一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器，包括第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、第五电源、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、开关管、负载及n个开关电容单元，n为1、2、3…n，当n大于或等于2时，该n个开关电容单元在输出端级联，开关电容单元由第2n+2电容、第2n+3电容、第2n+1二极管和第2n+2二极管构成为一个二端口网络。本发明专利技术具有很强的延展性能，可以根据级联开关电容单元的数目来提高电压增益，大幅度降低开关管和二极管的电压应力，同时本发明专利技术还可以提供多个电源输入的接口。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器
本专利技术涉及电力电子变换器的
，尤其是指一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器。
技术介绍
随着工业生产的快速发展，多输入、高增益、大功率的变换器对电能生产和变换发挥了越来越重要的作用。近年来提出的Z源变换器拓扑能够在低占空比实现电压增益的提升，但提升能力有限。尤其是传统的非隔离型Z源变换器受到寄生参数等因素的影响，即使占空比接近0.5，其实际的输出电压增益不能达到预期的输出效果。同时，在光伏发电中，由于单个太阳能电池输出的直流电压较低，无法满足现有用电设备的需求，也不能满足并网电压的要求，往往通过多个电池串联来获得较大的电压。这种方法需要解决串联均压等问题，并且一个电池故障还可能导致整体的瘫痪，降低了电路运行的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供了一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器，适用于需要多输入和高增益的电力电子电路。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器，所述Z源变换器包括第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、第五电源、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、开关管、负载及n个开关电容单元，n为1、2、3…n，当n大于或等于2时，该n个开关电容单元在输出端级联，开关电容单元由第2n+2电容、第2n+3电容、第2n+1二极管和第2n+2二极管构成为一个二端口网络，其中，第2n+2电容的负极引出a号端子，第2n+1二极管的阳极和第2n+3电容的负极连接，并引出b号端子，第2n+2电容的正极、第2n+1二极管的阴极和第2n+2二极管的阳极连接，并引出c号端子，第2n+3电容的正极和第2n+2二极管的阴极连接，并引出d号端子；所述第一电源的正极和第一二极管的阳极连接，其负极分别与第二电容的负极和第二电感的一端连接；所述第一二极管的阴极分别与第一电感的一端和第一电容的正极连接；所述第二电源的负极和第一电感的另一端连接，其正极分别与第二电容的正极、第五电源的负极连接；当n等于1时，所述第五电源的正极分别与开关管的漏极、第二二极管的阳极和开关电容单元的a号端子连接，所述第三电源的负极分别与开关管的源极、第三电容的负极和负载的一端连接，其正极分别与第一电容的负极和第四电源的负极连接，所述第四电源的正极与第二电感的另一端连接，所述第二二极管的阴极分别与第三电容的正极和开关电容单元的b号端子连接，该开关电容单元的d号端子与负载的另一端连接；当n大于或等于2时，第二个开关电容单元与第一个开关电容单元级联，即第二个开关电容单元的a号端子、b号端子分别与第一个开关电容单元的c号端子、d号端子连接，以此类推，直至第n个开关电容单元的a号端子、b号端子分别与第n-1个开关电容单元的c号端子、d号端子连接，第n个开关电容单元的d号端子与负载的另一端连接；其中，在单个输入的情况下，所述Z源变换器只需要一个电源，其他电源短接或输入值为零，即第一电源、第二电源、第三电源、第四电源和第五电源中保留任意一个电源作为输入，而其他四个电源短接或输入值为零；同理，在双输入的情况下，所述Z源变换器只需要两个电源，其他电源短接或输入值为零，即第一电源、第二电源、第三电源、第四电源和第五电源中保留任意两个电源作为输入，而其他三个电源短接或输入值为零；同理，在三输入的情况下，所述Z源变换器只需要三个电源，其他电源短接或输入值为零，即第一电源、第二电源、第三电源、第四电源和第五电源中保留任意三个电源作为输入，而其他两个电源短接或输入值为零；同理，在四输入的情况下，所述Z源变换器只需要四个电源，其他电源短接或输入值为零，即第一电源、第二电源、第三电源、第四电源和第五电源中保留任意四个电源作为输入，而其他电源短接或输入值为零；同理，在五输入的情况下，所述Z源变换器第一电源、第二电源、第三电源、第四电源和第五电源均保留。所述第一电源和第一二极管依次串联构成一个支路，在同一个支路内，第一电源和第一二极管的位置能够交换，但依据电流的流向必须是第一电源的正极串联第一二极管的阳极，或第一二极管的阴极串联第一电源的负极；第二电源和第一电感依次串联构成一个支路，在同一个支路内，第二电源和第一电感的位置能够交换，但依据电流的流向必须是第一电感的另一端串联第二电源的负极，或第二电源的正极串联第一电感的一端；第四电源与第二电感的依次串联构成一个支路，在同一个支路内，第四电源和第二电感的位置能够交换，但依据电流的流向必须是第四电源的正极串联第二电感的另一端，或第二电感的一端串联第四电源的负极。