一种输入相数可调的高增益DC/DC变换器的制作方法

本实用新型涉及一种直流-直流变换器，具体是一种输入相数可调的高增益DC/DC变换器。

背景技术：

现有技术中，传统的交错并联升压变换器存在升压比较小、功率开关和二极管的电压应力过大等问题，在输入输出电压相差较大的场合难以胜任。而现有的高增益直流升压变换器也存在输入相数难以调节及均流难等问题，在大功率应用场合中的应用受到了限制，如光伏并网或海上风电中。目前，实现高增益变换器主要有三种：第一种，是利用开关电容在升压的同时降低功率器件的电压应力，如MMC技术，但该方法结构复杂，所需器件较多。第二种，是借助于变压器，在直流—直流的变换器中间加入一个高频变压器，通过增加变压器的变比来实现高增益，因此，该变换器由原来的直流—直流变为直流—交流—交流—直流变换器，降低了能量的转换效率。第三种，是利用耦合电感来实现高增益，但耦合电感的使用不仅会造成开关器件电压应力过高，而且会引起磁干扰，增加了变换器的工作损耗。同时，上述方案在实现高增益时还存在输入相数扩展难度大的问题，特别是各相输入电流之间均流难度大。

技术实现要素：

为解决现有技术中高增益变换器输入相数难以扩展及均流难的问题，本实用新型提供一种输入相数可调的高增益DC/DC变换器，该变换器根据不用的应用场合，可以调整不同的输入相数，且每一路输入电流和输出电压均可控。与传统接入多个变换器的方式相比，大大的降低了成本。

本实用新型采取的技术方案为：

一种输入相数可调的高增益DC/DC变换器，该变换器包含m个输入相，n个增益单元，m个功率开关S₁、S₂...S_m，m个电感L₁、L₂...L_m，n(m-1)+1个电容C₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃...C_n,m-1，n(m-1)+1个二极管D₀、D₁₁、D₁₂、D₁₃、D_n,m-1；

m输入相数中，

第一相中第一电感L₁的输入端接电源的正极，输出端接电容C₁₁的一端，在第一电感L₁和电容C₁₁的结点和电源的负极之间接第一功率开关S₁，第一功率开关S₁源极接电源的负极，第一功率开关S₁漏极与第一电感L₁和电容C₁₁的结点相连；

第二相中第二电感L₂的输入端接电源的正极，输出端接电容C₁₂的一端，在第二电感L₂和电容C₁₂的结点和电源的负极之间接第二功率开关S₂，第二功率开关S₂源极接电源的负极，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-1相：

第m-1相中第m-1电感L_m-1的输入端接电源的正极，输出端接电容C_1，m-1的一端，在第m-1电感L_1，m-1和电容C_1，m-1的结点和电源的负极之间接第m-1功率开关S_m-1，第m-1功率开关S_m-1源极接电源的负极，第m-1功率开关S_m-1漏极与第m-1电感L_1，m-1和电容C_1，m-1的结点相连。

第m相中第m电感L_m的输入端接电源的正极，输出端接电容C_2,m-1的一端，在第m电感L_m和电容C_2，m-1的结点和电源的负极之间接第m功率开关S_m，第m功率开关S_m源极接电源的负极，第m功率开关S_m漏极与第m电感L_m和电容C_2，m-1的结点相连；

n增益单元中，

增益一单元中，第一电感L1输出端接电容C₁₁的一端，第二电感L₂第一电感L₁输出端接电容C₁₂的一端...第m-1电感L_m-1输出端接电容C_1，m-1的一端。二极管D₁₁的阴极连电容C₁₁的另一端，阳极连电容C₁₂的另一端；二极管D₁₂的阴极连电容C₁₂的另一端，阳极连电容C₁₃的另一端...二极管D_1，m-2的阴极连电容C_1，m-2的另一端，阳极连电容C_1，m-1的另一端，二极管D_1，m-1的阴极连电容C_1，m-1的另一端，阳极连电容C_2，m-1的一端。由C₁₁的另一端引出二极管D_2，m-1给电容C_2，m-1充电，二极管D_2，m-1阳极连C₁₁的另一端，阴极连C_2，m-1的另一端；

