CN107181405B - 一种单开关阻抗网络级联型dc-dc变换器及升压系统 - Google Patents

一种单开关阻抗网络级联型dc-dc变换器及升压系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单开关阻抗网络级联型DC‑DC变换器及升压系统，包括开关管、n‑1个用于前级升压的中间级升压单元和一个用于后级升压的输出级升压单元，n≥2，第m中间级升压单元包括第m有源阻抗网络、第4m‑3二极管、第4m‑2二极管及第2m‑1储能电容，n‑1≥m≥1，输出级升压单元包括第n有源阻抗网络、第4n‑3二极管及第2n‑1储能电容。可见，本申请通过多个利用有源阻抗网络、二极管及电容构成的升压单元和一个开关管来进行多级升压，实现高增益，与现有技术中的多级Boost电路相比，本申请只用了一个开关管，一方面，成本低，损耗小；另一方面，方便控制，大大提高了稳定性和可靠性。

Description

一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器及升压系统
技术领域
本发明涉及能量转换技术领域，特别是涉及一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器及升压系统。
背景技术
随着生活和工业的发展，人们对电力电子电路的要求也越来越高。在很多应用场景中，往往需要使用具有高增益的DC-DC变换器来抬升电压。例如，在新能源系统中，光伏、燃料电池等发电单元输出的直流电便需要使用高增益的DC-DC变换器先进行电压提升，然后才能并入电网使用。
现有技术中往往使用多个DC-DC变换器级联来实现高增益，但其增加了使用到的开关管的数量，一方面，成本高，损耗大；另一方面，一旦其中某个环节崩溃，便会造成整个升压系统的崩溃，大大降低了升压系统的稳定性和可靠性。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器及升压系统，只用了一个开关管，一方面，成本低，损耗小；另一方面，方便控制，大大提高了稳定性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器，应用于包括直流电源的升压系统，包括开关管、n-1个用于前级升压的中间级升压单元和一个用于后级升压的输出级升压单元，n≥2，所述第m中间级升压单元包括第m有源阻抗网络、第4m-3二极管、第4m-2二极管及第2m-1储能电容，n-1≥m≥1，所述输出级升压单元包括第n有源阻抗网络、第4n-3二极管及第2n-1储能电容，其中：
所述第m有源阻抗网络的第一端作为所述第m中间级升压单元的第一端，所述第m有源阻抗网络的第二端分别与所述第4m-3二极管的阳极及第4m-2二极管的阳极连接，所述第4m-2二极管的阴极与所述第2m-1储能电容的第一端连接，其公共端作为所述第m中间级升压单元的第二端，所述第4m-3二极管的阴极作为所述第m中间级升压单元的第三端，所述第2m-1储能电容的第二端作为所述第m中间级升压单元的第四端；
所述第n有源阻抗网络的第一端作为所述输出级升压单元的第一端，所述第n有源阻抗网络的第二端与所述第4n-3二极管的阳极连接，其公共端作为所述输出级升压单元的第二端，所述第4n-3二极管的阴极与所述第2n-1储能电容的第一端连接，其公共端作为所述输出级升压单元的第三端，所述第2n-1储能电容的第二端作为所述输出级升压单元的第四端；
任意相邻两个中间级升压单元中，前一个中间级升压单元的第二端与后一个中间级升压单元的第一端连接；第一中间级升压单元的第一端与所述直流电源的正极连接，第n-1中间级升压单元的第二端与所述输出级升压单元的第一端连接，所述输出级升压单元的第三端与负载的一端连接，n-1个中间级升压单元的第三端及所述输出级升压单元的第二端均与所述开关管的第一端连接，n-1个中间级升压单元的第四端及所述输出级升压单元的第四端均分别与所述直流电源的负极及所述开关管的第二端连接。
优选地，所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络包括第一子电感、第二子电感、第一子二极管、第二子二极管及第一储能子电容，其中：
所述第一子二极管的阳极与所述第一子电感的第一端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第一端，所述第一子二极管的阴极分别与所述第二子电感的第一端及所述第二子二极管的阴极连接，所述第一子电感的第二端分别与所述第二子二极管的阳极及所述第一储能子电容的第一端连接，所述第一储能子电容的第二端与所述第二子电感的第二端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第二端。
优选地，所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络包括第三子电感、第四子电感、第三子二极管、第四子二极管及第二储能子电容，其中：
所述第三子电感的第一端与所述第三子二极管的阳极连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第一端，所述第三子二极管的阴极分别与所述第四子电感的第一端及所述第二储能子电容的第一端连接，所述第二储能子电容的第二端分别与所述第四子二极管的阳极及所述第三子电感的第二端连接，所述第四子二极管的阴极与所述第四子电感的第二端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第二端。
优选地，所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络包括第五子电感、第六子电感、第五子二极管、第六子二极管及第七子二极管，其中：
所述第五子电感的第一端与所述第五子二极管的阳极连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第一端，所述第五子二极管的阴极分别与所述第六子电感的第一端及所述第七子二极管的阴极连接，所述第七子二极管的阳极分别与所述第五子电感的第二端及所述第六子二极管的阳极连接，所述第六子二极管的阴极与所述第六子电感的第二端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第二端。
