本發(fā)明涉及升壓技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路及新能源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，越來(lái)越多的新能源系統(tǒng)接入到電網(wǎng)中，新能源系統(tǒng)尤其是光伏、燃料電池等系統(tǒng)對(duì)電力電子技術(shù)的要求也越來(lái)越高。由于光伏、燃料電池單元有著電壓低的特點(diǎn)，往往需要很高增益的dc-dc變換器抬升電壓后才能并入電網(wǎng)使用。

現(xiàn)有技術(shù)中采用的高增益的dc-dc變換器往往使用級(jí)聯(lián)型dc-dc變換器或者dc-ac變換器，具體地如圖1和圖2所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為采用圖1中的有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的boost電路的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)，請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為圖2所示的boost電路的工作波形圖，可見(jiàn)，除去第n-1二極管和第2n-1二極管，該電路中其他的二極管都承受著多個(gè)電感電流的累計(jì)，電流大小從2il-(n-1)il不等，從而使得在二極管的選型上需要選耐流等級(jí)比較高的二極管，一方面，成本高，另一方面，這些二極管的損耗也比較大，降低了電路的效率。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問(wèn)題的方案是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路及新能源系統(tǒng)，一方面，降低了成本，另一方面，二極管的損耗小，提高了電路的效率。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路，應(yīng)用于新能源系統(tǒng)，所述新能源系統(tǒng)包括直流電源和負(fù)載，該升壓電路包括開(kāi)關(guān)管、儲(chǔ)能電容、續(xù)流二極管及n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)，n≥3，其中：

所述n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與所述直流電源的正極連接，所述n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端分別與所述續(xù)流二極管的陽(yáng)極及所述開(kāi)關(guān)管的第一端連接，所述續(xù)流二極管的陰極分別與所述儲(chǔ)能電容的第一端及負(fù)載的一端連接，所述儲(chǔ)能電容的第二端分別與所述負(fù)載的另一端、所述開(kāi)關(guān)管的第二端及所述直流電源的負(fù)極連接；

所述n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧?、n-2個(gè)中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧耙粋€(gè)第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧龅谝患?jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ谝浑姼?、第n二極管和第2n-1二極管，第k中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ趉-1二極管、第k電感、第2n+k-2二極管及第n+k-1二極管，2≤k≤n-1，所述第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ趎-1二極管及第n電感；所述第一電感的第一端分別與第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陽(yáng)極直至第n-1二極管的陽(yáng)極連接，其公共端作為所述n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端，所述第一電感的第二端分別與所述第n二極管的陽(yáng)極及所述第2n-1二極管的陽(yáng)極連接，所述第2n-1二極管的陰極分別與第2n二極管的陰極、第2n+1二極管的陰極直至第3n-3二極管的陰極及第n電感的第一端連接，其公共端作為所述n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端，所述第n二極管的陰極與所述第一二極管的陰極連接，所述第k-1二極管的陰極與第k電感的第一端連接，所述第k電感的第二端分別與所述第2n+k-2二極管的陽(yáng)極及第n+k-1二極管的陽(yáng)極連接，第n+k-1二極管的陰極與第k二極管的陰極連接；所述第n-1二極管的陰極與所述第n電感的第二端連接。

優(yōu)選地，第一電感的電感值、第二電感的電感值直至第n電感的電感值均相等；

則所述升壓電路的增益為其中，d為開(kāi)關(guān)管的占空比，vs為所述直流電源的電壓，vout為所述升壓電路的輸出電壓。

優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)管均為nmos，所述nmos的漏極作為所述開(kāi)關(guān)管的第一端，所述nmos的源極作為所述開(kāi)關(guān)管的第二端。

優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)管均為igbt，所述igbt的集電極作為所述開(kāi)關(guān)管的第一端，所述igbt的發(fā)射極作為所述開(kāi)關(guān)管的第二端。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種新能源系統(tǒng)，包括直流電源和負(fù)載，還包括如上述所述的基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路。

優(yōu)選地，所述直流電源為太陽(yáng)電池板。

本發(fā)明提供了一種基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路及新能源系統(tǒng)，包括開(kāi)關(guān)管、儲(chǔ)能電容、續(xù)流二極管及n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)，n≥3，其中，n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與直流電源的正極連接，n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端分別與續(xù)流二極管的陽(yáng)極及開(kāi)關(guān)管的第一端連接，續(xù)流二極管的陰極分別與儲(chǔ)能電容的第一端及負(fù)載的一端連接，儲(chǔ)能電容的第二端分別與負(fù)載的另一端、開(kāi)關(guān)管的第二端及直流電源的負(fù)極連接；n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧?、n-2個(gè)中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧耙粋€(gè)第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧?，第一?jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ谝浑姼?、第n二極管和第2n-1二極管，第k中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ趉-1二極管、第k電感、第2n+k-2二極管及第n+k-1二極管，2≤k≤n-1，第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ趎-1二極管及第n電感。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N具有全新結(jié)構(gòu)的基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路，其結(jié)構(gòu)也決定了其與現(xiàn)有技術(shù)中的升壓電壓的不同的工作過(guò)程，與現(xiàn)有技術(shù)相比，還降低了2n-4個(gè)二極管的電流應(yīng)力，從而使得在二極管的選型上選取耐流等級(jí)較低的二極管便可滿足要求，一方面，降低了成本，另一方面，二極管的損耗小，提高了電路的效率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為采用圖1中的有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的boost電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2所示的boost電路的工作波形圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的一種基于4級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，圖4所示的升壓電路的工作原理圖；

