一种自动均流的高自由度DC/DC变换器制造技术

本发明专利技术提供一种自动均流高自由度DC/DC变换器，相比现有的变换器，其输入相数和增益单元数均可调，且在变换输入相数和增益单元数后均能实现自动均流，省去了大量传感器的控制和复杂化的控制策略设计。应用于不同的场合时，可灵活调节输入相数和增益单元数，每增加一个输入相数或一个增益单元数均可提高数倍增益，其输出电压与输入电压的比值为m•n，其中

【技术实现步骤摘要】
一种自动均流的高自由度DC/DC变换器
本专利技术涉及一种直流-直流变换器，具体是一种自动均流的高自由度DC/DC变换器。
技术介绍
现有技术中，关于应用于大容量高功率输电系统应用场合的DC/DC变换器的研究较少，且大多为隔离型变换器，该类变换器一般采用改变中间隔离变压器匝数比的方式实现高增益，由此会带来的控制策略复杂，能量传输效率不高等缺点使其在诸如海上风电等应用场合中受到了限制，而且高频变压器还存在笨重而占地体积大、投资成本高等缺点，因此迫切需要一种轻便简单，同时能实现高增益的大容量DC/DC变换器。目前，针对此问题研究的变换器主要有三种：第一种，是利用开关谐振电容通过谐振实现高增益，同时降低功率器件的电压应力，但该方法结构复杂，所需器件较多。第二种，是利用耦合电感来实现高增益，但耦合电感的使用不仅会造成开关器件电压应力过高，而且会引起磁干扰，增加了变换器的工作损耗。同时，上述方案在实现高增益时还存在输入相数扩展难度大的问题，特别是各相输入电流之间均流难度大。第三种，是模块化多电平技术，通过子模块之间的串并联实现高增益，其高度模块化结构可实现冗余控制，增强系统可靠性高，但该类变换器通常需要加入复杂的控制策略。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术解决现有变换器存在控制策略复杂难均流，输入相数不可调，器件过多、功率开关和二极管电压应力过大、能量转换效率降低等问题，提供一种自动均流的高自由度DC/DC变换器。其高自由度表现在该变换器可根据不用的应用场合，调整不同的输入相数和增益单元数，其自动均流的特征节省了大量复杂控制策略的设计。本专利技术采取的技术方案为：一种自动均流的高自由度DC/DC变换器，该变换器包含m个输入相数，n个增益单元，m个功率开关S1、S2...Sm，m个电感L1、L2...Lm，m·n个电容Co、C11、C21、C31...Cmn，m·n个二极管Do、D11、D21、D31...Dmn；m输入相数中,第一相中第一电感L1的输入端接电源的正极，输出端接电容C1(n-1)的一端，在第一电感L1和电容C1(n-1)的结点和输入电源的负极之间接第一功率开关S1，第一功率开关S1源极接输入电源的负极，第一功率开关S1漏极与第一电感L1和电容C1(n-1)的结点相连；第二相中第二电感L2的输入端接电源的正极，输出端接电容C2n的一端，在第二电感L2和电容C2n的结点和输入电源的负极之间接第二功率开关S2，第二功率开关S2源极接输入电源的负极，第二功率开关S2漏极与第二电感L2和电容C2n的结点相连；以此类推到第m相:第m相中第m电感Lm的输入端接电源的正极，输出端接电容Cmn的一端，在第m电感Lm和电容Cmn的结点和输入电源的负极之间接第m功率开关Sm，第m功率开关Sm源极接输入电源的负极，第m功率开关Sm漏极与第m电感Lm和电容Cmn的结点相连；n增益单元中，增益单元n中，第一电感L1输出端接电容C1(n-1)的一端，第二电感L2输出端接电容C2n的一端，以此类推到第m电感Lm输出端接电容Cmn的一端。二极管D2n的阴极连电容C2n的另一端，阳极连电容C1(n-1)的一端；二极管D3n的阴极连电容C3n的另一端，阳极连电容C2n的另一端,以此类推到二极管Dmn的阴极连电容Cmn的另一端，阳极连电容C(m-1)n的另一端；增益单元n-1中，第一电感L1输出端接电容C1(n-1)的一端，电容C2n的另一端接电容C2(n-1)的一端，以此类推到的Cmn另一端接电容Cm(n-1)的一端。二极管D1(n-1)的阴极连电容C1(n-1)的另一端，阳极连电容Cmn的另一端；二极管D2(n-1)的阴极连电容C2(n-1)的另一端，阳极连电容C1(n-1)的另一端,以此类推到二极管Dm(n-1)的阴极连电容Cm(n-1)的另一端，阳极连电容C(m-1)(n-1)的另一端。以此类推到增益单元1：增益单元1中，电容C12的另一端接电容C11的一端，电容C22的另一端接电容C21的一端，以此类推到Cm2的另一端接电容Cm1的一端。