開關(guān)耦合電感型雙自舉三電平zeta變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高增益DC-DC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在各個領(lǐng)域中所應(yīng)用的DC-DC變換器多為兩電平的電路結(jié)構(gòu)，相比之下，三 電平的DC-DC變換器的電路拓?fù)滹@現(xiàn)出其特有的優(yōu)勢和特點(diǎn)。三電平DC-DC變換器與兩電 平電路結(jié)構(gòu)在具有的相同的電壓增益的情況下，位于開關(guān)管和二極管等功率開關(guān)器件兩端 的電壓應(yīng)力卻僅為兩電平變換電路中的一半。與此同時，在驅(qū)動信號的開關(guān)頻率相同時，電 感電流脈動和電容電壓的脈動也相同的情況下，電感和電容等的儲能元件的取值比原兩電 平電路中也可以大大減小。
[0003] 由于三電平DC-DC變換器電路結(jié)構(gòu)所展現(xiàn)出的優(yōu)勢，越來越多的學(xué)者已經(jīng)對其電 路拓?fù)洹⒐ぷ餍阅艿鹊母鱾€方面展開了 一系列的研宄。其中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩電平DC-DC變換 器已經(jīng)全部由學(xué)者根據(jù)三電平變換器的變換原理轉(zhuǎn)換為三電平DC-DC變換器用于來降低 在開關(guān)管和二極管等功率開關(guān)器件兩端的電壓應(yīng)力以及減小電感電容等濾波器件的大小。 然而，由于三電平DC-DC變換器與兩電平電路具有相同的電壓轉(zhuǎn)換比，所以，經(jīng)由普通的兩 電平電路變換得到的三電平DC-DC變換器并不能夠達(dá)到很高的一個電壓轉(zhuǎn)換比。
[0004] 現(xiàn)如今，具有高增益電壓轉(zhuǎn)換功能的DC-DC變換器已經(jīng)普遍被應(yīng)用于電動汽車、 清潔車以及可再生能源和不間斷電源中的電池備份系統(tǒng)中，因此也逐漸的成為了國內(nèi)外學(xué) 者們競相研宄的熱點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器的高電壓轉(zhuǎn)換比，通常在傳統(tǒng)的DC-DC變換 器中，我們不得不將占空比選取為一個相對極值的情況，通常我們選擇占空比小于〇. 1或 者大于0.9。而當(dāng)占空比的取值在這樣極端的情況下，對電路中的電能轉(zhuǎn)換的效率將是非 常不利的。另外，通過正激和反激來提升電路中電壓增益的方法在不要求隔離的工業(yè)設(shè)備 中，變壓器的使用無疑會增加體積、加大費(fèi)用，同時也將降低電能轉(zhuǎn)換的效率。文章提出通 過級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的形式，來得到所期望的電壓轉(zhuǎn)換比。級聯(lián)電路是將多個相同的DC-DC變換 器進(jìn)行連接，所以級聯(lián)后的電路中的總的效率和每個單獨(dú)的電路的效率是相同的，雖然通 過這種方式電路實(shí)現(xiàn)了較高的電壓轉(zhuǎn)換比，但是級聯(lián)變換器的使用無疑只是增加了費(fèi)用和 損耗。學(xué)者們普遍注意到，若想高效的改變電路中的電壓增益，在原有電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn) 行改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其電壓增益的提升是非常必要和可取的，因此，開關(guān)電感和開關(guān)電容結(jié)構(gòu) 單元近期也被學(xué)者們提出應(yīng)用在非隔離型的高增益DC-DC變換器中。
[0005] 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變無疑是實(shí)現(xiàn)升高DC-DC變換器電壓增益的一種好的方法，可 以使變換器電壓增益得到提升，但僅僅是通過這種方式仍然無法解決在直流變換器中電壓 增益對電路占空比取值的依賴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)的DC-DC變換器，其電壓增益的大小受電路占空比 限制的問題，提供一種開關(guān)耦合電感型雙自舉三電平zeta變換器。
[0007] 本發(fā)明所述的開關(guān)耦合電感型雙自舉三電平zeta變換器，包括電容C。、電容C1、電 容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、 二極管D6、二極管D7、二極管D8、二極管D9、二極管Dltl、電感U、耦合電感L1、耦合電感L2、電 阻Rtl、主開關(guān)S1、主開關(guān)S2和輔助開關(guān)S^，所述的主開關(guān)S1、主開關(guān)S2和輔助開關(guān)S^均采用 MOS管實(shí)現(xiàn)；
[0008] 電容C1與電容C2串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)支路，該串聯(lián)支路的一端連接主開關(guān)S:的正極， 串聯(lián)支路的另一端連接主開關(guān)S2的負(fù)極，第一串聯(lián)支路的兩端作為所述變換器的輸入端；
