Z源高增益低开关应力的直流升压变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构的基础上，通过采用X型Z源网络以及简单的电感和电容串并连方式，实现了一种新的电路拓扑结构。它不仅可以获得较高的电压转换增益，而且还降低了加在主开关两端的电压应力，有效满足了升压直流变换器高效、小型、低噪音、低成本的发展目标。在低占空比条件下，实现了高增益；由于缩短了主开关的导通时间，有效降低了输入电流的峰值，并减小了导通损耗；开关管的电压应力由Vo降低到Vo/3，2Vo/3，降低硬件制造成本；无需使用变压器、耦合电感和多级联接方式，电路拓扑结构简单；可实现高效、小型、低噪音、低成本的目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流升压变换器，特别涉及一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器。
技术介绍
近年来，国内外对新能源开发和利用的研究越来越广泛和深入，对光伏发电系统的研究尤为突出。我国光伏产业发展快速，市场占有率位居世界前列。然而光伏板单体输出电压较低，难以满足后级逆变器直流母线电压的要求。要求见1、李学斌,赵彩宏,黄晓华,等级联型换流器在超导储能系统中的应用[J].电网技术,2006,30(16):54-58；2、方宇,马旭东,一种新型耦合电感式双Boost光伏微逆变器拓扑分析[J].电力系统自动化,2011,35(17):32-37。因此，如果在系统前端串联一个具有高增益比的直流升压变换器，不仅可以有效的增大输入电压范围，而且可以降低制造成本，将具有十分重要的作用。为了获得较高的电压转换增益，通常采用的方法是，在传统型升压直流变换器中采用较大的占空比，但是由于寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电压比；其他的方法就是采用变压器、耦合电感和多级联接等方式。然而，在那些不需要隔离或体积要求较小的应用场合，通过这些方式升压就很难实现以上要求。另外，采用多级联接的方法，存在电路结构复杂，制造成本上升以及转换效率降低等一系列问题；采用耦合电感或是变压器的方法，其漏感带来的电磁干扰等问题势必会对周围设备造成一些不良的影响。传统型直流升压变换器，一般都采取增大开关占空比的方法来获得高增益。由于开关需要的导通时间较长，导通损耗增大，输入电流纹波增大、电路的转换效率降低，且在实际运用中开关频率也会受到多方面限制。多级联接方法在结构上使得主电路拓扑较为复杂，制造成本增加，控制的难度增大，电路效率降低。变压器和耦合电感的漏电感和寄生电容极易导致高频振荡发生，产生开关电压尖峰和EMI。为了抑制各种寄生参数产生的尖峰信号和EMI、必须额外设计缓冲电路，造成器件数量增加和转换效率降低，并使设计流程复杂化。主开关的电压应力被输出电压钳位，必须选择耐压等级较高的功率器件，提高了硬件成本，增加了主开关导通阻抗，降低了转换效率。鉴于以上原因，传统型升压直流变换器难以达成高效、小型、低噪音、低成本的目标。
技术实现思路
本专利技术是针对直流升压变换器为获得较高的电压转换增益现有技术存在的问题，提出了一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构的基础上，通过采用X型Z源网络以及简单的电感和电容串并连方式，实现了一种新的电路拓扑结构。它不仅可以获得较高的电压转换增益，而且还降低了加在主开关两端的电压应力，有效满足了升压直流变换器高效、小型、低噪音、低成本的发展目标。本专利技术的技术方案为：一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，输入电源正极一路直接接Z源输入，另一路经过第一二极管D1进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路，一路经过钳位电容接第一MOSFET开关管漏极，另一路依次通过第三电感、第二MOSFET开关管接第一MOSFET开关管漏极，Z源另一路直接接第一MOSFET开关管漏极；第一MOSFET开关管源极接输入电源负极，第二MOSFET开关管漏极依次通过续流二极管、滤波电容回输入电源负极，负载并联在滤波电容两端，Z源为由两个电感和两个电容组成的X型Z源网络。本专利技术的有益效果在于：本专利技术Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，该变换器在低占空比条件下，实现了高增益；由于缩短了主开关的导通时间，有效降低了输入电流的峰值，并减小了导通损耗；开关管的电压应力由Vo降低到Vo/3，2Vo/3，可选择耐压等级较低的开关器件，降低硬件制造成本；无需使用变压器、耦合电感和多级联接方式，电路拓扑结构简单；与传统型升压直流变换器相比，Z源高增益低开关应力的升压直流变换器可实现高效、小型、低噪音、低成本的目标。