本發(fā)明涉及一種直流-直流變換器，具體是一種輸入相數(shù)可調(diào)的高增益DC/DC變換器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的交錯(cuò)并聯(lián)升壓變換器存在升壓比較小、功率開關(guān)和二極管的電壓應(yīng)力過大等問題，在輸入輸出電壓相差較大的場合難以勝任。而現(xiàn)有的高增益直流升壓變換器也存在輸入相數(shù)難以調(diào)節(jié)及均流難等問題，在大功率應(yīng)用場合中的應(yīng)用受到了限制，如光伏并網(wǎng)或海上風(fēng)電中。目前，實(shí)現(xiàn)高增益變換器主要有三種：第一種，是利用開關(guān)電容在升壓的同時(shí)降低功率器件的電壓應(yīng)力，如MMC技術(shù)，但該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需器件較多。第二種，是借助于變壓器，在直流—直流的變換器中間加入一個(gè)高頻變壓器，通過增加變壓器的變比來實(shí)現(xiàn)高增益，因此，該變換器由原來的直流—直流變?yōu)橹绷鳌涣鳌涣鳌绷髯儞Q器，降低了能量的轉(zhuǎn)換效率。第三種，是利用耦合電感來實(shí)現(xiàn)高增益，但耦合電感的使用不僅會(huì)造成開關(guān)器件電壓應(yīng)力過高，而且會(huì)引起磁干擾，增加了變換器的工作損耗。同時(shí)，上述方案在實(shí)現(xiàn)高增益時(shí)還存在輸入相數(shù)擴(kuò)展難度大的問題，特別是各相輸入電流之間均流難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中高增益變換器輸入相數(shù)難以擴(kuò)展及均流難的問題，本發(fā)明提供一種輸入相數(shù)可調(diào)的高增益DC/DC變換器，該變換器根據(jù)不用的應(yīng)用場合，可以調(diào)整不同的輸入相數(shù)，且每一路輸入電流和輸出電壓均可控。與傳統(tǒng)接入多個(gè)變換器的方式相比，大大的降低了成本。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種輸入相數(shù)可調(diào)的高增益DC/DC變換器，該變換器包含m個(gè)輸入相，n個(gè)增益單元，m個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂...S_m，m個(gè)電感L₁、L₂...L_m，n(m-1)+1個(gè)電容C₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃...C_n,m-1，n(m-1)+1個(gè)二極管D₀、D₁₁、D₁₂、D₁₃、D_n,m-1；

m輸入相數(shù)中，

第一相中第一電感L₁的輸入端接電源的正極，輸出端接電容C₁₁的一端，在第一電感L₁和電容C₁₁的結(jié)點(diǎn)和電源的負(fù)極之間接第一功率開關(guān)S₁，第一功率開關(guān)S₁源極接電源的負(fù)極，第一功率開關(guān)S₁漏極與第一電感L₁和電容C₁₁的結(jié)點(diǎn)相連；

第二相中第二電感L₂的輸入端接電源的正極，輸出端接電容C₁₂的一端，在第二電感L₂和電容C₁₂的結(jié)點(diǎn)和電源的負(fù)極之間接第二功率開關(guān)S₂，第二功率開關(guān)S₂源極接電源的負(fù)極，第二功率開關(guān)S₂漏極與第二電感L₂和電容C₁₂的結(jié)點(diǎn)相連；

以此類推到第m-1相：

第m-1相中第m-1電感L_m-1的輸入端接電源的正極，輸出端接電容C_1，m-1的一端，在第m-1電感L_1，m-1和電容C_1，m-1的結(jié)點(diǎn)和電源的負(fù)極之間接第m-1功率開關(guān)S_m-1，第m-1功率開關(guān)S_m-1源極接電源的負(fù)極，第m-1功率開關(guān)S_m-1漏極與第m-1電感L_1，m-1和電容C_1，m-1的結(jié)點(diǎn)相連。

第m相中第m電感L_m的輸入端接電源的正極，輸出端接電容C_2,m-1的一端，在第m電感L_m和電容C_2，m-1的結(jié)點(diǎn)和電源的負(fù)極之間接第m功率開關(guān)S_m，第m功率開關(guān)S_m源極接電源的負(fù)極，第m功率開關(guān)S_m漏極與第m電感L_m和電容C_2，m-1的結(jié)點(diǎn)相連；

n增益單元中，

增益一單元中，第一電感L1輸出端接電容C₁₁的一端，第二電感L₂第一電感L₁輸出端接電容C₁₂的一端...第m-1電感L_m-1輸出端接電容C_1，m-1的一端。二極管D₁₁的陰極連電容C₁₁的另一端，陽極連電容C₁₂的另一端；二極管D₁₂的陰極連電容C₁₂的另一端，陽極連電容C₁₃的另一端...二極管D_1，m-2的陰極連電容C_1，m-2的另一端，陽極連電容C_1，m-1的另一端，二極管D_1，m-1的陰極連電容C_1，m-1的另一端，陽極連電容C_2，m-1的一端。由C₁₁的另一端引出二極管D_2，m-1給電容C_2，m-1充電，二極管D_2，m-1陽極連C₁₁的另一端，陰極連C_2，m-1的另一端；

