[发明专利]一种自动均流的高自由度DC/DC变换器

说明书

本发明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D为占空比，m、n分别为输入相数与增益单元数。可满足大型大功率高增益场合。与现有的高增益技术相比，本发明不存在耦合电感、不存在隔离变压器，开关和二极管的电流应力和电压应力也得到了降低，提高了变换器的整体工作效率。

技术领域

本发明涉及一种直流-直流变换器，具体是一种自动均流的高自由度DC/DC变换器。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明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。

本发明采取的技术方案为：

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...S_m，m个电感L₁、L₂...L_m，m·n个电容C_o、C₁₁、C₂₁、C₃₁...C_mn，m·n个二极管D_o、D₁₁、D₂₁、D₃₁...D_mn；

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C_1(n-1)的一端，在第一电感L₁和电容C_1(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C_1(n-1)的结点相连；