[發明專利]一種共地型開關電容準Z源變換器

在審

• 申請號: 201710029184.8
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106787692A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張波;朱小全;丘東元
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及電力電子變換器技術領域，具體涉及一種共地型開關電容準Z源變換器。

背景技術

近年來，由于傳統的化石能源的大量開發利用和消耗，為了實現可持續發展，世界各國都在大力開發新型的可再生能源，諸如太陽能、風能、燃料電池等。其中太陽能光伏發電已經成為當今實施最為廣泛的利用太陽能進行發電的方式之一。但是由于光伏陣列電池的輸出電壓等級較低，不能滿足現有一些用電設備和并網的要求，因此光伏陣列電池的輸出電壓必須經過高增益的DC/DC變換器升壓后才能使用。最常用的傳統的Boost變換器，由于當要求輸出電壓增益很高時，會使開關管的工作占空比接近于1，從而會導致過大的開關損耗，降低了系統的整體效率。而近幾年提出的Z源DC-DC變換器，雖然利用Z源阻抗網絡實現了升壓，但是其電壓增益仍有很大的提升空間，此外它還存在輸入輸出不共地、開關電壓應力高等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種共地型開關電容準Z源變換器，具體技術方案如下。

一種共地型開關電容準Z源變換器，其包括輸入直流電壓源，由第一電感，第一電容，第一二極管，第二電感，第二電容構成的準Z源阻抗網絡，由第三電容，第三二極管，第四電容，第四二極管構成的開關電容網絡，開關管，第二二極管，第五電容和負載電阻。

本發明電路的具體連接方式為：所述輸入直流電壓源的一端與第一電感的一端連接；所述第一電感的另一端分別與第一電容的負極和第一二極管的陽極連接；所述第一二極管的陰極分別與第二電容的正極和第二電感的一端連接；所述第二電感的另一端分別與第一電容的正極、開關管的漏極、第二二極管的陽極和第三電容的負極連接；所述第二二極管的陰極分別與第三二極管的陽極、第四電容的負極和第五電容的正極連接；所述第三二極管的陰極分別與第三電容的正極和第四二極管的陽極連接；所述第四二極管的陰極分別與第四電容的正極和負載電阻的一端連接；所述負載電阻的另一端分別與第五電容的負極、開關管的源極、第二電容的負極和輸入直流電壓源的負極連接。

該變換器穩態輸出時的電壓增益G為：

其中V_o表示變換器負載側的輸出電壓，V_i為輸入直流電壓源，D為占空比。

與現有技術相比本發明具有如下優點：無需額外的功率開關管，結構簡單，控制方便；且相比于傳統的開關電容Boost變換器(其輸出電壓增益為G＝2/(1-D))和Z源升壓變換器(其對應的輸出電壓增益為G＝1/(1-2D))，在相同的輸入電壓和占空比的情況下，具有更高的輸出電壓增益為G＝2/(1-2D)。且電源電流連續，輸入與輸出之間共地，開關應力較低，不存在電路啟動沖擊電流等，因此本發明電路具有很廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1是實施方式中的一種共地型開關電容準Z源變換器的電路圖。

圖2a是圖1所示電路在工作模態1(開關管導通)的等效電路圖。

圖2b是圖1所示電路在工作模態2(開關管關斷)的等效電路圖。

圖3a是本發明實例中所述變換器與開關電容Boost變換器和傳統準Z源變換器的輸出電壓增益對比曲線圖。

圖3b是以V_i＝15V，占空比D＝0.3為例給出的本發明實例中電路相關變量的仿真結果圖。

具體實施方式

以下結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述說明，但本發明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。

本實例的基本拓撲結構和各主要元件如圖1所示。為了驗證方便，在沒有特別說明的情況下電路結構中的器件均視為理想器件。一種共地型開關電容準Z源變換器，其包括輸入直流電壓源V_i，由第一電感L₁，第一電容C₁，第一二極管D₁，第二電感L₂，第二電容C₂構成的準Z源阻抗網絡，由第三電容C₃，第三二極管D₃，第四電容C₄，第四二極管D₄構成的開關電容網絡，開關管S，第二二極管D₂，第五電容C₅和負載電阻R_L；