本發(fā)明涉及電力電子變換器的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于舉升單元的多輸入高增益z源變換器。

背景技術(shù)：

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和新能源發(fā)電領(lǐng)域中，往往需要大功率、高增益的變換器進(jìn)行電能變換。但是傳統(tǒng)的boost電路受寄生參數(shù)、開關(guān)應(yīng)力等因素的影響，以及其本身的非線性特性的制約，輸出電壓增益有限。同時，在光伏發(fā)電領(lǐng)域，由于光伏板在地理位置上分布不一致，需要在多個位置接入光伏電源。而傳統(tǒng)的boost只有一個電源接口，往往通過多個光伏板輸出電壓串聯(lián)的形式接入到boost電路中，一個光伏板故障會影響整體的輸出電壓，從而降低了電路的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供了一種基于舉升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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種基于舉升單元的多輸入高增益z源變換器，所述z源變換器包括依次相接的z源升壓模塊、舉升升壓模塊、輸出模塊，所述z源升壓模塊由第一電源、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、第一二極管和開關(guān)管構(gòu)成，所述舉升升壓模塊由第二二極管和第三電容構(gòu)成，所述輸出模塊由第三二極管、第四電容和負(fù)載構(gòu)成；所述第一電源的正極和第一二極管的陽極連接，其負(fù)極分別與第二電容的負(fù)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、第一電容的正極和第二二極管的陽極連接；所述第二電源的負(fù)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(fù)極連接；所述第五電源的正極分別與開關(guān)管的漏極和第三電容的負(fù)極連接；所述第三電源的負(fù)極分別與開關(guān)管的源極、第四電容的負(fù)極和負(fù)載的一端連接，其正極分別與第一電容的負(fù)極和第四電源的負(fù)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第三二極管的陽極連接；所述第三二極管的陰極分別與第四電容的正極和和負(fù)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(lián)構(gòu)成一個支路，在同一個支路內(nèi)，第一電源和第一二極管的位置能夠交換，但依據(jù)電流的流向必須是第一電源的正極串聯(lián)第一二極管的陽極，或第一二極管的陰極串聯(lián)第一電源的負(fù)極；所述第二電源和第一電感依次串聯(lián)構(gòu)成一個支路，在同一個支路內(nèi)，第二電源和第一電感的位置能夠交換，但依據(jù)電流的流向必須是第一電感的另一端串聯(lián)第二電源的負(fù)極，或第二電源的正極串聯(lián)第一電感的一端；所述第四電源與第二電感的依次串聯(lián)構(gòu)成一個支路，在同一個支路內(nèi)，第四電源和第二電感的位置能夠交換，但依據(jù)電流的流向必須是第四電源的正極串聯(lián)第二電感的另一端，或第二電感的一端串聯(lián)第四電源的負(fù)極。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本發(fā)明只用了一個開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)了較高的電壓增益，降低了二極管和開關(guān)管的電壓應(yīng)力。

2、本發(fā)明提供多個電源輸入接口，在新能源等領(lǐng)域具有重要的意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述多輸入高增益z源變換器的電路原理圖。

圖2a、圖2b分別是本發(fā)明所述多輸入高增益z源變換器在開關(guān)管s導(dǎo)通和關(guān)斷中兩個主要階段的等效電路圖，圖中實(shí)線表示變換器中有電流流過的部分，虛線表示變換器中無電流流過的部分。

圖3是本發(fā)明電路的仿真主要工作波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參見圖1所示，本實(shí)施例所提供的多輸入高增益z源變換器，包括依次相接的z源升壓模塊、舉升升壓模塊、輸出模塊，所述z源升壓模塊由第一電源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l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2、第一二極管d1和開關(guān)管s構(gòu)成，所述舉升升壓模塊由第二二極管d2和第三電容c3構(gòu)成，所述輸出模塊由第三二極管d3、第四電容c4和負(fù)載r構(gòu)成。第一電源vi1的正極和第一二極管d1的陽極連接；第一電源vi1的負(fù)極分別與第二電容c2的負(fù)極和第二電感l(wèi)2的一端連接；第一二極管d1的陰極分別與第一電感l(wèi)1的一端、第一電容c1的正極和第二二極管d2的陽極連接；第二電源vi2的負(fù)極和第一電感l(wèi)1的另一端連接；第二電源vi2的正極分別與第二電容c2的正極、第五電源的負(fù)極vi5連接；第五電源的正極vi5分別與開關(guān)管s的漏極和第三電容c3的負(fù)極連接；第三電源vi3的負(fù)極分別與開關(guān)管s的源極、第四電容c4的負(fù)極和負(fù)載r的一端連接；第三電源vi3的正極分別與第一電容c1的負(fù)極和第四電源vi4的負(fù)極連接；第四電源vi4的正極與第二電感l(wèi)2的另一端連接；第二二極管d2的陰極分別與第三電容c3的正極和第三二極管d3的陽極連接；第三二極管d3的陰極分別與第四電容c4的正極和和負(fù)載r的另一端連接。

