本實用新型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)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(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。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(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。

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。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本實用新型只用了一個開關(guān)管，實現(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、本實用新型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是本實用新型所述多輸入高增益Z源變換器的電路原理圖。

圖2a、圖2b分別是本實用新型所述多輸入高增益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是本實用新型電路的仿真主要工作波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)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 V_i1、第二電源V_i2、第三電源V_i3、第四電源V_i4、第五電源V_i5、第一電感L₁、第二電感L₂、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V_i1的正極和第一二極管D₁的陽極連接；第一電源V_i1的負(fù)極分別與第二電容C₂的負(fù)極和第二電感L₂的一端連接；第一二極管D₁的陰極分別與第一電感L₁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V_i2的負(fù)極和第一電感L₁的另一端連接；第二電源V_i2的正極分別與第二電容C₂的正極、第五電源的負(fù)極V_i5連接；第五電源的正極V_i5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V_i3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V_i3的正極分別與第一電容C₁的負(fù)極和第四電源V_i4的負(fù)極連接；第四電源V_i4的正極與第二電感L₂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V_i2、第三電源V_i3、第五電源V_i5和第一電容C₁對第一電感L₁充電；第三電源V_i3、第四電源V_i4、第五電源V_i5和第二電容C₂對第二電感L₂充電；第一電容C₁和第三電源V_i3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V_i1、第二電源V_i2和第一電感L₁通過第一二極管D₁對第二電容C₂充電；第一電源V_i1、第四電源V_i4和第二電感L₂通過第一二極管D₁對第一電容C₁充電；第一電源V_i1、第二電源V_i2、第三電源V_i3、第四電源V_i4、第五電源V_i5、第一電感L₁、第二電感L₂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。本實用新型具有較高的電壓增益，同時可以實現(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V_i2、第三電源V_i3、第五電源V_i5和第一電容C₁對第一電感L₁充電；第三電源V_i3、第四電源V_i4、第五電源V_i5和第二電容C₂對第二電感L₂充電；第一電容C₁和第三電源V_i3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V_i1、第二電源V_i2和第一電感L₁通過第一二極管D₁對第二電容C₂充電；第一電源V_i1、第四電源V_i4和第二電感L₂通過第一二極管D₁對第一電容C₁充電；第一電源V_i1、第二電源V_i2、第三電源V_i3、第四電源V_i4、第五電源V_i5、第一電感L₁、第二電感L₂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L₁、第二電感L₂、第一電容C₁、第二電容C₂和第三電容C₃兩端的電壓分別為v_L1、v_L2、v_C1、 v_C2、v_C3，設(shè)輸出電壓為V_o，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：

v_L1＝v_C1+V_i2+V_i3+V_i5 (1)

v_L2＝v_C2+V_i3+V_i4+V_i5 (2)

v_C3＝v_C1+V_i3 (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：

v_L1＝V_i1+V_i2-v_C2 (4)

v_L2＝V_i1+V_i4-v_C1 (5)

V_o＝v_C1+v_C2+v_C3-V_i1+V_i3+V_i5 (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L₁：

(v_C1+V_i2+V_i3+V_i5)d+(V_i1+V_i2-v_C2)(1-d)＝0 (7)

對于第二電感L₂：

(v_C2+V_i3+V_i4+V_i5)d+(V_i1+V_i4-v_C1)(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，本實用新型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現(xiàn)電壓增益為第二電源和第五電源能實現(xiàn)電壓增益為而傳統(tǒng)的 Boost電路只能實現(xiàn)單輸入電壓轉(zhuǎn)換，增益為可見，與Boost電路相比，本實用新型在占空比d小于0.5的情況下，能實現(xiàn)較大的電壓增益。

例如，在第一電源V_i1＝1V，第二電源V_i2＝2V，第三電源V_i3＝3V，第四電源V_i4＝4V，第五電源V_i5＝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V_o＝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?？梢娫谡伎毡刃∮?.5的情況下，本實用新型的電壓增益超過傳統(tǒng)Boost電路。同時，由于本實用新型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，具有較高的實用價值。

以上所述實施例只為本實用新型之較佳實施例，并非以此限制本實用新型的實施范圍，故凡依本實用新型之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。