一種高增益Trans-Z源升壓變換器制造技術

本發明專利技術提供一種高增益Trans-Z源升壓變換器。所述變換器包括直流輸入電源Vin、第一電感（L1）、第一二極管（D1）、第一電容（C1）、第二電容（C2）、第三電容（C3）、第二二極管（D2）、匝比為1:n的變壓器（T）、開關管（S）、第三二極管（D3）、輸出電容（Cout）和負載。其主要特征在于：所述的直流輸入電源Vin的正極與第一電感（L1）的一端連接。本發明專利技術相比于Boost變換器、準Z源變換器等具有較高的電壓增益，適用于非隔離型高增益直流電壓變換的場合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及DC/DC變換器領域，具體涉及一種高增益Trans-Z源升壓變換器。
技術介紹
光伏、燃料電池等可再生能源發電系統的發展已成為解決化石燃料短缺和保護環境的重要手段之一。但光伏、燃料電池等輸出的電壓很低，一般需要DC/DC變換器升壓。然而許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損耗的限制，無法實現大幅度的升壓，如Boost變換器，其電壓增益為1/(1-D)，D為占空比，但由于寄生參數的影響，其增益受到限制；又如準Z源變換器，其電壓增益為1/(1-2D)，較Boost變換器有了一定的提高，但仍有提升的空間。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種高增益Trans-Z源升壓變換器。本專利技術電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感所述、第一二極管所述、第一電容所述、第二電容所述、第三電容所述、第二二極管所述、匝比為1:n(n≥2)所述的變壓器所述、開關管所述、第三二極管所述、輸出電容所述和負載。本專利技術電路具體的連接方式為：所述的直流輸入電源Vin的正極與第一電感所述的一端連接。所述的第一電感所述的另外一端與第一二極管所述的陽極和第二電容所述的一端連接。所述的第一二極管所述的陰極與第一電容所述的一端、第三電容所述的一端和第二二極管所述的陽極連接。所述的第二二極管所述的陰極與變壓器所述副邊的同名端連接。所述的變壓器所述副邊的異名端與第三電容所述的另外一端和變壓器所述原邊的同名<br>端連接。所述的變壓器所述原邊的異名端與第二電容所述的另外一端、開關管所述的漏極和第三二極管所述的陽極連接。所述的第三二極管所述的陰極與輸出電容所述的一端和負載的一端連接。所述的輸出電容所述與負載并聯。所述的直流輸入電源Vin的負極與第一電容所述的另外一端、開關管所述的源極、輸出電容所述的另外一端和負載的另外一端連接。與現有技術相比，本專利技術電路具有的優勢為：相比于傳統的Boost變換器(其輸出電壓為)和準Z源變換器(其輸出電壓為)等DC/DC變換器，在相同的占空比和輸入電壓的情況下，具有更高的輸出電壓，輸出電壓為在相同的輸入電壓和輸出電壓條件下，本專利技術電路只需要較小的占空比就可以將低等級電壓升至高等級的電壓，而且輸入輸出共地、輸入電流連續等，因此本專利技術電路具有很廣泛的應用前景。附圖說明圖1為一種高增益Trans-Z源升壓變換器結構圖。圖2為一個開關周期主要元件的電壓電流波形圖。圖3a、圖3b為一個開關周期內電路模態圖。圖4為提出的電路、Boost和準Z源變換器的增益Vout/Vin隨占空比D變化的波形圖。具體實施方式為以下結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述說明，但本專利技術的實施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細說明之過程或參數，均是本領域技術人員可參照現有技術理解或實現的。本專利技術的基本拓撲結構和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了分析方便，電路結構中的器件均視為理想器件。開關管S的驅動信號vGS、第一二極管D1電流iD1、第二二極管D2電流iD2、第三二極管D3電流iD3、第一電感L1電流iL1、變壓器T的勵磁電感Lm電流iLm、第一電容C1電壓VC1、第二電容C2電壓VC2、第三電容C3電壓VC3的波形圖如圖2所示。在t0～t1階段，變換器在此階段的模態圖如圖3a所示，開關管S的驅動信號vGS從低電平變為高電平，開關管S導通，第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與第二電容C2通過開關管S同時給第一電感L1充電，第一電容C1和第三電容C3通過開關管S同時給變壓器T的勵磁電感Lm充電。