CN104052271A - Z源高增益直流升压变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Z源高增益直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构的基础上，该变换器不仅采用X型Z源网络，提高了泵升电容的端口电压，而且利用电感电容并联充电串联放电的特性，获得了较高的电压转换增益，使得单级直流变换器实现了与两级变换器类似的性能。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；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，高增益型升压直流变换器可实现高效、小型、低噪音、低成本的目标。

Description

Z源高增益直流升压变换器
技术领域
本发明涉及一种直流升压电路，特别涉及一种Z源高增益直流升压变换器。
背景技术
近年来，随着传统化石能源的匮乏，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。然而光伏板单体输出电压较低，需要增加一个直流升压变换器将电压升高以满足后级直流母线电压的要求。传统型直流升压变换器由于拓扑简单，得到了广泛的应用。然而，在实现高电压增益转换时，开关管的占空比几乎接近1，极易引起导通损耗大，转换效率较低的问题。为了获得低占空比条件下的高电压增益，采用级联型拓扑，该拓扑不仅结构复杂，控制难度大，而且随着级联级数的增加，后级开关管的电压应力也随之增大。采用高匝数比变压器或耦合电感的拓扑，虽然可以较大幅度的提高升压增益比，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。而且变压器和耦合电感也会使体积增大，成本上升。
发明内容
本发明是针对现在直流升压变换器拓扑结构存在的问题，提出了一种Z源高增益直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构的基础上，该变换器不仅采用X型Z源网络，提高了泵升电容的端口电压，而且利用电感电容并联充电串联放电的特性，获得了较高的电压转换增益，使得单级直流变换器实现了与两级变换器类似的性能。
本发明的技术方案为：一种Z源高增益直流升压变换器，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进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路，一路依次经过钳位电容、第三二极管接MOSFET开关管漏极，另一路通过第三电感接MOSFET开关管漏极，Z源另一路输出接第三二极管正极；MOSFET开关管源极接输入电源负极，第三二极管负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源由两个电感和两个电容组成。
本发明的有益效果在于：本发明Z源高增益直流升压变换器，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；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，高增益型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图；
图2为本发明Z源高增益升压直流变换器拓扑图；
图3为本发明Z源高增益升压直流变换器L1充电状态图；
图4为本发明Z源高增益升压直流变换器L2放电，Cc充电状态图；
图5为本发明Z源高增益升压直流变换器L3充电状态图；
图6为本发明Z源高增益升压直流变换器L1、Cc及L3放电状态图；
图7为本发明Z源高增益升压直流变换器L2充电状态图；
图8为本发明Z源高增益直流升压变换器主要波形图；
图9为本发明占空比和输出电压的关系曲线图；
图10为本发明电感电流仿真波形图。
具体实施方式
如图1所示传统型升压直流变换器拓扑图，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所示本发明Z源高增益升压直流变换器拓扑图，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，一路依次经过钳位电容Cc、二极管D3接MOSFET开关管漏极，另一路通过电感L3接MOSFET开关管漏极，Z源另一路输出接二极管D3正极；MOSFET开关管源极接输入电源负极，二极管D3负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；
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
钳位电容电压Vcc＝Vin×2；
钳位电容电压纹波其中Cc为钳位电容，TS为开关周期。
图2提出的Z源高增益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；S为开关MOSFET；Vgs为开关S的栅极-源极电压；d为开关S的占空比；Vds为开关S的漏极-源极电压；L1、L2、L3为电感；C1、C2为电容；Cc为钳位电容；VCc为钳位电容电压；D1、D2、D3为二极管；Do为续流二极管；Co为滤波电容；Ro为负载；V1为L2，L3，CC支路的结点电位；Vo为输出电压。
第1阶段：开关S导通时，电感L1进入储能阶段，由输入电压进行充电，如图3所示虚线部分；电感L2进入放能阶段，通过钳位电容Cc和输入电压的电位差(VCc-Vin)进行放电，如图4所示虚线部分；电感L3进入储能阶段，由钳位电容Cc的端口电压VCc进行充电，如图5所示虚线部分；
第2阶段：开关S截止时，电感L1与L3进入放能阶段，Do正向导通，通过输出电压、钳位电容Cc和输入电压的电位差(Vo-Vcc-Vin)进行放电，如图6所示虚线部分；同时电感L2进入储能阶段，利用电压V1、钳位电容Cc和输入电压的电位差(V1-VCc-Vin)进行充电，如图7所示虚线部分。
根据磁平衡原理，在相同的占空比条件下，高增益型升压型直流变换器的增益可计算为大于传统型增益图9为Z源高增益升压直流变换器及传统升压直流变换器的占空比和输出电压的关系图，由如可以看出，当输入电压Vin＝50V，占空比d＝0.5时，此时的输出电压Vo＝50*(3/(1-0.5))＝300V，符合以上的理论分析，且在不同占空比下，Z源高增益升压直流变换器的输出电压增益都比传统升压直流变换器的电压增益高。
图10为电感电流的仿真波形，可以看出开关管导通时，电感L1、L3充电，电感L2放电；开关管断开时，电感L1、L3放电电，电感L2充电，与上述分析相符。

Claims (1)

1.一种Z源高增益直流升压变换器，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进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路，一路依次经过钳位电容、第三二极管接MOSFET开关管漏极，另一路通过第三电感接MOSFET开关管漏极，Z源另一路输出接第三二极管正极；MOSFET开关管源极接输入电源负极，第三二极管负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。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104716831A (zh) * 2015-03-19 2015-06-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种反号降压型变换器
CN105450020A (zh) * 2015-05-01 2016-03-30 华南理工大学 一种共地的高增益z源升压变换器
CN107580749A (zh) * 2015-03-13 2018-01-12 佩里格林半导体公司 用于促进绝热的电容器间电荷传输的具有电感器的dc‑dc变压器
CN111245219A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 广东工业大学 一种高功率密度的新型嵌入阻抗网络dc-dc变换器和开关电源

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030231518A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-18 Peng Fang Z. Impedance source power converter
CN101083399A (zh) * 2007-05-30 2007-12-05 东南大学 基于z源功率变换的光伏并网逆变装置
CN103633839A (zh) * 2013-11-26 2014-03-12 华南理工大学 一种改进型z源升压dc-dc变换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030231518A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-18 Peng Fang Z. Impedance source power converter
CN101083399A (zh) * 2007-05-30 2007-12-05 东南大学 基于z源功率变换的光伏并网逆变装置
CN103633839A (zh) * 2013-11-26 2014-03-12 华南理工大学 一种改进型z源升压dc-dc变换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SIVAGAMASUNDARI ET AL.: "Simulation of Quasi Z-Source Converter Based Zero Voltage Electronic Loads", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF INNOVATIVE TECHNOLOGY AND EXPLORING ENGINEERING(IJITEE)》 *
王挺等: "多单元开关电感/开关电容有源网络变换器", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107580749A (zh) * 2015-03-13 2018-01-12 佩里格林半导体公司 用于促进绝热的电容器间电荷传输的具有电感器的dc‑dc变压器
CN104716831A (zh) * 2015-03-19 2015-06-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种反号降压型变换器
CN105450020A (zh) * 2015-05-01 2016-03-30 华南理工大学 一种共地的高增益z源升压变换器
WO2016177011A1 (zh) * 2015-05-01 2016-11-10 华南理工大学 一种共地的高增益z源升压变换器
CN111245219A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 广东工业大学 一种高功率密度的新型嵌入阻抗网络dc-dc变换器和开关电源

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