一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器制造技術

本發明專利技術公開了一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器，包括第一電源、第二電源、第三電源、第四電源、第五電源、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、第三電容、第一二極管、第二二極管、開關管、負載及n個開關電容單元，n為1、2、3…n，當n大于或等于2時，該n個開關電容單元在輸出端級聯，開關電容單元由第2n+2電容、第2n+3電容、第2n+1二極管和第2n+2二極管構成為一個二端口網絡。本發明專利技術具有很強的延展性能，可以根據級聯開關電容單元的數目來提高電壓增益，大幅度降低開關管和二極管的電壓應力，同時本發明專利技術還可以提供多個電源輸入的接口。

A multi input and high gain Z source converter based on switched capacitor cell

The invention discloses a multi input high gain Z source converter based on switched capacitor unit, including the first power supply and a second power supply, power supply, power supply, third fourth fifth, the first second power inductors, capacitors, inductors, the first second capacitor and the third capacitor and the first diode, a second diode, switch, load and n a switching capacitor unit, n is 1, 2, 3... N, when the n is greater than or equal to 2, the N switching capacitor unit is cascaded at the output end, and the switched capacitor unit is composed of a 2n+2 capacitor, a 2n+3 capacitor, a diode 2n+1 diode and a 2n+2 diode to form a two port network. The invention has strong extensibility, can improve the voltage gain according to the number of cascade switched capacitor unit, greatly reduce the voltage stress of the switch and the diode at the same time, the invention also provides a plurality of power input interface.

