本發(fā)明涉及升壓技術領域，特別是涉及一種基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路及新能源系統(tǒng)。

背景技術：

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，越來越多的新能源系統(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)對電力電子技術的要求也越來越高。由于光伏、燃料電池單元有著電壓低的特點，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)有技術中采用的高增益的dc-dc變換器往往使用級聯(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)有技術中的一種n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為采用圖1中的阻抗網(wǎng)絡的boost電路的結(jié)構(gòu)示意圖。當開關開通時，請參照圖3，圖3為圖2所示的boost電路中的開關管導通時的工作波形圖，可見，除去第n-1二極管和第n二極管，該電路中其他的二極管都承受著多個電感電流的累計，電流大小從(il-ic)-(n-1)(il-ic)不等，從而使得在二極管的選型上需要選耐流等級比較高的二極管，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問題的方案是本領域技術人員目前需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡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。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路，應用于升壓系統(tǒng)，所述升壓系統(tǒng)包括直流電源和負載，該升壓電路包括開關管、儲能電容、續(xù)流二極管及n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡，n≥3，其中：

所述n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第一端與所述直流電源的正極連接，所述n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第二端分別與所述續(xù)流二極管的陽極及所述開關管的第一端連接，所述續(xù)流二極管的陰極分別與所述儲能電容的第一端及負載的一端連接，所述儲能電容的第二端分別與所述負載的另一端、所述開關管的第二端及所述直流電源的負極連接；

所述n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡包括一個第一級電感升壓單元、n-2個中間級電感升壓單元及一個第n級電感升壓單元，所述第一級電感升壓單元包括第一電感、第n二極管和第一電容，第k中間級電感升壓單元包括第k-1二極管、第k電感、第k電容及第n+k-1二極管，2≤k≤n-1，所述第n級電感升壓單元包括第n-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極、第二二極管的陽極直至第n-1二極管的陽極連接，其公共端作為所述n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第一端，所述第一電感的第二端分別與所述第n二極管的陽極及所述第一電容的第一端連接，所述第n二極管的陰極分別與第n+1二極管的陰極、第n+2二極管的陰極直至第2n-2二極管的陰極及第n電感的第一端連接，其公共端作為所述n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第二端，所述第一電容的第二端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k電容的第一端及第n+k-1二極管的陽極連接，第k電容的第二端與第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，所述第一電感的電感值、第二電感的電感值直至第n電感的電感值均相等；所述第一電容的電容值、第二電容的電容值直至第n-1電容的電容值均相等；

則所述升壓電路的增益為其中，d為開關管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。

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

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

為解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種新能源系統(tǒng)，包括直流電源和負載，還包括如上述所述的基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路。

優(yōu)選地，所述直流電源為太陽電池板。

本發(fā)明提供了一種基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路及新能源系統(tǒng)，包括開關管、儲能電容、續(xù)流二極管及n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡，n≥3，其中，n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第一端與直流電源的正極連接，n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第二端分別與續(xù)流二極管的陽極及開關管的第一端連接，續(xù)流二極管的陰極分別與儲能電容的第一端及負載的一端連接，儲能電容的第二端分別與負載的另一端、開關管的第二端及直流電源的負極連接；n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡包括一個第一級電感升壓單元、n-2個中間級電感升壓單元及一個第n級電感升壓單元，第一級電感升壓單元包括第一電感、第n二極管和第一電容，第k中間級電感升壓單元包括第k-1二極管、第k電感、第k電容及第n+k-1二極管，2≤k≤n-1，第n級電感升壓單元包括第n-1二極管及第n電感。

本申請?zhí)峁┝艘环N具有全新結(jié)構(gòu)的基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路，其結(jié)構(gòu)也決定了其與現(xiàn)有技術中的升壓電壓的不同的工作過程，與現(xiàn)有技術相比，還降低了2n-4個二極管的電流應力，從而使得在二極管的選型上選取耐流等級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。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對現(xiàn)有技術和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術中的一種n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為采用圖1中的阻抗網(wǎng)絡的boost電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2所示的boost電路中的開關管導通時的工作波形圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的一種基于4級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為開關管開通時，圖4所示的升壓電路的工作原理圖；

