一种多输入高升压DC/DC变换器的制作方法

本发明涉及一种直流-直流变换器，具体涉及一种多输入高升压DC/DC变换器。

背景技术：

随着传统的化石能源日益枯竭和因此而造成的环境问题。光伏发电、燃料电池发电以其安全、清洁的特点受到了较多的关注和应用，光伏或者燃料电池发电系统通常含有多个发电单元，每一个发电单元的输出电压一般均在5oV以内，均需要一个具备高升压能力的DC-DC变换器进行升压。因而如采用传统的单输入单输出变换器，存在系统结构复杂，变换器数量多，成本高等问题。目前，针对光伏或燃料电池发电系统，较多的解决方案均放在实现高升压这一目标上，对于变换器数量多的问题研究还较少。而目前文献中所提多输入DC/DC变换器通常均有传统基本DC-DC变换器拓扑组合变换而来，因而多不具备高升压能力，难以在光伏、燃料电池等新能源发电系统中应用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明为解决现有多输入DC/DC变换器升压能力不够的问题，提供一种具有高升压能力的多输入高升压DC/DC变换器。

本发明采取的技术方案为：

一种多输入高升压DC/DC变换器，包括：

m个输入端，m个功率开关S₁、S₂...S_m，m个电感L₁、L₂...L_m，1个输出滤波电容C_o，m个输出二极管D₁、D₂、D₃...D_m，n个增益单元；

m个输入端中：

第一电感L₁的输入端接输入电源1的正极，第一电感L₁的输出端接电容C₁₁的一端，在第一电感L₁和电容C₁₁的结点和输入电源1的负极之间接第一功率开关S₁，第一功率开关S₁源极接输入电源1的负极，第一功率开关S₁漏极与第一电感L₁和电容C₁₁的结点相连；

第二电感L₂的输入端接输入电源2的正极，第二电感L₂的输出端接电容C₁₂的一端，在第二电感L₂和电容C₁₂的结点和输入电源2的负极之间接第二功率开关S₂，第二功率开关S₂源极接输入电源2的负极，第二功率开关S₂漏极与第二电感L₂和电容C₁₂的结点相连；

以此类推到第m相，第m电感L_m的输入端接输入电源m的正极，第m电感L_m的输出端接电容C_1m的一端，在第m电感L_m和电容C_1m的结点和变换器的负极之间接第m功率开关S_m，第m功率开关S_m源极接输入电源m的负极，第m功率开关S_m漏极与第m电感L_m和电容C_1m的结点相连；

n个增益单元中：

增益单元1由m个电容C₁₁、C₁₂...C_1m，m个二极管D₁₁、D₁₂...D_1m构成，其内部结构中二极管D₁₁的阴极连电容C₁₁的一端，阳极连电容C₁₂的另一端，二极管D₁₂的阴极连电容C₁₂的一端，阳极连电容C₁₃的另一端，以此类推，二极管D_1(m-1)的阴极连电容C_1(m-1)的一端，阳极连电容C_1m的另一端，二极管D_1m的阴极连电容C_1m的一端，阳极连电容C₁₁的另一端。增益单元1的端口电容C₁₁的一端接第一电感L₁输出端，电容C₁₂的一端接第二电感L₂输出端，以此类推，电容C_1m的一端接第m电感L_m输出端；

增益单元2由m个电容C₂₁、C₂₂...C_2m，m个二极管D₂₁、D₂₂...D_2m构成，其内部结构中二极管D₂₁的阴极连电容C₂₁的一端，阳极连电容C₂₂的另一端，二极管D₂₂的阴极连电容C₂₂的一端，阳极连电容C₂₃的另一端，以此类推，二极管D_2(m-1)的阴极连电容C_2(m-1)的一端，阳极连电容C_2m的另一端，二极管D_2m的阴极连电容C_2m的一端，阳极连电容C₂₁的另一端，增益单元2的端口电容C₂₁的一端接电容C₁₁的另一端，电容C₂₂的一端接电容C₁₂的另一端，以此类推，电容C_2m的一端接电容C_1m的另一端；

