本實用新型涉及一種直流-直流變換器，具體涉及一種多路輸入的高增益DC/DC變換器。

背景技術(shù)：

日前，世界能源形勢緊張，傳統(tǒng)的化石能源日益枯竭，并且，因此而造成的環(huán)境壓力也日益增大。針對這種狀況，可再生能源以其安全、清潔、永續(xù)的特點逐步取代傳統(tǒng)能源，而可再生能源發(fā)電系統(tǒng)通常需要多個發(fā)電單元組成，所需要的變換器數(shù)量也會增加。因此，在實現(xiàn)高增益的同時，為了簡化電路結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)成本，研究多輸入高增益DC/DC變換器對于實現(xiàn)高增益和變換器均流具有重要意義。

目前，實現(xiàn)高增益的變換器主要有三種：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高頻變壓器，通過增加變壓器的變比來實現(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現(xiàn)高增益，但耦合電感的使用不僅會造成開關(guān)器件電壓應(yīng)力過高，而且會引起磁干擾，增加了變換器的工作損耗。

現(xiàn)有多輸入DC/DC變換器大多是在基本的變換器基礎(chǔ)上進(jìn)行端口改進(jìn)，難以實現(xiàn)高增益且各輸入端電流難以控制，需要復(fù)雜的輔助電路和控制電路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中變換器存在高增益與多路輸入難以同時實現(xiàn)、各路輸入電流難以控制等問題。本實用新型提供一種多路輸入的高增益DC/DC變換器，該變換器根據(jù)不用的應(yīng)用場合，可以調(diào)整輸入端口數(shù)，且每一路輸入電流和輸出電壓均可控。與傳統(tǒng)接入多個變換器的方式相比，降低了電路復(fù)雜度，同時大大的降低了成本。

本實用新型采取的技術(shù)方案為：

一種多路輸入的高增益DC/DC變換器，該變換器包含m個輸入端，n個增益單元，m個功率開關(guān)S₁、S₂...S_m，m個電感L₁、L₂...L_m，n(m-1)+1個電容C₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃...C_n,m-1，n(m-1)+1個二極管D₀、D₁₁、D₁₂、D₁₃、D_n,m-1；

m個輸入端中，

第一電感L₁的輸入端接輸入電源1的正極，第一電感L₁的輸出端接電容C₁₁的一端，在第一電感L₁和電容C₁₁的結(jié)點和輸入電源1的負(fù)極之間接第一功率開關(guān)S₁，第一功率開關(guān)S₁源極接輸入電源1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)點相連；

第二電感L₂的輸入端接輸入電源2的正極，第二電感L₂的輸出端接電容C₁₂的一端，在第二電感L₂和電容C₁₂的結(jié)點和輸入電源2的負(fù)極之間接第二功率開關(guān)S₂，第二功率開關(guān)S₂源極接輸入電源2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)點相連；

以此類推到第m-1相：

第m-1電感L_m-1的輸入端接輸入電源m-1的正極，第m-1電感L_m-1的輸出端接電容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)點和輸入電源m-1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源極接輸入電源m-1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)點相連；

第m電感L_m的輸入端接輸入電源m的正極，第m電感L_m的輸出端接電容C_2,m-1的一端，在第m電感L_m和電容C_2，m-1的結(jié)點和輸入電源m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源極接輸入電源m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)點相連；

n個增益單元中，

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D₂，_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D₃，_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的另一端與所有輸入電源的負(fù)極相連。

一種多路輸入的高增益DC/DC變換器控制方法，控制方式為：各相功率開關(guān)采用交錯控制策略；即每相開關(guān)驅(qū)動相位之間相差360°/n。

一種多路輸入的高增益DC/DC變換器控制方法，控制方式為：相鄰功率開關(guān)之間采用交錯控制策略；即每相鄰兩相之間開關(guān)驅(qū)動相位相差180°。

本實用新型一種多路輸入的高增益DC/DC變換器，技術(shù)效果如下：

1：本實用新型輸入端口數(shù)和增益單元數(shù)均可調(diào)，根據(jù)實際需求每增加一路輸入或一個增益單元數(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分別為輸入端口數(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，該變換器輸入端口數(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)整輸入端口數(shù)，且每一路輸入電流和輸出電壓均可控。與傳統(tǒng)接入多個變換器的方式相比，降低了電路復(fù)雜度，同時大大的降低了成本。

附圖說明

圖1是本實用新型電路原理總圖。

圖2是本實用新型電路含有3相獨立輸入端口及3個增益單元時的電路拓?fù)鋱D。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施實例1：如圖2所示，一種三相輸入高增益升壓變換器，它包含3個獨立的輸入端口，3個增益單元，3個功率開關(guān)S₁、S₂、S₃，3個電感L₁、L₂、L₃，7個電容C₀、C₁₁、C₁₂、C₂₁、C₂₂、C₃₁、C₃₂、其中，7個二極管D₀、D₁₁、D₁₂、D₂₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂；

