[发明专利]一种共地型高增益Z源DC‑DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种共地型高增益Z源DC-DC变换器。

背景技术

在可再生能源发电系统中，大多数的可再生能源如太阳能、风能和燃料电池等，它们的输出直流电压一般都比较低，无法满足现有用电设备的用电需求，也不能满足并网的需求。为此需要能够把低电压转换为高电压的高增益DC-DC变换器，而最常用的是传统的Boost变换器，但是当要求输出电压增益很高时，就会使开关管的工作占空比接近于1，从而会导致过大的开关损耗，降低系统的整体效率。近几年提出的Z源升压DC-DC变换器，虽然利用Z源网络实现了升压，但是其电压增益仍有很大的提升空间，此外它还存在输入输出不共地、开关电压应力高等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种共地型高增益Z源DC-DC变换器。

本发明电路中具体包括输入直流电压源、输入二极管、高增益Z源阻抗网络、开关管、输出二极管、输出滤波电容和负载电阻；其中高增益Z源阻抗网络由第一电感、第一电容、第一二极管、第二电感、第二电容、第二二极管、第三电感、第三电容、第三二极管、第四电感、第四电容、第四二极管构成。

本发明电路的具体连接方式为：所述输入直流电压源的一端与输入二极管的阳极连接；所述输入二极管的阴极分别与第一电感的一端、第一电容的正极和输出二极管的阳极连接；所述输出二极管的阴极分别与输出滤波电容的正极和负载电阻的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一二极管的阳极和第三二极管的阳极连接；所述第三二极管的阴极分别与第三电感的一端和第三电容的正极连接；所述第三电感的另一端分别与第一二极管的阴极、第二电容的正极、第四电容的正极和开关管的漏极连接；所述开关管的源极分别与第一电容的负极、第三电容的负极、第二二极管的阳极和第四电感的一端连接；所述第四电感的另一端分别与第四电容的负极和第四二极管的阳极连接；所述第四二极管的阴极分别与第二二极管的阴极和第二电感的一端连接；所述第二电感的另一端分别与第二电容的负极、输出滤波电容的负极、输入直流电压源的负极和负载电阻的另一端连接。

该变换器稳态输出时的电压增益G为：

其中V_o表示变换器负载侧的输出电压，V_i为输入直流电压源的输入电压，D为占空比。

与现有技术相比本发明具有如下优点：无需额外的功率开关管，结构简单，控制方便；且相比于传统的Boost变换器(其输出电压增益为G＝1/(1-D))和Z源升压变换器(其对应的输出电压增益为G＝1/(1-2D))，在相同的输入电压和占空比的情况下，具有更高的输出电压增益为G＝2(1-D)²/(1-4D+2D²)。在相同的输入电压和输出电压条件下，本发明电路只需要较小的占空比就可以实现将低输入电压升至高等级的输出电压，而且输入输出之间共地，开关应力较低以及效率高，因此本发明电路具有很广泛的应用前景。

附图说明

图1是实施方式中的一种共地型高增益Z源DC-DC变换器的电路图。

图2a是图1所示电路在开关管导通时，在一个开关周期内的主要工作模态图。

图2b是图1所示电路在开关管关断时，在一个开关周期内的主要工作模态图。

图3a是本发明实例中所述变换器与现有的其他高增益Z源变换器的增益对比曲线图。

图3b是以V_i＝20V，占空比D＝0.25为例给出的本发明实例中的电路的相关变量的仿真结果图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明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。