以此类推到增益单元n，增益单元n由m个电容C_n1、C_n2...C_nm，m个二极管D_n1、D_n2...D_nm构成，其内部结构中二极管D_n1的阴极连电容C_n1的一端，阳极连电容C_n2的另一端，二极管D_n2的阴极连电容C_n2的一端，阳极连电容C_n3的另一端，以此类推，二极管D_n(m-1)的阴极连电容C_n(m-1)的一端，阳极连电容C_nm的另一端，二极管D_nm的阴极连电容C_nm的一端，阳极连电容C_n1的另一端，增益单元n的端口电容C_n1的一端接电容C_(n-1)1的另一端，电容C_n2的一端接电容C_(n-1)2的另一端，以此类推，电容C_nm的一端接电容C_(n-1)m的另一端；

最后，分别在电容C_n1、C_n2...C_nm的另一端各自引出二极管D₁、D₂...D_m的阳极，二极管D₁、D₂...D_m的阴极与电容C_o和负载R_o的一端相连，电容C_o和负载R_o的另一端与所有输入电源的负极相连。

一种多输入高升压DC/DC变换器控制方法，控制方式为：相邻功率开关之间采用交错控制策略；即每相邻两相之间开关驱动相位相差180°。

本发明一种多输入高升压DC/DC变换器，有益效果如下：

1：本发明利用多输入多升压单元实现变换器高升压输出，根据需求每增加一增益单元，可提高原基础上1倍基础增益。且该变换器与现有技术相比，不存在耦合电感，不存在变压器，开关和二极管电压应力也大大降低，该变换器输入端口数和增益单元均可调，应用范围广泛，更适用于大型高升压场合。

2：该变换器根据不用的应用场合，可以调整输入端口数，且每一路输入电流和输出电压均可控，能够实现自动均流，与传统接入多个变换器的方式相比，降低了电路复杂度，同时大大的降低了成本。

3：该变换器增益单元数可调，能适应更大的大电流输入场合，相较于传统变换器存在不均流，每相电流大小不可控，必须增加多个传感器和控制策略等问题，该变换器输入电流和输出电压均可控，在开关占空比相同时，每相电流都相等。

附图说明

图1是本发明电路原理总图。

图2是多输入升压型变换器4相2单位拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。实施实例1：如图2所示，一种4相2单元高升压变换器，它包含4个输入电源，2个增益单元，4个功率开关S₁、S₂、S₃、S₄，4个电感L₁、L₂、L₃、L₄，8个电容C_o、C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₂₄其中，12个二极管D₁、D₂、D₃、D₄、D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₂₁、D₂₂、D₂₃、D₂₄；其中：

4个输入端口中，

第一电感L₁的输入端接输入电源1的正极，输出端接电容C₁₁的一端，在第一电感L₁和电容C₁₁的结点和输入电源1的负极之间接第一功率开关S₁，第一功率开关S₁源极接输入电源1的负极，第一功率开关S₁漏极与第一电感L₁和电容C₁₁的结点相连。

第二电感L₂的输入端接输入电源2的正极，输出端接电容C₁₂的一端，在第二电感L₂和电容C₁₂的结点和输入电源2的负极之间接第二功率开关S₂，第二功率开关S₂源极接输入电源2的负极，第二功率开关S₂漏极与第二电感L₂和电容C₁₂的结点相连。

第三电感L₃的输入端接输入电源3的正极，输出端接电容C₁₃的一端，在第三电感L₃和电容C₁₃的结点和输入电源3的负极之间接第三功率开关S₃，第三功率开关S₃源极接输入电源3的负极，第三功率开关S₃漏极与第三电感L₃和电容C₁₃的结点相连。

第四电感L₄的输入端接输入电源4的正极，输出端接电容C₁₄的一端，在第四电感L₄和电容C₁₄的结点和输入电源4的负极之间接第四功率开关S₄，第四功率开关S₄源极接输入电源4的负极，第四功率开关S₄漏极与第四电感L₄和电容C₁₄的结点相连。

