[發明專利]Z源高增益低開關應力的直流升壓變換器

有效

• 申請號: 201410235438.8
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104052272A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 趙晉斌;梁曉霞;屈克慶
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種直流升壓變換器，特別涉及一種Z源高增益低開關應力的直流升壓變換器。

背景技術

近年來，國內外對新能源開發和利用的研究越來越廣泛和深入，對光伏發電系統的研究尤為突出。我國光伏產業發展快速，市場占有率位居世界前列。然而光伏板單體輸出電壓較低，難以滿足后級逆變器直流母線電壓的要求。要求見1、李學斌,趙彩宏,黃曉華,等級聯型換流器在超導儲能系統中的應用[J].電網技術,2006,30(16):54-58；2、方宇,馬旭東,一種新型耦合電感式雙Boost光伏微逆變器拓撲分析[J].電力系統自動化,2011,35(17):32-37。

因此，如果在系統前端串聯一個具有高增益比的直流升壓變換器，不僅可以有效的增大輸入電壓范圍，而且可以降低制造成本，將具有十分重要的作用。為了獲得較高的電壓轉換增益，通常采用的方法是，在傳統型升壓直流變換器中采用較大的占空比，但是由于寄生參數的影響不可能達到很高的輸入輸出電壓比；其他的方法就是采用變壓器、耦合電感和多級聯接等方式。然而，在那些不需要隔離或體積要求較小的應用場合，通過這些方式升壓就很難實現以上要求。另外，采用多級聯接的方法，存在電路結構復雜，制造成本上升以及轉換效率降低等一系列問題；采用耦合電感或是變壓器的方法，其漏感帶來的電磁干擾等問題勢必會對周圍設備造成一些不良的影響。

傳統型直流升壓變換器，一般都采取增大開關占空比的方法來獲得高增益。由于開關需要的導通時間較長，導通損耗增大，輸入電流紋波增大、電路的轉換效率降低，且在實際運用中開關頻率也會受到多方面限制。多級聯接方法在結構上使得主電路拓撲較為復雜，制造成本增加，控制的難度增大，電路效率降低。變壓器和耦合電感的漏電感和寄生電容極易導致高頻振蕩發生，產生開關電壓尖峰和EMI。為了抑制各種寄生參數產生的尖峰信號和EMI、必須額外設計緩沖電路，造成器件數量增加和轉換效率降低，并使設計流程復雜化。主開關的電壓應力被輸出電壓鉗位，必須選擇耐壓等級較高的功率器件，提高了硬件成本，增加了主開關導通阻抗，降低了轉換效率。鑒于以上原因，傳統型升壓直流變換器難以達成高效、小型、低噪音、低成本的目標。

發明內容

本發明是針對直流升壓變換器為獲得較高的電壓轉換增益現有技術存在的問題，提出了一種Z源高增益低開關應力的直流升壓變換器，在傳統型升壓直流變換器拓撲結構的基礎上，通過采用X型Z源網絡以及簡單的電感和電容串并連方式，實現了一種新的電路拓撲結構。它不僅可以獲得較高的電壓轉換增益，而且還降低了加在主開關兩端的電壓應力，有效滿足了升壓直流變換器高效、小型、低噪音、低成本的發展目標。

本發明的技術方案為：一種Z源高增益低開關應力的直流升壓變換器，輸入電源正極一路直接接Z源輸入，另一路經過第一二極管D₁進入Z源；Z源一路輸出經過第二二極管分兩路，一路經過鉗位電容接第一MOSFET開關管漏極，另一路依次通過第三電感、第二MOSFET開關管接第一MOSFET開關管漏極，Z源另一路直接接第一MOSFET開關管漏極；第一MOSFET開關管源極接輸入電源負極，第二MOSFET開關管漏極依次通過續流二極管、濾波電容回輸入電源負極，負載并聯在濾波電容兩端，Z源為由兩個電感和兩個電容組成的X型Z源網絡。

本發明的有益效果在于：本發明Z源高增益低開關應力的直流升壓變換器，該變換器在低占空比條件下，實現了高增益；由于縮短了主開關的導通時間，有效降低了輸入電流的峰值，并減小了導通損耗；開關管的電壓應力由V_o降低到V_o/3，2V_o/3，可選擇耐壓等級較低的開關器件，降低硬件制造成本；無需使用變壓器、耦合電感和多級聯接方式，電路拓撲結構簡單；與傳統型升壓直流變換器相比，Z源高增益低開關應力的升壓直流變換器可實現高效、小型、低噪音、低成本的目標。

附圖說明

圖1為傳統型升壓直流變換器拓撲結構圖；

圖2為本發明Z源高增益低開關應力的升壓直流變換器拓撲結構圖；

圖3為本發明Z源高增益低開關應力的升壓直流變換器L₁充電狀態圖；

圖4為本發明Z源高增益低開關應力的升壓直流變換器L₂放電，C_c充電狀態圖；

圖5為本發明Z源高增益低開關應力的升壓直流變換器L₃充電狀態圖；