一种多输入模块化DC/DC变换器的制作方法

本发明涉及变换器领域，具体地，涉及一种多输入模块化dc/dc变换器。

背景技术：

现有技术中，关于应用于直流电网互联及大容量高功率汇流的dc/dc变换器的研究较少，且大多变换器输入端端口数有限，拓展性较差，同时，增益较低，控制策略复杂等缺点使其在能源互联系和统海上风电全直流风场汇流等应用场合中受到了限制。

目前，实现高增益的变换器主要有三种：一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，系统损耗较高。二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。三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，但该类变换器由于开关数量多，通常需要加入更多复杂的控制策略。

技术实现要素：

本发明为解决现有的高增益变换器扩展较差的问题，提供一种多输入模块化dc/dc变换器。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种多输入模块化dc/dc变换器，包括输入模块和增益模块，所述输入模块包括若干输入端端口，所述增益模块包括若干增益单元；所述输入模块的输出端与所述增益模块的输入端电性连接，通过输入端端口数和增益单元的合理配置来实现提高增益。

上述方案中，利用输入模块的输入端端口数和增益模块的增益单元的合理配置来实现高升压能力，每增加一输入端端口数或一增益单元数，均可提高原基础上数倍以上基础增益。

所述输入模块包括m个输入电源uin1、uin2……uinm，m个功率开关s1、s2……sm，m个电感l1、l2……lm；其中：

所述输入电源uin1正极与所述电感l1一端电性连接，所述电感l1另一端和所述功率开关s1漏极分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述功率开关s1源极接地，所述输入电源uin1负极与所述增益模块的输出端电性连接；

所述输入电源uin2正极与所述功率开关s2漏极电性连接，所述功率开关s2源极和所述电感l2一端分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述电感l2另一端接地，所述输入电源uin2负极与所述增益模块的输出端电性连接；

按照上述规律，所述输入电源uin(m-1)正极与所述电感lm-1一端电性连接，所述电感lm-1另一端和所述功率开关sm-1漏极分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述功率开关sm-1源极接地，所述输入电源uin(m-1)负极与所述增益模块的输出端电性连接；

所述输入电源uinm正极与所述功率开关sm漏极电性连接，所述功率开关sm源极和所述电感lm一端分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述电感lm另一端接地，所述输入电源uinm负极与所述增益模块的输出端电性连接。

所述m个功率开关s1、s2……sm中任意一个功率开关s，包括场效应管和二极管；所述场效应管的漏极与所述二极管的阴极电性连接，所述场效应管的源极与所述二极管的阳极电性连接；所述场效应管的漏极即为所述功率开关的漏极，所述场效应管的源极即为所述功率开关的源极。

所述增益模块包括n个增益单元、m个二极管d1、d2……dm、电容c0和电阻rl；其中：所述输入模块的输出端与第1增益单元输入端电性连接，所述n个增益单元串联连接，所述第n增益单元的输出端与m个所述的二极管d1、d2……dm的阳极电性连接，m个所述的二极管d1、d2……dm并联连接，m个所述的二极管d1、d2……dm的阴极与所述电容c0的一端和电阻rl的一端分别电性连接，所述电容c0的另一端和电阻rl的另一端分别与m个所述的输入电源uin1、uin2……uinm的负极电性连接。

n个所述的增益单元包括第1增益单元、第2增益单元……第n增益单元，所述第1增益单元包括电容c11、c12……c1m、二极管d11、d12……d1m，所述第2增益单元包括电容c21、c22……c2m、二极管d21、d22……d2m，依次类推，所述第n增益单元包括电容cn1、cn2……cnm、二极管dn1、dn2……dnm；

其中：所述电容c11、c21……cn1串联连接，所述电容c12、c22……cn2串联连接，依次类推，所述电容c1m、c2m……cnm串联连接；

所述第1增益单元中，所述电容c11的输入端与所述二极管d11的阳极电性连接，所述二极管d11的阴极与所述电容c12的输出端电性连接，所述电容c12的输入端与所述二极管d12的阳极电性连接，所述二极管d12的阴极与所述电容c13的输出端电性连接，依次类推，所述电容c1(m-1)的输入端与所述二极管d1(m-1)的阳极电性连接，所述二极管d1(m-1)的阴极与所述电容c1m的输出端电性连接，所述电容c1m的输入端与所述二极管d1m的阳极电性连接，所述二极管d1m的阴极与所述电容c11的输出端电性连接；