增益二單元中，電容C₂₁的一端接電容C₁₂的另一端，電容C₂₂的一端接電容C₁₃的另一端...電容C_2,m-2的一端接電容C_1,m-1的另一端。二極管D₂₁的陰極連電容C₂₁的另一端，陽極連電容C₂₂的另一端；二極管D₂₂的陰極連電容C₂₂的另一端，陽極連電容C₂₃的另一端...二極管D_2，m-2的陰極連電容C_2，m-2的另一端，陽極連電容C_2，m-1的另一端，二極管D_2，m-1的陰極連電容C_2，m-1的另一端，陽極連電容C_3，m-1的一端。由C₂₁的另一端引出二極管D_3，m-1給電容C_3，m-1充電，二極管D_3，m-1陽極連C₂₁的另一端，陰極連C_3，m-1的另一端；

增益三單元中，電容C₃₁的一端接電容C₂₂的另一端，電容C₃₂的一端接電容C₂₃的另一端...電容C_3,m-2的一端接電容C_2,m-1的另一端。二極管D₃₁的陰極連電容C₃₁的另一端，陽極連電容C₃₂的另一端；二極管D₃₂的陰極連電容C₃₂的另一端，陽極連電容C₃₃的另一端...二極管D_3，m-2的陰極連電容C_3，m-2的另一端，陽極連電容C_3，m-1的另一端，二極管D_3，m-1的陰極連電容C_3，m-1的另一端，陽極連電容C_4，m-1的一端。由C₃₁的另一端引出二極管D_4，m-1給電容C_4，m-1充電，二極管D_4，m-1陽極連C₃₁的另一端，陰極連C_4，m-1的另一端；

以此類推到n增益單元，

增益n單元中，電容C_n，1的一端接電容C_n-1，2的另一端，電容C_n，2的一端接電容C_n-1，3的另一端...電容C_n,m-2的一端接電容C_n-1,m-1的另一端。二極管D_n,1的陰極連電容C_n,1的另一端，陽極連電容C_n,2的另一端；二極管D_n,2的陰極連電容C_n,2的另一端，陽極連電容C_n,3的另一端...二極管D_n，m-2的陰極連電容C_n-1，m-2的另一端，陽極連電容C_n，m-1的另一端；

最后在電容C_n，1的另一端引出二極管D₀的陽極，二極管D₀的陰極與電容C₀的一端相連，電容C₀的另一端與電源的負(fù)極相連。

一種輸入相數(shù)可調(diào)的高增益DC/DC變換器控制方法，相鄰功率開關(guān)之間采用交錯(cuò)控制策略；即每相鄰兩相之間開關(guān)驅(qū)動(dòng)相位相差180°。

本發(fā)明一種輸入相數(shù)可調(diào)的高增益DC/DC變換器，技術(shù)效果如下：

1、本發(fā)明利用輸入相數(shù)可調(diào)的交錯(cuò)并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)變換器高增益輸出，每增加一輸入相數(shù)或一增益單元數(shù)，均可提高原基礎(chǔ)上1倍以上基礎(chǔ)增益，輸出電壓與輸入電壓的比值為：

其中D為占空比，m、n分別為輸入相數(shù)與增益單元數(shù)。該變換器與現(xiàn)有技術(shù)相比，不存在耦合電感，不存在變壓器，開關(guān)和二極管電壓應(yīng)力也大大降低，該變換器輸入相數(shù)和增益單元均可調(diào)，應(yīng)用范圍廣泛，更適用于大型高增益場合。

2、該變換器根據(jù)不用的應(yīng)用場合，可以調(diào)整不同的輸入相數(shù)，且每一路輸入電流和輸出電壓均可控。與傳統(tǒng)接入多個(gè)變換器的方式相比，大大的降低了成本。

3、該變換器增益單元數(shù)可調(diào)，能適應(yīng)更大的大電流輸入場合，相較于傳統(tǒng)的交錯(cuò)并聯(lián)存在不均流，每相電流大小不可控，必須增加多個(gè)傳感器和控制策略等問題，該變換器輸入電流和輸出電壓均可控，在開關(guān)占空比相同時(shí)，每相電流都相同。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電路原理總圖。

圖2是本發(fā)明電路含有3相輸入及3個(gè)增益單元時(shí)的電路拓?fù)鋱D。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖2所示，一種三相輸入高增益升壓變換器，它包含3個(gè)輸入相，3個(gè)增益單元，3個(gè)功率開關(guān)S₁、S₂、S₃，3個(gè)電感L₁、L₂、L₃，7個(gè)電容C₀、C₁₁、C₁₂、C₂₁、C₂₂、C₃₁、C₃₂、其中，7個(gè)二極管D₀、D₁₁、D₁₂、D₂₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂；

