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介绍一种高升压比的DC/DC变换器---Z源变换

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nc965
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  • 2010-3-10 23:44:43
最近看到古道大师在发贴征求高升压比电路形式,以前偶然的机会接触过一种叫作Z源变换的拓扑,似乎正好切题。
Z源变换:


Z源变换的主要特点:占空为经典升压拓扑 Boost 的一半,特别适合高升压比应用,当占空接近最大占空比50%的时候,升压比接近无限大。
想把20-30V升到360V-400Vdc,用这个拓扑是轻而易举的事情。
我认为,这个拓扑最大的问题是输入与输出没有公共地,两个输出端之间虽然是直流,但是对于输入电源地都有高压高频(做电网岂不正合适?)。或许这一缺点限制了这个拓扑的应用,乃至于其存在都鲜为人知。
把玩这个拓扑的时候,无意中发现经过若干等效变换后,既可以保留它的基本特征,也可以克服其以上致命缺陷,使其成为一个真正实用的拓扑。
等效变换1:

等效变换2:


经过以上变换,输入与输出已经共地了。
还可以再变一变:


注:以上结果是首次公诸于众,不反对有兴趣的学生拿去做论文题材。
st.you
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  • 2010-3-11 08:25:00
 
看样子是有电容参与传输能量的,大功率,如几百,几千瓦,能用现有器件实现没有?
nc965
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  • 2010-3-11 10:55:14
 
这个电路工作原理:

电路中,一般可以简单设定为:L1=L2,L3>=2L1
几个电容也不是储能的意思,而是升(倍)压和滤波的意思(上面的纹波不宜过大)----如果电容工作在储能状态(全充全放),就多了个能量转换环节,效率势必降低。
开关导通时,L1、L2储能,关断后,该能量要吗为相关电容充电,提升其端电压,要吗通过L3向负载提供能量。
由于最大占空小于50%,该电路多数情况下工作于电流不连续模式,开关管电流呈简单三角形(假设储能电感是线性的),0电流导通,由于C3、C2的接法(比任何吸收都充分),吸收电路也无必要,关断损耗也是很小的。
这个电路的设计也是比较简单的,仍然需要从能量角度考虑问题,输出(入)功率取决于你在单个PWM周期内管子导通期间能够让L1、L2积蓄多大的能量,一旦进入关断期,其能量总会以某种方式转移到负载。至于输出电压几何?就看负载阻抗大小了。
我们按极限(理想)情况考虑,单个PWM周期内管子导通时间最大为50%,管子电流从0开始,直线上升,直到关断,在1/2周期内呈三角形 。这个三角形的面积只有该周期矩形面积的1/4。这意味着开关管承担的峰值电流是其平均电流的至少4倍。该平均电流决定输入功率,该峰值电流既是相关电感的设计依据,也决定着管子的选型。
比如,一颗标称20A(平均电流)管子,假设其允许的重复脉冲峰值电流为60A,则最大允许的管子平均电流为15A,即输入电流15A。在输入电压30V时,最大输入功率450W。如果输入电压降为10V,则最大输入功率只有不到150W了。至于效率、输出电压能够做到多少?就是另外的事情了。
问题来了,管子承受的(峰值)电流多达60A之巨,整机功率才百十来W?
问题还不只如此,假设这颗管子内阻为0.2欧姆(在目前的高压管中算是好料了),通过15A电流直接产生的导通损耗(就算开关损耗为0)即高达45W,对于百十来W的整机功率,效率之悲观是可想而知的。
事实上,这些问题是所有高升压比DC/DC非隔离直接变换方式的共同问题(而不是这个拓扑有什么问题),元件高低压是共用的,既要满足低压大电流应用,又要保证高压环节的功率传输。
st.you
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LV10
总工程师
  • 2010-3-11 11:35:28
 
看样子只适合小功率。
donkey
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  • 2010-3-11 11:46:01
 
对C2,C3的耐压有什么特殊要求吗?
nc965
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  • 2010-3-11 11:52:47
 
该拓扑相关元器件的电压应力与常见升压拓扑大致相当。没有特别不能容忍的情节。
000123
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  • 2010-3-12 16:23:18
 
学习了
斜阳古道
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  • 2010-3-16 12:51:08
 
楼主,先不讲效率,只想请问一下这个电路仿真过吗?
C2、C3串联向L3、负载放电时,D1的方向好象不太对。
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-16 13:22:06
 
L1、L2储能,关断后,该能量要吗为相关电容充电,提升其端电压,要吗通过L3向负载提供能量。
开关开通时候,电容C2上的电压应该是左正右负,L1上的电流应该是由左向右,当Q1关断的时候,L1、C2、D1组成的回路怎么工作?
nc965
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  • 2010-3-16 15:01:13
 
各位,这个是经典拓扑的等效变换电路,不要看表面,没有问题的。
不过这个拓扑确实有点另类,Saber仿起来都有点困难,好象不认识的样子,你们看我的地线接到哪去了?



