CN103825457A - 一种准z源直流-直流升压变换器电路 - Google Patents

一种准z源直流-直流升压变换器电路 Download PDF

Info

Publication number
CN103825457A
CN103825457A CN201410062621.2A CN201410062621A CN103825457A CN 103825457 A CN103825457 A CN 103825457A CN 201410062621 A CN201410062621 A CN 201410062621A CN 103825457 A CN103825457 A CN 103825457A
Authority
CN
China
Prior art keywords
inductance
source
circuit
voltage
electric capacity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410062621.2A
Other languages
English (en)
Inventor
丘东元
杨立强
张波
张桂东
黄子田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201410062621.2A priority Critical patent/CN103825457A/zh
Publication of CN103825457A publication Critical patent/CN103825457A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明提供了一种准Z源直流-直流升压变换器电路,包括电压源,由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和二极管构成的准Z源阻抗网络,MOS管,第三电感,输出电容和负载。本发明所述的准Z源直流-直流升压变换器电路,以电压源,准Z源阻抗网络和MOS管依次串联构成升压电路;以第三电感,输出电容和负载构成输出电路。整个电路结构简单,只有一个MOS管,输入输出共地,具有较高的输出电压增益,且准Z源阻抗网络电容电压应力低,电路不存在启动冲击问题,MOS管开通瞬间,输出电容不会对MOS管造成瞬时电流冲击。