2增益单元中，

增益单元1由4个电容C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄，4个二极管D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄构成，其内部结构中二极管D₁₁的阴极连电容C₁₁的一端，阳极连电容C₁₂的另一端，二极管D₁₂的阴极连电容C₁₂的一端，阳极连电容C₁₃的另一端，二极管D₁₃的阴极连电容C₁₃的一端，阳极连电容C₁₄的另一端，二极管D₁₄的阴极连电容C₁₄的一端，阳极连电容C₁₁的另一端。增益单元1的端口电容C₁₁的一端接第一电感L₁输出端，电容C₁₂的一端接第二电感L₂输出端，电容C₁₃的一端接第二电感L₃输出端，电容C₁₄的一端接第四电感L₄输出端。

增益单元2由4个电容C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₂₄，4个二极管D₂₁、D₂₂、D₂₃、D₂₄构成，其内部结构中二极管D₂₁的阴极连电容C₂₁的一端，阳极连电容C₂₂的另一端，二极管D₂₂的阴极连电容C₂₂的一端，阳极连电容C₂₃的另一端，二极管D₂₃的阴极连电容C₂₃的一端，阳极连电容C₂₄的另一端，二极管D₂₄的阴极连电容C₂₄的一端，阳极连电容C₂₁的另一端。增益单元2的端口电容C₂₁的一端接电容C₁₁的另一端，电容C₂₂的一端接电容C₁₂的另一端，电容C₂₃的一端接电容C₁₃的另一端，电容C₂₄的一端接电容C₁₄的另一端。

最后分别在电容C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₂₄的另一端各自引出二极管D₁、D₂、D₃、D₄的阳极，二极管D₁、D₂、D₃、D₄的阴极与电容C_o和负载R_o的一端相连，电容C_o和负载R_o的另一端与所有输入电源的负极相连。

其控制方式为相邻功率开关之间采用交错控制策略；即每相邻两相之间开关驱动相位相差180°。根据功率开关状态的不同，可以将电路分为3种工作状态：

（1）功率开关均导通，此时输入电源1、输入电源2、输入电源3、输入电源4分别通过功率开关S₁、功率开关S₂、功率开关S₃、功率开关S₄分别向电感L₁、电感L₂、电感L₃、电感L₄充电；所有二极管均关断。

（2）控制器控制第一功率开关S₁、第三功率开关S₃关断，第二功率开关S₂和第四功率开关S₄导通，此时输入电源1通过电感L₁、二极管D₁₁给电容C₁₂充电，给电容C₁₁放电，通过二极管D₂₁向电容C₂₂充电；给电容C₂₁放电，同时通过二极管D₁向负载R_o供电。输入电源3通过电感L₃、二极管D₁₃给电容C₁₄充电，给电容C₁₃放电，通过二极管D₂₃向电容C₂₄充电；给电容C₂₃放电，同时通过二极管D₃向负载R_o供电。此时第二功率开关S₂和第四功率开关S₄均导通，输入电源2和输入电源4分别通过功率开关S₂、S₄向电感L₂、L₄充电；二极管D₂、D₄、D₁₂、D₁₄、D₂₂、D₂₄均关断。

（3）控制器控制第二功率开关S₂、第四功率开关S₄关断，第一功率开关S₁和第三功率开关S₃导通，此时输入电源2通过电感L₂、二极管D₁₂给电容C₁₃充电，给电容C₁₂放电，通过二极管D₂₂向电容C₂₃充电；给电容C₂₂放电，同时通过二极管D₂向负载R_o供电。输入电源4通过电感L₄、二极管D₁₄给电容C₁₁充电，给电容C₁₄放电，通过二极管D₂₄向电容C₂₁充电；给电容C₂₄放电，同时通过二极管D₄向负载R_o供电。此时第一功率开关S₁和第三功率开关S₃均导通，输入电源1和输入电源3分别通过功率开关S₁、S₃向电感L₁、L₃充电；二极管D₁、D₃、D₁₁、D₁₃、D₂₁、D₂₃均关断。

通过上述三种工作状态可知，实现了4路电源同时供电，可以有效降低多个分布式发电单元供电时所需的升压变换器数量。且系统还具有结构简单、成本低、功率密度高等优点。本发明的实施实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案,所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。