所述第2增益单元中，所述电容c21的输入端与所述二极管d21的阳极电性连接，所述二极管d21的阴极与所述电容c22的输出端电性连接，所述电容c22的输入端与所述二极管d22的阳极电性连接，所述二极管d22的阴极与所述电容c23的输出端电性连接，依次类推，所述电容c2(m-1)的输入端与所述二极管d2(m-1)的阳极电性连接，所述二极管d2(m-1)的阴极与所述电容c2m的输出端电性连接，所述电容c2m的输入端与所述二极管d2m的阳极电性连接，所述二极管d2m的阴极与所述电容c21的输出端电性连接；

以此类推，所述第n增益单元中，所述电容cn1的输入端与所述二极管dn1的阳极电性连接，所述二极管dn1的阴极与所述电容cn2的输出端电性连接，所述电容cn2的输入端与所述二极管dn2的阳极电性连接，所述二极管dn2的阴极与所述电容cn3的输出端电性连接，依次类推，所述电容cn(m-1)的输入端与所述二极管dn(m-1)的阳极电性连接，所述二极管dn(m-1)的阴极与所述电容cnm的输出端电性连接，所述电容cnm的输入端与所述二极管dnm的阳极电性连接，所述二极管dnm的阴极与所述电容cn1的输出端电性连接。

所述功率开关s1的漏极与c11的输入端电性连接，所述功率开关s2的源极与c12的输入端电性连接，以此类推，所述功率开关sm-1的漏极与c1(m-1)的输入端电性连接，所述功率开关sm的源极与c1m的输入端电性连接；

所述cn1的输出端与所述d1的阳极电性连接，所述cn2的输出端与所述d2的阳极电性连接，以此类推，所述cnm的输出端与所述dm的阳极电性连接。

m个所述的输入电源uin1、uin2……uinm均为低压输入电源。

m个所述电感l1、l2……lm均为滤波电感器。

所述电容c0为滤波电容。

m个所述的二极管d1、d2……dm均为整流滤波二极管。

一种多输入模块化dc/dc变换器的控制方法采用：m个功率开关s1～sm的栅极接相位同步pwm波控制信号；采用开关管同步控制，能有效降低控制系统设计的复杂度；相比于其他交错并联型变换器，该变换器的占空比不受限于d>0.5，且可通过调节输入端端口数和增益单元数得到更低的有源器件电压电流应力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种多输入模块化dc/dc变换器，利用输入模块的输入端端口数和增益模块的增益单元的合理配置来实现高升压能力，每增加一输入端端口数或一增益单元数，均可提高原基础上数倍以上基础增益。

附图说明

图1为该发明的电路原理图；

图2为该发明的4相输入端口数和2个增益单元的电路拓扑图；

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，一种多输入模块化dc/dc变换器，包括输入模块和增益模块，所述输入模块包括若干输入端端口，所述增益模块包括若干增益单元；所述输入模块的输出端与所述增益模块的输入端电性连接，通过输入端端口数和增益单元的合理配置来实现提高增益。

上述方案中，利用输入模块的输入端端口数和增益模块的增益单元的合理配置来实现高升压能力，每增加一输入端端口数或一增益单元数，均可提高原基础上数倍以上基础增益。

所述输入模块包括m个输入电源uin1、uin2……uinm，m个功率开关s1、s2……sm，m个电感l1、l2……lm；其中：

所述输入电源uin1正极与所述电感l1一端电性连接，所述电感l1另一端和所述功率开关s1漏极分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述功率开关s1源极接地，所述输入电源uin1负极与所述增益模块的输出端电性连接；

所述输入电源uin2正极与所述功率开关s2漏极电性连接，所述功率开关s2源极和所述电感l2一端分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述电感l2另一端接地，所述输入电源uin2负极与所述增益模块的输出端电性连接；

按照上述规律，所述输入电源uin(m-1)正极与所述电感lm-1一端电性连接，所述电感lm-1另一端和所述功率开关sm-1漏极分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述功率开关sm-1源极接地，所述输入电源uin(m-1)负极与所述增益模块的输出端电性连接；

所述输入电源uinm正极与所述功率开关sm漏极电性连接，所述功率开关sm源极和所述电感lm一端分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述电感lm另一端接地，所述输入电源uinm负极与所述增益模块的输出端电性连接。