【技術實現步驟摘要】
一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器
本專利技術涉及電力電子變換器的
，尤其是指一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器。
技術介紹
隨著工業生產的快速發展，多輸入、高增益、大功率的變換器對電能生產和變換發揮了越來越重要的作用。近年來提出的Z源變換器拓撲能夠在低占空比實現電壓增益的提升，但提升能力有限。尤其是傳統的非隔離型Z源變換器受到寄生參數等因素的影響，即使占空比接近0.5，其實際的輸出電壓增益不能達到預期的輸出效果。同時，在光伏發電中，由于單個太陽能電池輸出的直流電壓較低，無法滿足現有用電設備的需求，也不能滿足并網電壓的要求，往往通過多個電池串聯來獲得較大的電壓。這種方法需要解決串聯均壓等問題，并且一個電池故障還可能導致整體的癱瘓，降低了電路運行的可靠性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提供了一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器，適用于需要多輸入和高增益的電力電子電路。為實現上述目的，本專利技術所提供的技術方案為：一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器，所述Z源變換器包括第一電源、第二電源、第三電源、第四電源、第五電源、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、第三電容、第一二極管、第二二極管、開關管、負載及n個開關電容單元，n為1、2、3…n，當n大于或等于2時，該n個開關電容單元在輸出端級聯，開關電容單元由第2n+2電容、第2n+3電容、第2n+1二極管和第2n+2二極管構成為一個二端口網絡，其中，第2n+2電容的負極引出a號端子，第2n+1二極管的陽極和第2n+3電容的負極連接，并引出b號端子，第2n+2電容的正極、第2n+1二極管的陰極和第2n+2二極管的陽極連接，并引出c號端子，第2n+3電容的正極和第2n+2二極管的陰極連接，并引出d號端子；所述第一電源的正極和第一二極管的陽極連接，其負極分別與第二電容的負極和第二電感的一端連接；所述第一二極管的陰極分別與第一電感的一端和第一電容的正極連接；所述第二電源的負極和第一電感的另一端連接，其正極分別與第二電容的正極、第五電源的負極連接；當n等于1時，所述第五電源的正極分別與開關管的漏極、第二二極管的陽極和開關電容單元的a號端子連接，所述第三電源的負極分別與開關管的源極、第三電容的負極和負載的一端連接，其正極分別與第一電容的負極和第四電源的負極連接，所述第四電源的正極與第二電感的另一端連接，所述第二二極管的陰極分別與第三電容的正極和開關電容單元的b號端子連接，該開關電容單元的d號端子與負載的另一端連接；當n大于或等于2時，第二個開關電容單元與第一個開關電容單元級聯，即第二個開關電容單元的a號端子、b號端子分別與第一個開關電容單元的c號端子、d號端子連接，以此類推，直至第n個開關電容單元的a號端子、b號端子分別與第n-1個開關電容單元的c號端子、d號端子連接，第n個開關電容單元的d號端子與負載的另一端連接；其中，在單個輸入的情況下，所述Z源變換器只需要一個電源，其他電源短接或輸入值為零，即第一電源、第二電源、第三電源、第四電源和第五電源中保留任意一個電源作為輸入，而其他四個電源短接或輸入值為零；同理，在雙輸入的情況下，所述Z源變換器只需要兩個電源，其他電源短接或輸入值為零，即第一電源、第二電源、第三電源、第四電源和第五電源中保留任意兩個電源作為輸入，而其他三個電源短接或輸入值為零；同理，在三輸入的情況下，所述Z源變換器只需要三個電源，其他電源短接或輸入值為零，即第一電源、第二電源、第三電源、第四電源和第五電源中保留任意三個電源作為輸入，而其他兩個電源短接或輸入值為零；同理，在四輸入的情況下，所述Z源變換器只需要四個電源，其他電源短接或輸入值為零，即第一電源、第二電源、第三電源、第四電源和第五電源中保留任意四個電源作為輸入，而其他電源短接或輸入值為零；同理，在五輸入的情況下，所述Z源變換器第一電源、第二電源、第三電源、第四電源和第五電源均保留。所述第一電源和第一二極管依次串聯構成一個支路，在同一個支路內，第一電源和第一二極管的位置能夠交換，但依據電流的流向必須是第一電源的正極串聯第一二極管的陽極，或第一二極管的陰極串聯第一電源的負極；第二電源和第一電感依次串聯構成一個支路，在同一個支路內，第二電源和第一電感的位置能夠交換，但依據電流的流向必須是第一電感的另一端串聯第二電源的負極，或第二電源的正極串聯第一電感的一端；第四電源與第二電感的依次串聯構成一個支路，在同一個支路內，第四電源和第二電感的位置能夠交換，但依據電流的流向必須是第四電源的正極串聯第二電感的另一端，或第二電感的一端串聯第四電源的負極。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：1、本專利技術只用了一個開關管，可以通過多個開關電容單元的延展來實現了極高的電壓增益，降低了二極管和開關管的電壓應力。2、本專利技術提供了多個電源輸入接口，在新能源等領域具有重要的意義。附圖說明圖1是本專利技術所述多輸入高增益Z源變換器的電路原理圖。圖2a、圖2b分別是本專利技術所述多輸入高增益Z源變換器在開關管S導通和關斷中兩個主要階段的等效電路圖。圖中實線表示變換器中有電流流過的部分，拓撲中的虛線表示變換器中無電流流過的部分。圖3是本專利技術電路仿真的主要工作波形圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步說明。參見圖1所示，本實施例所提供的多輸入高增益Z源變換器，包括第一電源Vi1、第二電源Vi2、第三電源Vi3、第四電源Vi4、第五電源Vi5、第一電感L1、第二電感L2、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一二極管D1、第二二極管D2、開關管S、負載R及n個開關電容單元，n為1、2、3…n，當n大于或等于2時，該n個開關電容單元在輸出端級聯，開關電容單元由第2n+2電容C2n+2、第2n+3電容C2n+3、第2n+1二極管D2n+1和第2n+2二極管D2n+2構成為一個二端口網絡，其中，第2n+2電容C2n+2的負極引出a號端子，第2n+1二極管D2n+1的陽極和第2n+3電容C2n+3的負極連接，并引出b號端子，第2n+2電容C2n+2的正極、第2n+1二極管D2n+1的陰極和第2n+2二極管D2n+2的陽極連接，并引出c號端子，第2n+3電容C2n+3的正極和第2n+2二極管D2n+2的陰極連接，并引出d號端子。所述第一電源Vi1的正極和第一二極管D1的陽極連接，其負極分別與第二電容C2的負極和第二電感L2的一端連接；所述第一二極管D1的陰極分別與第一電感L1的一端和第一電容C1的正極連接；所述第二電源Vi2的負極和第一電感L1的另一端連接，其正極分別與第二電容C2的正極、第五電源的負極Vi5連接；當n等于1時，所述第五電源Vi5的正極分別與開關管S的漏極、第二二極管D2的陽極和開關電容單元X1中的a號端子連接，所述第三電源Vi3的負極分別與開關管S的源極、第三電容C3的負極和負載R的一端連接，其正極分別與第一電容C1的負極和第四電源Vi4的負極連接，所述第四電源Vi4的正極與第二電感L2的另一端連接，所述第二二極管D2的陰極分別與第三電容C3的正極和開關電容單元X1的b號端子連接，該開關電容單元X1的d號端子與負載R的另一端連接；當n大于或等于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器，其特征在于：所述Z源變換器包括第一電源(V