附图说明图1为传统型升压直流变换器拓扑结构图；图2为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压直流变换器拓扑结构图；图3为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L1充电状态图；图4为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L2放电，Cc充电状态图；图5为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L3充电状态图；图6为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L1、Cc及L3放电状态图；图7为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L2充电状态图；图8为本专利技术Z源高增益低开关应力的直流升压变换器主要波形图；图9为本专利技术Z源高增益低开关应力的直流升压变换器主要仿真波形图10为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压变换器及传统升压变换器占空比为0.5时输出电压波形对比图；图11为本专利技术Z源高增益低开关应力的升压变换器占空比为0.5时及传统升压变换器占空比为0.83时开关管电压波形对比图。具体实施方式如图1所示传统型升压直流变换器拓扑结构图，输入电源正极经过电感L后一路通过MOSFET开关管回输入电源负极，另一路依次通过续流二极管Do、滤波电容Co回输入电源负极，负载Ro并联在滤波电容Co两端。图2所示本专利技术Z源高增益低开关应力的升压直流变换器拓扑结构图，输入电源正极一路直接接Z源输入，另一路经过二极管D1进入Z源；Z源一路输出经过二极管D2分两路，一路经过钳位电容Cc接MOSFET开关管S1漏极，另一路依次通过电感L3、MOSFET开关管S2接MOSFET开关管S1漏极，Z源另一路直接接MOSFET开关管S1漏极；MOSFET开关管S1源极接输入电源负极，MOSFET开关管S2漏极依次通过续流二极管Do、滤波电容Co回输入电源负极，负载Ro并联在滤波电容Co两端。Z源为由两个电感L1、L2和两个电容C1、C2组成的X型Z源网络。两升压直流变换器对比：传统型开关的电压应力：Vds＝Vo，其中Vds为开关S的漏极-源极电压，Vo为输出电压；Z源高增益型开关的电压应力：Vds1＝1/3Vo；Vds2＝2/3Vo，Vds1、Vds2为开关S1、S2的漏极-源极电压；传统型其中Vin为输入电压，d为开关S的占空比；Z源高增益型的Vo=Vin×31-d;]]>钳位电容电压VCc＝Vin×2。图2提出的Z源高增益低开关应力的升压直流变换器在一个开关周期内的工作状态可分成两个阶段，各阶段工作状态电路如图3～7所示，电路主要波形如图8所示，Vin为输入电压；S1、S2为开关MOSFET；Vgs1,2为开关S1、S2的栅极-源极电压；d为开关S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，其特征在于，输入电源正极一路直接接Z源输入，另一路经过第一二极管D1进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路，一路经过钳位电容接第一MOSFET开关管漏极，另一路依次通过第三电感、第二MOSFET开关管接第一MOSFET开关管漏极，Z源另一路直接接第一MOSFET开关管漏极；第一MOSFET开关管源极接输入电源负极，第二MOSFET开关管漏极依次通过续流二极管、滤波电容回输入电源负极，负载并联在滤波电容两端，Z源为由两个电感和两个电容组成的X型Z源网络。

【技术特征摘要】
1.一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，其特征在于，输入电源正极一路直接接Z源输入，另一路经过第一二极管D1进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路，一路经过钳位电容接第一MOSFET开关管漏极，另一路依次通过第三电感、第二MOSFET开关管接第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋斌，梁晓霞，屈克庆，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31