二极管D11的阴极连电容C11的另一端，阳极连电容Cm2的另一端；二极管D12的阴极连电容C12的另一端，阳极连电容C11的另一端,以此类推到二极管Dm1的阴极连电容Cm1的另一端，阳极连电容C(m-1)1的另一端。最后在电容Cm1的另一端引出二极管D0的阳极，二极管D0的阴极与电容C0和负载RL的一端相连，电容C0和负载RL的另一端与输入电源的负极相连。一种输入相数可调的高增益DC/DC变换器控制方法，相邻功率开关之间采用交错控制策略；即每相邻两相之间开关驱动相位相差180°。本专利技术一种自动均流高自由度DC/DC变换器，技术效果如下：1、本专利技术利用输入相数可调高自由度DC/DC变换器实现高增益输出，每增加一输入相数或一增益单元数，均可提高原基础上数倍以上基础增益，输出电压与输入电压的比值为：其中D为占空比，m、n分别为输入相数与增益单元数。该变换器与现有技术相比，不存在耦合电感，不存在变压器，开关和二极管电压应力也大大降低，该变换器输入相数和增益单元均可调，应用范围广泛，更适用于大型高增益场合。2、该变换器可实现自动均流，相较于该类其他变换器存在的不均流，每相电流大小不可控，必须增加多个传感器和控制策略等问题，该变换器在开关占空比相同时，每相电流都相等。3、该变换器的高自由度一方面表现在对该变换器电流应力的调节，它可以根据不用的应用场合，调整不同的输入相数，通过增加输入相数分担高输入电流从而能有效降低元器件的电流应力；另一方面表现在对该变换器电压应力的调节，通过改变增益单元数能在实现高升压的同时有效的降低各个元器件的电压应力。附图说明图1是本专利技术电路原理总图。图2是本专利技术电路含有4相输入相数2个增益单元时的电路拓扑图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图2所示，一种自动均流4相2增益单元DC/DC变换器，它包含3个输入相，3个增益单元，3个功率开关S1、S2、S3、S4，4个电感L1、L2、L3、L4，8个电容C0、C11、C21、C31、C41、C22、C32、C42其中，12个二极管D0、D11、D21、D31、D41、D22、D23、D24；其中：4个输入相数中，第一相中第一电感L1的输入端接电源的正极，输出端接电容C11的一端，在第一电感L1和电容C11的结点和输入电源的负极之间接第一功率开关S1，第一功率开关S1源极接输入电源的负极，第一功率开关S1漏极与第一电感L1和电容C11的结点相连。第二相中第二电感L2的输入端接电源的正极，输出端接电容C22的一端，在第二电感L2和电容C22的结点和输入电源的负极之间接第二功率开关S2，第二功率开关S2源极接输入电源的负极，第二功率开关S2漏极与第二电感L2和电容C22的结点相连。第三相中第三电感L3的输入端接电源的正极，输出端接电容C23的一端，在第三电感L3和电容C23的结点和输入电源的负极之间接第三功率开关S3，第三功率开关S3源极接输入电源的负极，第三功率开关S3漏极与第三电感L3和电容C23的结点相连。第四相中第四电感L4的输入端接电源的正极，输出端接电容C24的一端，在第四电感L4和电容C24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动均流的高自由度DC/DC变换器，其特征在于：该变换器包含m个输入相数，n个增益单元，m个功率开关S1、S2...Sm，m个电感L1、L2...Lm，m·n个电容Co、C11、C21、C31...Cmn，m·n个二极管Do、D11、D21、D31...Dmn；m输入相数中,第一相中第一电感L1的输入端接电源的正极，输出端接电容C1(n‑1)的一端，在第一电感L1和电容C1(n‑1)的结点和输入电源的负极之间接第一功率开关S1，第一功率开关S1源极接输入电源的负极，第一功率开关S1漏极与第一电感L1和电容C1(n‑1)的结点相连；第二相中第二电感L2的输入端接电源的正极，输出端接电容C2n的一端，在第二电感L2和电容C2n的结点和输入电源的负极之间接第二功率开关S2，第二功率开关S2源极接输入电源的负极，第二功率开关S2漏极与第二电感L2和电容C2n的结点相连；以此类推到第m相:第m相中第m电感Lm的输入端接电源的正极，输出端接电容Cmn的一端，在第m电感Lm和电容Cmn的结点和输入电源的负极之间接第m功率开关Sm，第m功率开关Sm源极接输入电源的负极，第m功率开关Sm漏极与第m电感Lm和电容Cmn的结点相连；n增益单元中，增益单元n中，第一电感L1输出端接电容C1(n‑1)的一端，第二电感L2输出端接电容C2n的一端，以此类推到第m电感Lm输出端接电容Cmn的一端。