CN110299839A - 直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路，包括电源、MOS开关管Q1、6个快恢复二极管、两个电感、一组耦合电感n1以及n2、电阻R0和6个电容，两个电感分别为电感L1、L2，6个快恢复二极管分别为二极管D0、D1、D2、D3、D4、Dr，6个电容分别为电容C0、C1、C2、C3、C4、Cc。将本电路作为直流充电桩功率模块的Boost电路，当驱动电路输出高电平时，MOS开关管Q1导通，当驱动电路输出低电平时，MOS开关管Q1截止。与传统Boost电路相比，该电路增益高、导通损耗低、元件承受的电压应力低。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路。
背景技术
随着电动汽车快速发展，人们对充电速度的需求日益增加，导致直流充电桩功率模块的功率等级越来越高，对功率模块中的Boost电路的增益要求愈加苛刻。为有效提高Boost电路的增益，满足直流充电桩功率模块需求，设计一种高增益、低损耗、低电压应力的Boost电路。
传统的Boost变换器通过调整占空比来调节输出电压，理论上当占空比越接近1时，变换器获得的电压雨大。但实际上，由于环境因素和电路中其他元件影响，以及电感本身存在的损耗，导致电路增益有限。并且传统Boost电路由于结构原因，输出电压很高时开关器件会承受很高的电压应力，增加元件的开关损耗，影响其使用寿命。而直流充电桩功率模块输出电压范围广、峰值高，传统Boost电路已不能很好满足其需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路，与传统Boost电路相比，其增益高、元器件开关损耗低、元器件承受的电压应力较小、工作寿命长。
为实现上述目的，本发明通过以下方案实现：直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路，包括电源、MOS开关管Q1、6个快恢复二极管、两个电感、一组耦合电感n1以及n2、电阻R0和6个电容，两个电感分别为电感L1、L2，6个快恢复二极管分别为二极管D0、D1、D2、D3、D4、Dr，6个电容分别为电容C0、C1、C2、C3、C4、Cc；
电源正极与电感L1一端相连，电感L1另一端与二极管D4阳极相连，二极管D4阴极与电容C1一端相连，电容C1另一端与电源负极连接；
电容C2一端与二极管D4阳极连接，电容C2另一端与电感L2一端连接，电感L2另一端与二极管D4阴极连接；
电容C2另一端与二极管D1阳极连接，二极管D1阴极与电容Cc一端连接，电容Cc另一端与电源负极连接；
耦合电感n1一端与二极管D1阴极连接，耦合电感n1另一端与耦合电感n2一端连接，耦合电感n2另一端与电容C3一端连接；
电容C4一端与二极管D1阴极连接，另一端与二极管Dr阳极连接；
电容C3另一端分别与二极管Dr阴极、二极管D0阳极连接，二极管D0阴极与电容C0一端连接，电容C0另一端与电源负极连接；
电阻R0与电容C0并联连接；
二极管D3阳极连接在耦合电感n1与耦合电感n2的连接点，二极管D3阴极连接在电容C4与二极管Dr的连接点上；
MOS开关管Q1漏极连接在耦合电感n1与耦合电感n2连接点，源极连接电源负极。
所述二极管D0、D1、D2、D3、D4、Dr采用Farichildsemi公司生产快恢复二极管RHRU50120。
所述MOS开关管Q1采用STW43NM60。
本发明的有益效果为：1、用于提升直流充电桩功率模块中Boost电路的增益
2、与传统的Boost电路相比，本发明能够用较低的占空比，使电路拥有较高的电压增益；
3、降低电路中元器件的电压应力，延长元器件的使用寿命；
4、抑制输出电流的纹波，使输出电流连续。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路拓扑结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路，包括电源、MOS开关管Q1、6个快恢复二极管、两个电感、一组耦合电感n1以及n2、电阻R0和6个电容，两个电感分别为电感L1、L2，6个快恢复二极管分别为二极管D0、D1、D2、D3、D4、Dr，6个电容分别为电容C0、C1、C2、C3、C4、Cc；
电源正极与电感L1一端相连，电感L1另一端与二极管D4阳极相连，二极管D4阴极与电容C1一端相连，电容C1另一端与电源负极连接；
电容C2一端与二极管D4阳极连接，电容C2另一端与电感L2一端连接，电感L2另一端与二极管D4阴极连接；
电容C2另一端与二极管D1阳极连接，二极管D1阴极与电容Cc一端连接，电容Cc另一端与电源负极连接；
耦合电感n1一端与二极管D1阴极连接，耦合电感n1另一端与耦合电感n2一端连接，耦合电感n2另一端与电容C3一端连接；
电容C4一端与二极管D1阴极连接，另一端与二极管Dr阳极连接；
电容C3另一端分别与二极管Dr阴极、二极管D0阳极连接，二极管D0阴极与电容C0一端连接，电容C0另一端与电源负极连接；