其中：3個(gè)輸入相數(shù)中，

第一相中第一電感L₁的輸入端接電源的正極，輸出端接電容C₁₁的一端，在第一電感L₁和電容C₁₁的結(jié)點(diǎn)和電源的負(fù)極之間接第一功率開關(guān)S₁，第一功率開關(guān)S₁源極接電源的負(fù)極，第一功率開關(guān)S₁漏極與第一電感L₁和電容C₁₁的結(jié)點(diǎn)相連。

第二相中第二電感L₂的輸入端接電源的正極，輸出端接電容C₁₂的一端，在第二電感L₂和電容C₁₂的結(jié)點(diǎn)和電源的負(fù)極之間接第二功率開關(guān)S₂，第二功率開關(guān)S₂源極接電源的負(fù)極，第二功率開關(guān)S₂漏極與第二電感L₂和電容C₁₂的結(jié)點(diǎn)相連。

第三相中第三電感L₃的輸入端接電源的正極，輸出端接電容C₂₂的一端，在第三電感L₃和電容C₂₂的結(jié)點(diǎn)和電源的負(fù)極之間接第三功率開關(guān)S₃，第三功率開關(guān)S₃源極接電源的負(fù)極，第三功率開關(guān)S₃漏極與第三電感L₃和電容C₂₂的結(jié)點(diǎn)相連。

3縱向增益單元中，

增益一單元中，第一電感L₁輸出端接電容C₁₁的一端，第二電感L₂第一電感L₁輸出端接電容C₁₂的一端，第三電感L₃輸出端接電容C₂₂的一端。二極管D₁₁的陰極連電容C₁₁的另一端，陽極連電容C₁₂的另一端；二極管D₁₂的陰極連電容C₁₂的另一端，陽極連電容C₂₂的一端。由C₁₁的另一端引出二極管D₂₂給電容C₂₂充電，二極管D₂₂陽極連C₁₁的另一端，陰極連C₂₂的另一端。

增益二單元中，電容C₂₁的一端接電容C₁₂的另一端，電容C₂₂的一端接第三電感L₃的輸出端，二極管D₂₁的陰極連電容C₂₁的另一端，陽極連電容C₂₂的另一端；二極管D₂₂的陰極連電容C₂₂的另一端，陽極連電容C₃₂的一端。由C₂₁的另一端引出二極管D₃₂給電容C₃₂充電，二極管D₃₂陽極連C₂₁的另一端，陰極連C₃₂的另一端。

增益三單元中，電容C₃₁的一端接電容C₂₂的另一端，二極管D₃₁的陰極連電容C₃₁的另一端，陽極連電容C₃₂的另一端。

最后在電容C₃₁的另一端引出二極管D₀的陽極，二極管D₀的陰極與電容C₀的一端相連，電容C₀的另一端與電源的負(fù)極相連。

根據(jù)功率開關(guān)狀態(tài)的不同，可以將電路分為三種工作狀態(tài)：

(1)、功率開關(guān)均導(dǎo)通，此時(shí)輸入電源通過功率開關(guān)S₁和功率開關(guān)S₂功率開關(guān)S₃分別向電感L₁和電感L₂電感L₃充電；二極管D₀、D₁₁、D₁₂、D₂₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂均關(guān)斷。

(2)、控制器控制第二功率開關(guān)S₂關(guān)斷，第一功率開關(guān)S₁和第三功率開關(guān)S₃導(dǎo)通，此時(shí)低壓電源通過電感L₂、給電容C₁₂放電，再通過二極管D₁₁和二極管D₃₂分別向電容C₁₁和電容C₃₂充電；同時(shí)給電容C₂₁放電，通過二極管D₃₂和二極管D₃₁分別向電容C₃₂和電容C₃₁充電；此時(shí)第一功率開關(guān)S₁和第三功率開關(guān)S₃均導(dǎo)通，低壓電源通過功率開關(guān)S₁、S₃向電感L₁、L₃充電；二極管D₀、D₁₂、D₂₁均關(guān)斷。

(3)、控制器控制第一功率開關(guān)S₁和第三功率開關(guān)S₃關(guān)斷，第二功率開關(guān)S₂導(dǎo)通，此時(shí)低壓電源通過電感L₁、給電容C₁₂和電容C₃₂放電，同時(shí)低壓電源通過電感L₃給電容C₂₂和C₃₁放電，分別通過二極管D₁₂、二極管D₂₁向電容C₁₂、電容C₂₁充電，同時(shí)通過二極管D₀向高壓直流母線供電；此時(shí)第一功率開關(guān)S₁和第三功率開關(guān)S₃均導(dǎo)通，低壓電源通過功率開關(guān)S₂向電感L₂充電；二極管D₀、D₁₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂均關(guān)斷。

通過上述三種工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了變換器的7倍增益，且180°相移的并聯(lián)交錯(cuò)控制方式可以通過三個(gè)輸入電感分擔(dān)輸入電流，進(jìn)而有效的減小元器件的電流應(yīng)力。

本發(fā)明的上述實(shí)施實(shí)例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案,所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。