一种嵌入式准Z源变换器制造技术

本发明专利技术提供一种嵌入式准Z源变换器。所述变换器包括直流输入电源Vin、第一电感（L1）、第一二极管（D1）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第二电感（L2）、第五电容（C5）、第三二极管（D3）、第六电容（C6）、第三电感（L3）、第三电容（C3）、第二二极管（D2）、第四电容（C4）、第四电感（L4）、开关管（S）、第四二极管（D4）、输出电容（Cout）和负载。本发明专利技术相比于Boost变换器、Z源升压变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及DC/DC变换器领域，具体设及一种嵌入式准Z源变换器。
技术介绍
高增益升压变换器在工业领域中得到广泛的应用。例如，汽车利用高强度气体放 电等需要将12V电压升高到100V稳定值;在UPS后备电源中，需要将48V蓄电池电压升高到 380V甚至更高;在新能源发电领域，太阳能光伏电池(33~43V)，燃料电池(22~48V)等输出 电压都很低，需要通过一级高增益升压变换器与并网逆变器的输入电压(380V、760V)匹配。 但许多升压DC/DC变换器受到占空比、生热和损耗的限制，无法实现大幅度的升压，如Boost 变换器，其电压增益为1/(1-D)，D为占空比，但由于寄生参数的影响，其增益受到限制;又如 Z源升压变换器，其电压增益为（1-D)/(1-2D)，较Boost变换器有了一定的提高，但仍有提升 的空间，此外还存在启动冲击电流的问题。
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，提出一种输入电流断续的混合型准 Z源变换器。 本专利技术电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感、第一二极管、第一电容、第二 电容、第二电感、第五电容、第Ξ二极管、第六电容、第Ξ电感、第Ξ电容、第二二极管、第四 电容、第四电感、开关管、第四二极管、输出电容和负载。 本专利技术电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一电感的一 端、第一电容的一端和第五电容的一端连接。所述的第一电感的另外一端与第一二极管的 阳极和第二电容的一端连接。所述的第一二极管的阴极与第一电容的另外一端和第二电感 的一端连接。所述的第二电容的另外一端与第二电感的另外一端、第Ξ二极管的阳极和第 六电容的一端连接。所述的第Ξ二极管的阴极与第五电容的一端、第Ξ电感的一端和第Ξ 电容的一端连接。所述的第Ξ电感的另外一端与第二二极管的阳极和第四电容的一端连 接。所述的第二二极管的阴极与第Ξ电容的另外一端和第四电感的一端连接。所述的第四 电容的另外一端与第四电感的另外一端、开关管的漏极和第四二极管的阳极连接。所述的 第四二极管的阴极与输出电容的一端和负载的一端连接。所述的输出电容与负载并联。所 述的直流输入电源Vin的负极与开关管的源极、输出电容的另外一端和负载的另外一端连 接。 与现有技术相比，本专利技术电路具有的优势为:相比于传统的Boost变换器(其输出 电压为和Z源升压变换器(其输出电压为等DC/DC变换器， 在相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为在相同的输入电压和输出电压条件下，本专利技术电路只需要较小的占空比就可W将低等级电 压升至高等级的电压，而且输入输出共地等，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为一种输入嵌入式准Z源变换器结构图。 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。 图3曰、图3b为一个开关周期内电路模态图。图4为提出的电路、Boost和Z源升压变换器的增益Vout/Vin随占空比D变化的波形 图。【具体实施方式】 W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，W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。为了验证方 便，电路结构中的器件均视为理想器件。开关管S的驱动信号VGS、第一二极管化电流iDl、第二 二极管化电流iD2、第Ξ二极管化电流iD3、第四二极管〇4电流iD4、第一电感^电流U1、第二电 感L2电流iL2、第Ξ电感L3电流iL3、第四电感L4电流iL4、第一电容Cl电压Vci、第二电容C2电压 VC2、第Ξ电容C3电压VC3、第四电容C4电压VC4、第五电容C5电压VC5、第六电容C6电压VC6的波形 图如图2所示。在to~ti阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号VGS从低 电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管化、第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管 〇4承受反向电压截止。直流输入电源Vin与第二电容C2和第六电容C6通过开关管S同时给第一 电感b充电，直流输入电源Vin与第一电容Cl和第六电容C6通过开关管洞时给第二电感L2充 电，直流输入电源Vin与第五电容C5和第四电容C4通过开关管S同时给第Ξ电感L3充电，直流 输入电源Vin与第五电容C5和第Ξ电容C3通过开关管S同时给第四电感L4充电。