增益二单元中，电容C₂₁的一端接电容C₁₂的另一端，电容C₂₂的一端接电容C₁₃的另一端...电容C_2,m-2的一端接电容C_1,m-1的另一端。二极管D₂₁的阴极连电容C₂₁的另一端，阳极连电容C₂₂的另一端；二极管D₂₂的阴极连电容C₂₂的另一端，阳极连电容C₂₃的另一端...二极管D_2，m-2的阴极连电容C_2，m-2的另一端，阳极连电容C_2，m-1的另一端，二极管D_2，m-1的阴极连电容C_2，m-1的另一端，阳极连电容C_3，m-1的一端。由C₂₁的另一端引出二极管D_3，m-1给电容C_3，m-1充电，二极管D_3，m-1阳极连C₂₁的另一端，阴极连C_3，m-1的另一端；

增益三单元中，电容C₃₁的一端接电容C₂₂的另一端，电容C₃₂的一端接电容C₂₃的另一端...电容C_3,m-2的一端接电容C_2,m-1的另一端。二极管D₃₁的阴极连电容C₃₁的另一端，阳极连电容C₃₂的另一端；二极管D₃₂的阴极连电容C₃₂的另一端，阳极连电容C₃₃的另一端...二极管D_3，m-2的阴极连电容C_3，m-2的另一端，阳极连电容C_3，m-1的另一端，二极管D₃，_m-1的阴极连电容C_3，m-1的另一端，阳极连电容C_4，m-1的一端。由C₃₁的另一端引出二极管D_4，m-1给电容C_4，m-1充电，二极管D_4，m-1阳极连C₃₁的另一端，阴极连C_4，m-1的另一端；以此类推到n增益单元，

增益n单元中，电容C_n，1的一端接电容C_n-1，2的另一端，电容C_n，2的一端接电容C_n-1，3的另一端...电容C_n,m-2的一端接电容C_n-1,m-1的另一端。二极管D_n,1的阴极连电容C_n,1的另一端，阳极连电容C_n,2的另一端；二极管D_n,2的阴极连电容C_n,2的另一端，阳极连电容C_n,3的另一端...二极管D_n，m-2的阴极连电容C_n-1，m-2的另一端，阳极连电容C_n，m-1的另一端；

最后在电容C_n，1的另一端引出二极管D₀的阳极，二极管D₀的阴极与电容C₀的一端相连，电容C₀的另一端与电源的负极相连。

一种输入相数可调的高增益DC/DC变换器控制方法，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°。

本实用新型一种输入相数可调的高增益DC/DC变换器，技术效果如下：

1、本实用新型利用输入相数可调的交错并联方式实现变换器高增益输出，每增加一输入相数或一增益单元数，均可提高原基础上1倍以上基础增益，输出电压与输入电压的比值为：

其中D为占空比，m、n分别为输入相数与增益单元数。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，该变换器输入相数和增益单元均可调，应用范围广泛，更适用于大型高增益场合。

2、该变换器根据不用的应用场合，可以调整不同的输入相数，且每一路输入电流和输出电压均可控。与传统接入多个变换器的方式相比，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，相较于传统的交错并联存在不均流，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，每相电流都相同。

附图说明

图1是本实用新型电路原理总图。

图2是本实用新型电路含有3相输入及3个增益单元时的电路拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图2所示，一种三相输入高增益升压变换器，它包含3个输入相，3个增益单元，3个功率开关S₁、S₂、S₃，3个电感L₁、L₂、L₃，7个电容C₀、C₁₁、C₁₂、C₂₁、C₂₂、C₃₁、C₃₂、其中，7个二极管D₀、D₁₁、D₁₂、D₂₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂；

其中：3个输入相数中，

第一相中第一电感L₁的输入端接电源的正极，输出端接电容C₁₁的一端，在第一电感L₁和电容C₁₁的结点和电源的负极之间接第一功率开关S₁，第一功率开关S₁源极接电源的负极，第一功率开关S₁漏极与第一电感L₁和电容C₁₁的结点相连。

