CN205901592U - 一种准z源降压dc‑dc变换电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种准Z源降压DC‑DC变换电路,其包括电压源,由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第一开关管构成的准Z源网络,第二开关管,第三电感,输出电容和负载。所述输出电容和负载作为准Z源网络的一部分;所述电压源、第三电感、准Z源网络依次串联;所述第二开关管并联在准Z源网络的第一电感和第二电容上。整个电路结构简单,输出与输入共地,在占空比接近于0.5的时候,可以实现很小的降压比,电路不存在启动冲击电流问题,由于没有二极管,也没有一般降压变换器中由二极管PN结由导通变为截止状态过程中,存在的反向恢复现象。除此之外,该变换器还具有升降压和双向能量流动的能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子电路领域,具体涉及一种准Z源降压DC-DC变换器电路。
背景技术
在LED集中式直流供电系统中,为了降低线路损耗,采用高压直流输电,由于LED需要的驱动电压较小,所以需要将上百伏的直流高压进行降压。由于电压变比很小,采用普通的BUCK变换器会出现开关损耗大、变换效率低、电磁干扰严重等问题,而且通常降压变换器里带有二极管,二极管由导通变为截止状态过程中,存在反向恢复现象。而隔离型变换器的拓扑结构复杂,变压器漏感导致能量损耗,电磁干扰严重。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种准Z源降压DC-DC变换器电路,具体技术方案如下。
一种准Z源降压DC-DC变换电路,包括电压源、准Z源网络、第二开关管、第三电感、输出电容和负载。所述准Z源网络由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第一开关管组成;所述电压源、第三电感、准Z源网络依次串联;所述第二开关管并联在准Z源网络的第一电感和第二电容上。
进一步地,上述准Z源降压DC-DC变换电路的具体连接方式为:所述电压源的正极与第三电感的一端连接;第三电感的另一端分别与第一电容的正极、第一电感的一端和第二开关管的漏极连接;第一电容的负极分别与第 二电感的一端、第一开关管的源极连接;第一开关管的漏极分别与第一电感的另一端、第二电容的正极连接;第二电容的负极分别与第二开关管的源极、输出电容的一端和负载的一端连接;电压源的负极分别与第二电感的另一端、输出电容的另一端和负载的另一端连接。
与现有技术相比,本实用新型电路具有如下优点和技术效果:可以在占空比不小的情况下实现很小的电压变比,输入输出电压共地,没有Z源网络常有的启动冲击电流问题,没有二极管由导通转为关断时的反向恢复问题,并且具有双向能量流动能力,调换负载和电源位置后可以使之成为一个高增益的BOOST电路。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式中的一种准Z源降压DC-DC变换电路。
图2a、图2b是第一开关管S1导通、第二开关管S2关断时工作过程的等效电路图。
图3a、图3b是第二开关管S2导通、第一开关管S1关断时工作过程的等效电路图。
图4是变换器的电压增益和占空比的关系图。
图5为实例中本实用新型电路的工作波形图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述说明,但本实用新型的实施方式不限于此。需指出的是,以下若有未特别详细说明之过程或参数,均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
参考图1,本实用新型所述的一种准Z源降压DC-DC变换电路,其包括 电压源VIN,由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和第一开关管S1构成的准Z源网络,第二开关管S2,第三电感L3,输出电容CO和负载RL。所述输出电容和负载作为准Z源网络的一部分;所述电压源、第三电感、准Z源网络依次串联;所述第二开关管并联在准Z源网络的第一电感和第二电容上。两个开关管的存在给负载向电压源馈能提供了可能,从而大大降低了负载电压。整个电路结构简单,输出与输入共地,在占空比接近于0.5的时候,可以实现很小的降压比,电路不存在启动冲击电流问题,由于没有二极管,也没有一般降压变换器中由二极管PN结由导通变为截止状态过程中,存在的反向恢复现象。除此之外,该变换器具有升降压和双向能量流动的能力。
本实例电路的具体连接如下:所述电压源VIN的正极与第三电感L3的一端连接;第三电感L3的另一端分别与第一电容C1的正极、第一电感L1的一端和第二开关管S2的漏极连接;第一电容C1的负极分别与第二电感L2的一端、第一开关管的S1源极连接;第一开关管S1的漏极分别与第一电感L1的另一端、第二电容C2的正极连接;第二电容C2的负极分别与第二开关管S2的源极、输出电容CO的正极和负载RL的一端连接;电压源VIN的负极分别与第二电感L2的另一端、输出电容CO的负极和负载RL的另一端连接。
图2a、图2b和图3a、图3b给出了本实用新型电路的工作过程图。图2a、图2b是第一开关管S1导通、第二开关管S2关断时的等效电路图;图3a、图3b是第二开关管S2导通、第一开关管S1关断时的等效电路图,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。
本实例的工作过程如下。
