本发明涉及一种整流器，具体是一种模块化隔离型大容量高增益整流器。
背景技术：
目前的倍压整流电路在高增益升压整流场合得到了较多的应用，如x光机等，但其输入功率通常受限于半导体二极管的过流能力，而若采用多模块并联运行，又因各模块之间寄生参数的不同而产生的功率分配不均衡问题，且器件电流应力不可调，在大容量应用场合难以设计。若仅依靠隔离型变压器高变比来提升整流器的增益，大容量、高匝数比的变压器设计困难、成本高。上述问题限制了高增益倍压整流电路在大功率应用场合中的应用。
技术实现要素：
为解决现有技术中大容量倍压整流电路难以构建的问题，本发明提出一种模块化大容量高增益的隔离型整流器，根据不用的应用场合，灵活调整模块数,实现高增益输出，电流的自动均流和功率的均匀分配。
本发明采取的技术方案为：
一种模块化隔离型大容量高增益整流器，该整流器包含一个输入电源，m个模块、m为偶数，输出二极管d0，滤波电容c0，负载rl；
第一个模块包含一个变比为1：n的变压器，n-1个电容c11、c12...c1(n-1)及n-1个二极管d11、d12...d1(n-1)，第二个模块包含一个变比为1：n的变压器，n个电容c21、c22...c2n及n个二极管d21、d22...d2n，以此类推至第m个模块，第m个模块包含一个变比为1：n的变压器，n个电容cm1、cm2...cmn及n个二极管dm1、dm2...dmn。变压器t1至tm一次侧的异名端分别相连，变压器t1至tm二次侧的异名端也分别相连，交流电源另一端接地；
该整流器具体连接方式如下：
m个模块中，
第一模块的一次侧端，变压器t1的一次侧同名端引出，第一模块的二次侧端，变压器t1二次侧同名端接电容c1(n-1)一端，电容c1(n-1)一端与变压器t1二次侧同名端之间的节点引出，电容c1(n-1)的另一端接电容c1(n-2)的一端，电容c1(n-1)与电容c1(n-2)之间的节点接二极管d1(n-1)的阴极并引出，d1(n-1)阳极引出；依次连接到第n个电容c11的一端，c11与c12之间的节点接二极管d12的阴极，d12阳极引出，电容c11的另一端接二极管d11的阴极并引出，d11阳极引出；
第二模块的一次侧端，变压器t2的一次侧同名端引出，第二模块的二次侧端，变压器t2二次侧同名端接电容c2n一端，电容c2n的另一端接电容c2(n-1)的一端，电容c2n与电容c2(n-1)的节点接二极管d2n的阴极并引出，d2n阳极引出；依次连接到第n个电容c21的一端，c21与c22之间的节点接二极管d22的阴极，d22阳极引出，电容c21的另一端接二极管d21的阴极并引出，d21阳极引出；
第三模块的一次侧端，变压器t3的一次侧同名端引出，第三模块的二次侧端，变压器t3二次侧同名端接电容c3n一端，电容c3n的另一端接电容c3(n-1)的一端，电容c3n与电容c3(n-1)的节点接二极管d3n的阴极并引出，d3n阳极引出；依次连接到第n个电容c31的一端，c31与c32之间的节点接二极管d32的阴极，d32阳极引出，电容c31的另一端接二极管d31的阴极并引出，d31阳极引出；
以此类推到第m模块，
第m模块的一次侧端，变压器tm的一次侧同名端引出，第m模块的二次侧端，变压器tm二次侧同名端接电容cmn一端，电容cmn的另一端接电容cm(n-1)的一端，电容cmn与电容cm(n-1)的节点接二极管dmn的阴极，dmn阳极引出；依次连接到第n个电容cm1的一端，cm1与cm2之间的节点接二极管dm2的阴极，dm2阳极引出，电容cm1的另一端接二极管dm1的阴极并引出，dm1阳极引出。
各个模块之间连接：
模块1，变压器t1一次侧同名端接交流电源一端，电容c1(n-1)一端与变压器t1之间节点的引出端接二极管d2n的阳极，二极管d1(n-1)的阴极接二极管d2(n-1)的阳极，二极管d1(n-1)的阳极接二极管dmn阴极；以此类推到二极管d11的阴极接二极管d21的阳极，二极管d11阳极接二极管dm2阴极；
模块2，变压器t2一次侧同名端接地，二极管d2n的阴极接二极管d3n的阳极，二极管d2(n-1)的阴极接二极管d3(n-1)的阳极；以此类推到二极管d21的阴极接二极管d31的阳极；