【技術特征摘要】
1.一種基于開關電容單元的多輸入高增益Z源變換器，其特征在于：所述Z源變換器包括第一電源(Vi1)、第二電源(Vi2)、第三電源(Vi3)、第四電源(Vi4)、第五電源(Vi5)、第一電感(L1)、第二電感(L2)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、開關管(S)、負載(R)及n個開關電容單元，n為1、2、3…n，當n大于或等于2時，該n個開關電容單元在輸出端級聯，開關電容單元由第2n+2電容(C2n+2)、第2n+3電容(C2n+3)、第2n+1二極管(D2n+1)和第2n+2二極管(D2n+2)構成為一個二端口網絡，其中，第2n+2電容(C2n+2)的負極引出a號端子，第2n+1二極管(D2n+1)的陽極和第2n+3電容(C2n+3)的負極連接，并引出b號端子，第2n+2電容(C2n+2)的正極、第2n+1二極管(D2n+1)的陰極和第2n+2二極管(D2n+2)的陽極連接，并引出c號端子，第2n+3電容(C2n+3)的正極和第2n+2二極管(D2n+2)的陰極連接，并引出d號端子；所述第一電源(Vi1)的正極和第一二極管(D1)的陽極連接，其負極分別與第二電容(C2)的負極和第二電感(L2)的一端連接；所述第一二極管(D1)的陰極分別與第一電感(L1)的一端和第一電容(C1)的正極連接；所述第二電源(Vi2)的負極和第一電感(L1)的另一端連接，其正極分別與第二電容(C2)的正極、第五電源的負極(Vi5)連接；當n等于1時，所述第五電源(Vi5)的正極分別與開關管(S)的漏極、第二二極管(D2)的陽極和開關電容單元的a號端子連接，所述第三電源(Vi3)的負極分別與開關管(S)的源極、第三電容(C3)的負極和負載(R)的一端連接，其正極分別與第一電容(C1)的負極和第四電源(Vi4)的負極連接，所述第四電源(Vi4)的正極與第二電感(L2)的另一端連接，所述第二二極管(D2)的陰極分別與第三電容(C3)的正極和開關電容單元的b號端子連接，該開關電容單元的d號端子與負載(R)的另一端連接；當n大于或等于2時，第二個開關電容單元與第一個開關電容單元級聯，即第二個開關電容單元的a號端子、b號端子分別與第一個開關電容單元的c號端子、d號端子連接，以此類推，直至第n個開關電容單元的a號端子、b號端子分別與第n-1個開關電容單元的c號端子、d號...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳艷峰，陳柱，張波，丘東元，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44