[发明专利]基于Switch-Capacitor网络的多输入升压变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体是一种基于Switch-Capacitor网络的多输入升压变换器。

背景技术

化石能源作为不可再生能源正日益枯竭，它所造成的环境污染日益严重。可再生能源具有廉价、可靠、清洁无污染、能源丰富的特点，因此可再生能源发电展现了良好的市场前景。目前，应用较多的可再生能源发电形式有光伏发电、风力发电、燃料电池供电、水力发电、地热发电等等，但均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺点，因此需要采用多种能源联合供电的分布式供电系统。在传统的新能源分布式供电系统中，每种能源形式均需要一个DC/DC变换器，将各能源变换成直流电压输出，并联在公共的直流母线上，供给直流负载，然而存在变换器电路结构复杂、成本较高等缺点。因而，一种多输入直流变换器多个单输入直流变换器的想法应运而生，允许多种能源输入，且输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，可为负载分时供电或同时供电，极大地简化了电路结构，提高了系统的稳定性和灵活性。但是，现有的多输入直流变换器存在分时供电时元器件利用率低、在高升压应用场合升压能力不够的严重缺点。基于此，本发明提出了一种基于Switch-Capacitor网络的多输入升压变换器。

图1给出了Switch-Capacitor网络的拓扑结构。在该网络中，电容C₁与C₂的规格参数相同，二极管D₁与D₂的规格参数也相同，从而构成一个对称型阻抗网络，所以电容C₁和C₂两端的电压大小相等。Switch-Capacitor网络的基本工作原理：当开关管S导通时，二极管D₁、D₂关断，电容C₁、C₂交叉串联放电；当开关管S关断时，二极管D₁、D₂导通，电容C₁、C₂并联充电。可以实现电容串联放电、并联充电的工作效果，从而达到提高变换器升压能力的目的。

发明内容

为了简化电路结构，克服上述缺陷，本发明提供了一种基于Switch-Capacitor网络的多输入升压变换器。用一个多输入升压变换器代替多个单输入升压变换器。多输入升压变换器允许多种能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，多输入源可以分别或同时向负载供电，因此提高了系统的稳定性和灵活性，实现能源的优先利用，并且降低系统成本。

本发明采用的技术方案是：基于Switch-Capacitor网络的多输入升压变换器，包括若干供电单元、若干Switch-Capacitor网络和LC滤波电路，其中所述的若干个Switch-Capacitor网络并联后，通过直流母线与LC滤波电路连接，所述供电单元与电感串联后，连接到任一个Switch-Capacitor网络的输入端。每个Switch-Capacitor网络的输入端只连接一个供电单元。

更具体地，供电单元为直流供电单元，如光伏发电、风力发电经整流滤波后和燃料电池、蓄电池直接发电等直流供电单元。

相邻两个Switch-Capacitor网络的并联是通过共用Switch-Capacitor网络中的一个二极管实现的。

本发明主要由多个Switch-Capacitor网络并联组成，其中每个Switch-Capacitor网络中的电容电压大小相等，通过多个网络电容电压累加的方式实现较大的输出电压。

比较现有的多输入变换器，本发明具有以下优点：（1）元器件利用率高。当任何一种输入源工作时，变换器中的所有Switch-Capacitor网络都参与工作，不但提高了升压能力，而且极大地提高了元器件利用率。

（2）升压能力强。随着并联的Switch-Capacitor网络个数的增加，变换器的升压能力逐渐增强，因此，可根据应用场合的不同，并联不同数量的Switch-Capacitor网络，也即连接不同数量的输入源。

（3）控制电路简单，开关器件电压应力小。所有开关管由同一驱动信号进行隔离驱动，控制电路简单，而且开关管和二极管电压应力小，均为输入电压的1/(1-D)倍，不会随着并联网络个数的增加而改变。