关管的源极、第一二极管的阳极和第三电容的另一端连接；第一电感的另一端、第一电容的一端、第三二极管的阳极、输出电容的一端和负载的负极连接；第一电容的另一端、第二二极管的阳极、第二开关管的漏极和第二电感的一端连接；第二电感的另一端、第二电容的另一端、第三二极管的阴极和第四二极管的阳极连接；第四二极管的阴极、输出电容的另一端和负载的正极连接。与现有技术相比，本专利技术电路具有的优势为：在电压增益上，相比于电压增益为M＝1/(1-D)的传统的Boost变换器、电压增益为M＝(2-2D)/(1-2D)的共地的高增益Z源变换器和电压增益为M＝1/(1-4D)的HybridZ源变换器等DC/DC变换器，具有更高的电压增益，其电压增益为M＝2/(1-4D)；在开关电压应力上，相比于开关电压应力为Vs＝Vout的传统的Boost变换器、开关电压应力为Vs＝Vout-Vin的共地的高增益Z源变换器和开关电压应力为Vs＝Vout的HybridZ源变换器等DC/DC变换器，具有更小的开关电压应力，其电压应力为Vs＝Vout/2。当输入电压和输出电压相同时，本专利技术电路的开关占空比较小，开关应力较小，并且输入电流连续，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为一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路结构图。图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。图3a～3b为一个开关周期内电路模态图。图4为本专利技术提出的电路、Boost变换器、共地的高增益Z源变换器和HybridZ源变换器的电压增益与占空比D的关系图。图5为本专利技术提出的电路、Boost变换器、共地的高增益Z源变换器和HybridZ源变换器的开关电压应力与输入电压的比值Vs/Vin与电压增益的关系图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方案进行具体说明，但本专利技术的实施不限于此，需指出的是以下若有未特别详细说明之符号或过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。本专利技术的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路，其包括直流输入电源Vin、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一开关管S1、第二开关管S2、输出电容Cout和负载。所述的直流输入电源Vin的正极和第一电感L1的一端连接；所述的直流输入电源Vin的负极、第一开关管S1的源极、第一二极管D1的阴极和第二电容C2的一端连接；所述的第一开关管S1的漏极、第二二极管D2的阴极和第三电容C3的一端连接；所述的第二开关管S2的源极、第一二极管D1的阳极和第三电容C3的另一端连接；所述的第一电感L1的另一端、第一电容C1的一端、第三二极管D3的阳极、输出电容Cout的一端和负载的负极连接；所述的第一电容C1的另一端、第二二极管D2的阳极、第二开关管S2的漏极和第二电感L2的一端连接；所述的第二电感L2的另一端、第二电容C2的另一端、第三二极管D3的阴极和第四二极管D4的阳极连接；所述的第四二极管D4的阴极、输出电容Cout的另一端和负载的正极连接。为了分析方便，电路结构中的器件均视为理想器件。第一开关管S1和第二开关管S2的驱动信号VGS、第一二极管D1电流iD1、第二二极管D2电流iD2、第三二极管D3电流iD3、第四二极管D4电流iD4、第一电感L1电流iL1、第二电感L2电流iL2、第一电容C1电压VC1、第二电容C2电压VC2、第三电容C3电压VC3、输出电容Cout电压VCo和输出电压Vout的波形图如图2所示。在t0～t1阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，第一开关管S1和第二开关管S2的驱动信号VGS为高电平，第一开关管S1和第二开关管S2导通，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3承受反向电压截止，第四二极管D4承受正向电压导通。直流输入电源Vin、第一电容C1和第三电容C3通过第一开关管S1和第二开关管S2向第一电感L1充电，第二电容C2和第三电容C3通过第一开关管S1和第二开关管S2向第二电感L2充电，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3通过第一开关管S1、第二开关管S2和第四二极管D4向输出电容Cout充电和向负载供电。在t1～t2阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号VGS为低电平，第一开关管S1和第二开关管S2关断，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3承受正向电压导通，第四二极管D4承受反向电压截止。直流输入电源Vin和第一电感L1通过第三二极管D3给第二电容C2充电，第二电感L2通过第三二极管D3给第一电容C1充电，直流输入电源Vin、第一电感L1和第二电感L2通过第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3给第三电容C3充电，输出电容Cout向负载供电。本专利技术电路的电压增益计算如下。由第一电感L1与第二电感L2的电压在一个开关周期内的平均值为零，可得到下列关系式。(Vin+VC1+VC3)ton+(Vin-VC2)toff＝0(1)(VC2+VC3)ton+(VC2-VC3)toff＝0(2)(Vin+VC1+VC2+2VC3)ton+(Vin-VC1-VC2)toff＝0(3)(Vout+Vin+VC3)ton+(Vin-VC3)toff＝0(4)联立求解式(1)、(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路，其特征在于包括直流输入电源Vin、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、输出电容（Cout）和负载。

【技术特征摘要】
1.一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路，其特征在于包括直流输入电源Vin、第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、输出电容（Cout）和负载。2.根据权利要求1所述的一种输入电流连续有源开关电容Z源升压斩波电路，其特征在于：所述的直流输入电源Vin的正极和第一电感（L1）的一端连接；所述的直流输入电源Vin的负极、第一开关管（S1）的源极、第一二极管（D1）的阴极和第二电容（C2）的一端连接；所述的第一开关管（S1）的漏极、第二二极管（D2）的阴极和第三电容（C3）的一端连接；所述的第二开关管（S2）的源极、第一二极管（D1）的阳极和第三电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，陈垣，黄子田，
申请(专利权)人：华南理工大学，东莞市石龙富华电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44