此外，輸出電容Cout給負載供電。在t1～t2階段，變換器在此階段的模態圖如圖3b所示，開關管S的驅動信號vGS從高電平變為低電平，開關管S關斷，第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3承受正向電壓導通。直流輸入電源Vin和第一電感L1通過第一二極管D1和第三二極管D3同時給第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、輸出電容Cout和負載充電，變壓器T的勵磁電感Lm通過第一二極管D1和第二二極管D2同時給第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、輸出電容Cout和負載充電。此外，直流輸入電源Vin、第一電感L1和變壓器T的勵磁電感Lm通過第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3同時給輸出電容Cout和負載充電。本專利技術電路的穩態增益推導如下。由第一電感L1與變壓器T的勵磁電感Lm的電壓在一個開關周期內的平均值為零，可得到下列關系式。(Vin+VC2)ton+(Vin-VC1)toff＝0(1)(VC1+VC3)ton-VC3ntoff=0---(2)]]>-VC3n=VC3-VC2---(3)]]>又當開關管S關斷時，輸出電壓Vout滿足下列關系式。Vout＝VC1+VC2(4)聯立求解式(1)、(2)、(3)、(4)可得到輸出電壓Vout與直流輸入電壓Vin的關系。Vout=11-(n+2)DVin---(5)]]>傳統Boost變換器與準Z源變換器的穩態增益分別為1/(1-D)和(1-D)/(1-2D)(D為占空比)，當匝比n＝2時，本專利技術所提電路與Boost變換器、準Z源變換器的穩態增益比較圖如圖4所示，從圖4可知，當輸入電壓為10V時，本專利技術提出的電路只需占空比為0.24就可以升至250V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高增益Trans?Z源升壓變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感（L1）、第一二極管（D1）、第一電容（C1）、第二電容（C2）、第三電容（C3）、第二二極管（D2）、匝比為1:n的變壓器（T）、開關管（S）、第三二極管（D3）、輸出電容（Cout）和負載；所述直流輸入電源的正極與第一電感（L1）的一端連接；所述第一電感（L1）的另外一端與第一二極管（D1）的陽極和第二電容（C2）的一端連接；所述第一二極管（D1）的陰極與第一電容（C1）的一端、第三電容（C3）的一端和第二二極管（D2）的陽極連接；所述第二二極管（D2）的陰極與變壓器（T）副邊的同名端連接；所述變壓器（T）副邊的異名端與第三電容（C3）的另外一端和變壓器（T）原邊的同名端連接；所述變壓器（T）原邊的異名端與第二電容（C2）的另外一端、開關管（S）的漏極和第三二極管（D3）的陽極連接；所述第三二極管（D3）的陰極與輸出電容（Cout）的一端和負載的一端連接；所述輸出電容（Cout）與負載并聯；所述直流輸入電源Vin的負極與第一電容（C1）的另外一端、開關管（S）的源極、輸出電容（Cout）的另外一端和負載的另外一端連接。...

【技術特征摘要】
1.一種高增益Trans-Z源升壓變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感（L1）、第
一二極管（D1）、第一電容（C1）、第二電容（C2）、第三電容（C3）、第二二極管（D2）、匝比為1:n的
變壓器（T）、開關管（S）、第三二極管（D3）、輸出電容（Cout）和負載；
所述直流輸入電源的正極與第一電感（L1）的一端連接；所述第一電感（L1）的另外一端
與第一二極管（D1）的陽極和第二電容（C2）的一端連接；所述第一二極管（D1）的陰極與第一
電容（C1）的一端、第三電容（C3）的一端和第二二極管（D2）的陽極連接；所述第二二極管（D2）
的陰極與變壓器（T）副邊的同名端連接；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張波，沈瀚云，羅安，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44