CN204316331U - 轨道交通自动接地***的准z源升降压电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变换器电路，属于电力设备领域，具体涉及一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路。包括：依次串联的电压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管S1、第二MOS管S2，在所述第二MOS管S2的两端接有输出电路。因此，本实用新型具有如下优点：输入电流连续工作，输入输出电流纹波较小，能有效地抑制启动冲击电流和电压，防止二极管反向恢复造成的短路环问题，提高了变流器的抗干扰性与可靠性。

Description

轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路

技术领域

本实用新型涉及一种变换器电路，属于电力设备领域，具体涉及一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路电路。

背景技术

非隔离型升降压直流-直流变换器在当今工业生产中应用非常广泛，然而传统的升降压电路不但输入输出电流具有较大脉动，二极管反向恢复会造成短路环问题，而且较强的电磁干扰易导致开关错误动作而损害电路。在一些要求较高的场合，如轨道交通自动接地***，传统的开关升降压拓扑无法满足应用要求。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的输入输出电流脉动大，存在短路环，以及电磁干扰导致开关错误动作而损害电路等技术问题，提供了一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路。该电路能够减小输入输出电流脉动及输出波形畸变，还能抑制二极管反向恢复会造成短路环问题，提高电路的抗干扰能力。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，包括：依次串联的电压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管S1、第二MOS管S2，在所述第二MOS管S2的两端接有输出电路。

优化的，上述的一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，所述准Z源阻抗网络包括：依次串联的第一电感L1、Z源二极管VD1、第二电感L2，其中：所述第二电感L2的负极与第一MOS管S1的漏极连接；第一电感L1的正极与二极管VD的阴极连接；所述第一电感L1的负极还通过一个第二电容C2与第二电感L2的负极连接，所述Z源二极管VD1的阴极通过一个第一电容C1与电压源Vin的负极相连，

优化的，上述的一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，所述输出电路包括：输出电感L3、输出电容C3、负载R，其中：输出电感L3和输出电容C3串联后再连接至第二MOS管S2的两端，所述负载R并联于输出电容C3的两端。

优化的，上述的一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，所述第一MOS管S1的漏极和栅极之间接有二极管；所述第二MOS管S2的漏极和栅极之间接有二极管。

因此，本实用新型具有如下优点：输入电流连续工作，输入输出电流纹波较小，能有效地抑制启动冲击电流和电压，防止二极管反向恢复造成的短路环问题，提高了变流器的抗干扰性与可靠性。

附图说明

图1显示了本实用新型的电路结构图。

图2(a)显示了本实用新型第一MOS管S1和第二MOS管S2同时导通时的等效电路图。

图2(b)显示了本实用新型第一MOS管导通，第二MOS管关断时的等效电路图。

图2(c)显示了本实用新型第一MOS管、第二MOS管均关断时的等效电路图。

图3显示了本实用新型升压工作模式的主要波形图。

图4显示了本实用新型降压工作模式的主要波形图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

参照图1，本实用新型所述的一种准Z源直流-直流升降压变换器电路，其包括电压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管S1、第二MOS管S2、输出电感L3、输出电容C3和负载R。

其中：电压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管S1和第二MOS管S2依次连接构成升降压电路；输出电感L3、输出电容C3和负载R构成输出电路；第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和Z源二极管VD1构成Z源阻抗网络；电压源Vin，准Z源网络，第一MOS管S1、第二MOS管S2以及输出电路结合构成降压电路。

本实用新型中，二极管VD用以防止准Z网络升压时电流倒灌入电压源Vin。第一MOS管S1和第二MOS管S2同时导通时，电压源Vin与第二电容C2串联对第一电感L1充电储能，第一电容C1与第二电感串联，对第二电感L2充电储能，输出电感L3和输出电容C3为负载R供电；当第一MOS管导通，第二MOS管关断，电压源Vin、第一电感L1、Z源二极管VD1、第二电感L2、输出电感L3串联连接，为负载R供电，同时第一电容C1、第二电容C2储能；当第一MOS管、第二MOS管同时关断时，电压源Vin与第一电感L1、Z源二极管VD1、第一电容C1串联，第一电容C1储能，第二电感L2与第二电容C2串联，第二电容C2储能，输出电感L3为负载R供电。本实用新型，输入输出电流纹波较小，准Z源阻抗电容电压应力低，电路不存在启动冲击问题，抑制了二极管反向恢复时的短路环问题，抗干扰性能提高。

本实用新型电路具体连接如下：所述电压源Vin的正极与二极管VD的阳极相连；二极管VD的阴极连接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端分别连接第二电容C2的负极和Z源二极管VD1的阳极；Z源二极管VD1的阴极分别连接第二电感L2的一端和第一电容C1的正极；第二电感L2的另一端分别连接第二电容C2的正极和第一MOS管S1的漏极；第一MOS管S1的源极分别连接输出电感L3的一端和第二MOS管S2的漏极；输出电感L3的另一端分别连接输出电容C3的一端和负载R的一端；电压源Vin的负极分别与第一电容C1的负极、第二MOS管S2的源极、输出电容C3的另一端和负载R的另一端相连。

图2(a)、2(b)、2(c)分别对应MOS管S1、MOS管S2不同开关状态时本实用新型电路的等效电路。

本实用新型电路的工作过程如下：

开关模式1，如图2(a)所示：第一MOS管S1和第二MOS管S2同时导通，此时Z源二极管VD1处于关断状态。电路形成三个回路，分别是：电压源Vin与开关管VD、第一电感L1、第二电容C2形成回路，第一电感L1储能；第一电容C1与第二电感L2形成回路，第二电感L2储能；输出电感L3与输出电容C3、负载R形成回路。