Description

一种准Z源直流-直流升压变换器电路
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子电路技术领域,具体涉及一种准Z源直流-直流升压变换器电路。
背景技术
[0002] 在燃料电池发电、光伏发电中,由于单个太阳能电池或者单个燃料电池提供的直流电压较低,无法满足现有用电设备的用电需求,也不能满足并网电压的需求,往往需要将多个电池串联起来达到所需的电压。这种方法一方面大大降低了整个系统的可靠性,另一方面还需解决串联均压问题。为此,需要能够把低电压转换为高电压的高增益DC-DC变换器。近几年提出的准Z源DC-DC变换器是一种高增益DC-DC变换器,但该电路输入与输出不共地,因而不利于控制电路设计,且具有较高的准Z源阻抗网络电容电压应力,电路启动时也存在比较大启动冲击电流和电压,限制了该电路在实际中的应用。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种准Z源直流-直流升压变换器电路。
[0004] 一种准Z源直流-直流升压变换器电路,包括电压源、准Z源阻抗网络、MOS管、第三电感、输出电容和负载。所述准Z源阻抗网络由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和二极管构成;所述电压源、准Z源阻抗网络和MOS管依次串联构成升压电路;第三电感、输出电容和负载构成输出电路。
[0005] 进一步地,上述准Z源直流-直流升压变换器电路的具体连接方式为:所述电压源的正极分别与第一电感的一端和第一电容的负极连接;所述二极管的阳极分别与第一电感的另一端和第二电容的负极连接;所述二极管的阴极分别与第一电容的正极和第二电感的一端连接;所述MOS管的漏极分别与第二电容的正极、第二电感的另一端和第三电感的一端连接;所述第三电感的另一端分别与输出电容的正极和负载的一端连接;所述电压源的负极分别与输出电容的负极、负载的另一端和MOS管的源极连接。
[0006] 与现有技术相比,本发明电路具有如下优点和技术效果:电压增益较高,输入输出共地,准Z源阻抗网络的电容电压应力低,对启动冲击电流和电压具有很好的抑制作用,且MOS管开通瞬间,输出电容不会对MOS管造成瞬时电流冲击。本发明电路适用于输入电压变化宽的场合,如燃料电池发电和光伏发电等新能源发电技术领域。
附图说明
[0007] 图1是本发明具体实施方式中的一种准Z源直流-直流升压变换器电路。
[0008] 图2a、图2b分别是图1所示一种准Z源直流-直流升压变换器电路在其MOS管S导通和关断时从电压关系角度得到的等效电路图,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。[0009] 图3a为本发明电路的增益曲线与基本升压电路的增益曲线的比较图,图中实线表示本发明电路的增益曲线,虚线表示基本升压电路的增益曲线;
[0010] 图3b为图3a中本发明电路的增益曲线与基本升压电路的增益曲线在占空比d小于0.4内的比较图。
[0011] 图4为本发明电路的工作波形图。
具体实施方式
[0012] 以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
[0013] 参考图1,本发明所述的一种准Z源直流-直流升压变换器电路,其包括电压源Vi,由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和二极管D构成的准Z源阻抗网络(如图1中虚线框所示),M0S管S,第三电感L3,输出电容C。和负载本发明所述一种准Z源直流-直流升压变换器电路,所述电压源Vi,准Z源阻抗网络和MOS管S依次串联构成升压电路;所述第三电感L3,输出电容C。和负载&构成输出电路。MOS管S导通时,所述电压源Vi与第一电容C1串联对第二电感L2充电储能;电压源Vi与第二电容C2串联对第一电感L1充电储能;同时,电压源Vi与第一电容C1、第二电容C2、第三电感L3 —起给输出电容C。和负载&供电;M0S管S关断时,所述电压源Vi与第一电感L1、第二电感L2 —起对第三电感L3、输出电容C。和负载&供电。整个电路结构简单,只有一个MOS管,输入与输出共地,具有较高的输出电压增益,准Z源阻抗网络中的电容电压应力低,电路不存在启动冲击问题,且MOS管开通瞬间,输出电容不会对MOS管造成瞬时电流冲击。
[0014] 本发明电路的具体连接如下:所述电压源Vi的正极分别与第一电感L1的一端和第一电容C1的负极连接;所述二极管D的阳极分别与第一电感L1的另一端和第二电容C2的负极连接;所述二极管D的阴极分别与第一电容C1的正极和第二电感L2的一端连接;所述MOS管S的漏极分别与第二电容C2的正极、第二电感L2的另一端和第三电感L3的一端连接;所述第三电感L3的另一端分别与输出电容C。的正极和负载&的一端连接;所述电压源\的负极分别与输出电容C。的负极、负载&的另一端和MOS管S的源极连接。
[0015] 图2a、图2b给出了本发明电路的工作过程图。图2a、图2b分别是MOS管S导通和关断时从电压关系角度得到的等效电路图。
[0016] 本发明的工作过程如下:
[0017] 阶段1,如图2a:M0S管S导通,此时二极管D处于关断状态。电路形成了三个回路,分别是:电压源Vi与第二电容C2 —起对第一电感L1进行充电储能,形成回路;电压源Vi与第一电容C1 一起对第二电感L2进行充电储能,形成回路;电压源Vi与第一电容C1、第二电容C2、第三电感L3 —起对输出电容C。和负载&供电,形成回路。
[0018] 阶段2,如图2b:M0S管S关断,此时二极管D导通,电路形成了三个回路,分别是:电压源Vi与第一电感L1、第二电感L2 —起对第三电感L3、输出电容C。和负载&供电,形成回路;第一电感L1与第一电容C1并联,形成回路;第二电感L2与第二电容C2并联,形成回路。
[0019] 综上情况,设MOS管S的占空比为d,开关周期为Ts。由于准Z源阻抗网络的对称性,即第一电感L1与第二电感L2的电感量相等,第一电容仏与第二电容C2的电容值相等。因此,有VU=VL2=VL,Va=VC 2=VC:。VL1、^L2 > VC:1和VC2分别是第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2的电压,因此设定\和Nc分别为准Z源阻抗网络电感电压和电容电压,Vu为第三电感L3电压,Vs为MOS管S漏极与源极之间的电压。在一个开关周期Ts内,令输出电压为V。。当变换器进入稳态工作后,得出以下的电压关系推导过程。