电阻R0与电容C0并联连接；
二极管D3阳极连接在耦合电感n1与耦合电感n2的连接点，二极管D3阴极连接在电容C4与二极管Dr的连接点上；
MOS开关管Q1漏极连接在耦合电感n1与耦合电感n2连接点，源极连接电源负极。
所述二极管D0、D1、D2、D3、D4、Dr采用Farichildsemi公司生产快恢复二极管RHRU50120。快恢复二极管在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压。所述MOS开关管Q1采用STW43NM60。
实施例2：
本发明的工作原理为：
阶段1，触发信号上升沿到来时，MOS开关管Q1触发导通，电源与电容C2对电感L1充能，电容C1对电感L2充能，同时电容Cc与耦合电感原边和开关元件组成回路使其电流线性上升，漏感电流也快速上升。电容Cc与电容C4及耦合电感副边给电容C3充电，负载能量由输出电容C0提供。
在触发信号下降沿到来时，MOS开关管Q1关断。
阶段2，MOS开关管Q1断开，二极管D1与二极管D0导通，电路中有五个回路：回路1，电源与电感L1、二极管D4及电容C1组成，电容C1储能；回路二，电感L2、电容C2、二极管D4组成，对电容C2充电；回路三，电源、电感L1、电感L2、二极管D1、电容Cc，电容Cc存储能量；回路四，耦合电感原边、D3、C4，漏感能量向C4释放；回路五为一个大回路，电源与电感及耦合电感向负载传输能量并给输出电容C0充电。
阶段3，此阶段与阶段2基本相同，唯一的区别是漏感能量释放完毕后二极管D3断开，能量向负载传输。
本发明Boost变换电路接在功率模块整流电路之后，提升功率模块输出电压，为电动汽车充电。MOS开关管 Q1开关信号由控制系统给出，并通过专用驱动电路后控制MOS开断。当驱动电路输出高电平时，MOS开关管Q1导通，当驱动电路输出低电平时，MOS开关管Q1截止。MOS开关管Q1处于闭合阶段时，满足：
电感L1两端电压等于输入电压与电容C2电压之和；电感L2电压等于电容C1电压；励磁电感的励磁电压等于电容Cc电压；
MOS开关管Q1处于断开阶段时，满足：
电感L1两端电压等于输入电压减去电容C1电压；电感L2电压等于电容C2电压；励磁电感的励磁电压等于(电容C1电压+电容C3电压-输入电压)/(1-耦合电感变比)。
本发明MOS开关管Q1漏极上面的电荷在MOS开关管Q1关断时，又回馈到电路的储能电容中，降低了电路的损耗。MOS开关管Q1关断时电路仍能为输出电容C0供电，以较低占空比使电路拥有较高的电压增益。
当电路启动时，电感L1和电感L2对启动冲击电流有抑制作用，有利于变换器的软启动，减少了对元器件的冲击损害，延长元器件的使用寿命。
实施例3：
电阻R0为输出等效电阻；耦合电感n1和n2匝数比为2:1；电感L1、L2分别选择470uH和500uH，电容C0、C1、C2、C3、C4、Cc耐压等级为450V、电容值为470uF。
Claims (3)
1.直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路，其特征在于：包括电源、MOS开关管Q1、6个快恢复二极管、两个电感、一组耦合电感n1以及n2、电阻R0和6个电容，两个电感分别为电感L1、L2，6个快恢复二极管分别为二极管D0、D1、D2、D3、D4、Dr，6个电容分别为电容C0、C1、C2、C3、C4、Cc；
电源正极与电感L1一端相连，电感L1另一端与二极管D4阳极相连，二极管D4阴极与电容C1一端相连，电容C1另一端与电源负极连接；
电容C2一端与二极管D4阳极连接，电容C2另一端与电感L2一端连接，电感L2另一端与二极管D4阴极连接；
电容C2另一端与二极管D1阳极连接，二极管D1阴极与电容Cc一端连接，电容Cc另一端与电源负极连接；
耦合电感n1一端与二极管D1阴极连接，耦合电感n1另一端与耦合电感n2一端连接，耦合电感n2另一端与电容C3一端连接；
电容C4一端与二极管D1阴极连接，另一端与二极管Dr阳极连接；
电容C3另一端分别与二极管Dr阴极、二极管D0阳极连接，二极管D0阴极与电容C0一端连接，电容C0另一端与电源负极连接；
电阻R0与电容C0并联连接；
二极管D3阳极连接在耦合电感n1与耦合电感n2的连接点，二极管D3阴极连接在电容C4与二极管Dr的连接点上；
MOS开关管Q1漏极连接在耦合电感n1与耦合电感n2连接点，源极连接电源负极。
2.根据权利要求1所述的直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路，其特征在于：所述二极管D0、D1、D2、D3、D4、Dr采用Farichildsemi公司生产快恢复二极管RHRU50120。
3.根据权利要求1所述的直流充电桩功率模块的准Z源变换器Boost电路，其特征在于：所述MOS开关管Q1采用STW43NM60。
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