一种新能源系统及其Z源DC-DC变换器技术方案

本发明专利技术公开了一种Z源DC‑DC变换器，包括开关模块、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容。可见，Z源DC‑DC变换器的增益

A New Energy System and Its Z-Source DC-DC Converter

The invention discloses a Z-source DC DC converter, which comprises a switching module, a first diode, a second diode, a third diode, a first inductance, a second inductance, a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor and a fourth capacitor. It can be seen that the gain of Z-source DC DC converter

【技术实现步骤摘要】
一种新能源系统及其Z源DC-DC变换器
本专利技术涉及变换器
，特别是涉及一种新能源系统及其Z源DC-DC变换器。
技术介绍
随着能源危机和环境污染的日益严重，可再生能源在世界范围内变得越来越重要和普遍，尤其是基于可再生能源的分布式发电系统，如燃料电池、光伏板等。由于光伏和燃料电池单元有电压低的特点，往往需要很高增益的DC-DC变换器抬升电压后才能并入电网使用。现有技术中采用的高增益DC-DC变换器往往使用级联型DC-DC变换器，具体地，请参照图1，图1为传统的级联型DC-DC变换器的结构示意图，该类变换器由两级甚至多级boost电路级联而成，一方面，占空比越大，该类变换器中的储能电感会达到磁饱和，而且工作在电流断续的模式下(DCM模式)，会导致电流纹波大，出现电流尖峰，控制环路难以设计；此外，占空比越高，开关管的电压应力也会增高，因此开关的损耗也会增加，降低效率，因此，该类变换器无法在高占空比下工作，因此，无法实现高增益；另一方面，该类变换器一般都需要大量的电子元器件，且至少经过两次能量变换，会增加功率损害，因此，该类变换器还存在成本高、效率低且控制复杂的缺点，不利于新能源的有效利用。因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新能源系统及其Z源DC-DC变换器，以在较低的占空比下实现高增益，而不需要级联实现高增益，降低了电路结构的复杂程度及成本；此外，还降低了开关管的导通损耗，提高了Z源DC-DC变换器的效率；且由于Z源DC-DC变换器中只有一个开关模块，控制简单。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种Z源DC-DC变换器，包括开关模块、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容，其中：所述第一二极管的阳极与直流电源的正端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第一电容的第一端、所述第二电感的第一端及所述第三二极管的阳极连接，所述第二电感的第二端分别与所述第二电容的第一端、所述开关模块的第一端及所述第三电容的第一端连接，所述第三二极管的阴极分别与负载的正端及所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端分别与所述负载的负端、所述第三电容的第二端及所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极分别与所述开关模块的第二端、所述第一电容的第二端及所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第二电容的第二端及所述直流电源的负端连接；所述Z源DC-DC变换器的增益其中，D为所述开关模块的驱动信号的占空比。优选地，所述开关模块包括单个开关管。优选地，所述开关模块包括多个并联的开关管串，每个所述开关管串包括多个串联的开关管。优选地，所述开关管为IGBT或者NMOS。优选地，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容及所述第四电容均为有极性电容，且所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容及所述第四电容的第一端均为所述有极性电容的正端，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容及所述第四电容的第二端均为所述有极性电容的负端。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种新能源系统，包括新能源直流电源，还包括如上述任一项所述的Z源DC-DC变换器，所述新能源直流电源与所述Z源DC-DC变换器连接。优选地，所述新能源直流电源为光伏板。本专利技术提供了一种Z源DC-DC变换器，包括开关模块、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容。可见，Z源DC-DC变换器的增益可以在较低的占空比下实现高增益，而不需要级联实现高增益，降低了电路结构的复杂程度及成本；此外，还降低了开关管的导通损耗，提高了Z源DC-DC变换器的效率；且由于Z源DC-DC变换器中只有一个开关模块，控制简单。