高增益3-Z型Boost電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高增益3-Z型Boost電路，第一Z網(wǎng)絡(luò)，第二Z網(wǎng)絡(luò)，第三Z網(wǎng)絡(luò)和輸出電路。本發(fā)明以第一Z網(wǎng)絡(luò)為第一級(jí)升壓模塊；以第三Z網(wǎng)絡(luò)為第二級(jí)升壓模塊；以第二Z網(wǎng)絡(luò)為開(kāi)關(guān)切換模塊；第九二極管、第二儲(chǔ)能電容和負(fù)載為輸出模塊。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)第一Z網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)感進(jìn)行并聯(lián)充電，第一儲(chǔ)能電容對(duì)第二Z網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)電感進(jìn)行并聯(lián)充電，第二儲(chǔ)能電容對(duì)負(fù)載放電；開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電源與第一電感串聯(lián)后再與第二電感串聯(lián)為第一儲(chǔ)能電容充電，完成第一級(jí)升壓；第一級(jí)升壓模塊與第三電感串聯(lián)后再與第四電感串聯(lián)給第二儲(chǔ)能電容供電，完成第二級(jí)升壓。整個(gè)電路只用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，且能獲得較高的輸出電壓增益。
【專利說(shuō)明】 高增益3-Z型Boost電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及高增益3-Z型Boost電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活和工業(yè)的發(fā)展，對(duì)電力電子電路的要求也日益苛刻。傳統(tǒng)的Boost電路已經(jīng)無(wú)法滿足工業(yè)的需要，工業(yè)上需要更高增益的升壓電路。傳統(tǒng)的方法是通過(guò)多個(gè)Boost環(huán)節(jié)電路級(jí)聯(lián)來(lái)升壓，該方法成本較高，且由于開(kāi)關(guān)管數(shù)目的增多，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降，若其中一個(gè)環(huán)節(jié)崩潰，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)崩潰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高增益3-Z型Boost電路。本發(fā)明適用于需要高增益的電力電子電路。
[0004]高增益3-Z型Boost電路，主要包括順次連接的第一 Z網(wǎng)絡(luò)、第二 Z網(wǎng)絡(luò)、第三Z網(wǎng)絡(luò)和輸出電路，其中第一 Z網(wǎng)絡(luò)由第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管和第三二極管構(gòu)成；第二 Z網(wǎng)絡(luò)由開(kāi)關(guān)管、第四二極管、第五二極管和第一儲(chǔ)能電容構(gòu)成；第三Z網(wǎng)絡(luò)由第三電感、第四電感、第六二極管、第七二極管和第八二極管構(gòu)成；輸出電路由第九二極管、第二儲(chǔ)能電容和負(fù)載構(gòu)成。
[0005]上述的高增益3-Z型Boost電路，直流電源的正極分別與第一電感的一端和第一二極管的陽(yáng)極連接；第一二極管的陰極分別與第二電感的一端和第二二極管的陰極連接；第二二極管的陽(yáng)極分別與第三二極管的陽(yáng)極和第一電感的另外一端連接；第二電感的另外一端分別與第三二極管的陰極、第四二極管的陽(yáng)極和第五二極管的陽(yáng)極連接；第五二極管的陰極分別與第一儲(chǔ)能電容的一端、第三電感的一端和第六二極管的陽(yáng)極連接；第六二極管的陰極分別與第四電感的一端和第七二極管的陰極連接；第七二極管的陽(yáng)極分別與第八二極管的陽(yáng)極和第三電感的另外一端連接；開(kāi)關(guān)管的源極分別與第四二極管的陰極、第四電感的另外一端、第八二極管的陰極和第九二極管的陽(yáng)極連接；第九二極管的陰極分別與第二儲(chǔ)能電容的一端和負(fù)載的一端連接；第二儲(chǔ)能電容的另外一端分別與負(fù)載的另外一端、開(kāi)關(guān)管的漏極、第一儲(chǔ)能電容的另外一端和電源的負(fù)極連接。