优选地，所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络包括第七子电感、第八子电感、第八子二极管、第九子二极管及第三储能子电容，其中：
所述第七子电感的第一端与所述第三储能子电容的第一端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第一端，所述第三储能子电容的第二端分别与所述第八子电感的第一端及所述第九子二极管的阴极连接，所述第九子二极管的阳极分别与所述第八子二极管的阳极及所述第七子电感的第二端连接，所述第八子二极管的阴极与所述第八子电感的第二端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第二端。
优选地，所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络包括第九子电感、第十子电感、第四储能子电容、第五储能子电容及第十子二极管，其中：
所述第九子电感的第一端与所述第四储能子电容的第一端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第一端，所述第四储能子电容的第二端分别与所述第十子电感的第一端及所述第十子二极管的阴极连接，所述第十子二极管的阳极分别与所述第九子电感的第二端及所述第五储能子电容的第一端连接，所述第五储能子电容的第二端与所述第十子电感的第二端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第二端。
优选地，所述开关管为NMOS，其中，所述NMOS的漏极作为所述开关管的第一端，所述NMOS的源极作为所述开关管的第二端。
优选地，所述开关管为IGBT，其中，所述IGBT的集电极作为所述开关管的第一端，所述IGBT的发射极作为所述开关管的第二端。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种升压系统，包括直流电源，还包括如上述所述的单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器。
优选地，所述直流电源为太阳能电池板。
本发明提供了一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器，包括开关管、n-1个用于前级升压的中间级升压单元和一个用于后级升压的输出级升压单元，n≥2，第m中间级升压单元包括第m有源阻抗网络、第4m-3二极管、第4m-2二极管及第2m-1储能电容，n-1≥m≥1，输出级升压单元包括第n有源阻抗网络、第4n-3二极管及第2n-1储能电容。
可见，本申请通过多个利用有源阻抗网络、二极管及电容构成的升压单元和一个开关管来进行多级升压，实现高增益，与现有技术中的多级Boost电路相比，本申请只用了一个开关管，一方面，成本低，损耗小；另一方面，方便控制，大大提高了稳定性和可靠性。
本发明提供的升压系统同样具有如上有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器的结构示意图；
图2为本发明提供的一种有源阻抗网络的结构示意图；
图3为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图；
图4为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图；
图5为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图；
图6为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图；
图7为本发明提供的一种具体地单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器的结构示意图；
图8为图7所示的DC-DC变换器的一种工作原理图；
图9为图7所示的DC-DC变换器的另一种工作原理图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器及升压系统，只用了一个开关管，一方面，成本低，损耗小；另一方面，方便控制，大大提高了稳定性和可靠性。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明提供的一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器的结构示意图，该变换器应用于包括直流电源Vin的升压系统，包括开关管Q、n-1个用于前级升压的中间级升压单元和一个用于后级升压的输出级升压单元2，n≥2，第m中间级升压单元1m包括第m有源阻抗网络、第4m-3二极管、第4m-2二极管及第2m-1储能电容，n-1≥m≥1，输出级升压单元2包括第n有源阻抗网络、第4n-3二极管及第2n-1储能电容，其中：
第m有源阻抗网络的第一端作为第m中间级升压单元1m的第一端，第m有源阻抗网络的第二端分别与第4m-3二极管的阳极及第4m-2二极管的阳极连接，第4m-2二极管的阴极与第2m-1储能电容的第一端连接，其公共端作为第m中间级升压单元1m的第二端，第4m-3二极管的阴极作为第m中间级升压单元1m的第三端，第2m-1储能电容的第二端作为第m中间级升压单元1m的第四端；
第n有源阻抗网络的第一端作为输出级升压单元2的第一端，第n有源阻抗网络的第二端与第4n-3二极管的阳极连接，其公共端作为输出级升压单元2的第二端，第4n-3二极管的阴极与第2n-1储能电容的第一端连接，其公共端作为输出级升压单元2的第三端，第2n-1储能电容的第二端作为输出级升压单元2的第四端；
任意相邻两个中间级升压单元中，前一个中间级升压单元的第二端与后一个中间级升压单元的第一端连接；第一中间级升压单元的第一端与直流电源Vin的正极连接，第n-1中间级升压单元的第二端与输出级升压单元2的第一端连接，输出级升压单元2的第三端与负载的一端连接，n-1个中间级升压单元的第三端及输出级升压单元2的第二端均与开关管Q的第一端连接，n-1个中间级升压单元的第四端及输出级升压单元2的第四端均分别与直流电源Vin的负极及开关管Q的第二端连接。
可见，本申请提供的单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器由一个开关管Q和n个升压单元构成，n≥2，其中，n个升压单元由n-1个中间级升压单元和一个输出级升压单元2构成。另外，本申请中的有源阻抗网络由电容和/或电感和/或二极管构成，不包括开关管Q。