模块3，变压器t3一次侧同名端接交流电源一端，二极管d3n的阴极接二极管d4n的阳极，二极管d3(n-1)的阴极接二极管d4(n-1)的阳极；以此类推到二极管d31的阴极接二极管d41的阳极；
以此类推到第m模块，
模块m，变压器tm一次侧同名端接地，二极管dmn的阴极接二极管d1(n-1)的阳极，二极管dm(n-1)的阴极接二极管d1(n-2)的阳极；以此类推到二极管dm2的阴极接二极管d11的阳极；
最后在电容cm1的另一端接二极管d0的阳极，二极管d0的阴极与电容c0和负载rl的一端相连，电容c0和负载rl的另一端与变压器t1二次侧同名端相连。
本发明提出一种模块化隔离型大容量高增益整流器，技术效果如下：
1、本发明利用模块化非隔离型整流器实现高增益输出，根据需求调整每个模块中二极管和电容的个数来提高增益。同时二极管的电压应力也得到了降低，提高了变换器的工作效率。其中：
输入输出增益为(不考虑负载影响)：
二极管的电压应力为：
其中，m为模块数，n为模块中变压器二次侧二极管及电容的数量，n为变压器变比。
2、该变换器多模块并联运行时可实现自动均流，变压器的功率均分，无需传感器和控制策略来保证均流。
3、采用模块化结构实现高增益，省去了笨重而占体积的交流变压器，缩小了系统体积，减少了系统成本，应用范围广泛，提高了变换器的整体工作效率。
附图说明
图1是本发明电路原理总图。
图2是本发明电路为m＝4，n＝2的电路拓扑图。
图3是均流原理分析图。
图4是输入、输出电压仿真波形图。
图5是四个模块电流平均值仿真波形图。
图6是电容电压仿真波形图。
图7是二极管d22、d32、d0电压仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，一种模块化隔离型大容量高增益的4模块整流器，包含一个输入电源，4个模块，一个输出二极管d0，一个输出和滤波电容c0，负载rl，交流电源负极接地。第一个模块包含一个变比为1：n的变压器，1个电容c11及1个二极管d11，第二个模块包含一个变比为1：n的变压器，2个电容c21、c22及2个二极管d21、d22，第三个模块包含一个变比为1：n的变压器，2个电容c31、c32及2个二极管d31、d32，第四个模块包含一个变比为1：n的变压器，2个电容c41、c42及2个二极管d41、d42。变压器t1至t4一次侧的异名端分别相连，变压器t1至t4二次侧的异名端也分别相连，交流电源另一端接地。该整流器具体连接方式如下：
4个模块中，
第一模块，一次侧端，变压器t1的一次侧同名端引出，二次侧端，变压器t1二次侧同名端接电容c11一端，电容c11一端与变压器t1二次侧同名端之间的节点引出，电容c11的另一端接二极管d11的阴极并引出，d11阳极引出；
第二模块，一次侧端，变压器t2的一次侧同名端引出，二次侧端，变压器t2二次侧同名端接电容c22一端，电容c22的另一端接电容c21的一端，电容c22与电容c21的节点接二极管d22的阴极并引出，d22阳极引出，电容c21的另一端接二极管d21的阴极并引出，d21阳极引出；
第三模块，一次侧端，变压器t3的一次侧同名端引出，二次侧端，变压器t3二次侧同名端接电容c32一端，电容c32的另一端接电容c31的一端，电容c32与电容c31的节点接二极管d32的阴极并引出，d32阳极引出，电容c31的另一端接二极管d31的阴极并引出，d31阳极引出；
第四模块，一次侧端，变压器t4的一次侧同名端引出，二次侧端，变压器t4二次侧同名端接电容c42一端，电容c42的另一端接电容c41的一端，电容c42与电容c41的节点接二极管d42的阴极，d42阳极引出，电容c41的另一端接二极管d41的阴极并引出，d41阳极引出。
各个模块之间连接：
模块1，变压器t1一次侧同名端引出端接交流电源一端，电容c11一端与变压器t1之间节点的引出端接二极管d22的阳极，二极管d11的阴极接二极管d21的阳极，二极管d11阳极接二极管d42阴极；
模块2，变压器t2一次侧同名端引出端接地，二极管d22的阴极接二极管d32的阳极，二极管d21的阴极接二极管d31的阳极；