[0006]本發(fā)明所述的高增益Z網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Boost電路，以第一 Z網(wǎng)絡(luò)為第一級(jí)升壓模塊；以第三Z網(wǎng)絡(luò)為第二級(jí)升壓模塊；以第二 Z網(wǎng)絡(luò)為開(kāi)關(guān)切換模塊；第九二極管、第二儲(chǔ)能電容和負(fù)載為輸出模塊。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)第一Z網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)電感進(jìn)行并聯(lián)充電，第一儲(chǔ)能電容對(duì)第三Z網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)電感進(jìn)行并聯(lián)充電，第二儲(chǔ)能電容對(duì)負(fù)載放電；開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電源與第一電感串聯(lián)后再與第二電感串聯(lián)為第一儲(chǔ)能電容充電，完成第一級(jí)升壓；第一級(jí)升壓模塊與第三電感串聯(lián)后再與第四電感串聯(lián)給第二儲(chǔ)能電容供電，完成第二級(jí)升壓，同時(shí)對(duì)負(fù)載R供電。整個(gè)電路只用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，且能獲得較高的輸出電壓增益。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
[0008]相比傳統(tǒng)的兩個(gè)Boost電路級(jí)聯(lián)所獲得的電壓增益，該電路所獲得增益要更高，調(diào)壓范圍更寬，性能更好且該電路少用了一個(gè)開(kāi)關(guān)管。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的高增益3-Z型Boost電路。
[0010]圖2a、圖2b分別是圖1所不聞增￡fL 3-Z型Boost電路在其開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)段的等效電路圖。
[0011]圖3為高增益3-Z型Boost電路的主要波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。
[0013]參考圖1，本發(fā)明所述的高增益3-Z型Boost電路主要包括第一 Z網(wǎng)絡(luò)I，第二 Z網(wǎng)絡(luò)2，第三Z網(wǎng)絡(luò)3和輸出電路。本發(fā)明所述的高增益Z網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Boost電路，以第一 Z網(wǎng)絡(luò)I為第一級(jí)升壓模塊；以第三Z網(wǎng)絡(luò)3為第二級(jí)升壓模塊；以第二 Z網(wǎng)絡(luò)2為開(kāi)關(guān)切換模塊；第九二極管D9、第二儲(chǔ)能電容C2和負(fù)載R為輸出模塊。開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，電源同時(shí)對(duì)第一 Z網(wǎng)絡(luò)I中的第一電感L1和第二電感L2進(jìn)行并聯(lián)充電，第一儲(chǔ)能電容C1同時(shí)也對(duì)第三Z網(wǎng)絡(luò)3中的第三電感L3和第四電感L4進(jìn)行并聯(lián)充電，第二儲(chǔ)能電容C2對(duì)負(fù)載R放電；開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，電源與第一電感L1串聯(lián)后再與第二電感L2串聯(lián)為第一儲(chǔ)能電容C1充電，完成第一級(jí)升壓；第一級(jí)升壓模塊與第三電感L3串聯(lián)后再與第四電感L4串聯(lián)給第二儲(chǔ)能電容C2供電，完成第二級(jí)升壓，同時(shí)給負(fù)載供電。整個(gè)電路只用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，且能獲得較高的輸出電壓增益。