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术只用了一个开关管，可以通过多个开关电容单元的延展来实现了极高的电压增益，降低了二极管和开关管的电压应力。2、本专利技术提供了多个电源输入接口，在新能源等领域具有重要的意义。附图说明图1是本专利技术所述多输入高增益Z源变换器的电路原理图。图2a、图2b分别是本专利技术所述多输入高增益Z源变换器在开关管S导通和关断中两个主要阶段的等效电路图。图中实线表示变换器中有电流流过的部分，拓扑中的虚线表示变换器中无电流流过的部分。图3是本专利技术电路仿真的主要工作波形图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。参见图1所示，本实施例所提供的多输入高增益Z源变换器，包括第一电源Vi1、第二电源Vi2、第三电源Vi3、第四电源Vi4、第五电源Vi5、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、开关管S、负载R及n个开关电容单元，n为1、2、3…n，当n大于或等于2时，该n个开关电容单元在输出端级联，开关电容单元由第2n+2电容C2n+2、第2n+3电容C2n+3、第2n+1二极管D2n+1和第2n+2二极管D2n+2构成为一个二端口网络，其中，第2n+2电容C2n+2的负极引出a号端子，第2n+1二极管D2n+1的阳极和第2n+3电容C2n+3的负极连接，并引出b号端子，第2n+2电容C2n+2的正极、第2n+1二极管D2n+1的阴极和第2n+2二极管D2n+2的阳极连接，并引出c号端子，第2n+3电容C2n+3的正极和第2n+2二极管D2n+2的阴极连接，并引出d号端子。所述第一电源Vi1的正极和第一二极管D1的阳极连接，其负极分别与第二电容C2的负极和第二电感L2的一端连接；所述第一二极管D1的阴极分别与第一电感L1的一端和第一电容C1的正极连接；所述第二电源Vi2的负极和第一电感L1的另一端连接，其正极分别与第二电容C2的正极、第五电源的负极Vi5连接；当n等于1时，所述第五电源Vi5的正极分别与开关管S的漏极、第二二极管D2的阳极和开关电容单元X1中的a号端子连接，所述第三电源Vi3的负极分别与开关管S的源极、第三电容C3的负极和负载R的一端连接，其正极分别与第一电容C1的负极和第四电源Vi4的负极连接，所述第四电源Vi4的正极与第二电感L2的另一端连接，所述第二二极管D2的阴极分别与第三电容C3的正极和开关电容单元X1的b号端子连接，该开关电容单元X1的d号端子与负载R的另一端连接；当n大于或等于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器，其特征在于：所述Z源变换器包括第一电源(V

【技术特征摘要】
1.一种基于开关电容单元的多输入高增益Z源变换器，其特征在于：所述Z源变换器包括第一电源(Vi1)、第二电源(Vi2)、第三电源(Vi3)、第四电源(Vi4)、第五电源(Vi5)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、开关管(S)、负载(R)及n个开关电容单元，n为1、2、3…n，当n大于或等于2时，该n个开关电容单元在输出端级联，开关电容单元由第2n+2电容(C2n+2)、第2n+3电容(C2n+3)、第2n+1二极管(D2n+1)和第2n+2二极管(D2n+2)构成为一个二端口网络，其中，第2n+2电容(C2n+2)的负极引出a号端子，第2n+1二极管(D2n+1)的阳极和第2n+3电容(C2n+3)的负极连接，并引出b号端子，第2n+2电容(C2n+2)的正极、第2n+1二极管(D2n+1)的阴极和第2n+2二极管(D2n+2)的阳极连接，并引出c号端子，第2n+3电容(C2n+3)的正极和第2n+2二极管(D2n+2)的阴极连接，并引出d号端子；所述第一电源(Vi1)的正极和第一二极管(D1)的阳极连接，其负极分别与第二电容(C2)的负极和第二电感(L2)的一端连接；所述第一二极管(D1)的阴极分别与第一电感(L1)的一端和第一电容(C1)的正极连接；所述第二电源(Vi2)的负极和第一电感(L1)的另一端连接，其正极分别与第二电容(C2)的正极、第五电源的负极(Vi5)连接；当n等于1时，所述第五电源(Vi5)的正极分别与开关管(S)的漏极、第二二极管(D2)的阳极和开关电容单元的a号端子连接，所述第三电源(Vi3)的负极分别与开关管(S)的源极、第三电容(C3)的负极和负载(R)的一端连接，其正极分别与第一电容(C1)的负极和第四电源(Vi4)的负极连接，所述第四电源(Vi4)的正极与第二电感(L2)的另一端连接，所述第二二极管(D2)的阴极分别与第三电容(C3)的正极和开关电容单元的b号端子连接，该开关电容单元的d号端子与负载(R)的另一端连接；当n大于或等于2时，第二个开关电容单元与第一个开关电容单元级联，即第二个开关电容单元的a号端子、b号端子分别与第一个开关电容单元的c号端子、d号端子连接，以此类推，直至第n个开关电容单元的a号端子、b号端子分别与第n-1个开关电容单元的c号端子、d号...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳峰，陈柱，张波，丘东元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44