所述m个功率开关s1、s2……sm中任意一个功率开关s，包括场效应管和二极管；所述场效应管的漏极与所述二极管的阴极电性连接，所述场效应管的源极与所述二极管的阳极电性连接；所述场效应管的漏极即为所述功率开关的漏极，所述场效应管的源极即为所述功率开关的源极。

所述增益模块包括n个增益单元、m个二极管d1、d2……dm、电容c0和电阻rl；其中：所述输入模块的输出端与第1增益单元输入端电性连接，所述n个增益单元串联连接，所述第n增益单元的输出端与m个所述的二极管d1、d2……dm的阳极电性连接，m个所述的二极管d1、d2……dm并联连接，m个所述的二极管d1、d2……dm的阴极与所述电容c0的一端和电阻rl的一端分别电性连接，所述电容c0的另一端和电阻rl的另一端分别与m个所述的输入电源uin1、uin2……uinm的负极电性连接。

n个所述的增益单元包括第1增益单元、第2增益单元……第n增益单元，所述第1增益单元包括电容c11、c12……c1m、二极管d11、d12……d1m，所述第2增益单元包括电容c21、c22……c2m、二极管d21、d22……d2m，依次类推，所述第n增益单元包括电容cn1、cn2……cnm、二极管dn1、dn2……dnm；

其中：所述电容c11、c21……cn1串联连接，所述电容c12、c22……cn2串联连接，依次类推，所述电容c1m、c2m……cnm串联连接；

所述第1增益单元中，所述电容c11的输入端与所述二极管d11的阳极电性连接，所述二极管d11的阴极与所述电容c12的输出端电性连接，所述电容c12的输入端与所述二极管d12的阳极电性连接，所述二极管d12的阴极与所述电容c13的输出端电性连接，依次类推，所述电容c1(m-1)的输入端与所述二极管d1(m-1)的阳极电性连接，所述二极管d1(m-1)的阴极与所述电容c1m的输出端电性连接，所述电容c1m的输入端与所述二极管d1m的阳极电性连接，所述二极管d1m的阴极与所述电容c11的输出端电性连接；

所述第2增益单元中，所述电容c21的输入端与所述二极管d21的阳极电性连接，所述二极管d21的阴极与所述电容c22的输出端电性连接，所述电容c22的输入端与所述二极管d22的阳极电性连接，所述二极管d22的阴极与所述电容c23的输出端电性连接，依次类推，所述电容c2(m-1)的输入端与所述二极管d2(m-1)的阳极电性连接，所述二极管d2(m-1)的阴极与所述电容c2m的输出端电性连接，所述电容c2m的输入端与所述二极管d2m的阳极电性连接，所述二极管d2m的阴极与所述电容c21的输出端电性连接；

以此类推，所述第n增益单元中，所述电容cn1的输入端与所述二极管dn1的阳极电性连接，所述二极管dn1的阴极与所述电容cn2的输出端电性连接，所述电容cn2的输入端与所述二极管dn2的阳极电性连接，所述二极管dn2的阴极与所述电容cn3的输出端电性连接，依次类推，所述电容cn(m-1)的输入端与所述二极管dn(m-1)的阳极电性连接，所述二极管dn(m-1)的阴极与所述电容cnm的输出端电性连接，所述电容cnm的输入端与所述二极管dnm的阳极电性连接，所述二极管dnm的阴极与所述电容cn1的输出端电性连接。

所述功率开关s1的漏极与c11的输入端电性连接，所述功率开关s2的源极与c12的输入端电性连接，以此类推，所述功率开关sm-1的漏极与c1(m-1)的输入端电性连接，所述功率开关sm的源极与c1m的输入端电性连接；

所述cn1的输出端与所述d1的阳极电性连接，所述cn2的输出端与所述d2的阳极电性连接，以此类推，所述cnm的输出端与所述dm的阳极电性连接。

一种多输入模块化dc/dc变换器的控制方法采用：m个功率开关s1～sm的栅极接相位同步pwm波控制信号；采用开关管同步控制，能有效降低控制系统设计的复杂度；相比于其他交错并联型变换器，该变换器的占空比不受限于d>0.5，且可通过调节输入端端口数和增益单元数得到更低的有源器件电压电流应力。