[0014]本發(fā)明所述的`高增益3-Z型Boost電路的具體連接如下:直流電源Vs的正極分別與第一電感L1的一端和第一二極管D1的陽(yáng)極連接；第一二極管D1的陰極分別與第二電感L2的一端和第二二極管D2的陰極連接；第二二極管D2的陽(yáng)極分別與第三二極管D3的陽(yáng)極和第一電感L1的另外一端連接；第二電感1^2的另外一端分別與第三二極管D3的陰極、第四二極管D4的陽(yáng)極和第五二極管D5的陽(yáng)極連接；第五二極管D5的陰極分別與第一儲(chǔ)能電容C1的一端、第三電感L3的一端和第六二極管D6的陽(yáng)極連接；第六二極管D6的陰極分別與第四電感L4的一端和第七二極管D7的陰極連接；第七二極管D7的陽(yáng)極分別與第八二極管D8的陽(yáng)極和第三電感L3的另外一端連接；開(kāi)關(guān)管Q的源極分別與第四二極管D4的陰極、第四電感匕的另外一端、第八二極管D8的陰極和第九二極管D9的陽(yáng)極連接；第九二極管D9的陰極分別與第二儲(chǔ)能電容(:2的一端和負(fù)載R的一端連接；第二儲(chǔ)能電容C2的另外一端分別與負(fù)載R的另外一端、開(kāi)關(guān)管Q的漏極、第一儲(chǔ)能電容C1的另外一端和電源Vs的負(fù)極連接。
[0015]圖2a、圖2b給出了本發(fā)明電路的工作過(guò)程圖。圖2a、圖2b分別是開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)段的等效電路圖。
[0016]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
[0017]階段I，如圖2a:開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通，此時(shí)第一二極管D1、第三二極管D3、第四二極管D4、第六二極管D6和第八二極管D8導(dǎo)通，第二二極管D2、第五二極管D5、第七二極管D7和第九二極管隊(duì)處于關(guān)斷狀態(tài)。電路形成單獨(dú)的三個(gè)回路，分別是:電源對(duì)并聯(lián)的第一電感1^和第二電感L2分別形成回路，進(jìn)行充電；第一儲(chǔ)能電容C1對(duì)并聯(lián)的第三電感L3和第四電感L4分別形成回路，進(jìn)行充電；第二儲(chǔ)能電容C2與負(fù)載R形成回路，傳遞能量。
[0018]階段2，如圖2b:開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷，此時(shí)第二二極管D2、第五二極管D5、第七二極管D7和第九二極管D9導(dǎo)通，第一二極管D1、第三二極管D3、第四二極管D4、第六二極管D6和第八二極管D8處于關(guān)斷狀態(tài)。電路形成兩個(gè)級(jí)聯(lián)的升壓電路，分別是:電源與第一電感L1串聯(lián)后再與第二電感L2串聯(lián)，對(duì)第一儲(chǔ)能電容C1充電，完成第一級(jí)升壓；第一級(jí)升壓模塊與第三電感L3串聯(lián)后再與第四電感L4串聯(lián)，對(duì)第二儲(chǔ)能電容C2充電，完成第二次升壓，同時(shí)對(duì)負(fù)載R供電。
[0019]綜上情況，設(shè)開(kāi)關(guān)管占空比為D。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，輸出電壓為U。。得出以下的電壓增益推導(dǎo)過(guò)程。
[0020]開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通期間，第一電感L1和第二電感L2分別并聯(lián)于電源Vs兩端，兩電感電壓都等于輸入電壓Vs，有公式:VU = VL2 = Vs,導(dǎo)通時(shí)間為DT ;第三電感L3和第四電感L4分別并聯(lián)于第一儲(chǔ)能電容仏兩端，它們的電壓都等于第一儲(chǔ)能電容C1兩端電壓Va。有公式:VL3 = Vl4 = Va，導(dǎo)通時(shí)間為DT。其中，T為開(kāi)關(guān)周期，Vu、Vl2、Vl3和Vm分別是第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3和第四電感L4電壓。
[0021]開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷期間，電源與第一電感L1串聯(lián)后再與第二電感L2串聯(lián)，再并于第一儲(chǔ)能電容C1兩端為其充電，有公式:Vs+Vu+'2 = Vci,導(dǎo)通時(shí)間為T-DT ；第一級(jí)升壓模塊與第三電感L3串聯(lián)后再與第四電感L4串聯(lián)，再并聯(lián)于第二儲(chǔ)能電容C2兩端，有公式:VS+VL1+VL2+VL3+VL4 = VC1+VL3+VL4 = Vc2 = u0。
