CN206698115U - 一种双管z源直流电压变换器 - Google Patents

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陈艳峰
陈柱
张波
丘东元
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Abstract

本实用新型公开了一种双管Z源直流电压变换器，包括电压源、电感、电容、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和负载；所述电压源的正极与电感的一端连接，其负极分别与第一开关管的源极和第一二极管的阴极连接；所述第一开关管的漏极分别与第二二极管的阴极、电容的正极和负载的一端连接；所述第二开关管的漏极分别与第二二极管的阳极和电感的另一端连接；所述第二开关管的源极分别与第一二极管的阳极、电容的负极和负载的另一端连接。本实用新型结构简单，控制方式方便，输入电流连续，且能够在低占空比实现较高的输出电压增益，电路不存在启动冲击问题。

Description

一种双管Z源直流电压变换器
技术领域
本实用新型涉及电力电子变换器的技术领域，尤其是指一种双管Z源直流电压变换器。
背景技术
随着工业生产的快速发展，大功率、高增益的变换器在需要电能变换的场合发挥着越来越重要的作用。近些年来提出的Z源变换器实现了低占空比时获得较大的输出电压，克服了Boost变换器由于极限占空比所导致的开关管和二极管峰值电流过大等缺陷。然而，传统的Z源变换器输入电流不连续，不利于输入侧滤波，同时Z源变换器采用了两个电容、两个电感，不利于减小系统的体积和提高系统的功率密度。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供了一种双管Z源直流电压变换器，适用于需要高增益非隔离型的电力电子电路。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种双管Z源直流电压变换器，包括电压源、电感、电容、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和负载；所述电压源的正极与电感的一端连接，其负极分别与第一开关管的源极和第一二极管的阴极连接；所述第一开关管的漏极分别与第二二极管的阴极、电容的正极和负载的一端连接；所述第二开关管的漏极分别与第二二极管的阳极和电感的另一端连接；所述第二开关管的源极分别与第一二极管的阳极、电容的负极和负载的另一端连接。
所述电压源和电感依次串联构成一个支路，在同一个支路内，电压源和电感的位置能够交换，但依据电流的流向必须是电压源的正极串联电感的一端，或电感的另一端串联电压源的负极。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本实用新型结构简单，控制方式方便，输入电流连续，且能够在低占空比实现较高的输出电压增益，电路不存在启动冲击问题。
附图说明
图1是本实用新型所述双管Z源直流电压变换器的电路原理图。
图2a、图2b分别是本实用新型所述双管Z源直流电压变换器在第一开关管S1和第二开关管S2导通和关断中两个主要阶段的等效电路图，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。
图3是本实用新型电路的仿真主要工作波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1所示，本实施例所提供的双管Z源直流电压变换器，包括电压源Vi、电感L、电容C、第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2和负载R；所述电压源Vi的正极与电感L的一端连接，其负极分别与第一开关管S1的源极和第一二极管D1的阴极连接；所述第一开关管S1的漏极分别与第二二极管D2的阴极、电容C的正极和负载R的一端连接；所述第二开关管S2的漏极分别与第二二极管D2的阳极和电感L的另一端连接；所述第二开关管S2的源极分别与第一二极管D1的阳极、电容C的负极和负载R的另一端连接。
电压源Vi和电感L依次串联构成一个支路，在同一个支路内，电压源Vi和电感L的位置可以交换，但依据电流的流向必须是电压源Vi的正极串联电感L的一端，或电感L的另一端串联电压源Vi的负极。
第一开关管S1和第二开关管S2导通时，电压源Vi和电容C对电感L充电；电容C为负载R供电。第一开关管S1和第二开关管S2关断时，电压源Vi和电感L通过第一二极管D1和第二二极管D2对电容C充电，同时给负载R供电。本实用新型结构简单，控制方式方便，能够在低占空比实现较高的输出电压增益。
参见图2a、图2b所示，给出了第一开关管S1和第二开关管S2导通和关断中两个主要阶段的等效电路图。结合图2a、图2b，本实施例上述的双管Z源直流电压变换器的工作过程如下：
阶段1，如图2a：第一开关管S1和第二开关管S2导通，此时第一二极管D1和第二二极管D2关断；电路中形成2个回路，分别是：电压源Vi和电容C对电感L充电；电容C为负载R供电。
阶段2，如图2b：第一开关管S1和第二开关管S2关断，此时第一二极管D1和第二二极管D2导通；电路中形成2个回路，分别是：电压源Vi和电感L通过第一二极管D1和第二二极管D2对电容C充电，同时给负载R供电。
综上情况，一个开关周期内，设开关管占空比为d，设电感L和电容C的电压分别为vL、vC，设输出电压为Vo，得出以下电压增益的推导过程。
第一开关管S1和第二开关管S2导通期间，对应阶段1所述的工作情形，因此有如下公式：
vL＝Vi+vC (1)
第一开关管S1和第二开关管S2关断期间，对应阶段2所述的工作情形，因此有如下公式：
vL＝Vi-vC (2)
由以上分析，根据电感的伏秒特性，有，
(Vi+vC)d+(Vi-vC)(1-d)＝0 (3)
由式子(3)可得，电容电压为：
在一个开关周期内，输出电压与电容电压相等，即
由式子(5)可知，本实用新型所述的双管Z源直流电压变换器的电压增益为与传统的Z源变换器的电压增益一致。故本实用新型在占空比d小于0.5的情况下，能实现较大的电压增益。同时，本实用新型只使用一个电感和一个电容，实现了输入电流的连续，减少了系统的体积和提高了系统的功率密度。
在电压源Vi＝1V，占空比d＝0.4的情况下，由式子(5)得到的输出电压的理论分析结果为Vo＝5V。图3所示对应参数下的仿真波形，可以看出输出电压的仿真结果也接近5V，从而有效验证了理论分析的正确性。在占空比d＝0.4的情况下，本实用新型的变换器的电压增益为5，而传统Boost变换器的增益为1.67。可见，故本实用新型在占空比d小于0.5的情况下，能实现较大的电压增益。同时，本实用新型结构简单，控制方便，实现了输入电流的连续，提高了系统的功率密度，具有较高的应用价值。
以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种双管Z源直流电压变换器，其特征在于：包括电压源(Vi)、电感(L)、电容(C)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和负载(R)；所述电压源(Vi)的正极与电感(L)的一端连接，其负极分别与第一开关管(S1)的源极和第一二极管(D1)的阴极连接；所述第一开关管(S1)的漏极分别与第二二极管(D2)的阴极、电容(C)的正极和负载(R)的一端连接；所述第二开关管(S2)的漏极分别与第二二极管(D2)的阳极和电感(L)的另一端连接；所述第二开关管(S2)的源极分别与第一二极管(D1)的阳极、电容(C)的负极和负载(R)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种双管Z源直流电压变换器，其特征在于：所述电压源(Vi)和电感(L)依次串联构成一个支路，在同一个支路内，电压源(Vi)和电感(L)的位置能够交换，但依据电流的流向必须是电压源(Vi)的正极串联电感(L)的一端，或电感(L)的另一端串联电压源(Vi)的负极。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106972751A (zh) * 2017-04-11 2017-07-21 华南理工大学 一种双管z源直流电压变换器
CN109149925A (zh) * 2018-09-21 2019-01-04 广东工业大学 一种降压斩波电路

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