[0009] 構(gòu)成耦合電感1^的兩個電感反接，耦合電感Li的同名端分別連接二極管D7的兩 端，二極管D7的陽極還同時連接主開關(guān)Si的負(fù)極，耦合電感Li原端的另一個接線端連接二 極管D8的陽極，耦合電感L1副端的另一個接線端連接二極管D1的陽極，二極管D:的陰極連 接主開關(guān)&的正極；
[0010] 二極管08的陰極連接電容C3的一端，電容C3的另一端同時連接二極管D3的陰極 和輔助開關(guān)Stl的正極，二極管D3的陽極連接主開關(guān)S:的負(fù)極；
[0011] 輔助開關(guān)Stl的負(fù)極同時連接電容C4的一端和二極管D4的陽極，C4的另一端連接 二極管D9的陽極，二極管D4的陰極連接主開關(guān)S2的正極；
[0012] 構(gòu)成耦合電感1^2的兩個電感反接，耦合電感L2的同名端分別連接二極管D9的兩 端，二極管D9的陽極還同時連接二極管D2的陰極，二極管D2的陽極連接主開關(guān)S:的負(fù)極， 耦合電感L2原端的另一個接線端連接二極管D1(|的陽極，耦合電感L2副端的另一個接線端 連接二極管Dltl的陽極，二極管D1(|的陰極還同時連接主開關(guān)S2的正極；
[0013] 二極管D2的陽極還同時連接電容C5的一端，二極管D1(|的陰極還同時連接電容C6 的一端，電容C5的另一端同時連接二極管D5的陰極和電感Ltl的一端，二極管D5的陽極連接 二極管D6的陰極，二極管D6的陽極同時連接電容C6的另一端和電容CC1的一端，電容CC1的 另一端連接電感Ltl的另一端，電容C^的兩端作為所述變換器的輸出端；
[0014] 二極管05與二極管D6的公共端連接電容Ci與電容C2的公共端。
[0015] 本發(fā)明將耦合電感元件應(yīng)用于高增益DC-DC變換器中。在DC-DC變換器中耦合電 感匝數(shù)比這一變量的引入，充分的解決了在DC-DC變換器中占空比取值對電路中電壓增益 的限制，更好的滿足了可再生能源設(shè)備等對直流變換器中更高性能的要求。
【附圖說明】
[0016] 圖1為實(shí)施方式一所述的開關(guān)親合電感型雙自舉三電平zeta變換器的電路拓?fù)?圖；
[0017] 圖2為實(shí)施方式一中變換器處于模態(tài)1或模態(tài)3時，電路的電流流通路徑；
[0018] 圖3為實(shí)施方式一中變換器處于模態(tài)2時，電路的電流流通路徑；
[0019] 圖4為實(shí)施方式一中變換器處于模態(tài)4時，電路的電流流通路徑；
[0020] 圖5為實(shí)施方式二中Matlab仿真得到的兩個耦合電感原端和副端的電流波形圖， 其中ii表示原端的電流，i2表示副端的電流；
[0021] 圖6為實(shí)施方式二中Matlab仿真得到的電容C5兩端的電壓波形圖；
[0022] 圖7為實(shí)施方式二中Matlab仿真得到的變換器輸出端的電壓波形圖；
[0023] 圖8為實(shí)施方式二中實(shí)際測得的兩個耦合電感原端和副端的電流波形圖；
[0024] 圖9為實(shí)施方式二中實(shí)際測得的變換器輸出端的電壓波形圖和電容(：5兩端的電 壓波形。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0025] 一：結(jié)合圖1至圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的開關(guān)耦合電 感型雙自舉三電平zeta變換器，包括電容Ctl、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容 C6、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6、二極管D7、二極管D8、二 極管D9、二極管Dltl、電感U、耦合電感L1、耦合電感L2、電阻％、主開關(guān)S1、主開關(guān)S2和輔助 開關(guān)Stl，所述的主開關(guān)S1、主開關(guān)S2和輔助開關(guān)S^均采用MOS管實(shí)現(xiàn)；
[0026] 電容C1與電容C2串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)支路，該串聯(lián)支路的一端連接主開關(guān)S:的正極， 串聯(lián)支路的另一端連接主開關(guān)S2的負(fù)極，第一串聯(lián)支路的兩端作為所述變換器的輸入端；
[0027] 構(gòu)成耦合電感1^的兩個電感反接，耦合電感Li的同名端分別連接二極管D7的兩 端，二極管D7的陽極還同時連接主開關(guān)Si的負(fù)極，耦合電感Li原端的另一個接線端連接二 極管D8的陽極，耦合電感L1副端的另一個接線端連接二極管D1的陽極，二極管D:的陰極連 接主開關(guān)&的正極；
[0028] 二極管08的陰極連接電容C3的一端，電容C3的另一端同時連接二極管D3的陰極 和輔助開關(guān)Stl的正極，二極管D3的陽極連接主開關(guān)S:的負(fù)極；
[0029] 輔助開關(guān)Stl的負(fù)極同時連接電容C4的一端和二極管D4的陽極，C4的另一端連接 二極管D9的陽極，二極管D4的陰極連接主開關(guān)S2的正極；
[0030] 構(gòu)成耦合電感1^2的兩個電感反接，耦合電感L2的同名端分別連接二極管D9的兩 端，二極管D9的陽極還同時連接二極管D2的陰極，二極管D2的陽極連接主開關(guān)S:的負(fù)極， 耦合電感L2原端的另一個接線端連接二極管D1(|的陽極，耦合電感L2副端的另一個接線端 連接二極管Dltl的陽極，二極管D1(|的陰極還同時連接主開關(guān)S2的正極；
[0031] 二極管D2的陽極還同時連接電容C5的一端，二極管D1(|的陰極還同時連接電容C6