[发明专利]一种开关电容型混合准Z源变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种开关电容型混合准Z源变换器。

背景技术

随着煤炭、石油等化石能源的大量消耗和环境污染的日益加剧，开发和利用新型的太阳能光伏、燃料电池等可再生清洁能源变得越来越重要。在这其中，高增益的DC/DC变换器由于能够大幅提升相应的直流电压等级，因而被广泛应用于新能源发电系统当中。但是，在其他一些工业应用场合，例如高压气体放电灯、X射线光片机直流电源等，高增益DC/DC变换器同样也具有重要的应用价值。但许多升压DC/DC变换器由于受到占空比、发热和损耗的限制，无法实现大幅度的升压，如Boost变换器，其电压增益为1/(1-D)，D为占空比，由于寄生参数的影响，其输出电压增益受到了限制；又如近几年提出的Z源升压DC-DC变换器，其电压增益为1/(1-2D)，较Boost变换器有了一定的提高，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，提出一种开关电容型混合准Z源变换器。

本发明电路中具体包括输入直流电压源、混合准Z源网络、开关电容网络、第二MOS管、第三二极管、第五电容和负载电阻；所述混合准Z源网络由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和第一MOS管构成；所述开关电容网络由第三电容、第四二极管、第四电容和第五二极管构成。

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分别与第一电感的一端和第二电容的负极连接；所述第一电感的另一端分别与第一电容的负极和第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极分别与第一MOS管的源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二二极管的阳极、第一电容的正极、第二MOS管的漏极、第三二极管的阳极和第三电容的负极连接；所述第一MOS管的漏极分别与第二二极管的阴极和第二电容的正极连接；所述第三二极管的阴极分别与第四二极管的阳极、第四电容的负极和第五电容的正极连接；所述第四二极管的阴极分别与第三电容的正极和第五二极管的阳极连接；所述第五二极管的阴极分别与第四电容的正极和负载电阻的一端连接；所述负载电阻的另一端分别与第五电容的负极、第二MOS管的源极和输入直流电源的负极连接。

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：整个电路结构简单，控制方便，且相比于传统的准Z源变换器(其输出电压增益为G＝1/(1-2D))和基于二极管二级拓展的准Z源升压变换器(其对应的输出电压增益为G＝1/(1-2D)/(1-D)²)，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)/(1-3D+D²)，且输入与输出之间共地，开关应力较低，不存在电路启动冲击电流等，因此本发明电路具有很广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实例中所述的一种开关电容型混合准Z源变换器的电路图。

图2a、图2b是图1所示电路分别在第一MOS管和第二MOS管同时导通、第一MOS管和第二MOS管同时关断时，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传统准Z源变换器和基于二极管二级拓展的准Z源变换器的输出电压增益对比曲线图。

图3b是以V_i＝15V，占空比D＝0.25为例给出的本发明实例中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。