[0020] MOS管S导通期间,对应阶段I所述的工作情形,因此有如下公式:
[0021]
Figure CN103825457AD00051
[0024] MOS管S导通时间为dTs。
[0025] MOS管S关断期间,对应阶段2所述的工作情形,因此有如下公式:
[0026]
Figure CN103825457AD00052
[0030] MOS管S关断时间为(1-d) Ts。
[0031] 由以上分析,根据准Z源阻抗网络的对称性和电感伏秒数守恒原理,联立式(I)、
(2)、(4)和(5),可得:
[0032]
Figure CN103825457AD00053
[0033] 因此,可得到准Z源阻抗网络的电容电压Vc与电压源Vi的关系表达式为:
[0034]
Figure CN103825457AD00054
[0035] 由式(3)和(7),并对第三电感L3应用电感伏秒数守恒原理,可得:
[0036] (-N0)άΊ+(N^Nc-N0) (1-d)Ts = O (8)
[0037] 又由式(7),可得该发明电路的增益表达式为:
Figure CN103825457AD00055
[0039] 如图3a所示为本发明电路的增益曲线和基本升压电路的增益曲线的比较图;图3b为图3a中本发明电路增益曲线与基本升压电路的增益曲线在占空比d小于0.4内的比较图,图中实线表示本发明电路的增益曲线,虚线表示基本升压电路的增益曲线。由图可知,本发明电路在占空比d不超过0.5的情况下,增益G就可以达到很大,而且本发明电路在MOS管占空比不会超过0.5,因而,相比之下,本发明电路的增益是非常高的。
[0040] 由式(7)和式(9)可得本发明电路准Z源阻抗网络的电容电压Vc与电压源Vi和输出电压V。的关系式为:
[0041] Vc = V0-Vi (10)
[0042] 由式(10)可以看出,本发明电路准Z源阻抗网络的电容电压Vc的最大值不超过输出电压V。与电压源Vi的差值,因而使得本发明电路准Z源阻抗网络的电容电压应力变低。如图4所示为本发明电路工作时的主要波形图,图中Vg为MOS管的驱动,iL1>iL2和分别为第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的电流。
[0043] 另外,由于本发明电路本身拓扑结构的特点,当其启动时,准Z源阻抗网络中的第一电感L1和第二电感L2对启动冲击电流有抑制作用,有利于变换器的软启动,减少了对器件的冲击损害;同理,由于第三电感1^3的存在,所以当MOS管开通瞬间,输出电容不会对MOS管造成瞬时电流冲击。
[0044] 综上所述,本发明电路不仅具有较高的电压增益,输入输出共地,且准Z源阻抗网络电容电压应力低,不存在启动冲击回路,且MOS管开通瞬间,输出电容不会对MOS管造成瞬时电流冲击。
[0045] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包`含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种准Z源直流-直流升压变换器电路,其特征在于包括电压源(Vi)、准Z源阻抗网络、Mos管(S)、第三电感(l3)、输出电容(C。)和负载(¾);所述准z源阻抗网络由第一电感(U)、第二电感化2)、第一电容(C1X第二电容(C2)和二极管(D)构成;所述电压源(Vi)、准Z源阻抗网络和MOS管(S)依次串联构成升压电路;所述第三电感(l3)、输出电容(C。)和负载(¾)构成输出电路。
2.根据权利要求1所述的一种准Z源直流-直流升压变换器电路,其特征在于所述电压源(Vi)的正极分别与第一电感(L1)的一端和第一电容(C1)的负极连接;所述二极管(D)的阳极分别与第一电感(L1)的另一端和第二电容(C2)的负极连接;所述二极管(D)的阴极分别与第一电容(C1)的正极和第二电感(L2)的一端连接;所述MOS管(S)的漏极分别与第二电容(C2)的正极、第二电感(L2)的另一端和第三电感(L3)的一端连接;所述第三电感(L3)的另一端分别与输出电容(C。)的正极和负载(¾)的一端连接;所述电压源(Vi)的负极分别与输出电容(C。)的负极、负载(¾)的另一端和MOS管(S)的源极连接。
3.根据权利要求1所述的一种准Z源直流-直流升压变换器电路,其特征在于当MOS管(S)导通时,所述电压源(Vi)与第一电容(C1)一起对第二电感(L2)充电储能;电压源(Vi)与第二电容(C2) —起对第一电感(L1)充电储能;同时,电压源(Vi)与第一电容(C1)'第二电容(C2)、第三电感(L3) —起给输出电容(C。)和负载(¾)供电;当MOS管(S)关断时,所述二极管(D)导通,第一电感(L1)与第一电容(C1)并联,形成回路;第二电感(L2)与第二电容(C2)并联,形成回路;同时,电压源(Vi)与第一电感(U)、第二电感化2) —起给第三电感化3)、输出电容(C。)和负载(¾) 供电,形成回路。
CN201410062621.2A 2014-02-24 2014-02-24 一种准z源直流-直流升压变换器电路 Pending CN103825457A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410062621.2A CN103825457A (zh) 2014-02-24 2014-02-24 一种准z源直流-直流升压变换器电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410062621.2A CN103825457A (zh) 2014-02-24 2014-02-24 一种准z源直流-直流升压变换器电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103825457A true CN103825457A (zh) 2014-05-28