第二相中第二电感L₂的输入端接电源的正极，输出端接电容C₁₂的一端，在第二电感L₂和电容C₁₂的结点和电源的负极之间接第二功率开关S₂，第二功率开关S₂源极接电源的负极，第二功率开关S₂漏极与第二电感L₂和电容C₁₂的结点相连。

第三相中第三电感L₃的输入端接电源的正极，输出端接电容C₂₂的一端，在第三电感L₃和电容C₂₂的结点和电源的负极之间接第三功率开关S₃，第三功率开关S₃源极接电源的负极，第三功率开关S₃漏极与第三电感L₃和电容C₂₂的结点相连。

3纵向增益单元中，

增益一单元中，第一电感L₁输出端接电容C₁₁的一端，第二电感L₂第一电感L₁输出端接电容C₁₂的一端，第三电感L₃输出端接电容C₂₂的一端。二极管D₁₁的阴极连电容C₁₁的另一端，阳极连电容C₁₂的另一端；二极管D₁₂的阴极连电容C₁₂的另一端，阳极连电容C₂₂的一端。由C₁₁的另一端引出二极管D₂₂给电容C₂₂充电，二极管D₂₂阳极连C₁₁的另一端，阴极连C₂₂的另一端。

增益二单元中，电容C₂₁的一端接电容C₁₂的另一端，电容C₂₂的一端接第三电感L₃的输出端，二极管D₂₁的阴极连电容C₂₁的另一端，阳极连电容C₂₂的另一端；二极管D₂₂的阴极连电容C₂₂的另一端，阳极连电容C₃₂的一端。由C₂₁的另一端引出二极管D₃₂给电容C₃₂充电，二极管D₃₂阳极连C₂₁的另一端，阴极连C₃₂的另一端。

增益三单元中，电容C₃₁的一端接电容C₂₂的另一端，二极管D₃₁的阴极连电容C₃₁的另一端，阳极连电容C₃₂的另一端。

最后在电容C₃₁的另一端引出二极管D₀的阳极，二极管D₀的阴极与电容C₀的一端相连，电容C₀的另一端与电源的负极相连。

根据功率开关状态的不同，可以将电路分为三种工作状态：

(1)、功率开关均导通，此时输入电源通过功率开关S₁和功率开关S₂功率开关S₃分别向电感L₁和电感L₂电感L₃充电；二极管D₀、D₁₁、D₁₂、D₂₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂均关断。

(2)、控制器控制第二功率开关S₂关断，第一功率开关S₁和第三功率开关S₃导通，此时低压电源通过电感L₂、给电容C₁₂放电，再通过二极管D₁₁和二极管D₃₂分别向电容C₁₁和电容C₃₂充电；同时给电容C₂₁放电，通过二极管D₃₂和二极管D₃₁分别向电容C₃₂和电容C₃₁充电；此时第一功率开关S₁和第三功率开关S₃均导通，低压电源通过功率开关S₁、S₃向电感L₁、L₃充电；二极管D₀、D₁₂、D₂₁均关断。

(3)、控制器控制第一功率开关S₁和第三功率开关S₃关断，第二功率开关S₂导通，此时低压电源通过电感L₁、给电容C₁₂和电容C₃₂放电，同时低压电源通过电感L₃给电容C₂₂和C₃₁放电，分别通过二极管D₁₂、二极管D₂₁向电容C₁₂、电容C₂₁充电，同时通过二极管D₀向高压直流母线供电；此时第一功率开关S₁和第三功率开关S₃均导通，低压电源通过功率开关S₂向电感L₂充电；二极管D₀、D₁₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂均关断。

通过上述三种工作状态，实现了变换器的7倍增益，且180°相移的并联交错控制方式可以通过三个输入电感分担输入电流，进而有效的减小元器件的电流应力。

本实用新型的上述实施实例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡是属于本实用新型的技术方案,所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。