CN109274267A - 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器 - Google Patents

一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN109274267A
CN109274267A CN201811392510.2A CN201811392510A CN109274267A CN 109274267 A CN109274267 A CN 109274267A CN 201811392510 A CN201811392510 A CN 201811392510A CN 109274267 A CN109274267 A CN 109274267A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
inductance
converter
expanding element
zeta
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.)
Granted
Application number
CN201811392510.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109274267B (zh
Inventor
邾玢鑫
刘光辉
陈耀
李振华
王辉
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.)
China Three Gorges University CTGU
Original Assignee
China Three Gorges University CTGU
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 China Three Gorges University CTGU filed Critical China Three Gorges University CTGU
Priority to CN201811392510.2A priority Critical patent/CN109274267B/zh
Publication of CN109274267A publication Critical patent/CN109274267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109274267B publication Critical patent/CN109274267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提出一种新型可扩展Zeta DC‑DC变换器。所提变换器由基本Zeta DC‑DC变换器和若干个所提扩展单元组成。所提扩展单元由一个电感、两个电容及一个二极管所构成，通过调节所提扩展单元的个数即可实现对变换器输入输出增益及开关器件电压应力的调节。相比于传统Zeta DC‑DC变换器，所提方案在不改变其控制及驱动电路的前提下具有：输入输出电压调节范围宽、开关器件电压应力等优势，适用于输入或输出电压变化范围较宽的应用场合。