圖7為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，圖4所示的升壓電路的工作原理圖；

圖8為圖4所示的升壓電路的工作波形圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路及新能源系統(tǒng)，一方面，降低了成本，另一方面，二極管的損耗小，提高了電路的效率。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D4和圖5，其中，圖4為本發(fā)明提供的一種基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為本發(fā)明提供的一種基于4級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；該升壓電路應(yīng)用于新能源系統(tǒng)，新能源系統(tǒng)包括直流電源vs和負(fù)載r，該升壓電路包括開(kāi)關(guān)管q、儲(chǔ)能電容c、續(xù)流二極管d3n-2及n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)，n≥3，其中：

n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與直流電源vs的正極連接，n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端分別與續(xù)流二極管d3n-2的陽(yáng)極及開(kāi)關(guān)管q的第一端連接，續(xù)流二極管d3n-2的陰極分別與儲(chǔ)能電容c的第一端及負(fù)載r的一端連接，儲(chǔ)能電容c的第二端分別與負(fù)載r的另一端、開(kāi)關(guān)管q的第二端及直流電源vs的負(fù)極連接；

n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧-2個(gè)中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧耙粋€(gè)第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧?，第一?jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ谝浑姼衛(wèi)1、第n二極管dn和第2n-1二極管d2n-1，第k中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ趉-1二極管dk-1、第k電感l(wèi)k、第2n+k-2二極管d2n+k-2及第n+k-1二極管dn+k-1，2≤k≤n-1，第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧ǖ趎-1二極管dn-1及第n電感l(wèi)n；第一電感l(wèi)1的第一端分別與第一二極管d1的陽(yáng)極、第二二極管的陽(yáng)極直至第n-1二極管dn-1的陽(yáng)極連接，其公共端作為n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端，第一電感l(wèi)1的第二端分別與第n二極管dn的陽(yáng)極及第2n-1二極管d2n-1的陽(yáng)極連接，第2n-1二極管d2n-1的陰極分別與第2n二極管d2n的陰極、第2n+1二極管d2n+1的陰極直至第3n-3二極管d3n-3的陰極及第n電感l(wèi)n的第一端連接，其公共端作為n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端，第n二極管dn的陰極與第一二極管d1的陰極連接，第k-1二極管dk-1的陰極與第k電感l(wèi)k的第一端連接，第k電感l(wèi)k的第二端分別與第2n+k-2二極管d2n+k-2的陽(yáng)極及第n+k-1二極管dn+k-1的陽(yáng)極連接，第n+k-1二極管dn+k-1的陰極與第k二極管dk的陰極連接；第n-1二極管dn-1的陰極與第n電感l(wèi)n的第二端連接。

具體地，對(duì)于本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕趎級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路，不同于傳統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)也決定了其不同于傳統(tǒng)電路的工作過(guò)程，請(qǐng)參照?qǐng)D6和圖7，其中，圖6為開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，圖4所示的升壓電路的工作原理圖，圖7為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，圖4所示的升壓電路的工作原理圖；下面結(jié)合本申請(qǐng)中提供的升壓電路的結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)其工作過(guò)程來(lái)作介紹：

具體地，當(dāng)開(kāi)關(guān)管q開(kāi)通時(shí)，第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡?n-1二極管d2n-1、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趉-1二極管dk-1和第2n+k-2二極管d2n+k-2、第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎-1二極管dn-1導(dǎo)通，第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎二極管dn、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎+k-1二極管dn+k-1和續(xù)流二極管d3n-2關(guān)斷。第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械谝浑姼衛(wèi)1通過(guò)vs-l1-d2n-1-q通路充電，第一電感l(wèi)1電流線性增加，中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械趉電感通過(guò)vs-dk-1-lk-d2n+k-2-q通路充電，第k電感的電流線性增加，第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎電感l(wèi)n通過(guò)vs-dn-1-ln-q通路充電，第n電感l(wèi)n的電流線性增加，每一級(jí)升壓?jiǎn)卧袑?dǎo)通的二極管只需承受該級(jí)電感電流，電流應(yīng)力僅為總電流的1/n，此時(shí)，儲(chǔ)能電容c為負(fù)載r提供能量。若電感取值l1＝···＝lk＝···＝ln，則電感電流則第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡?n-1二極管d2n-1、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趉-1二極管dk-1和第2n+k-2二極管d2n+k-2、第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎-1二極管dn-1導(dǎo)通的電流第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎二極管dn、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎+k-1二極管dn+k-1的電流