Family

ID=50760355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410062621.2A Pending CN103825457A (zh) 2014-02-24 2014-02-24 一种准z源直流-直流升压变换器电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103825457A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104716829A (zh) * 2015-04-09 2015-06-17 山东科技大学 双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器
CN104779790A (zh) * 2015-03-12 2015-07-15 华南理工大学 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN105743370A (zh) * 2016-03-29 2016-07-06 中国科学院电工研究所 一种超导储能变流器及其调制方式
CN105978322A (zh) * 2016-06-29 2016-09-28 华南理工大学 一种开关电容型高增益准z源dc-dc变换器
CN107070221A (zh) * 2017-04-11 2017-08-18 华南理工大学 一种输出容量可控的高增益直流电压变换器
CN107086775A (zh) * 2017-06-19 2017-08-22 广东工业大学 一种dc‑dc变换器及升压系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102882361A (zh) * 2012-09-25 2013-01-16 山东达能科技有限公司 用pwm消除z源ac/ac变换器中谐波的方法
CN203352432U (zh) * 2013-07-04 2013-12-18 天津城建大学 电感型z源逆变器拓扑结构
CN203722474U (zh) * 2014-02-24 2014-07-16 华南理工大学 一种准z源直流-直流升压变换器电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102882361A (zh) * 2012-09-25 2013-01-16 山东达能科技有限公司 用pwm消除z源ac/ac变换器中谐波的方法
CN203352432U (zh) * 2013-07-04 2013-12-18 天津城建大学 电感型z源逆变器拓扑结构
CN203722474U (zh) * 2014-02-24 2014-07-16 华南理工大学 一种准z源直流-直流升压变换器电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDERSON J,PENG F Z: "Four quasi-Z-source inverters", 《IEEE PESC 2008》, 31 December 2008 (2008-12-31), XP031300378 *
王利民: "阻抗源直流变换器研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)》, 15 August 2006 (2006-08-15) *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104779790A (zh) * 2015-03-12 2015-07-15 华南理工大学 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN104716829A (zh) * 2015-04-09 2015-06-17 山东科技大学 双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器
CN105743370A (zh) * 2016-03-29 2016-07-06 中国科学院电工研究所 一种超导储能变流器及其调制方式
CN105743370B (zh) * 2016-03-29 2019-05-03 中国科学院电工研究所 一种超导储能变流器及其调制方式
CN105978322A (zh) * 2016-06-29 2016-09-28 华南理工大学 一种开关电容型高增益准z源dc-dc变换器
CN107070221A (zh) * 2017-04-11 2017-08-18 华南理工大学 一种输出容量可控的高增益直流电压变换器
CN107086775A (zh) * 2017-06-19 2017-08-22 广东工业大学 一种dc‑dc变换器及升压系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103633839A (zh) 一种改进型z源升压dc-dc变换器
CN103825457A (zh) 一种准z源直流-直流升压变换器电路
CN104009633B (zh) 一种电流连续型高增益dc-dc变换器电路
CN203883673U (zh) 一种改进型z源升压dc-dc变换器
CN103490628B (zh) 一种单相高增益升压变换器
CN203722474U (zh) 一种准z源直流-直流升压变换器电路
CN104779790A (zh) 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN205847093U (zh) 一种电流连续型高增益开关升压准z源变换器电路
CN103066841B (zh) 一种基于电荷泵电容的倍压型直流变换器
CN204442176U (zh) 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN101860206A (zh) 三电平降压型变换器
CN105939107A (zh) 一种混合型准开关升压dc-dc变换器
CN105958823A (zh) 一种电流连续型高增益开关升压准z源变换器电路
CN104702105A (zh) 似有源开关电感网络升压变换器
CN105939112A (zh) 一种高增益准开关升压dc-dc变换器
CN207368879U (zh) 一种低电压应力的高增益准开关升压dc/dc变换器
CN105490523A (zh) 一种开关准z源型升压变换器
CN105515377A (zh) 一种基于耦合电感和倍压电容的软开关高增益直流变换器
CN205847086U (zh) 一种开关电容型高增益准z源dc‑dc变换器
CN103633840B (zh) 一种单开关高增益升压dc/dc变换器
CN105978322A (zh) 一种开关电容型高增益准z源dc-dc变换器
CN105939108A (zh) 一种开关电感型准开关升压dc-dc变换器
CN110034681A (zh) 一种交错并联zvzcs高升压dc/dc变换器
CN109149933A (zh) 一种带有耦合电感的高增益dc/dc变换器
CN101719723B (zh) 一种限流条件下实现瞬时大电流的电源装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140528

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)