一种基于多级开关电容的高增益比直流变换器

本发明属于新能源发电与直流变换器，尤其是一种基于多级开关电容的高增益比直流变换器。

背景技术：

1、传统化石能源的大量开采和使用对全球变暖与环境污染产生了一定的负面影响；同时，人类对于能源的需求日益增长，所以传统化石能源可能面临枯竭的危机。因此，新能源技术的大力发展是解决能源危机的重要手段，其主要包括光伏电池和储能电池技术，目前广泛应用。在单相系统中，并网逆变器的直流电压一般在380v左右，由于光伏、储能电池的输出电压一般较低，如果需要并网发电，需要通过前级的直流升压变换器从而实现升压。然而，直流母线电压的电压较高，直流升压变换器的电压传输比要很高。如果采用传统boost变换器，当低压侧与高压侧的电压相差很大时，占空比接近于1，导致电感的电流纹波较大，使变换器的效率较低，同时会影响系统的动态性能。为了获得较高的升压比，电感感值较大，降低变换器的功率密度。开关电容变换器利用其倍压功能可以获得高升压比，其缺点是升压比固定，负载调整率和输出稳压能力差，升压比受制于本身的拓扑结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的功率密度低、控制难度高的不足，结合开关电容变换器电压传输比高和非隔离型变换器输出电压可控的优势，提出一种感性元件数量少、控制简单但实现高升压的一种开关电容直流变换器。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、本发明提出一种基于多级开关电容的高增益比直流变换器，其特征在于，包括直流电压源、含电感储能的开关电容模块、第1到第 n开关电容模块、输出二极管 do；

4、所述直流电压源的正极与含电感储能的开关电容模块的第一输入端电连接，所述直流电压源的负极与含电感储能的开关电容模块的第二输入端电连接；

5、优选地，所述含电感储能的开关电容模块包括mos管 sl、电容 cl、二极管 dl、电感 ll；所述电感 ll的一端作为含电感储能的开关电容模块的第一输入端与直流电压源的正极、二极管 dl的阳极电连接，所述电感 ll的另一端与电容 cl的负极、mos管 sl的漏极电连接；所述mos管 sl的源级作为含电感储能的开关电容模块的第二输入端与直流电压源的负极、第1开关电容模块的第二输入端电连接；所述电容 cl的正极作为含电感储能的开关电容模块的第一输出端与二极管 dl的阴极、第1开关电容模块的第一输入端电连接；

6、所述含电感储能的开关电容模块的第一输出端与第1开关电容模块的第一输入端电连接，所述含电感储能的开关电容模块的第二输出端与第1开关电容模块的第二输入端电连接；

7、所述第1开关电容模块的第一输出端与第2开关电容模块的第一输入端电连接，所述第1开关电容模块的第二输出端与第2开关电容模块的第二输入端电连接，所述第1到第 n开关电容模块通过上述级联的方式电连接， n为开关电容模块个数；

8、优选地，所述第1到第 n开关电容模块包括第一电容 c m和第二电容 c m'、第一二极管 d m和第二二极管 d m'，其中 m表示在第1到第 n开关电容模块中的第 m个， m=1, 2, 3, ..., n；所述第一电容 c m的正极与第一二极管 d m的阴极电连接，该连接点为第 m开关电容模块的第一输出端；所述第二电容 c m'的负极与第二二极管 d m'的阳极电连接，该连接点为第 m开关电容模块的第二输出端；所述第一二极管 d m的阳极与第二电容 c m'的正极电连接，该连接点为第 m开关电容模块的第一输入端；所述第二二极管 d m'的阴极与第一电容 c m的负极电连接，该连接点为第 m开关电容模块的第二输入端；

9、所述第 n开关电容模块的第一输出端与输出二极管 do的阳极电连接，所述第 n开关电容模块的第二输出端与滤波电容 co的负极电连接；所述输出二极管 do的阴极与输出负载 r的正极、滤波电容 co的正极电连接。

10、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：在相同升压比前期下，本发明的电感纹波较低，电感感值更低；控制方式较为简单，只含一个全控型器件mos管；通过级联开关电容模块，本发明具有优越的升压能力并且电路结构灵活；解决了高电压增益下电感电流纹波大、功率密度低、控制难度高的问题。

技术特征：

1.一种基于多级开关电容的高增益比直流变换器，其特征在于，包括直流电压源、含电感储能的开关电容模块、第1到第n开关电容模块、输出二极管do；

2.根据权利要求1所述的基于多级开关电容的高增益比直流变换器，其特征在于，其所述含电感储能的开关电容模块包括mos管sl、电容cl、二极管dl、电感ll；

3.根据权利要求1所述的基于多级开关电容的高增益比直流变换器，其特征在于，其所述第1到第n开关电容模块包括第一电容cm和第二电容cm'、第一二极管dm和第二二极管dm'，其中m表示在第1到第n开关电容模块中的第m个，m=1, 2, 3, ..., n；

技术总结
本发明公开了一种基于多级开关电容的高增益比直流变换器，主要包括含电感储能的开关电容模块和若干个开关电容模块，该直流变换器电路结构灵活，可通过级联开关电容模块实现变换器的高升压比。该直流变换器可弥补传统开关电容变换器电压不可调的缺点，可通过改变开关管的占空比改变输出电压。同时，该变换器只需采用一个磁性元件即可实现高升压比，在实际应用中可以提高变换器的功率密度。此外，该直流变换器只含有一个全控型器件，脉宽调制信号通过控制MOS管将直流输入电压源的电能经过升压传输给负载，控制简单。

技术研发人员：杨苓,黄泽杭,刘嘉昕,叶美婷,郑达理,陈璟华
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13