當(dāng)開(kāi)關(guān)管q關(guān)斷時(shí)，第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎二極管dn、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎+k-1二極管dn+k-1及續(xù)流二極管d3n-2導(dǎo)通，第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡?n-1二極管d2n-1、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趉-1二極管dk-1和第2n+k-2二極管d2n+k-2、第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎-1二極管dn-1關(guān)斷。每一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械碾姼卸纪ㄟ^(guò)vs-l1-dn-…-lk-dn+k-1-…-ln-d3n-2-c//r通路放電，并向負(fù)載r提供能量，電感l(wèi)1…、lk、…、ln的電流線性減小。若電感取值l1＝···＝lk＝···＝ln，則電感電流則第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡?n-1二極管d2n-1、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趉-1二極管dk-1和第2n+k-2二極管d2n+k-2、第n級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎-1二極管dn-1的電流第一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎二極管dn、中間級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械牡趎+k-1二極管dn+k-1的電流

具體地，請(qǐng)參照?qǐng)D8，圖8為圖4所示的升壓電路的工作波形圖?？梢?jiàn)，與傳統(tǒng)的升壓電路中除第n-1二極管dn-1和第2n-1二極管d2n-1只承受一個(gè)電感電流相比，本申請(qǐng)中在保證高增益的同時(shí)，在開(kāi)關(guān)管q導(dǎo)通時(shí)，還額外降低了3n-3-(n-1)-2＝2n-4個(gè)二極管的電流應(yīng)力，從而使得本申請(qǐng)中的升壓電路在選取二極管時(shí)，選取耐流等級(jí)較低的二極管便可滿足要求，一方面，降低了成本，另一方面，二極管的損耗小，提高了電路的效率，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N具有全新結(jié)構(gòu)的基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路，其結(jié)構(gòu)也決定了其與現(xiàn)有技術(shù)中的升壓電壓的不同的工作過(guò)程，與現(xiàn)有技術(shù)相比，還降低了2n-4個(gè)二極管的電流應(yīng)力，從而使得在二極管的選型上選取耐流等級(jí)較低的二極管便可滿足要求，一方面，降低了成本，另一方面，二極管的損耗小，提高了電路的效率。

作為一種優(yōu)選地實(shí)施例，第一電感l(wèi)1的電感值、第二電感的電感值直至第n電感l(wèi)n的電感值均相等；

則升壓電路的增益為其中，d為開(kāi)關(guān)管q的占空比，vs為所述直流電源的電壓，vout為所述升壓電路的輸出電壓。

具體地，本申請(qǐng)對(duì)于電感的取值并不做特別的限定，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定。

當(dāng)l1＝···＝lk＝···＝ln時(shí)，這里假設(shè)開(kāi)關(guān)管q的占空比為d。在一個(gè)周期內(nèi)，升壓電路的輸出電壓為vout，得出以下的電壓增益推導(dǎo)過(guò)程：

開(kāi)關(guān)q開(kāi)通時(shí)，每一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械碾姼须娏骶€性增加，且加在每一級(jí)電感兩端的電壓為：

開(kāi)關(guān)q關(guān)斷時(shí)，每一級(jí)電感升壓?jiǎn)卧械碾姼须娏骶€性減小，且加在每一級(jí)電感兩端的電壓為：

對(duì)于電感l(wèi)1、l2、···、ln，由“伏秒平衡”定理可得：

即：

nvs×dt+(vs-vout)×(1-d)t＝0

解得：

作為一種優(yōu)選地實(shí)施例，開(kāi)關(guān)管q均為nmos，nmos的漏極作為開(kāi)關(guān)管q的第一端，nmos的源極作為開(kāi)關(guān)管q的第二端。

作為一種優(yōu)選地實(shí)施例，開(kāi)關(guān)管q均為igbt，igbt的集電極作為開(kāi)關(guān)管q的第一端，igbt的發(fā)射極作為開(kāi)關(guān)管q的第二端。

具體地，在實(shí)際應(yīng)用中，如果升壓中的電流很大，這里的開(kāi)關(guān)管q還可以為由多個(gè)nmos并聯(lián)的nmos模塊，或者為由多個(gè)igbt并聯(lián)的igbt模塊。

另外，這里的開(kāi)關(guān)管q還可以選擇其他類型的開(kāi)關(guān)管，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬蛔鎏貏e的限定，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定。

本發(fā)明還提供了一種新能源系統(tǒng)，包括直流電源和負(fù)載，還包括如上述的基于n級(jí)感性有源阻抗網(wǎng)絡(luò)的升壓電路。

作為一種優(yōu)選地實(shí)施例，直流電源為太陽(yáng)電池板。

另外，這里的直流電源還可以為其他類型的直流電源，例如燃料電池等，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬蛔鎏貏e的限定。

另外，對(duì)于本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N新能源系統(tǒng)的介紹請(qǐng)參照上述實(shí)施例，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬辉儋樖觥?/p>

需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。