阶段1,如图2:第一开关管S1导通,此时第二开关管S2处于关断状态。电路形成了三个回路,分别是:第一电感L1和第一电容C1构成一个回路;第二电感L2、第二电容C2和输出电容CO、负载RL构成一个回路;电压源VIN和第三电感L3以及其他器件构成一个回路。由于第一电容C1、第二电容C2电压和大于电压源VIN电压,第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2、输出电容CO、负载RL对电压源VIN和第三电感L3进行反向充电,第三电感L3电流降低。在这个过程中,第一电感L1先对第一电容C1进行充电,第二电感L2对第二电容C2、输出电容CO和负载RL进行充电,电流流经第一开关管S1的反并联二极管,第一电感L1和第二电感L2电流降低,如图2a所示;第一电感L1和第二电感L2电流降到0后,第一电容C1对第一电感L1进行充电、第二电容C2和输出电容CO对第二电感L2进行充电,电流流经第一开关管S1,第一电感L1和第二电感L2电流升高,如图2b所示。
阶段2,如图3:第二开关管S2导通,此时第一开关管S1处于关断状态。电路形成了三个回路,分别是:第一电感L1和第二电容C2构成一个回路;第二电感L2、第一电容C1和输出电容CO、负载RL构成一个回路;电压源VIN和第三电感L3以及输出电容CO、负载RL构成一个回路。由于负载电压低于输入电压,电压源VIN对第三电感L3和输出电容CO、负载RL进行充电,第三电感L3电流升高。在这个过程中,第一电感L1先对第二电容C2进行充电,第二电感L2和输出电容CO对第一电容C1进行充电,电流流经第二开关管S2的反并联二极管,第一电感L1和第二电感L2电流降低,如图3a所示;第一电感L1和第二电感L2电流降到0后,第二电容C2对第一电感L1进行反向充电、第一电容C1对第二电感L2、输出电容CO和负载RL进行充电,电 流流经第二开关管S2,第一电感L1和第二电感L2电流升高,如图3b所示。
综上情况,设第一开关管S1的占空比为D,开关周期为TS。VL1、VL2、VL3、VC1、VC2分别是第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2的电压,VS1和VS2分别为第一开关管S1和第二开关管S2的关断电压,VIN为电压源电压,负载RL两端电压为VO。
第一开关管S1导通,第二开关管S2关断期间,对应阶段1所述的工作情形,因此有如下公式:
VL1=VC1 (1)
VL2=VC2+VO (2)
VL3=VIN-VC1-VC2-VO (3)
第一开关管S1导通时间为D·TS。
第二开关管S2导通,第一开关管S1关断期间,对应阶段2所述的工作情形,因此有如下公式:
VL1=-VC2 (4)
VL2=VO-VC1 (5)
VL3=VIN-VO (6)
第一开关管S1关断时间为(1-D)·TS。
由电感的伏秒平衡原理得:
VC1·D·TS-VC2·(1-D)·TS=0 (7)
(VC2+VO)·D·TS+(VO-VC1)·(1-D)·TS=0 (8)
(VIN-VC1-VC2-VO)·D·TS+(VIN-VO)·(1-D)·TS=0 (9)
联立式(7)、式(8)、式(9),可得该实用新型电路的电压增益表达式 为:
如图4所示为本实用新型电路的增益曲线。由图4可以看出,当占空比D接近于0.5(D<0.5)时,增益G可以很小。当D>0.5时,本实用新型电路相当于一个BUCK-BOOST电路:0<D<2/3时,本实用新型电路相当于一个BUCK电路,输出电压和输入电压方向相反;2/3<D<1时,本实用新型电路相当于一个BOOST电路。
由于本实用新型电路具有双向能量流动的能力,所以调换负载和电源位置后,当占空比D接近于0.5(D<0.5)时,增益G可以很大,成为一个高增益升压电路。当D>0.5时,本实用新型电路相当于一个BUCK-BOOST电路:0<D<2/3时,本实用新型电路相当于一个BOOST电路,输出电压和输入电压方向相反;2/3<D<1时,本实用新型电路相当于一个BUCK电路,输出电压和输入电压方向相反。
由于本实用新型电路本身拓扑结构的特点,当其启动时,电路中的电感对启动冲击电流有抑制作用,减少了对器件的冲击损害。同时,由于电路中没有二极管,也就没有二极管由导通转为关断的过程中存在的反向恢复现象。
综上所述,本实用新型电路不仅可以实现很小的电压增益,输入输出共地,不存在Z源网络的启动冲击电流问题和二极管的反向恢复问题,可以实现降压和升降压功能,并且具有双向能量流动能力,调换负载和电源位置后可以使之成为一个高增益的BOOST电路。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型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实用新型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,都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种准Z源降压DC-DC变换电路,其特征在于包括电压源(VIN)、准Z源网络、第二开关管(S2)、第三电感(L3)、输出电容(CO)和负载(RL);所述准Z源网络由第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一开关管(S1)、输出电容(CO)和负载(RL)构成;所述电压源(VIN)、第三电感(L3)、准Z源网络依次串联;所述第二开关管(S2)并联在准Z源网络的第一电感(L1)和第二电容(C2)上;所述电压源(VIN)的正极与第三电感(L3)的一端连接;第三电感(L3)的另一端分别与第一电容(C1)的正极、第一电感(L1)的一端和第二开关管(S2)的漏极连接;第一电容(C1)的负极分别与第二电感(L2)的一端、第一开关管的(S1)源极连接;第一开关管(S1)的漏极分别与第一电感(L1)的另一端、第二电容(C2)的正极连接;第二电容(C2)的负极分别与第二开关管(S2)的源极、输出电容(CO)的正极和负载(RL)的一端连接;电压源(VIN)的负极分别与第二电感(L2)的另一端、输出电容(CO)的负极和负载(RL)的另一端连接。
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