Description

一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及一种宽输入输出升降压DC/DC变换器，具体是一种新型可扩展ZetaDC-DC变换器。
背景技术
常见非隔离型升降压DC-DC变换器有Buck-Boost、Cuk、Sepic以及Zeta电路。理论上通过调节占空比D，这些变换器的输入输出增益可以在零至无穷大之间变化，但当这些变换器工作于升压模式时，受电路和元器件寄生参数的影响，输入输出增益受到了较大的限制。特别地，当占空比接近1时，变换器输入输出增益比会出现降低的现象。目前文献中提高DC-DC变换器输入输出增益的方案多基于Boost电路而构建，这些电路通常只能实现升压，不能实现降压，在输入和输出电压变化均较大的应用场合中难以适用。因此在现有升降压DC-DC变换器的基础上研究即可实现高增益升压，同时保留降压能力的新型宽输入输出升降压DC/DC变换器具有重要意义。
发明内容
为解决现有非隔离型高增益DC-DC变换器在宽输入输出电压应用场合中的局限性，本发明基于基本Zeta DC-DC变换器提出一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器。
一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载RL，一个基本Zeta DC-DC变换器，n个扩展单元。其中：
基本Zeta DC-DC变换器包含两个电感L1、L2，两个电容C1、C2，一个功率开关S1，一个二极管D1。其连接形式如下：功率开关S1的漏极接输入电源的正极，源极连接功率电感L1的上端以及电容C1的左端，电容C1的右端与电感L2的左端以及二极管D1的阴极相连，电感L2的右端与电容C2的上端相连，电感L1的下端、二极管D1的阳极以及电容C2的下端与输入电源的负极相连。
n个扩展单元的元器件和内部连接形式均相同，以第i个扩展单元为例说明，其含有：一个电感Li1，一个二极管Di1，两个电容Ci1、Ci2。其中电容Ci1的右端与电感Li1的左端以及二极管Di1的阴极相连，电感Li1的右端与电容Ci2的上端相连。
各个扩展单元之间的连接形式如下(1<i≤n)：第i-1个扩展单元中电容C(i-1)1的右端、电感L(i-1)1的左端以及二极管D(i-1)1的阴极相连的交点与第i个扩展单元中电容Ci1的左端相连，第i-1个扩展单元中电感L(i-1)1的右端与电容C(i-1)2的上端相连的交点与第i个扩展单元中二极管Di1的阳极相连，第i-1个扩展单元中电容C(i-1)2的下端与第i个扩展单元中电容Ci2的下端以及输入电源的负极相连。
第1个扩展单元与基本Zeta DC-DC变换器之间的连接关系如下：基本Zeta DC-DC变换器中电容C1的右端与电感L2的左端以及二极管D1的阴极相连的交点与第1个扩展单元中电容C11的左端相连，基本Zeta DC-DC变换器中电感L2的右端与电容C2的上端相连的交点与第1个扩展单元中二极管D11的阳极相连。
负载RL的两端与第n个扩展单元中电容Cn2的两端相连。
所述功率开关S1的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。
本发明一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器，技术效果如下：
1、在提高变换器输入输出增益的基础上，保留了变换器的降压能力，且开关器件电压应力低。具体如下(电感L1的电流连续导通时)：
输入输出增益为：
开关管电压应力为：
其中D为占空比，uin为输入电压，uo为输出电压，us为功率开关电压应力，n为扩展单元数量。
2、仅含有1个功率开关，控制策略及驱动电路简单。
附图说明
图1是本发明电路原理图。
图2是本发明扩展单元数为1时的电路拓扑图。
图3是传统Zeta DC-DC变换器电路原理图
图4是本发明扩展单元数为1时的输入输出增益与传统Zeta DC-DC变换器的输入输出增益对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2所示为本发明扩展单元数为1时的电路拓扑图：
一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载RL，一个基本Zeta DC-DC变换器，一个扩展单元。其中：
基本Zeta DC-DC变换器包含两个电感L1、L2，两个电容C1、C2，一个功率开关S1，一个二极管D1。其连接形式如下：功率开关S1的漏极接输入电源的正极，源极连接功率电感L1的上端以及电容C1的左端，电容C1的右端与电感L2的左端以及二极管D1的阴极相连，电感L2的右端与电容C2的上端相连，电感L1的下端、二极管D1的阳极以及电容C2的下端与输入电源的负极相连。
扩展单元含有：一个电感L11，一个二极管D11，两个电容C11、C12。其中电容C11的右端与电感L11的左端以及二极管D11的阴极相连，电感L11的右端与电容C12的上端相连。
扩展单元与基本Zeta DC-DC变换器之间的连接关系如下：基本Zeta DC-DC变换器中电容C1的右端与电感L2的左端以及二极管D1的阴极相连的交点与扩展单元中电容C11的左端相连，基本Zeta DC-DC变换器中电感L2的右端与电容C2的上端相连的交点与扩展单元中二极管D11的阳极相连。
负载RL的两端与扩展单元中电容C12的两端相连。
所述功率开关S1的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。
在电感L1的电流连续导通时，根据功率开关状态的不同，可以将电路分为2种工作状态：
(1)功率开关S1导通，二极管D1、D11均关断，此时电感L1、L2、L11、电容C2、C12充电，电容C1、C11放电；电感L1、L2、L11端电压如下式所示：
(2)功率开关S1关断，二极管D1、D11均导通，此时电感L1、L2、L11、电容C2、C12放电，电容C1、C11充电；电感L1、L2、L11端电压如下式所示：
本发明的上述实施实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案,所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器，其特征在于：该变换器包含一个直流输入源，一个负载RL，一个基本Zeta DC-DC变换器，n个扩展单元；其中：
基本Zeta DC-DC变换器包含两个电感L1、L2，两个电容C1、C2，一个功率开关S1，一个二极管D1；其连接形式如下：功率开关S1的漏极接输入电源的正极，源极连接功率电感L1的上端以及电容C1的左端，电容C1的右端与电感L2的左端以及二极管D1的阴极相连，电感L2的右端与电容C2的上端相连，电感L1的下端、二极管D1的阳极以及电容C2的下端与输入电源的负极相连；
n个扩展单元的元器件和内部连接形式均相同，以第i个扩展单元为例说明，其含有：一个电感Li1，一个二极管Di1，两个电容Ci1、Ci2；其中电容Ci1的右端与电感Li1的左端以及二极管Di1的阴极相连，电感Li1的右端与电容Ci2的上端相连；
各个扩展单元之间的连接形式如下,1<i≤n,：第i-1个扩展单元中电容C(i-1)1的右端、电感L(i-1)1的左端以及二极管D(i-1)1的阴极相连的交点与第i个扩展单元中电容Ci1的左端相连，第i-1个扩展单元中电感L(i-1)1的右端与电容C(i-1)2的上端相连的交点与第i个扩展单元中二极管Di1的阳极相连，第i-1个扩展单元中电容C(i-1)2的下端与第i个扩展单元中电容Ci2的下端以及输入电源的负极相连；
第1个扩展单元与基本Zeta DC-DC变换器之间的连接关系如下：基本Zeta DC-DC变换器中电容C1的右端与电感L2的左端以及二极管D1的阴极相连的交点与第1个扩展单元中电容C11的左端相连，基本Zeta DC-DC变换器中电感L2的右端与电容C2的上端相连的交点与第1个扩展单元中二极管D11的阳极相连；
负载RL的两端与第n个扩展单元中电容Cn2的两端相连。
2.根据权利要求1所述一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器，其特征在于：功率开关S1的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。
CN201811392510.2A 2018-11-21 2018-11-21 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器 Active CN109274267B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811392510.2A CN109274267B (zh) 2018-11-21 2018-11-21 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811392510.2A CN109274267B (zh) 2018-11-21 2018-11-21 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109274267A true CN109274267A (zh) 2019-01-25
CN109274267B CN109274267B (zh) 2024-03-12