[0022]由以上分析，根據(jù)電感伏秒數(shù)守恒原理，有:
[0023]對(duì)于第一電感L1 和第二電感 L2: (VL1+VL2) D=2VS= (1-D) (Vc1-Vs)；
[0024]對(duì)于第三電感L3 和第四電感 L4: (VL3+VL4)D=2VC1= (1-D) (U0-Vci)；
[0025]聯(lián)立以上兩式子，可得到該電路的增益表達(dá)式為:
[0027]—般的Boost電路，其增益因子只有:I兩個(gè)級(jí)聯(lián)的Boost電路，其增益因子
為:A ，通過(guò)比較可以得出本發(fā)明電路的增益因子明顯高于級(jí)聯(lián)Boost電路的增益因 子。
[0028]如圖3所示，圖上方的波形圖為開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形Vq，圖下方的波形圖中，上面的直線為本發(fā)明電路輸出電壓的波形Uw，下面的直線為兩個(gè)傳統(tǒng)Boost電路級(jí)聯(lián)后的輸出電壓U02波形，由圖中可見(jiàn)高增益3-Z型boost電路明顯比兩個(gè)傳統(tǒng)Boost電路級(jí)聯(lián)后增加了￡)(2+ D) r
T,一的輸出電壓，如圖3所不。
[0029]本發(fā)明是高增益3-Z型Boost電路。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)Boost電路的增益局限問(wèn)題，提出一種高增益3-Z型Boost電路。
【權(quán)利要求】
1.高增益3-Z型Boost電路，其特征在于包括順次連接的第一Z網(wǎng)絡(luò)(I)、第二 Z網(wǎng)絡(luò)(2)、第三Z網(wǎng)絡(luò)(3)和輸出電路，其中第一 Z網(wǎng)絡(luò)(I)由第一電感(L1X第二電感化2)、第一二極管(D1X第二二極管(D2)和第三二極管(D3)構(gòu)成；第二 Z網(wǎng)絡(luò)由開(kāi)關(guān)管(Q)、第四二極管(D4)、第五二極管(D5)和第一儲(chǔ)能電容(C1)構(gòu)成；第三Z網(wǎng)絡(luò)由第三電感(L3)、第四電感(L4)、第六二極管(D6)、第七二極管(D7)和第八二極管(D8)構(gòu)成；輸出電路由第九二極管(D9)、第二儲(chǔ)能電容(C2)和負(fù)載(R)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益3-Z型Boost電路，其特征在于，直流電源(Vs)的正極分別與第一電感(L1)的一端和第一二極管(D1)的陽(yáng)極連接；第一二極管(D1)的陰極分別與第二電感(L2)的一端和第二二極管(D2)的陰極連接；第二二極管(D2)的陽(yáng)極分別與第三二極管(D3)的陽(yáng)極和第一電感(L1)的另外一端連接；第二電感(L2)的另外一端分別與第三二極管(D3)的陰極、第四二極管(D4)的陽(yáng)極和第五二極管(D5)的陽(yáng)極連接；第五二極管(D5)的陰極分別與第一儲(chǔ)能電容(C1)的一端、第三電感(L3)的一端和第六二極管(D6)的陽(yáng)極連接；第六二極管(D6)的陰極分別與第四電感(L4)的一端和第七二極管(D7)的陰極連接；第七二極管(D7)的陽(yáng)極分別與第八二極管(D8)的陽(yáng)極和第三電感(L3)的另外一端連接；開(kāi)關(guān)管(Q)的源極分別與第四二極管(D4)的陰極、第四電感(L4)的另外一端、第八二極管(D8)的陰極和第九二極管(D9)的陽(yáng)極連接；第九二極管(D9)的陰極分別與第二儲(chǔ)能電容(C2)的一端和負(fù)載(R)的一端連接；第二儲(chǔ)能電容(C2)的另外一端分別與負(fù)載(R)的另外一端、開(kāi)關(guān)管(Q)的漏極、第一儲(chǔ)能電容(C1)的另外一端和電源(Vs)的負(fù)極連接。
【文檔編號(hào)】H02M3/07GK103490619SQ201310423140
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】張波, 張桂東, 楊立強(qiáng), 丘東元, 肖文勛, 黃子田 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)