100V升到300V,MOS应力,二极管应力比较大了,电容应力小,占空0。4左右,100KHz
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-16 15:38:07
 
既然是没问题,能给解释解释9楼的疑问吗?
nc965
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  • 2010-3-16 15:44:56
 
已经贴图了,电容电压方向不是你说的那样子的。
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-16 16:38:42
 
示波器不要看输入交流源换到LC滤波后电容上的波形再贴一张看看,还是觉得电感不会向负载提供能量的,电感电流肯定找阻抗最低的回路流动的。
nc965
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  • 2010-3-16 16:45:49
 
电感是以平均电流的方式向负载提供电流的.
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-16 16:48:46
 
好象有点明白了,再理解理解,呵呵。
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-16 17:04:37
 
MOS管开通时候,电容与输入电压串联施加在电感上,电感电流增大,当MOS管关断时,电感一方面给电容充电一方面输出给负载,应该是这样的。呵呵,开始自己把自己套里面了。
nc965
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  • 2010-3-17 08:55:11
 
如果突然给出这个电路,被质疑是必然的。所以先给出了原始经典电路以及等效变换过程,只要这些变换过程无误,变换产生的结果也应该没有问题。不要单独理解这个电路的工作原理,其实他和标准Z源变换电路的工作原理并无二致,它仍然是Z源变换而不是其他。
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-17 09:02:35
 
Z变换的仿真跟你这个仿真电容上的电压是不一样的吧,因为Z变换电容上电压在开机前已经达到输入电压,然后后面的分析就比较容易了,你这个变换却不是这样的,理解起来有些麻烦。
nc965
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  • 2010-3-17 09:09:45
 
那个电容(C3)的接法确实有点差别,被你发现了,因为这个电容是传递直流电平的,接到电源的任意一端都可以(见等效变换1),实际上应该接到地(2楼那样),滤波效果应该更好一些。
电容上的起始电压什么状态并不是一个拓扑的本质,最多只能算老师讲解的时候的一个便于理解的假设。在以上仿真中所有电容都没有设定初始电压,而电压源也是用的交流正半波,其目的就是防止因为初始条件不恰当产生震荡延迟收敛,缩短仿真时间的意思。我一切从0开始总可以了吧
nc965
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  • 2010-3-17 09:52:49
 
不要使用“你这个变换”的说法,如果真是我的变换,你给取个名字,咱们去申请专利如何?呵呵
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-17 10:08:39
 
哈哈,你要是能申请出来我就找个算命的给起个响亮的名字。
nc965
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  • 2010-3-17 11:50:08
 
申请肯定是可以的,起码申请个实用新型是没有问题的,有没有用就不知道了。要不你去操作?我搭个名字就可以了,电话13350272849李。
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-17 11:59:09
 
实用新型就是每年给专利局交钱,别的没用,呵呵/。
yangdafu
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助理工程师
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蓝色的天空
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副总工程师
  • 2010-3-11 13:19:43
 
增见识了,不错
greendot
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  • 2010-3-17 16:37:08
 
继V-Source ,I-Source后,有Z-Source,不知会不会有Y-Source ?
Z-Source拓扑下,Q1导通时,D1是关断的,但变换后,据楼主表述,D1会是导通的,这个矛盾如何解释?
把其中一个电容接法改变,破坏了Z-Source上下的对称性,其特性也会改变,是耶,非耶?
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-17 16:46:51
 
变换后的电路,在Q1开通的情况下,D是关断的而不是开通的。
greendot
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总工程师
  • 2010-3-17 17:07:25
 
是吗,也许我理解错了。
nc965
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  • 2010-3-17 18:03:59
 
正解
晶纲禅诗
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  • 2010-3-17 19:59:28
 
楼主:不一定的!
nc965
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  • 2010-3-17 20:36:27
 
我只是想说,变换后的电路本质上与原来的Z源拓扑是一样的,各主要器件的工况也是一样的。
greendot
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总工程师
  • 2010-3-17 20:37:48
 
呵呵,晶兄,回来吸了两口鸦片,提起精神推导了一下,LZ应该是对的。结果是
Vo/Vin = 1/(1-2D)
Vc2 = D*Vo
Vc3 = (1-D)*Vo
VD1 = Vo
晶纲禅诗
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  • 2010-3-17 23:27:41
 
greendot 老师:
我最初的怀疑是负载突变或占空比突变或Vin也有变化时情况会怎样,呵呵...
nc965
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  • 2010-3-20 11:35:12
 
Z源是阻抗源,是一种功率变换器,I源和V源只是功率源,不是变换器,怎么会有Y源?
greendot
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总工程师
  • 2010-3-20 12:42:49
 
呵呵,跟名称开个玩笑而已。 当然Z-source的power source 仍是V-source或 I-source。
nc965
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  • 2010-3-20 15:10:49
 
谢谢继续关注,重点是那个玄机:)
greendot
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总工程师
  • 2010-3-20 18:51:41
 
自知水平很菜,看不出那个玄机,不过觉得如果D1改变方向,有点 bi-directional 的意味。
nc965
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  • 2010-3-21 09:45:54
 
我知道你水平是很高的,其实你曾经已经很接近了,差的不是技术水平,只是一点灵感。
电源电子人
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本网技师
  • 2010-3-29 12:01:35
 
路过 学学
斜阳古道
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  • 2010-3-17 21:02:21
 
仍然不明白以上各位讲的哪一个电路?
电路A:
我的理解是主管导通时,Vin通过D1给L1、L2串联储能;主管关断时,L1、L2分别给C2、C3充电,同时释放能量给输出。下一个周期时C2两端电压右正左负,C3两端电压上正下负,主管导通时Vin与C2两端电压串联给L2充电;而C3电压给L1充电,L1、L2分别给C2、C3充电,同时释放能量给输出。
如果是这样,L1、L2,及C2、C3不能对称设计。同时这个电路可能存在起动的问题,因为C2、C3的电压需要多个工作周期才可建立进入稳态,而刚开始从0开始时工作状态是不一样的。
不知我的理解是否正确?


电路B:
电路B的工作原理相同于电路A,只是C3的接法不一样,但是电路更可对称工作。最大的问题可能是主管、及二极管的耐压很高,从仿真也可以看得出来,要想提高效率可能较难。
greendot
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总工程师
  • 2010-3-17 22:25:59
 
我讲的是2楼的电路,不知胡博讲的电路A是那个呢?
斜阳古道
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  • 2010-3-17 22:37:08
 
老大,在电路A下面我copy了楼主提到的电路呀,也就是你讲的二楼的,但楼主仿真所使用的是电路B。
greendot
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LV10
总工程师
  • 2010-3-17 22:57:34
 
呵呵,没留意那Saber是另一个电路。看来你我对电路A的理解不一样了。
st.you
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LV10
总工程师
  • 2010-3-17 23:06:00
 
输入存在很大的二极管损耗,开关管为高压管,且峰值很大
大,小功率都不实用,
nc965
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  • 2010-3-17 23:43:59
 
早知道留意一下,就没有这么多歧义了
YTDFWANGWEI
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  • 2010-3-18 08:38:35
 
我一直以楼主仿镇的电路理解的,呵呵
nc965
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  • 2010-3-18 20:20:14
 
告诉你们了,是一回事。要不我再仿个来看?





并没有启动问题.
晶纲禅诗
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  • 2010-3-18 21:51:27
 
整个电路并不复杂,我到建议最好能实际作做一个来测试。
nc965
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  • 2010-3-18 23:04:04
 
请各位注意了,上图隐含了一个重要的玄机。
看出这个玄机的人才能自称专业人士
解读这个玄机的人才能自称大师
如果能够看出这个玄机背后的玄机,请与本人联系奖励
所有线索都在本帖内
greendot
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总工程师
  • 2010-3-19 10:37:48
 
不知你的玄机是什么,是输出电压?
根据我30楼的推导结果来看,变换器的输出电压 Vout = Vc3。
说明一下,30楼里的Vo,是Q1关断时的Vds,考虑L3的伏秒平衡,有
D*(Vout) = (1-D)*(Vo-Vout )
Vout = (1-D)*Vo = Vc3
nc965
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  • 2010-3-19 10:44:13
 
不知你的玄机是什么? 就是还没有看出来玄机。
你分析很厉害,说不定能够解读这个玄机,前提是你必须先看出这个玄机。
greendot
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LV10
总工程师
  • 2010-3-19 11:55:49
 
呵呵,也是,Vout 这么简单,应该算不上是什么玄机喽。
nc965
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  • 2010-3-19 15:02:53
 
我说的是重要玄机,自然不会这么简单
斜阳古道
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  • 2010-3-23 13:18:34
 
重要的玄机?楼主别吓我,D不能超过0.5?或者由于Vout=Vc3,因而L1、L3具有电压相位关系,你想搞一个磁集成?当然由于C2、D1、C3给主管也构成电压吸收电路。其他的太高深了,实在想不出来
nc965
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  • 2010-3-23 15:06:53
 
所谓重要的玄机只是说这里面隐含了一个重要的关系,或者对进一步优化电路有用,并不是我故弄悬虚,只是想大家都来考量,活跃论坛气纷而已
斜阳古道
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  • 2010-3-23 14:15:38
 
楼主,所谓起动问题,讲的是中间储能电容会有过渡过程,从而引起输入电流突波。
就象一般的Boost PFC会在电感与主二极管上再并一个旁路二极管,可把储能电容预充电。
nc965
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  • 2010-3-23 14:58:19
 
这种启动问题确实是存在的,你给出的图同样存在这样的启动问题,姑且不论它是否成立。
斜阳古道
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  • 2010-3-23 13:12:35
 
我们的理解有偏差吗?可我推得的等式与你的完全一样啊。
斜阳古道
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  • 2010-3-23 13:43:27
 
稳态工作时C2两端电压右正左负,C3两端电压上正下负,并设主管的Vds=Vo。
主管导通时Vin与C2两端电压串联给L2充电,得Vl2(+)=Vin+Vc2;而C3电压给L1充电,得Vl1(+)=Vc3;
主管关断时L1、L2分别给C2、C3充电,得Vl2(-)=Vo-Vc2-Vin,Vl1(-)=Vo-Vc3=Vc2。
根据L1、L2的伏秒平衡,得:
D*(Vin+Vc2)=(1-D)*(Vo-Vc2-Vin)得,Vo=(Vin+Vc2)/(1-D) (1)
D*Vc3=(1-D)*(Vo-Vc3)得,Vc3=(1-D)*Vo (2)
D*Vc3=(1-D)*Vc2得,Vc2=D*Vc3/(1-D)=D*Vo (3)
代入(1)得,Vo=Vin/(1-2D)
根据以上过程,可得到L1、L2的充电、放电的斜率完全一样。
另外,主管开通时L3向输出泄放能量,只是电流的方向是从Q1的S到D;主管关断时L3储能。
上面Greendot已推出L3后面的输出,Vout=Vc3=(1-D)*Vo=(1-D)*Vin/(1-2D),占空比仍然不能超过0.5。
nc965
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  • 2010-3-21 22:27:16
 
Q1导通,Vin通过D1、C1、D2是短路的
poppo
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  • 2010-3-22 12:00:30
 
这个什么情况
nc965
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  • 2010-3-22 14:37:04
 
我是讲古道这个图,有问题

前面有人提出来将二极管反接,也是短路的
斜阳古道
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  • 2010-3-23 13:15:27
 
目的就是要通过输入电压在主管开通时给电容充电,你看看我上面讲的原理部分,可能跟你那个原理不一样,你可以仿真看看。
nc965
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  • 2010-3-23 15:14:13
 
图中Cin不需要主管开通时给它充电,而是在主管开通时给它放电-----连同电源,这个放电没有限流---C1不能限流,电流很大,相当于短路。即使你的目的是给C1充电,也需要串入电感限流储能环节。
蒋江黔
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  • 2010-3-19 10:48:47
 
如果是工作在DCM,则BOOST的直流增益理论上也是很大的: 输出电压与负载电流的算术平方根成反比
L3的存在,让Q1在导通时,C1也通过L3放电进行储能,Q1关闭后,L3上的自感电动势在C2上充电,此时L1也在为C2充电,感觉L3很大程度上是让C1与源端交换能量,为了控制这个无功功率,Q1的损耗会增大,而且L3的铜损也会增大。为什么不换成SBD?
nc965
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  • 2010-3-19 11:00:22
 
这个电路也可以工作于电流连续模式或者临界模式。
L3确实有问题,但是不一定是你说的那个问题
晶纲禅诗
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  • 2010-3-19 11:43:01
 
考虑L3处再增加一个器件.....
蒋江黔
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  • 2010-3-19 11:47:41
 
俺不相信你那个L3不比L1+L2热
Q1导通时,L3承受的反向电压等于输出电压,如果占空比为0.5, 为了实现L3的电流连续,Q1关闭时,Vds上的电压要大于输出电压的2倍,如果占空比只有0.33, 那么就需要3倍以上,天啦,Q1的关断损耗不可想象。
nc965
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  • 2010-3-19 12:05:13
 
走题了
greendot
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  • 2010-3-19 12:14:10
 
Vds最大只会是Vout的两倍。
蒋江黔
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  • 2010-3-19 15:09:10
 
矛盾来了,Vds最大2Vout,那么Vds最大时,L3也只是CRM,楼主说的可是CCM哦
greendot
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  • 2010-3-19 18:50:55
 
我理解是 Vds/Vout =1/(1-D) ,D<0.5,最大值=2 (或说是1.999999999)。
Vds=2*Vout 时,L3电流为什么不能是CCM?
nc965
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  • 2010-3-20 17:14:41
 
L3工作在平均电流模式,既不是CCM,也不是DCM或者CRM。
蒋江黔
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  • 2010-3-20 19:40:41
 
俺比较菜,实在是不理解阁下这句话的份量:
L3工作在平均电流模式,既不是CCM,也不是DCM或者CRM。
nc965
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  • 2010-3-20 20:11:04
 
简单说,L3是个倒L型LC滤波器上的电感,滤波器电感一般不讲模式,如果要讲,当纹波电流<平均电流的时候,波形全部在第一象限,我们可以说他是CCM模式,但是,当纹波电流>平均电流的时候,电流波形连续地进入第四象限,他是什么模式?
蒋江黔
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  • 2010-3-20 21:36:17
 
你所说的这种情况,不就是俺在44楼所说的吗?L3可能在某些工况下存在反向电流,这相当于是回路中存在无功电流?这个反向的电流,很大程度增加了L3的铜损,及Q1的损耗。
nc965
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  • 2010-3-20 21:38:56
 
是有问题,电流应力大,主要是二极管、L1、L2的电流应力大,L3是次要的,毕竟它位于高压侧,电流小
greendot
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  • 2010-3-20 22:31:17
 
感觉39楼的L3是CCM,能否probe 来看看?这东东似乎有机会bi-direction工作?
nc965
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  • 2010-3-20 23:02:53
 
本来Z源拓扑就有电压型、电流型之分,他们的区别在我看来就是你说的bi-direction。
L3在这里就是个滤波电感,不要想复杂了。他的电流波形见14楼
nc965
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  • 2010-3-20 23:34:22
 
cmg
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  • 2010-3-21 07:34:55
 
今早从头到尾看了一遍,不知你们讨论的目的是什么,从L1,L2的波形看,到可以实现输入零纹波。当然这是耦合电感的同性。
nc965
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  • 2010-3-21 08:37:23
 
本帖主题前面的主题是古道发起的对高升压比的DC/DC变换器的讨论,他枚举了几乎所有可能的拓扑
本帖的主题是介绍一种高升压比的DC/DC变换器,因为他刚好漏掉Z源。
本帖主题背后的主题是基本拓扑的等效变换,因为基本Z源并不好用。
许多人对等效变换后的电路提出质疑,对其工况展开讨论。
楼主无意中发现等效变换后的电路的工况中隐含了一个重要的玄机,放出大话向全坛PK,目的是活跃论坛气氛。
截止目前为止尚无人识破机关。或者有人识破了藏着掖着不肯拿出来。
cmg
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  • 2010-3-21 16:00:00
 
太高深了。
nc965
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  • 2010-3-21 17:22:44
 
不然
权当工作之余的益智游戏
nc965
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  • 2010-3-21 10:40:42
 
【论文】Z源升压变换器  Z源升压.pdf/

【课件】电路定理: 叠加定理替代定理,戴维南定理,诺顿定理,特勒根定理,互易定理,对偶原理

Z源升压.pdf

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4 电路定理.rar

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steveniyang4
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  • 2010-3-22 21:10:42
 
Vout=Vin+Vl1+Vl2-Vl3?
nc965
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  • 2010-3-22 22:47:01
 
再晒两天,看有没有人看出来
nc965
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  • 2010-3-23 08:44:03
 
大家使劲顶啊
楼层上百,人气上千,开始解密
宁波-梦幻伊人
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  • 2010-3-23 15:41:20
 
先顶顶!1
cjb0812
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  • 2010-3-23 15:52:24
 
再顶顶
nc965
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  • 2010-3-23 15:55:50
 
感谢各位支持,一定给大家一个惊喜
飞龙在天
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  • 2010-3-23 16:02:33
 
老板你就公布吧我看了好N遍,我觉得81楼推导出来没有问题啊?
nc965
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  • 2010-3-23 16:12:04
 
我没有说他有问题啊,我是说另有玄机,你也不需要看N遍,那个玄机就在39楼那个图里。
zhangzhanglili
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  • 2010-4-13 10:57:15
 
顶 太感谢楼主了
zlx305
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  • 2010-3-23 16:13:06
 
vout=vin(1-d)/(1-2d)
zlx305
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  • 2010-3-23 18:42:11
 
这个拓扑较BOOST没有什么优势,电压电流应力都很大,高升压比也同样容易失控,而只不过这个是占空比趋近50%,而BOOST是100%
nc965
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  • 2010-3-23 20:02:32
 
没有说要与Boost比拼
zlx305
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  • 2010-3-23 20:37:31
 
我的意思是说做高升压比也存在BOOST同样的问题
nc965
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  • 2010-3-23 21:08:53
 
在高升压比的时候,两种电路特性上是有差别的,可以做一个仔细分析
nc965
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  • 2010-3-24 09:35:16
 
解密进行时
简单回顾一下前面的内容
针对典型的电压型Z源变换器电路图1:




经过顶楼的一系列等效变换,得到如下图2的等效电路:


nc965
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  • 2010-3-24 09:48:16
 
为证明这个变换的成立,在39楼给出了图2的仿真图,并宣称此图暗藏玄机。
在39楼的图中、尽管坐标尺度不一样,但是仍然十分明显地看出来C3的电压与输出电压完全一致,不仅稳态电压相当,而且暂态过程也一样。
很快,greendot 跟帖说:
不知你的玄机是什么,是输出电压?
根据我30楼的推导结果来看,变换器的输出电压 Vout = Vc3。
其他人也在不同的地方推导出 Vout = Vc3 这个关系
玄机就在于此
nc965
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  • 2010-3-24 09:56:01
 
或许有人说,这算什么玄机?
greendot在48楼接着说:
Vout 这么简单,应该算不上是什么玄机喽。
其实,Vout 并不简单。
试问,在我们用过的所有变换器拓扑中,有没有哪一个在电路的某个节点会出现与输出端完全一致的电压波形?有吗?
没有吧?
为什么没有?
因为没有才正常。
如果有的话,请你们贴出电路来,它一定有问题。
什么问题?
与图2同样的问题。
nc965
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  • 2010-3-24 10:26:38
 
如果在一个在电路中的某个节点出现了与输出节点完全一致的电压波形,这并不寻常。
这多半意味着这个节点可以代替原来的输出节点实现功率输出。
对于图2来讲,我们多半可以放弃原来的输出点,而把Rz接在C3两端,这就是图3:

仿真证明以上推论无误,C3端口确实可以取代原来的输出端口实现功率输出,电压相当。
为什么能够这样变换?在69楼的课件里或许能够找到一些线索。
nc965
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  • 2010-3-24 10:52:12
 
然而,事情到此并没有结束
这样变换的前提是,原来的输出端仍然保持同样的电压波形,情况确实如此。
但是,对于变换后的电路来说,由L3和C1组成的原输出端是否保持原来的波形已经不重要了,它们的存在实在是一种结构冗余,本帖内也多次出现“无功”这个关键词。
是的,我们完全可以取消L3和C1,这就是图4:



按照习惯画法就是图5:

nc965
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  • 2010-3-24 11:07:22
 
考察图5的输出端
D1与C3的结构类似于boost的输出结构,L1、C3更是典型的滤波结构。
因此,图5的输出端是一个合理的输出端结构,C3就是输出滤波电容。不需要另外增加滤波环节了。
至此,图5与原来的图1相比,已经是面目全非、性情大变了。
电压传输比没有变,但是L1、L2上的电流再也不对称了,他们的差就是输出电流。
nc965
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  • 2010-3-24 11:18:15
 
解密到此为止
接下来需要各位大师解读这个电路的工作原理,我是不行的。
pcb-power
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LV4
初级工程师
  • 2010-3-24 11:41:32
 
好帖学了不少东西
蓝色的天空
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LV8
副总工程师
  • 2010-3-24 11:41:48
 
好贴,给楼主升起来。
ti-chang
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LV6
高级工程师
  • 2010-3-24 12:48:16
 
还是没有太明白,感谢楼主发起这样的好帖子!
quseril
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LV3
助理工程师
  • 2010-4-27 10:42:19
 
不错 不错
nc965
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  • 2010-3-25 09:20:37
 
玄机背后的玄机
如果把图5的输入电源和输出负载交换一下位置,就是图6

这是个降压拓扑,其电压传输比为 Vout=Vin*D/(D-1)----对吗?
这意味着这个拓扑可以实现双向功率传输
这个也就是所谓电流型Z源变换的一个精简电路形式。
至此,Z源变换拓扑已经全部破解,共求得一个冗余的解、一个精简的解及其镜像解。
建议大家以后如果要用Z源的话,就直接用图5、图6两个精简版电路,没有必要再回到教科书上去了。
greendot
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LV10
总工程师
  • 2010-3-25 18:39:36
 
电压传输比看似不对了,可升可降了。
我胡乱推导一下,是Vout/Vin = (1-2D)/(1-D),D<0.5,是降压。
nc965
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  • 2010-3-25 19:12:27
 
D应该可以超过0.5, 109楼已经超过了,奇怪
情人看刀
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LV6
高级工程师
  • 2010-3-28 20:26:40
 
留个记号
RoyFeng
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LV3
助理工程师
  • 2010-4-1 11:50:22
 
我也留个记号 学习
zlx305
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LV6
高级工程师
  • 2010-4-1 22:58:56
 
vout=vin (1-2d)/(1-d) ,d>50%反向
nc965
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  • 2010-4-2 09:50:03
 
这个结果与原始电流型Z源变换一样吗?
greendot
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总工程师
  • 2010-4-8 12:58:15
 
对。实情是
D<0.5时,输出是正,降压
0.5<D<0.666时,输出是负,降压
0.666<D<1时,输出是负,升压
chengjian98
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LV6
高级工程师
  • 2010-4-9 09:12:50
 
不错
Hausa
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高级工程师
  • 2010-4-15 13:24:45
 
楼主是否为学校老师?
nc965
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  • 2010-4-15 14:34:36
 
非也,小公务员一个,业余爱好而已
Hausa
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高级工程师
  • 2010-4-20 18:04:23
 
楼主看看这个有没道理? http://news.cnblogs.com/n/54153/
nc965
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  • 2010-4-20 20:52:54
 
什么意思?我缺乏幽默感?
zlpql
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高级工程师
  • 2010-3-24 10:56:14
 
不错,学习了,顶一下楼主。
nc965
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  • 2010-3-24 15:58:09
 
给出图5的仿真图,
条件跟39楼情况相当,100V升压到300V,频率100KHz,占空0。4



各部电流波形如下:

greendot
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总工程师
  • 2010-3-24 18:28:59
 
有意思。不是马后炮,曾经闪过一丝念头,就是C3处取代output,当时觉得不可能,没再深究。
nc965
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  • 2010-3-24 23:02:14
 
呵呵,这个有时候要跟着感觉走。
不过你有个感觉是对的,这个电路确实是双向的,而且啥不改,直接可以双向传递功率。
下面是逆向功率传输的仿真:


效率还很高,210V转70V,500W,占空可以过半,就是电压应力很大Vds=2Vin+Vout,而且输出电压方向是反向的??
宁静的夏天
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高级工程师
  • 2010-3-27 17:27:48
 
长见识了 谢谢楼主
路娇娇
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高级工程师
  • 2010-3-31 14:06:04
 
呦 这还真没想到 学习了 顶
斜阳古道
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  • 2010-3-30 12:46:19
 
不错,省去L3、C1确实是个玄机!学习了,谢谢楼主!
coocKK
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助理工程师
  • 2010-4-19 09:33:51
 
这玄机搞大了 呵呵 顶
ww2849
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高级工程师
  • 2010-4-6 11:07:24
 
感谢楼主精彩的分析 受用了
erjizhan
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初级工程师
  • 2010-4-22 22:25:25
 
好贴。让我挖到金了,真正的金呀。非常非常的感谢,给我们了一个大胆的新思路,让我们在以后的学习中学会大刀阔斧的去创新,去进步。
doris
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高级工程师
  • 2010-4-6 15:00:39
 
跟楼主学习 顶
6变压器9
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初级工程师
  • 2010-4-14 14:50:27
 
24号上帝
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本网技师
  • 2010-6-3 11:45:36
 
你好。话说我们导师最近想让我以z源作为研究生的相关课题,不知道这个有没有可能,有什么建议么?具体的研究题目没有确定,不知道应该怎么做,希望给些指点和建议
nc965
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版主
  • 2010-6-3 14:41:05
 
Z源最近比较热,主要是一些新兴能源项目,比如光伏等项目的技术需要,网上资料大把,可以多看看。不过我觉得Z源效率不高始终是个问题,看在提高效率方面能不能找到突破口,比如同步整流技术等。
jettyf
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LV2
本网技师
  • 2010-6-4 01:18:22
 
好帖啊,还有没有进一步深入的玄机啊,期待发现。。。。
nc965
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版主
  • 2010-6-4 20:28:45
 
呵呵,觉得还玄机得不够?去我另外一个贴《电路欣赏》去看看吧,只要够仔细,也能发现玄机。
jettyf
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本网技师
  • 2010-6-5 01:07:36
 
刚刚入门,学习电源的拓扑结构,碰到这么好的论坛,加上几许大师,真是一件幸事!
目前还在学习saber,把大师的仿真自己再做一遍,不懂的地方还请多指教一二!
24号上帝
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本网技师
  • 2010-7-15 16:53:54
  • 倒数10
 
24号上帝
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本网技师
  • 2010-7-15 16:56:11
  • 倒数9
 
nc965
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  • 2010-7-24 09:10:59
  • 倒数8
 
24号上帝 2010-07-23 23:34:00
标 题:关于变换后z源 内 容:你好,之前关于z源的帖子中,变换后的拓扑,是不是就失去了等效变换签拓扑的一些特性?比如说用于逆变时候桥臂的直通不能够了? z源的最大的优点是什么?逆变时候直通和DC/DC时升压比高? 那么z源为什么现在很少有人应用呢?谢谢回答,我还是菜鸟级别,真诚学习
nc965
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  • 2010-7-24 09:17:55
  • 倒数7
 
等效变换后的电路与原始电路在直通和升压特性上并没有改变,这是由于系统传递函数并没有改变。
Z源的特性贴中已经有讨论,主要是效率提升比较困难,高效率高升压比电路最近已有突破,请参考我的《对称交联Boost/Buck变换器》一文。
http://www.21dianyuan.com/bbs/bbshome/topic.php?action=show_topic_tree&topic_id=17459
24号上帝
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本网技师
  • 2010-7-24 10:31:51
  • 倒数6
 
那这样的话说,z源的高升压比优势相当于没有了吧(更好的出现了)
看文献z源逆变时候优势是桥臂可以直通,不存在死区的考虑,那这个是不是仅有的优势了
24号上帝
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本网技师
  • 2010-7-24 10:53:04
  • 倒数5
 
呃,我的意思是,这个帖子讨论的是z源高升压比的性质,能不能拓展下,介绍下这个拓扑的其它应用方面的性质
nc965
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  • 2010-7-24 11:33:36
  • 倒数4
 
Z源的应用我也没怎么研究,只是在网上看见一些新能源项目在使用,你找找看。
24号上帝
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本网技师
  • 2010-7-25 09:52:22
  • 倒数3
 
好的谢谢
以后有问题还会请教你的
arronwe7
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高级工程师
  • 2011-3-25 10:49:53
  • 倒数2
 
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