圖7為開關管關斷時，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。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡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)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參照圖4和圖5，其中，圖4為本發(fā)明提供的一種基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為本發(fā)明提供的一種基于4級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；該升壓電路應用于升壓系統(tǒng)，升壓系統(tǒng)包括直流電源vs和負載r，該升壓電路包括開關管q、儲能電容c、續(xù)流二極管d2n-1及n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡，n≥3，其中：

n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第一端與直流電源vs的正極連接，n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第二端分別與續(xù)流二極管d2n-1的陽極及開關管q的第一端連接，續(xù)流二極管d2n-1的陰極分別與儲能電容c的第一端及負載r的一端連接，儲能電容c的第二端分別與負載r的另一端、開關管q的第二端及直流電源vs的負極連接；

n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡包括一個第一級電感升壓單元、n-2個中間級電感升壓單元及一個第n級電感升壓單元，第一級電感升壓單元包括第一電感l(wèi)1、第n二極管dn和第一電容c1，第k中間級電感升壓單元包括第k-1二極管dk-1、第k電感l(wèi)k、第k電容ck及第n+k-1二極管dn+k-1，2≤k≤n-1，第n級電感升壓單元包括第n-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的陽極、第二二極管d2的陽極直至第n-1二極管dn-1的陽極連接，其公共端作為n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第一端，第一電感l(wèi)1的第二端分別與第n二極管dn的陽極及第一電容c1的第一端連接，第n二極管dn的陰極分別與第n+1二極管dn+1的陰極、第n+2二極管dn+2的陰極直至第2n-2二極管d2n-2的陰極及第n電感l(wèi)n的第一端連接，其公共端作為n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的第二端，第一電容c1的第二端與第一二極管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k電容ck的第一端及第n+k-1二極管dn+k-1的陽極連接，第k電容ck的第二端與第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，對于本申請?zhí)峁┑幕趎級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路，不同于傳統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)也決定了其不同于傳統(tǒng)電路的工作過程，請參照圖6和圖7，其中，圖6為開關管開通時，圖4所示的升壓電路的工作原理圖，圖7為開關管關斷時，圖4所示的升壓電路的工作原理圖；下面結(jié)合本申請中提供的升壓電路的結(jié)構(gòu)來對其工作過程來作介紹：

具體地，當開關管q開通時，第一級升壓單元中的第n二極管dn、中間級升壓單元中的第k-1二極管dk-1和第n+k-1二極管dn+k-1、第n級升壓單元中的第n-1二極管dn-1導通，續(xù)流二極管d2n-1關斷。第一級升壓單元中第一電感l(wèi)1通過vs-l1-dn-q通路充電，第一電感l(wèi)1的電流線性增加，第一級升壓單元中第一電容c1通過vs-d1-c1-dn-q回路充電，中間級升壓單元中第k電感l(wèi)k通過vs-dk-1-lk-dn+k-1-q通路充電，中間級升壓單元中第k電容ck通過vs-dk-ck-dn+k-1-q回路充電，第k電感l(wèi)k電流線性增加，中間級升壓單元中第k電容ck通過vs-dk-ck-dn+k-1-q回路充電，第n級升壓單元中第n電感l(wèi)n通過vs-dn-1-ln-q通路充電，第n電感l(wèi)n的電流線性增加，每一級升壓單元中導通的二極管只需承受一級電感、電容電流的累加，此時儲能電容c為負載r提供能量。若電感取值l1＝···＝lk＝···＝ln，電容取值c1＝＝···ck＝···＝cn-1，則電感電流電容電流則第一級升壓單元中的第n二極管dn、中間級升壓單元中的第k-1二極管和第n+k-1二極管dn+k-1、第n級升壓單元中的第n-1二極管dn-1導通的電流