此外，输出电 容C?t给负载供电。 在ti~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从高 电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管化、第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管 〇4承受正向电压导通。直流输入电源Vin与第一电感b、第二电感L2和第Ξ电感L3通过第一二 极管化、第二二极管化和第Ξ二极管化同时给第一电容Cl、第二电容C2、第Ξ电容C3、第四电 容C4、第五电容C5和第六电容C6充电。此夕h直流输入电源Vin、第一电感Ll、第二电感1^2、第； 电感L3和第四电感L4通过第一二极管化、第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管〇4同时 给输出电容Cnut和负载供电。 本专利技术电路的稳态增益推导如下。 由于第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4的电感值相等，第一电容Cl 与第二电容C2、第Ξ电容C3、第四电容C4的电容值相等，则第一电感b与第二电感L2、第Ξ电 感L3、第四电感L4的电压、电流相等，第一电容Cl与第二电容〔2、第立电容C3、第四电容C4的电 压、电流相等。 由第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4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。[001 引（Vin+Vci+Vc5)t0n-Vcit0ff = 0 (1) 又 V巧= 2Vci (2) 当开关管(S)关断时，输出电压满足下列关系式。 V〇ut = Vin+Vc5+Vc6 (3) 联立求解式(1)、（2)、（3)可得到输出电压与直流输入电压Vin的关系。(4) 传统Boost变换器与Z源升压变换器的稳态增益分别为1/Q-D)和（1-D)/(1-2D)(D 为占空比），本专利技术所提电路与Boost变换器、Z源直流变换器的稳态增益比较图如图4所示， 从图4可知，当输入电压为10V时，本专利技术提出的电路只需占空比为0.225就可W升至100V左 右，而另两种变换器则需要较大的占空比。【主权项】1. 一种嵌入式准Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源Vin、第一电感(Li)、第一二 极管(D1)、第一电容(C 1)、第二电容(C2)、第二电感(L2)、第五电容(C5)、第三二极管(D 3)、第 六电容(C6)、第三电感(L3)、第三电容(C3)、第二二极管(D 2)、第四电容(C4)、第四电感(L4)、 开关管(S)、第四二极管(D4)、输出电容(C ciut)和负载； 所述直流输入电源Vin的正极与第一电感(Ll)的一端、第一电容(Cl)的一端和第五电容 (C5)的一端连接;所述第一电感(Li)的另外一端与第一二极管(Di)的阳极和第二电容(C2) 的一端连接;所述第一二极管(Di)的阴极与第一电容(Cl)的另外一端和第二电感(L2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式准Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源Vin、第一电感（L1）、第一二极管（D1）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第二电感（L2）、第五电容（C5）、第三二极管（D3）、第六电容（C6）、第三电感（L3）、第三电容（C3）、第二二极管（D2）、第四电容（C4）、第四电感（L4）、开关管（S）、第四二极管（D4）、输出电容（Cout）和负载；所述直流输入电源Vin的正极与第一电感（L1）的一端、第一电容（C1）的一端和第五电容（C5）的一端连接；所述第一电感（L1）的另外一端与第一二极管（D1）的阳极和第二电容（C2）的一端连接；所述第一二极管（D1）的阴极与第一电容（C1）的另外一端和第二电感（L2）的一端连接；所述第二电容（C2）的另外一端与第二电感（L2）的另外一端、第三二极管（D3）的阳极和第六电容（C6）的一端连接；所述第三二极管（D3）的阴极与第五电容（C5）的一端、第三电感（L3）的一端和第三电容（C3）的一端连接；所述第三电感（L3）的另外一端与第二二极管（D2）的阳极和第四电容（C4）的一端连接；所述第二二极管（D2）的阴极与第三电容（C3）的另外一端和第四电感（L4）的一端连接；所述第四电容（C4）的另外一端与第四电感（L4）的另外一端、开关管（S）的漏极和第四二极管（D4）的阳极连接；所述第四二极管（D4）的阴极与输出电容（Cout）的一端和负载的一端连接；所述输出电容（Cout）与负载并联；所述直流输入电源Vin的负极与开关管（S）的源极、输出电容（Cout）的另外一端和负载的另外一端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，沈瀚云，罗安，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44