模块3，变压器t3一次侧同名端引出端接交流电源一端，二极管d32的阴极接二极管d42的阳极，二极管d31的阴极接二极管d41的阳极；
模块4，变压器t4一次侧同名端引出端接地，二极管d42的阴极接二极管d11的阳极。
最后在电容c41的另一端接二极管d0的阳极，二极管d0的阴极与电容c0和负载rl的一端相连，电容c0和负载rl的另一端与变压器t1二次侧同名端相连。
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)、当输入交流电处于正半轴时，输入电源通过变压器t1一次侧同名端、变压器t2一次侧异名端接地形成一次侧回路，感应电流通过第一变压器t1二次侧同名端通过二极管d22、第二变压器t2向电容c22充电，通过电容c11和二极管d21向电容c21充电，给c11放电；输入电源通过变压器t3一次侧同名端、变压器t4一次侧异名端接地形成一次侧回路，感应电流通过第三变压器t3二次侧同名端通过电容c32、二极管d42、第四变压器t4向电容c42充电，给c32放电，通过电容c31和二极管d41向电容c41充电，给c31放电；此时二极管do、d11、d31、d32均关断。
(2)、当输入交流电处于负半轴时，此时输入电源通过变压器t2一次侧同名端、变压器t3一次侧异名端接地形成一次侧回路，感应电流通过第二变压器t2二次侧同名端通过电容c22、二极管d32、第三变压器t3向电容c32充电，给电容c22放电，通过电容c21和二极管d31向电容c31充电，给c21放电；输入电源通过变压器t4一次侧同名端、变压器t1一次侧异名端接地形成一次侧回路，感应电流通过第四变压器t4二次侧同名端通过电容c42、二极管d11、第一变压器t1向电容c11充电，给c42放电，通过电容c41和二极管do，给c41放电，向电容co充电同时向负载rl供电；此时二极管d21、d41、d22、d42均关断。
仿真参数：变压器变比为1：1，输入电压uin为工频幅值30v的正弦交流电，输出直流电压u0为120v。从图5可以看出，流过4个变压器的电流相等，实现了自动均流。
均流原理：
以图3中一列二极管电容为例，取变压器变比为1:1。稳态时，从t0时刻起，输入电压uin从0开始上升，此时所有二极管均关断，滤波电容独自向负载放电。t1时刻，输入电压uin上升至(uc41-uc31)时，二极管d41开始导通，电容c31通过d41向电容c41充电，此阶段输入电压uin＝uc41-uc31。t2时刻，输入电压uin上升至电容c21的电压谷值时，d21导通，电源通过二极管d21向电容c21充电，uc21开始上升，此阶段uc21＝uin。当到达t＝π/2时刻时，输入电压uin上升至幅值uinmax，随即输入电压uin开始下降，这时uin<uc21，uin<(uc41-uc31)，所有二极管均关断，电源停止向电容c21充电，电容c31停止向电容c41充电，滤波电容c0开始向负载放电。
t＝π时刻时，输入电压uin降到0并开始反向增大。t3时刻,，输入电压uin反向增大至(uc31-uc21)时，二极管d31开始导通，电容c21通过d31向电容c31充电，此阶段|uin|＝uc31-uc21。t4时刻，输入电压uin反向增大至电容c41的电压峰值时，二极管d0开始导通，电容c41通过d0向滤波电容c0充电，此阶段|uin|＝uc0-uc41。当到达t＝3π/2时刻时，输入电压uin反向增大至幅值-uinmax，随即输入电压uin开始反向减小，这时|uin|<uc31-uc21，|uin|<uc0-uc41，所有二极管均关断，电容c41停止向滤波电容c0充电，电容c21停止向电容c31充电，滤波电容c0开始向负载放电。
根据电容c0的安秒平衡原理，输出电流i0等于二极管d0流过的电流id0，由于电容c41的存在，流过二极管d41上的电流id41等于id0，以此类推，第一支路上，流过二极管d21上的电流id21等于输出电流i0。同理，其他支路流过的电流也都等于输出电流i0，本发明实现了自动均流。扩展到n个模块同理并产生叠加，最终实现自动均流。