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专利号: 2022113912912
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高增益耦合电感Z源直流升压变换器,其特征在于,所述变换器具体包括:二极管Din、电容C1、电容C3、二极管D1、耦合电感绕组N2、耦合电感绕组N1、输出二极管Do、电容C2、功率开关SW、输出电容Co、负载电阻R、电容C4、二极管D2、耦合电感绕组N4和耦合电感绕组N3;

其中,耦合电感绕组N1和耦合电感绕组N2为第一耦合电感的两个绕组,耦合电感绕组N3和耦合电感绕组N4为第二耦合电感的两个绕组;

直流电压源的正极与二极管Din的正极相连,二极管Din的阴极与电容C1正极、电容C3的阴极和二极管D1的正极连接;电容C3的正极与和耦合电感绕组N2的正极连接;二极管D1的阴极与和耦合电感绕组N1的正极连接;耦合电感绕组N1的阴极、耦合电感绕组N2的阴极、输出二极管Do的正极、电容C2的正极以及功率开关SW的漏极相连接;输出二极管Do的阴极与输出电容Co的正极和负载电阻R的一端相连;输出电容Co的阴极、负载电阻R的另一端、功率开关SW的源极、电容C1的阴极、电容C4的阴极、二极管D2的正极相连;电容C4的正极与耦合电感绕组N4的正极相连,二极管D2的阴极与耦合电感绕组N3的正极相连;耦合电感绕组N3的阴极、耦合电感绕组N4的阴极、直流电压源的阴极以及电容C2的阴极相连接。

2.一种如权利要求1所述的高增益耦合电感Z源直流升压变换器的控制方法,其特征在于,所述高增益耦合电感Z源直流升压变换器控制信号Vgs控制功率开关SW的通断;整个控制过程分为4个开关模态,分别为开关模态1、开关模态2、开关模态3和开关模态4;

开关模态1,对应时间段[t1,t2],在此阶段,功率开关SW导通,电容C1通过二极管D1给耦合电感绕组N1充电,由于磁感应原理,耦合电感绕组N1和N2通过二极管D1给电容C3充电;与此同时,电容C2通过二极管D2给耦合电感绕组N3充电,由于磁感应原理,耦合电感绕组N3和N4通过二极管D2给电容C4充电;输出二极管Do和输入二极管Din反偏,输出电容Co给负载电阻R独立供电,开关模态1结束;

开关模态2,对应时间段[t2,t3],在此阶段,功率开关SW关断,电容C1和电容C2分别给功率开关SW的寄生电容和耦合电感绕组N1、N2、N3、N4充电,开关模态2结束;

开关模态3,对应时间段[t3,t4],功率开关SW保持关断,二极管D1和D2关断,直流电压源Vin、电容C3和C4、两个耦合电感绕组N2和N4通过输出二极管Do和输入二极管Din给负载电阻R和输出电容Co供电,当两个耦合电感绕组N2、N4的电流iN2、iN4降到最低时,开关模态3结束;

开关模态4,对应时间段[t4,t5]或[t0,t1],功率开关SW开通,直流电压源Vin、电容C1和C2、两个耦合电感绕组N2和N4通过输出二极管Do和输入二极管Din给负载电阻R和输出电容Co供电,与此同时,功率开关SW寄生电容放电,当能量释放完毕,开关模态4结束。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据上述模态控制可得增益表达式为:

其中D为功率开关SW导通占空比,其工作范围为(0,1),两个耦合电感的匝数比分别为n1=N2:N1和n2=N4:N3。