本专利技术还提供了一种新能源系统，具有如上述Z源DC-DC变换器相同的有益效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为传统的级联型DC-DC变换器的结构示意图；图2为本专利技术提供的一种Z源DC-DC变换器的结构示意图；图3为本专利技术提供的Z源DC-DC变换器在开关模块导通时的工作原理图；图4为本专利技术提供的Z源DC-DC变换器在开关模块关断时的工作原理图；图5为本专利技术提供的Z源DC-DC变换器的增益曲线示意图；图6为本专利技术提供的Z源DC-DC变换器的占空比D为0.4时的仿真波形图。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种新能源系统及其Z源DC-DC变换器，以在较低的占空比下实现高增益，而不需要级联实现高增益，降低了电路结构的复杂程度及成本；此外，还降低了开关管的导通损耗，提高了Z源DC-DC变换器的效率；且由于Z源DC-DC变换器中只有一个开关模块，控制简单。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参照图2，图2为本专利技术提供的一种Z源DC-DC变换器的结构示意图，该变换器包括开关模块S、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、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及第四电容C4，其中：第一二极管D1的阳极与直流电源Vin的正端连接，第一二极管D1的阴极分别与第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端及第三二极管D3的阳极连接，第二电感L2的第二端分别与第二电容C2的第一端、开关模块S的第一端及第三电容C3的第一端连接，第三二极管D3的阴极分别与负载R的正端及第四电容C4的第一端连接，第四电容C4的第二端分别与负载R的负端、第三电容C3的第二端及第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极分别与开关模块S的第二端、第一电容C1的第二端及第一电感L1的第一端连接，第一电感L1的第二端分别与第二电容C2的第二端及直流电源Vin的负端连接；Z源DC-DC变换器的增益其中，D为开关模块S的驱动信号的占空比。具体地，Z源DC-DC变换器根据开关模块S的导通和关断包括两种工作模式，下面结合图3和图4(图中以开关模块S为NMOS为例)对Z源DC-DC变换器的工作原理作介绍，其中，图3为本专利技术提供的Z源DC-DC变换器在开关模块导通时的工作原理图，图4为本专利技术提供的Z源DC-DC变换器在开关模块关断时的工作原理图，虚线部分为非工作部分，可视为不存在：当开关模块S开通时：第一二极管D1和第二二极管D2关断，第三二极管D3开通，第一电容C1通过“第一电容C1-第二电感L2-开关模块S”回路对第二电感L2充电，第二电感L2的电流线性增加；第二电容C2通过“第二电容C2-开关模块S-第一电感L1”回路对第一电感L1充电，第一电感L1的电流线性增加；第一电容C1和第三电容C3通过“第三电容C3-开关模块S-第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Z源DC‑DC变换器，其特征在于，包括开关模块、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容，其中：所述第一二极管的阳极与直流电源的正端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第一电容的第一端、所述第二电感的第一端及所述第三二极管的阳极连接，所述第二电感的第二端分别与所述第二电容的第一端、所述开关模块的第一端及所述第三电容的第一端连接，所述第三二极管的阴极分别与负载的正端及所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端分别与所述负载的负端、所述第三电容的第二端及所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极分别与所述开关模块的第二端、所述第一电容的第二端及所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第二电容的第二端及所述直流电源的负端连接；所述Z源DC‑DC变换器的增益

【技术特征摘要】
1.一种Z源DC-DC变换器，其特征在于，包括开关模块、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容，其中：所述第一二极管的阳极与直流电源的正端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第一电容的第一端、所述第二电感的第一端及所述第三二极管的阳极连接，所述第二电感的第二端分别与所述第二电容的第一端、所述开关模块的第一端及所述第三电容的第一端连接，所述第三二极管的阴极分别与负载的正端及所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端分别与所述负载的负端、所述第三电容的第二端及所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极分别与所述开关模块的第二端、所述第一电容的第二端及所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第二电容的第二端及所述直流电源的负端连接；所述Z源DC-DC变换器的增益其中，D为所述开关模块的驱动信号的占空比。2.如权利要求1所述的Z源D...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂东，陈杰，陈思哲，王裕，章云，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44