當開關管q關斷時，續(xù)流二極管d2n-1導通，第一級升壓單元中的第n二極管dn、中間級升壓單元中的第k-1二極管和第n+k-1二極管dn+k-1及第n級升壓單元中的第n-1二極管dn-1關斷。每一級升壓單元中的電感都通過vs-l1-c1-…-lk-ck-…-ln-d2n-1-c//r通路放電，每一級升壓單元中的電容都通過vs-l1-c1-…-lk-ck-…-ln-d2n-1-c//r通路放電，并向負載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，電容取值c1＝＝···ck＝···＝cn-1，則電感電流則第一級升壓單元中的第n二極管dn、中間級升壓單元中的第k-1二極管和第n+k-1二極管dn+k-1、第n級升壓單元中的第n-1二極管dn-1的電流

具體地，請參照圖8，圖8為圖4所示的升壓電路的工作波形圖?？梢?，與傳統(tǒng)的升壓電路中除第n-1二極管dn-1和第n二極管dn只承受一個電感電流和一個電容電流的和相比，本申請中在保證高增益的同時，在開關管q導通時，還額外降低了2n-2-2＝2n-4個二極管的電流應力，從而使得本申請中的升壓電路在選取二極管時，選取耐流等級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，具有較強的實用性和經(jīng)濟性。

本申請?zhí)峁┝艘环N具有全新結(jié)構(gòu)的基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路，其結(jié)構(gòu)也決定了其與現(xiàn)有技術中的升壓電壓的不同的工作過程，與現(xiàn)有技術相比，還降低了2n-4個二極管的電流應力，從而使得在二極管的選型上選取耐流等級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；第一電容c1的電容值、第二電容的電容值直至第n-1電容的電容值均相等；

則升壓電路的增益為其中，d為開關管q的占空比，vs為所述直流電源vs的電壓，vout為所述升壓電路的輸出電壓。

具體地，本申請對于電感和電容的取值并不做特別的限定，根據(jù)實際情況來定。

當l1＝···＝lk＝···＝ln且c1＝＝···ck＝···＝cn-1時，這里假設開關管q的占空比為d。在一個周期內(nèi)，升壓電路的輸出電壓為vout，得出以下的電壓增益推導過程：

開關管q開通時，每一級升壓單元中的電容電壓為：每一級升壓單元中的電感電流線性增加，且加在每一級電感兩端的電壓為：

開關管q關斷時，每一級升壓單元中的電感電流線性減小，且加在每一級電感兩端的電壓為：

對于電感l(wèi)1、l2、…、ln，由“伏秒平衡”定理可得：

即：

nvs×dt+(nvs-vout)×(1-d)t＝0

解得：

作為一種優(yōu)選地實施例，開關管q均為nmos，nmos的漏極作為開關管q的第一端，nmos的源極作為開關管q的第二端。

作為一種優(yōu)選地實施例，開關管q均為igbt，igbt的集電極作為開關管q的第一端，igbt的發(fā)射極作為開關管q的第二端。

具體地，在實際應用中，如果升壓中的電流很大，這里的開關管q還可以為由多個nmos并聯(lián)的nmos模塊，或者為由多個igbt并聯(lián)的igbt模塊。

另外，這里的開關管q還可以選擇其他類型的開關管，本申請在此不做特別的限定，根據(jù)實際情況來定。

為解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種新能源系統(tǒng)，包括直流電源和負載，還包括如上述的基于n級混合感容性阻抗網(wǎng)絡的升壓電路。

作為一種優(yōu)選地實施例，直流電源為太陽電池板。

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，本申請在此不做特別的限定。

另外，對于本申請?zhí)峁┑囊环N新能源系統(tǒng)的介紹請參照上述實施例，本申請在此不再贅述。

需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“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程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，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，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。