二极管D2n的阴极连电容C2n的另一端，阳极连电容C1(n‑1)的一端；二极管D3n的阴极连电容C3n的另一端，阳极连电容C2n的另一端,以此类推到二极管Dmn的阴极连电容Cmn的另一端，阳极连电容C(m‑1)n的另一端；增益单元n‑1中，第一电感L1输出端接电容C1(n‑1)的一端，电容C2n的另一端接电容C2(n‑1)的一端，以此类推到的Cmn另一端接电容Cm(n‑1)的一端。二极管D1(n‑1)的阴极连电容C1(n‑1)的另一端，阳极连电容Cmn的另一端；二极管D2(n‑1)的阴极连电容C2(n‑1)的另一端，阳极连电容C1(n‑1)的另一端,以此类推到二极管Dm(n‑1)的阴极连电容Cm(n‑1)的另一端，阳极连电容C(m‑1)(n‑1)的另一端。以此类推到增益单元1：增益单元1中，电容C12的另一端接电容C11的一端，电容C22的另一端接电容C21的一端，以此类推到Cm2的另一端接电容Cm1的一端。二极管D11的阴极连电容C11的另一端，阳极连电容Cm2的另一端；二极管D12的阴极连电容C12的另一端，阳极连电容C11的另一端,以此类推到二极管Dm1的阴极连电容Cm1的另一端，阳极连电容C(m‑1)1的另一端。最后在电容Cm1的另一端引出二极管D0的阳极，二极管D0的阴极与电容C0和负载RL的一端相连，电容C0和负载RL的另一端与输入电源的负极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种自动均流的高自由度DC/DC变换器，其特征在于：该变换器包含m个输入相数，n个增益单元，m个功率开关S1、S2...Sm，m个电感L1、L2...Lm，m·n个电容Co、C11、C21、C31...Cmn，m·n个二极管Do、D11、D21、D31...Dmn；m输入相数中,第一相中第一电感L1的输入端接电源的正极，输出端接电容C1(n-1)的一端，在第一电感L1和电容C1(n-1)的结点和输入电源的负极之间接第一功率开关S1，第一功率开关S1源极接输入电源的负极，第一功率开关S1漏极与第一电感L1和电容C1(n-1)的结点相连；第二相中第二电感L2的输入端接电源的正极，输出端接电容C2n的一端，在第二电感L2和电容C2n的结点和输入电源的负极之间接第二功率开关S2，第二功率开关S2源极接输入电源的负极，第二功率开关S2漏极与第二电感L2和电容C2n的结点相连；以此类推到第m相:第m相中第m电感Lm的输入端接电源的正极，输出端接电容Cmn的一端，在第m电感Lm和电容Cmn的结点和输入电源的负极之间接第m功率开关Sm，第m功率开关Sm源极接输入电源的负极，第m功率开关Sm漏极与第m电感Lm和电容Cmn的结点相连；n增益单元中，增益单元n中，第一电感L1输出端接电容C1(n-1)的一端，第二电感L2输出端接电容C2n的一端，以此类推到第m电感Lm输出端接电容Cmn的一端。二极管D2n的阴极连电容C2n的另一端，阳极连电容C1(n-1)的一端；二极管D3n的阴极连电容C3n的另一端，阳极连电容C2n的另一端,以此类推到二极管Dmn的阴极连电容Cmn的另一端，阳极连电容C(m-1)n的另一端；增益单元n-1中，第一电感L1输出端接电容C1(n-1)的一端，电容C2n的另一端接电容C2(n-1)的一端，以此类推到的Cmn另一端接电容Cm(n-1)的一端。二极管D1(n-1)的阴极连电容C1(n-1)的另一端，阳极连电容Cmn的另一端；二极管D2(n-1)的阴极连电容C2(n-1)的另一端，阳极连电容C1(n-1)的另一端,以此类推到二极管Dm(n-1)的阴极连电容Cm(n-1)的另一端，阳极连电容C(m-1)(n-1)的另一端。以此类推到增益单元1：增益单元1中，电容C12的另一端接电容C11的一端，电容C22的另一端接电容C21的一端，以此类推到Cm2的另一端接电容Cm1的一端。二极管D11的阴极连电容C11的另一端，阳极连电容Cm2的另一端；二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾玢鑫，刘崧，黄悦华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42