[01474304]Z源高增益低开关应力的直流升压变压器

近年来,国内外对新能源开发和利用的研究越来越广泛和深入,对光伏发 电系统的研究尤为突出。我国光伏产业发展快速,市场占有率位居世界前列。 然而光伏板单体输出电压较低,难以满足后级逆变器直流母线电压的要求。因此,如果在系统前端串联一个具有高增益比的直流升压变换器,不仅可 以有效的增大输入电压范围,而且可以降低制造成本,将具有十分重要的作用。 为了获得较高的电压转换增益,通常采用的方法是,在传统型升压直流变换器 中采用较大的占空比,但是由于寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电 压比;其他的方法就是采用变压器、耦合电感和多级联接等方式。然而,在那 些不需要隔离或体积要求较小的应用场合,通过这些方式升压就很难实现以上 要求。另外,采用多级联接的方法,存在电路结构复杂,制造成本上升以及转 换效率降低等一系列问题;采用耦合电感或是变压器的方法,其漏感带来的电 磁干扰等问题势必会对周围设备造成一些不良的影响。传统型直流升压变换器,一般都采取增大开关占空比的方法来获得高增益。 由于开关需要的导通时间较长,导通损耗增大,输入电流纹波增大、电路的转 换效率降低,且在实际运用中开关频率也会受到多方面限制。多级联接方法在 结构上使得主电路拓扑较为复杂,制造成本增加,控制的难度增大,电路效率 降低。变压器和耦合电感的漏电感和寄生电容极易导致高频振荡发生,产生开 关电压尖峰和EMI。为了抑制各种寄生参数产生的尖峰信号和EMI、必须额外设 计缓冲电路,造成器件数量增加和转换效率降低,并使设计流程复杂化。主开 关的电压应力被输出电压钳位,必须选择耐压等级较高的功率器件,提高了硬 件成本,增加了主开关导通阻抗,降低了转换效率。鉴于以上原因,传统型升 压直流变换器难以达成高效、小型、低噪音、低成本的目标。本发明是针对直流升压变换器为获得较高的电压转换增益现有技术存在的 问题,提出了一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器,在传统型升压直 流变换器拓扑结构的基础上,通过采用X型Z源网络以及简单的电感和电容串 并连方式,实现了一种新的电路拓扑结构。它不仅可以获得较高的电压转换增 益,而且还降低了加在主开关两端的电压应力,有效满足了升压直流变换器高 效、小型、低噪音、低成本的发展目标。本发明的技术方案为：一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器,输 入电源正极一路直接接Z源输入,另一路经过第一二极管D1进入Z源;Z源一 路输出经过第二二极管分两路,一路经过钳位电容接第一MOSFET开关管漏极, 另一路依次通过第三电感、第二MOSFET开关管接第一MOSFET开关管漏极,Z源 另一路直接接第一MOSFET开关管漏极;第一MOSFET开关管源极接输入电源负 极,第二MOSFET开关管漏极依次通过续流二极管、滤波电容回输入电源负极, 负载并联在滤波电容两端,Z源为由两个电感和两个电容组成的X型Z源网络。本发明的有益效果在于：本发明Z源高增益低开关应力的直流升压变换器, 该变换器在低占空比条件下,实现了高增益;由于缩短了主开关的导通时间, 有效降低了输入电流的峰值,并减小了导通损耗;开关管的电压应力由Vo降低 到Vo/3,2Vo/3,可选择耐压等级较低的开关器件,降低硬件制造成本;无需使 用变压器、耦合电感和多级联接方式,电路拓扑结构简单;与传统型升压直流 变换器相比,Z源高增益低开关应力的升压直流变换器可实现高效、小型、低噪 音、低成本的目标。