開關(guān)管s導(dǎo)通時，第二電源vi2、第三電源vi3、第五電源vi5和第一電容c1對第一電感l(wèi)1充電；第三電源vi3、第四電源vi4、第五電源vi5和第二電容c2對第二電感l(wèi)2充電；第一電容c1和第三電源vi3通過第二二極管d2對第三電容c3充電；第四電容c4給負(fù)載r供電。開關(guān)管s關(guān)斷時，第一電源vi1、第二電源vi2和第一電感l(wèi)1通過第一二極管d1對第二電容c2充電；第一電源vi1、第四電源vi4和第二電感l(wèi)2通過第一二極管d1對第一電容c1充電；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l(wèi)1、第二電感l(wèi)2和第三電容c3通過第一二極管d1和第三二極管d3對第四電容c4充電，同時給負(fù)載r供電。本發(fā)明具有較高的電壓增益，同時可以實(shí)現(xiàn)多個輸入。

參見圖2a、圖2b所示，給出了開關(guān)管s導(dǎo)通和關(guān)斷中兩個主要階段的等效電路，結(jié)合圖2a、圖2b，本實(shí)施例上述多輸入高增益z源變換器的工作過程如下：

階段1，如圖2a：開關(guān)s導(dǎo)通，此時第二二極管d2導(dǎo)通，第一二極管d1和第三二極管d3關(guān)斷；電路中形成4個回路，分別是：第二電源vi2、第三電源vi3、第五電源vi5和第一電容c1對第一電感l(wèi)1充電；第三電源vi3、第四電源vi4、第五電源vi5和第二電容c2對第二電感l(wèi)2充電；第一電容c1和第三電源vi3通過第二二極管d2對第三電容c3充電；第四電容c4給負(fù)載r供電。

階段2，如圖2b：開關(guān)s關(guān)斷，此時第一二極管d1和第三二極管d3導(dǎo)通，第二二極管d2關(guān)斷；電路中形成3個回路，分別是：第一電源vi1、第二電源vi2和第一電感l(wèi)1通過第一二極管d1對第二電容c2充電；第一電源vi1、第四電源vi4和第二電感l(wèi)2通過第一二極管d1對第一電容c1充電；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l(wèi)1、第二電感l(wèi)2和第三電容c3通過第一二極管d1和第三二極管d3對第四電容c4充電，同時給負(fù)載r供電。

綜上情況，一個開關(guān)周期內(nèi)，設(shè)開關(guān)管占空比為d，設(shè)第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2和第三電容c3兩端的電壓分別為vl1、vl2、vc1、vc2、vc3，設(shè)輸出電壓為vo，得出以下電壓增益的推導(dǎo)過程。

開關(guān)管s導(dǎo)通期間，對應(yīng)階段1所述的工作情形，因此有如下公式：

vl1＝vc1+vi2+vi3+vi5(1)

vl2＝vc2+vi3+vi4+vi5(2)

vc3＝vc1+vi3(3)

開關(guān)管s關(guān)斷期間，對應(yīng)階段2所述的工作情形，因此有如下公式：

vl1＝vi1+vi2-vc2(4)

vl2＝vi1+vi4-vc1(5)

vo＝vc1+vc2+vc3-vi1+vi3+vi5(6)

由以上分析，根據(jù)電感的伏秒平衡原理，有，

對于第一電感l(wèi)1：

(vc1+vi2+vi3+vi5)d+(vi1+vi2-vc2)(1-d)＝0(7)

對于第二電感l(wèi)2：

(vc2+vi3+vi4+vi5)d+(vi1+vi4-vc1)(1-d)＝0(8)

聯(lián)立式子(3)、(6)、(7)、(8)，可得到該電路的輸出電壓表達(dá)式為：

由式子(9)可知，本發(fā)明提出的基于舉升單元的多輸入高增益z源變換器，電源的位置會影響輸出電壓的權(quán)值，第一電源、第三電源和第四電源均能實(shí)現(xiàn)電壓增益為第二電源和第五電源能實(shí)現(xiàn)電壓增益為而傳統(tǒng)的boost電路只能實(shí)現(xiàn)單輸入電壓轉(zhuǎn)換，增益為可見，與boost電路相比，本發(fā)明在占空比d小于0.5的情況下，能實(shí)現(xiàn)較大的電壓增益。

例如，在第一電源vi1＝1v，第二電源vi2＝2v，第三電源vi3＝3v，第四電源vi4＝4v，第五電源vi5＝5v，占空比d＝0.2的情況下，由式(9)得到的輸出電壓的理論分析結(jié)果為vo＝38v。圖3所示對應(yīng)參數(shù)下的仿真波形，可以看出輸出電壓的仿真結(jié)果也接近38v，從而驗(yàn)證了理論分析的正確性。在占空比d＝0.2的情況下，對于第一、第三和第四輸入電源，其電壓增益為3；對于第二和第五輸入電源，其電壓增益為2。而傳統(tǒng)boost電路只能單輸入，其電壓增益為1.25。可見在占空比小于0.5的情況下，本發(fā)明的電壓增益超過傳統(tǒng)boost電路。同時，由于本發(fā)明可以在多個位置放置電源，克服了在新能源領(lǐng)域由于電源分布位置的不一致所引發(fā)的問題，具有較高的實(shí)用價值。

以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。