实施例2

如图2所示，一种多输入模块化dc/dc变换器，包括输入模块和增益模块，所述输入模块包括若干输入端端口，所述增益模块包括若干增益单元；所述输入模块的输出端与所述增益模块的输入端电性连接，通过输入端端口数和增益单元的合理配置来实现提高增益。

上述方案中，利用输入模块的输入端端口数和增益模块的增益单元的合理配置来实现高升压能力，每增加一输入端端口数或一增益单元数，均可提高原基础上数倍以上基础增益。

所述输入模块包括输入电源uin1、uin2、uin3和uin4，功率开关s1、s2、s3和s4，电感l1、l2、l3和l4；其中：

所述输入电源uin1正极与所述电感l1一端电性连接，所述电感l1另一端和所述功率开关s1漏极分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述功率开关s1源极接地，所述输入电源uin1负极与所述增益模块的输出端电性连接；

所述输入电源uin2正极与所述功率开关s2漏极电性连接，所述功率开关s2源极和所述电感l2一端分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述电感l2另一端接地，所述输入电源uin2负极与所述增益模块的输出端电性连接；

所述输入电源uin3正极与所述电感l3一端电性连接，所述电感l3另一端和所述功率开关s3漏极分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述功率开关s3源极接地，所述输入电源uin3负极与所述增益模块的输出端电性连接；

所述输入电源uin4正极与所述功率开关s4漏极电性连接，所述功率开关s4源极和所述电感l4一端分别与所述增益模块的输入端电性连接，所述电感l4另一端接地，所述输入电源uin4负极与所述增益模块的输出端电性连接。

所述功率开关s1、s2、s3和s4中任意一个功率开关s，包括场效应管和二极管；所述场效应管的漏极与所述二极管的阴极电性连接，所述场效应管的源极与所述二极管的阳极电性连接；所述场效应管的漏极即为所述功率开关的漏极，所述场效应管的源极即为所述功率开关的源极。

所述增益模块包括2个增益单元、二极管d1、d2、d3和d4、电容c0和电阻rl；其中：所述输入模块的输出端与第1增益单元输入端电性连接，所述2个增益单元串联连接，所述第2增益单元的输出端与4个所述的二极管d1、d2、d3和d4的阳极电性连接，4个所述的二极管d1、d2、d3和d4并联连接，4个所述的二极管d1、d2、d3和d4的阴极与所述电容c0的一端和电阻rl的一端分别电性连接，所述电容c0的另一端和电阻rl的另一端分别与4个所述的输入电源uin1、uin2、uin3和uin4的负极电性连接。

2个所述的增益单元包括第1增益单元和第2增益单元，所述第1增益单元包括电容c11、c12、c13和c14、二极管d11、d12、d13和d14，所述第2增益单元包括电容c21、c22、c23和c24、二极管d21、d22、d23和d24；

其中：所述电容c11、c21串联连接，所述电容c12、c22串联连接，依次类推，所述电容c14、c24串联连接；

所述第1增益单元中，所述电容c11的输入端与所述二极管d11的阳极电性连接，所述二极管d11的阴极与所述电容c12的输出端电性连接，所述电容c12的输入端与所述二极管d12的阳极电性连接，所述二极管d12的阴极与所述电容c13的输出端电性连接，所述电容c13的输入端与所述二极管d13的阳极电性连接，所述二极管d13的阴极与所述电容c14的输出端电性连接，所述电容c14的输入端与所述二极管d14的阳极电性连接，所述二极管d14的阴极与所述电容c11的输出端电性连接；

所述第2增益单元中，所述电容c21的输入端与所述二极管d21的阳极电性连接，所述二极管d21的阴极与所述电容c22的输出端电性连接，所述电容c22的输入端与所述二极管d22的阳极电性连接，所述二极管d22的阴极与所述电容c23的输出端电性连接，所述电容c23的输入端与所述二极管d23的阳极电性连接，所述二极管d23的阴极与所述电容c24的输出端电性连接，所述电容c24的输入端与所述二极管d24的阳极电性连接，所述二极管d24的阴极与所述电容c21的输出端电性连接。

所述功率开关s1的漏极与c11的输入端电性连接，所述功率开关s2的源极与c12的输入端电性连接，所述功率开关s3的漏极与c13的输入端电性连接，所述功率开关s4的源极与c14的输入端电性连接；

所述c21的输出端与所述d1的阳极电性连接，所述c22的输出端与所述d2的阳极电性连接。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。