Family

ID=65189648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811392510.2A Active CN109274267B (zh) 2018-11-21 2018-11-21 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109274267B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111446854A (zh) * 2020-04-30 2020-07-24 三峡大学 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
CN111786555A (zh) * 2020-07-22 2020-10-16 福州大学 基于新型升压单元的零纹波高增益dc-dc变换器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100078122A (ko) * 2008-12-30 2010-07-08 서울산업대학교 산학협력단 고승압비를 갖는 비절연 소프트 스위칭 ｄｃ­ｄｃ 컨버터
CN102946194A (zh) * 2012-12-12 2013-02-27 重庆大学 一种高增益交错并联升压型变换器
CN206294078U (zh) * 2016-12-29 2017-06-30 三峡大学 一种多输入高升压dc/dc变换器
KR101792773B1 (ko) * 2016-07-05 2017-11-01 인하대학교 산학협력단 전압 이득이 향상된 ky 컨버터
CN206850670U (zh) * 2017-05-27 2018-01-05 三峡大学 一种自动均流的高自由度dc/dc变换器
CN209170226U (zh) * 2018-11-21 2019-07-26 三峡大学 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100078122A (ko) * 2008-12-30 2010-07-08 서울산업대학교 산학협력단 고승압비를 갖는 비절연 소프트 스위칭 ｄｃ­ｄｃ 컨버터
CN102946194A (zh) * 2012-12-12 2013-02-27 重庆大学 一种高增益交错并联升压型变换器
KR101792773B1 (ko) * 2016-07-05 2017-11-01 인하대학교 산학협력단 전압 이득이 향상된 ky 컨버터
CN206294078U (zh) * 2016-12-29 2017-06-30 三峡大学 一种多输入高升压dc/dc变换器
CN206850670U (zh) * 2017-05-27 2018-01-05 三峡大学 一种自动均流的高自由度dc/dc变换器
CN209170226U (zh) * 2018-11-21 2019-07-26 三峡大学 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOHAMAD REZA BANAEI等: ""Analysis and Implementation of a New SEPIC-Based Single-Switch BucK–Boost DC–DC Converter With Continuous Input Current"", 《IEEE》, pages 10317 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111446854A (zh) * 2020-04-30 2020-07-24 三峡大学 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
CN111446854B (zh) * 2020-04-30 2023-05-02 三峡大学 一种可扩展Zeta DC-DC变换器
CN111786555A (zh) * 2020-07-22 2020-10-16 福州大学 基于新型升压单元的零纹波高增益dc-dc变换器
CN111786555B (zh) * 2020-07-22 2021-11-02 福州大学 基于新型升压单元的零纹波高增益dc-dc变换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN109274267B (zh) 2024-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10720833B2 (en) DC-DC converter
TWI492510B (zh) High Efficiency Buck - Boost Converter and Its Control
KR101920624B1 (ko) 스위치 전원 및 상기 스위치 전원을 제어하는 방법
CN111446854B (zh) 一种可扩展Zeta DC-DC变换器
CN111431399B (zh) 一种可扩展Cuk DC-DC变换器
TWI672898B (zh) 雙向ｄｃ－ｄｃ轉換器
CN110224599A (zh) 一种多相buck-boost交错并联DC/DC变换电路
WO2014090044A1 (zh) 一种电压调节方法、预稳压电源电路及系统
CN111464024B (zh) 一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器
CN112713766B (zh) 一种高增益Cuk DC-DC变换器
CN112701923B (zh) 一种高增益Zeta DC-DC变换器
CN111464023B (zh) 一种高增益升压和降压Sepic DC-DC变换器
CN109309448A (zh) 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器
CN209170226U (zh) 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
CN109274267A (zh) 一种新型可扩展Zeta DC-DC变换器
CN104578772A (zh) 一种升压电路
CN109274270A (zh) 一种新型可扩展Sepic DC-DC变换器
CN109510464A (zh) 一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器
CN209184482U (zh) 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器
CN209170220U (zh) 一种基于新型电压增益单元的单开关高增益Boost变换器
TW201429138A (zh) 具有電荷泵的切換式電源供應器
CN209170228U (zh) 一种新型可扩展Sepic DC-DC变换器
CN106602872A (zh) 一种级联电压举升型准z源变换器
CN209184488U (zh) 一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器
CN113890340B (zh) 一种单输入高可靠性电容电流一致型buck-boost DC-DC变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant