【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于直流断路器，主要涉及一种具有z源断路器结构的直流变换器的电路拓扑结构。
技术介绍
1、近些年来，电力电子技术发展迅速，人们的生活及工作对于智能化电子设备的依赖逐步加深，而高科技的电子设备都必须具备可靠的电源。从80年代计算机电源率先实现了开关电源化的换代，到90年代开关电源被广泛的应用于各种电子、电气、通讯以及检测设备，都奠定了开关电源在当今智能时代的重要地位。开关电源无论是在功能、性能或者电路结构上对比其他电源都大有提高，基于开关电源的产品朝着更小、更轻、效率更高的方向不断发展。在电气技术指标合格的情况下，保护电路影响着产品的可靠性，性能优良的保护电路可保障电源在恶劣环境及突发情况下的正常运行，同时对保障整个电路系统安全起到了重要作用。
2、直流断路器通过人为创造电流的过零点以隔离故障，熄灭电弧，这是目前一种有效的直流保护方法。在实际应用中，断路器通常串联在变换器与负载之间。arthur h.chang等专家在“a.h.chang,b.r.sennett,a.avestruz,s.b.leeb and j.l.kirtley,"analysisand design of dc system protection using z-source circuit breaker,"in ieeetransactions on power electronics,vol.31,no.2,pp.1036-1049,feb.2016,doi:10.1109/tpel.2015.2415775.”中提出了三种z源固
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，解决cuk变换器体积较大、不具备低通滤波的性能、存在输出电压稳定时间长和输出电能质量较差的问题，本专利技术提供一种耦合短路保护功能的cuk变换器。
2、本专利技术公开了一种耦合短路保护功能的cuk变换器，主要解决了断路器串联负载引起的电能质量下降的问题，使得变换器具备自我的短路保护功能，并减小了整个系统的体积。本专利技术主要改善cuk变换器以下几个方面：
3、1.断路器在电网中的串联会影响电能输出质量；
4、2.传统的cuk变换器不具备短路保护功能；
5、3.传统的cuk变换器不具备低通滤波功能。
6、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一种耦合短路保护功能的cuk变换器包括直流电源、mosfet、晶闸管、第一二极管、第三二极管、耦合电感模块、耦合电感原边绕组、耦合电感副边绕组、第一电容、第二电容、第三电容、电感、第一电阻和负载电阻；电阻、电容、电感均为非极性器件，非极性器件的第一端为输入端，第二端为输出端；耦合电感模块按照同名端定义为第一端和第二端，非同名端为第三端和第四端；所述直流电源的正极与晶闸管的阳极连接；晶闸管分别与第一电阻和耦合电感模块相连；晶闸管的阴极分别与第一电阻的第一端和耦合电感模块的第一端连接；第一电阻的第二端与第一二极管的阴极连接；第一二极管的阳极分别与mosfet的漏极、第一电容的正极和耦合电感模块的第三端连接；第一电容的负极分别与第三二极管的阳极和电感的第一端连接；耦合电感模块的第二端分别与电感的第二端、第三电容的负极和负载电阻的第一端连接；耦合电感模块的第四端与第二电容的负极连接；mosfet的源极分别与第三二极管的阴极、第二电容的正极、第三电容的负极、负载电阻的第二端和直流电源的负极连接；第一电阻与第一二极管组成耦合电感模块原边绕组的第一放电支路。
7、更进一步的，一种耦合短路保护功能的cuk变换器包括第二二极管和第二电阻；耦合电感模块的第二端与第二电阻的第一端连接；耦合电感模块的第四端与第二二极管的阳极连接；第二电阻的第二端与第二二极管的阴极连接；第二电阻与第二二极管组成耦合电感模块副边绕组的第二放电支路。
8、更进一步的，所述耦合电感原边绕组与耦合电感副边绕组的匝数比为20：7。
9、更进一步的，一种耦合短路保护功能的cuk变换器包括稳态工作模式、短路故障瞬间工作模式、谐振工作模式和能量吸收工作模式；
10、所述稳态工作模式为：晶闸管保持在导通状态，mosfet导通时，耦合电感原边绕组充电；mosfet关断时，耦合电感原边绕组放电，第二电容充电，负载电阻两端产生电压；
11、所述短路故障瞬间工作模式为：当短路故障发生时，第二电容放电，在短时间内产生较大的故障电流，在包含第二电容的放电支路中，故障电流流经耦合电感副边绕组，并使得耦合电感原边绕组感应出与稳态工作电流方向相反的电流，感应电流逐渐抵消正向稳态电流，流经晶闸管的电流逐渐减小，当通过晶闸管的正向电流小于0，即达到反向偏置条件时，晶闸管关断；
12、所述谐振工作模式为：当晶闸管关断以后，第二电容、第三电容、耦合电感副边绕组构成无源谐振电路；系统进入无源lc谐振工作状态；此时第二电容和第三电容放电结束，耦合电感副边绕组开始放电；
13、所述能量吸收模式为：当耦合电感副边绕组开始放电时，部分电流流经由第二电阻和第二二极管组成的能量吸收电路，一部分电流对第二电容进行充电；耦合电感原边绕组的感应电流流经第一电阻和第一二极管组成的能量吸收电路。
14、本专利技术的有益效果是：通过复用基础cuk电路中存在的电感器件，从而该电路拓扑在cuk电路的基础上引进断路器结构，使得变换电路具备短路保护功能，同时有效降低了系统体积；在引入短路保护新功能的同时，原有工作模式所受影响很小，其电压变换功能得到有效保障，输出电压波动不超过2％可以忽略不计；该电路拓扑解决了断路器与变换器串联时可能存在的谐振问题，电压稳定时间由0.11秒提升到了0.068秒，系统稳定时间提升38.2％，有效提高了电能输出质量。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种耦合短路保护功能的Cuk变换器，其特征在于：包括直流电源、MOSFET、晶闸管、第一二极管、第三二极管、耦合电感模块、耦合电感原边绕组、耦合电感副边绕组、第一电容、第二电容、第三电容、电感、第一电阻和负载电阻；电阻、电容、电感均为非极性器件，非极性器件的第一端为输入端，第二端为输出端；耦合电感模块按照同名端定义为第一端和第二端，非同名端为第三端和第四端；所述直流电源的正极与晶闸管的阳极连接；晶闸管分别与第一电阻和耦合电感模块相连；晶闸管的阴极分别与第一电阻的第一端和耦合电感模块的第一端连接；第一电阻的第二端与第一二极管的阴极连接；第一二极管的阳极分别与MOSFET的漏极、第一电容的正极和耦合电感模块的第三端连接；第一电容的负极分别与第三二极管的阳极和电感的第一端连接；耦合电感模块的第二端分别与电感的第二端、第三电容的负极和负载电阻的第一端连接；耦合电感模块的第四端与第二电容的负极连接；MOSFET的源极分别与第三二极管的阴极、第二电容的正极、第三电容的负极、负载电阻的第二端和直流电源的负极连接；第一电阻与第一二极管组成耦合电感模块原边绕组的第一放电支路。
2.
3.根据权利要求1所述的一种耦合短路保护功能的Cuk变换器，其特征在于：所述耦合电感原边绕组与耦合电感副边绕组的匝数比为20：7。
4.根据权利要求1所述的一种耦合短路保护功能的Cuk变换器，其特征在于：包括稳态工作模式、短路故障瞬间工作模式、谐振工作模式和能量吸收工作模式；
...【技术特征摘要】
1.一种耦合短路保护功能的cuk变换器，其特征在于：包括直流电源、mosfet、晶闸管、第一二极管、第三二极管、耦合电感模块、耦合电感原边绕组、耦合电感副边绕组、第一电容、第二电容、第三电容、电感、第一电阻和负载电阻；电阻、电容、电感均为非极性器件，非极性器件的第一端为输入端，第二端为输出端；耦合电感模块按照同名端定义为第一端和第二端，非同名端为第三端和第四端；所述直流电源的正极与晶闸管的阳极连接；晶闸管分别与第一电阻和耦合电感模块相连；晶闸管的阴极分别与第一电阻的第一端和耦合电感模块的第一端连接；第一电阻的第二端与第一二极管的阴极连接；第一二极管的阳极分别与mosfet的漏极、第一电容的正极和耦合电感模块的第三端连接；第一电容的负极分别与第三二极管的阳极和电感的第一端连接；耦合电感模块的第二端分别与电感的第二端、第三电容的负极和负载电阻的第一端连接；耦合电感模块的第四端与第二电...
【专利技术属性】
技术研发人员：濮凡，梁智，郭子璇，梁思杨，费玉清，
申请(专利权)人：陕西西工大科技园有限公司，
类型：发明
国别省市：
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