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专利号: 2023115512285
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,包括直流电源Vg、输入储能电感L1、箝位单元、双耦合绕组、第一二极管D1、第二二极管D2、第三储能电容C3、第四储能电容C4和负载单元;所述箝位单元由第一开关管S1及其反并联二极管DS1和缓冲电容CS1、第二开关管S2及其反并联二极管DS2和缓冲电容CS2、第一储能电容C1和第二储能电容C2组成;

所述双耦合绕组由第一耦合电感N1和第二耦合电感N2组成;其中,输入储能电感L1的一端与直流电源Vg的正极相连接,另一端与第一储能电容C1负极以及第二开关管S2源极的公共端相连接,第二储能电容C2的正极与第二开关管S2的漏极以及第一耦合电感N1的同名端相连接,第一开关管S1的漏极与第一储能电容C1正极以及第一耦合电感N1的异名端相连接,第二储能电容C2的负极与第一开关管S1的源极以及直流电源Vg的负极相连接,第二耦合电感N2的同名端与第四储能电容C4的正极以及第二二极管D2的正极相连接,第二耦合电感N2的异名端与第一二极管D1的负极以及第三储能电容C3的负极相连接,第三储能电容C3的正极以及第二二极管D2的负极与负载单元的一端连接,第四储能电容C4的负极以及第一二极管D1的正极与负载单元的另一端相连接。

2.根据权利要求1所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述负载单元包括第三二极管Do、输出电容Co和负载电阻R,第三二极管Do的正极与第三储能电容C3的正极以及第二二极管D2的负极相连接,第三二极管Do的负极与输出电容Co的正极相连接,输出电容Co与负载电阻R并联,输出电容Co的负极与第四储能电容C4的负极以及第一二极管D1的正极相连接。

3.根据权利要求1所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述双耦合绕组等效为原边漏感L1k、副边漏感L2k、原边励磁电感Lm且匝比为1:n的理想变压器,其中n=N2/N1。

4.根据权利要求1所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述第一开关管S1和第二开关管S2均采用N沟道的MOS管,所述第一开关管S1和第二开关管S2通过栅极和源极接收外部主控芯片的控制信号,控制开关管处于导通或截止状态。

5.根据权利要求2所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述变换器处于直通状态时,第一开关管S1在ZVS条件下导通,第二开关管S2关断,第一耦合电感N1的励磁电感电流iLm从负方向开始逐渐减小到0后再反向逐渐增大,第一储能电容C1和第二储能电容C2放电,第三储能电容C3和第四储能电容C4充电,第一储能电容C1和第二储能电容C2向输入储能电感L1、第一耦合电感N1、第二耦合电感N2以及第三储能电容C3、第四储能电容C4输送能量;第一二极管D1、第二二极管D2正向导通,第三二极管Do被反向截止;第三储能电容C3以及第四储能电容C4与第二耦合电感N2的漏感L2k继续发生谐振,当谐振电流下降为0时,第一二极管D1、第二二极管D2在ZCS条件下关断。

6.根据权利要求5所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述变换器处于直通状态时,电路中的电压关系为:

其中, 、 、 分别为变换器处于直通状态时输入储能电感L1、第一耦合电

感N1和第二耦合电感N2的两端电压,Vg为输入电压,VC1、VC2、VC4分别为第一储能电容C1、第二储能电容C2和第四储能电容C4的两端电压。

7.根据权利要求2所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述变换器处于截止状态时,第二开关管S2在ZVS条件下导通,第一开关管S1关断,第一二极管D1和第二二极管D2反向偏置,第三二极管Do正向导通,第一储能电容C1、第二储能电容C2充电,第三储能电容C3、第四储能电容C4放电;直流电源Vg通过第二开关管S2将能量传递给输入储能电感L1、第一耦合电感N1的励磁电感Lm,励磁电感Lm将能量传递给第一储能电容C1和第二储能电容C2为其充电,第三储能电容C3和第四储能电容C4将能量传递给第二耦合电感N2和负载单元,当励磁电感电流iLm减小到0时,直流电源Vg和第一储能电容C1一起将能量输送给输入储能电感L1和励磁电感Lm,且励磁电感Lm中的能量从第一储能电容C1中得到,励磁电感Lm的电流iLm向负方向增加,当负向iLm的值大于输入储能电感L1的电流iL1时,电流开始反向流过第二开关管S2,为确保缓冲电容CS1、CS2在下一个循环中继续充放电,使第二开关管S2的电流在关断前为正,第三二极管Do电流在第二开关管S2关断前降为0,此时第三二极管Do在ZCS条件下关断。

8.根据权利要求7所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,所述变换器处于截止状态时,电路中的电压关系为:

其中, 、 、 分别为变换器处于截止状态时输入储能电感L1、第一

耦合电感N1和第二耦合电感N2的两端电压,Vg为输入电压,VC1、VC2、VC3、VC4、VCO分别为第一储能电容C1、第二储能电容C2、第三储能电容C3、第四储能电容C4以及输出电容Co的两端电压。

9.根据权利要求5或7所述的高增益隔离型准Z源软开关DC‑DC变换器,其特征在于,对输入储能电感L1、第一耦合电感N1和第二耦合电感N2使用电压伏秒平衡法则,得到变换器在CCM下的电压增益:,

其中,B为变换器的电压增益,VO为变换器的输出电压,Vg为输入电压,D为占空比,n为双耦合绕组匝比,n=N2/N1。