其中：3個輸入端口中：

第一電感L₁的輸入端接輸入電源1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)點和輸入電源1的負(fù)極之間接第一功率開關(guān)S₁，第一功率開關(guān)S₁源極接輸入電源1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)點相連。

第二電感L₂的輸入端接輸入電源的正極，輸出端接電容C₁₂的一端，在第二電感L₂和電容C₁₂的結(jié)點和輸入電源2的負(fù)極之間接第二功率開關(guān)S₂，第二功率開關(guān)S₂源極接輸入電源2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)點相連。

第三電感L₃的輸入端接輸入電源3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)點和輸入電源3的負(fù)極之間接第三功率開關(guān)S₃，第三功率開關(guān)S₃源極接輸入電源3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的另一端與所有輸入電源的負(fù)極相連。

控制方式為各相功率開關(guān)采用交錯控制策略；即每相開關(guān)驅(qū)動相位之間相差120°，根據(jù)功率開關(guān)狀態(tài)的不同，可以將電路分為4種工作狀態(tài)：

(1)控制器控制第一功率開關(guān)S₁關(guān)斷，第二功率開關(guān)S₂和第三功率開關(guān)S₃導(dǎo)通，此時可再生能源發(fā)電單元1通過電感L₁、給電容C₁₁放電，通過二極管D₂₂向電容C₂₂充電，給電容C₃₂放電，再通過二極管D₃₁向電容C₃₁充電；此時第二功率開關(guān)S₂和第三功率開關(guān)S₃均導(dǎo)通，可再生能源發(fā)電單元2和可再生能源發(fā)電單元3分別通過功率開關(guān)S₂、S₃向電感L₂、L₃充電；二極管D₀、D₁₁、D₁₂、D₂₁、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，此時可再生能源發(fā)電單元2通過電感L₂、給電容C₁₂放電，再通過二極管D₁₁給電容C₁₁充電，給電容C₂₁放電，通過二極管D₃₂向電容C₃₂充電；此時第一功率開關(guān)S₁和第三功率開關(guān)S₃均導(dǎo)通，可再生能源發(fā)電單元1和可再生能源發(fā)電單元3分別通過功率開關(guān)S₁、S₃向電感L₁、L₃充電；二極管D₀、D₁₂、D₂₁、D₂₂、D₃₁均關(guān)斷。

(3)控制器控制第三功率開關(guān)S₃關(guān)斷，第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂導(dǎo)通，此時可再生能源發(fā)電單元3通過電感L₃和二極管D₁₂向電容C₁₂充電、給電容C₂₂放電，通過二極管D₂₁向電容C₂₁充電，給電容C₃₁放電，再通過二極管D₀向高壓直流母線供電；此時第一功率開關(guān)S₁和第二功率開關(guān)S₂均導(dǎo)通，可再生能源發(fā)電單元1和可再生能源發(fā)電單元2分別通過功率開關(guān)S₁、S₂向電感L₁、L₂充電；二極管D₁₁、D₂₂、D₃₁、D₃₂均關(guān)斷。

(4)功率開關(guān)均導(dǎo)通，此時可再生能源發(fā)電單元1、可再生能源發(fā)電單元2、可再生能源發(fā)電單元3分別通過功率開關(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。

實施例2：

如圖2所示,其多路輸入高增益升壓電路的連接關(guān)系與實施例1相同，但控制方式有所改變，其控制方式為相鄰功率開關(guān)之間采用交錯控制策略；即每相鄰兩相之間開關(guān)驅(qū)動相位相差180°。根據(jù)功率開關(guān)狀態(tài)的不同，可以將電路分為3種工作狀態(tài)：

(1)功率開關(guān)均導(dǎo)通，此時可再生能源發(fā)電單元1、可再生能源發(fā)電單元2、可再生能源發(fā)電單元3分別通過功率開關(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，此時可再生能源發(fā)電單元2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；此時第一功率開關(guān)S₁和第三功率開關(guān)S₃均導(dǎo)通，可再生能源發(fā)電單元1和可再生能源發(fā)電單元3分別通過功率開關(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，此時可再生能源發(fā)電單元1通過電感L₁、給電容C₁₂和電容C₃₂放電，同時可再生能源發(fā)電單元3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，同時通過二極管D₀向高壓直流母線供電；此時第一功率開關(guān)S₁和第三功率開關(guān)S₃均導(dǎo)通，可再生能源發(fā)電單元2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。

本實用新型的實施實例僅僅是為說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。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。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術(shù)方案,所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護(hù)范圍之列。