开关模式2，如图2(b)所示：第一MOS管导通，第二MOS管关断，此时Z源二极管VD1导通。电路形成三个回路，分别为：电压源Vin与二极管VD、第一电感L1、第一电容C1构成回路，第一电容C1储能；电压源Vin与二极管VD、第一电感L1、Z源二极管VD1、第二电感L2、输出电感L3以及输出电容、负载R形成回路，为负载R供电；Z源二极管VD1与第二电感L2、第二电容C2相连形成回路，第二电容C2储能。

开关模式3，如图2(c)所示：第一MOS管、第二MOS管均关断，此时Z源二极管VD1导通。电路形成三个回路，分别为：电压源Vin与二极管VD、第一电感L1、Z源二极管VD1、第一电容C1形成的回路，第一电容C1储能；Z源二极管VD1与第二电感L2、第二电容C2构成的回路，第二电容C2储能；输出电感L3与输出电容C3、负载R，以及第二MOS管的反并联二极管形成回路。

综合上述情况，设MOS管的开关周期为Ts，开关模式1的占空比为d1，开关模式2的占空比为d2，开关模式3对应的占空比为(1-d1-d2)。vL1、vL2、vL3分别为电感L1、电感L2、电感L3的电压。VC1、VC2分别为电容C1、电容C2的电压。Vin为电压源输入电压，Vout为负载输出电压。当开关管进入稳态工作后，分析电感电流连续模式(CCM，Current ContinuousMode)，得到以下的电压关系推导过程。

开关模式1，占空比为d1，对应第一MOS管、第二MOS管同时导通工作情形，有如下公式：

v_L1＝Vin+V_C2      (1)

v_L2＝V_C1       (2)

v_L3＝-Vout        (3)

开关模式2，占空比为d2，对应第一MOS管导通，第二MOS管关断的工作情形，有如下公式：

v_L1＝Vin-V_C1       (4)

v_L2＝-V_C2       (5)

v_L3＝V_C1-V_L2-Vout       (6)

开关模式3，占空比为(1-d1-d2)，对应第一MOS管、第二MOS管均关断的工作情形，有如下公司：

v_L1＝Vin-V_C1       7)

v_L2＝-V_C2       (8)

v_L3＝-Vout       (9)

由以上分析，根据电感伏秒平衡原理，联立以上各式有：

(Vin+V_C2)d₁+(Vin-V_C1)d₂+(Vin-V_C1)(1-d₁-d₂)＝0       (10)

V_C1d₁+(-V_C2)d₂+(-V_C2)(1-d₁-d₂)＝0       (11)

(-Vout)d₁+(V_C1-V_L2-Vout)d₂+(-Vout)(1-d₁-d₂)＝0       (12)

由式(10)、(11)、(12)可得：

$\frac{\mathrm{Vout}}{\mathrm{Vin}}=\frac{d_2}{1-2d_1}---\left(13\right)$

当电路工作在升压模式时，电路工作于此3种开关模态，变换器的升压比为为减少开关损耗，只需变换器电路工作在开关模式1和开关模式2，即d2＝1-d1。变换器电路升压比变为本实用新型在第一MOS管S1导通，第二MOS管S2占空比不超过0.5的情况下，升压因子可以非常高。

当电路工作于降压模式时，不需要直通的开关模式1，变换器工作在开关模式2和开关模式3，即d1＝0。

由式(4)～(9)，根据电感伏秒平衡原理有：

(Vin-V_C1)d₂+(Vin-V_C1)(1-d₂)＝0       (14)

(-V_C2)d₂+(-V_C2)(1-d₂)＝0       (15)

(V_C1-v_L2-Vout)d₂+(-Vout)(1-d₂)＝0       (16)

由式(14)、(15)、(16)可得：

$\frac{\mathrm{Vout}}{\mathrm{Vin}}=d_2---\left(17\right)$

当电路工作于降压模式时，降压因子为

如图3、图4所示分别为本实用新型电路升压工作模式和降压工作模式时的主要波形图，图中Vs1、Vs2分比为第一MOS管和第二MOS管的驱动信号，iL1、iL2、iL3分别为第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的电流，VC1、VC2分别为第一电容C1和第二电容C2的电压，iVD1为Z源二极管对应电流，Vout为负载电压。

根据以上描述可知：本实用新型变换器电路能够实现升降压功能，抑制了二极管反向恢复造成的短路环问题，升压模式时具有较高的电压增益。基于电感电流连续工作模式作出分析，所以输入电流连续，输入输出电流纹波较小。第一电感L1对启动电流有抑制作用，第三电感L3抑制输出电容在MOS管开通瞬间的电流的冲击，本实用新型提高的抗干扰能力和可靠性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，其特征在于，包括：依次串联的电压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管S1、第二MOS管S2，在所述第二MOS管S2的两端接有输出电路。

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，其特征在于，所述准Z源阻抗网络包括：依次串联的第一电感L1、Z源二极管VD1、第二电感L2，其中：所述第二电感L2的负极与第一MOS管S1的漏极连接；第一电感L1的正极与二极管VD的阴极连接；所述第一电感L1的负极还通过一个第二电容C2与第二电感L2的负极连接，所述Z源二极管VD1的阴极通过一个第一电容C1与电压源Vin的负极相连。

3.根据权利要求1所述的一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，其特征在于，所述输出电路包括：输出电感L3、输出电容C3、负载R，其中：输出电感L3和输出电容C3串联后再连接至第二MOS管S2的两端，所述负载R并联于输出电容C3的两端。

4.根据权利要求1所述的一种轨道交通自动接地***的准Z源升降压电路，其特征在于，所述第一MOS管S1的漏极和栅极之间接有二极管；所述第二MOS管S2的漏极和栅极之间接有二极管。