另外，需要说明的是，本申请中所述的第m中间级升压单元1m中的第4m-3二极管为其第一二极管，第4m-2二极管为其第二二极管，第2m-1储能电容为其第一储能电容。输出级升压单元2中的第4n-3二极管为其第一二极管，第2n-1储能电容为其第一储能电容。
具体地，开关管Q导通时，直流电源Vin对第一中间级升压单元中的第一有源阻抗网络充电，后续任意两个升压单元中，前一个升压单元中的第一储能电容为后一个升压单元中的有源阻抗网络提供能量，输出级升压单元2中的第一储能电容为负载提供能量；当开关管Q关断时，各升压单元中的有源阻抗网络为其所在的升压单元中的第一储能电容充电，输出级升压单元2中的有源阻抗网络对输出级升压单元2中的第一储能电容充电，同时对负载释放能量，完成每一级的升压并为下一级升压单元提供能量。可见，上述整个过程中只用到一个开关管Q，便实现了宽增益Boost电路的效果。
本发明提供了一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器，包括开关管、n-1个用于前级升压的中间级升压单元和一个用于后级升压的输出级升压单元，n≥2，第m中间级升压单元包括第m有源阻抗网络、第4m-3二极管、第4m-2二极管及第2m-1储能电容，n-1≥m≥1，输出级升压单元包括第n有源阻抗网络、第4n-3二极管及第2n-1储能电容。
可见，本申请通过多个利用有源阻抗网络、二极管及电容构成的升压单元和一个开关管来进行多级升压，实现高增益，与现有技术中的多级Boost电路相比，本申请只用了一个开关管，一方面，成本低，损耗小；另一方面，方便控制，大大提高了稳定性和可靠性。
在上一实施例的基础上：
作为一种优选地实施例，第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络包括第一子电感L1、第二子电感L2、第一子二极管D1、第二子二极管D2及第一储能子电容C1，其中：
第一子二极管D1的阳极与第一子电感L1的第一端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第一端，第一子二极管D1的阴极分别与第二子电感L2的第一端及第二子二极管D2的阴极连接，第一子电感L1的第二端分别与第二子二极管D2的阳极及第一储能子电容C1的第一端连接，第一储能子电容C1的第二端与第二子电感L2的第二端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第二端。
具体地，请参照图2，图2为本发明提供的一种有源阻抗网络的结构示意图。
首先需要说明的是，本申请中的各个电感值及电容值的选择均不是固定的，根据实际情况来进行选择。
作为一种优选地实施例，第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络包括第三子电感L3、第四子电感L4、第三子二极管D3、第四子二极管D4及第二储能子电容C2，其中：
第三子电感L3的第一端与第三子二极管D3的阳极连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第一端，第三子二极管D3的阴极分别与第四子电感L4的第一端及第二储能子电容C2的第一端连接，第二储能子电容C2的第二端分别与第四子二极管D4的阳极及第三子电感L3的第二端连接，第四子二极管D4的阴极与第四子电感L4的第二端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第二端。
具体地，请参照图3，图3为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图。
作为一种优选地实施例，第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络包括第五子电感L5、第六子电感L6、第五子二极管D5、第六子二极管D6及第七子二极管D7，其中：
第五子电感L5的第一端与第五子二极管D5的阳极连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第一端，第五子二极管D5的阴极分别与第六子电感L6的第一端及第七子二极管D7的阴极连接，第七子二极管D7的阳极分别与第五子电感L5的第二端及第六子二极管D6的阳极连接，第六子二极管D6的阴极与第六子电感L6的第二端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第二端。
具体地，请参照图4，图4为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图。
作为一种优选地实施例，第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络包括第七子电感L7、第八子电感L8、第八子二极管D8、第九子二极管D9及第三储能子电容C3，其中：
第七子电感L7的第一端与第三储能子电容C3的第一端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第一端，第三储能子电容C3的第二端分别与第八子电感L8的第一端及第九子二极管D9的阴极连接，第九子二极管D9的阳极分别与第八子二极管D8的阳极及第七子电感L7的第二端连接，第八子二极管D8的阴极与第八子电感L8的第二端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第二端。
具体地，请参照图5，图5为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图。
作为一种优选地实施例，第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络包括第九子电感L9、第十子电感L10、第四储能子电容C4、第五储能子电容C5及第十子二极管D10，其中：
第九子电感L9的第一端与第四储能子电容C4的第一端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第一端，第四储能子电容C4的第二端分别与第十子电感L10的第一端及第十子二极管D10的阴极连接，第十子二极管D10的阳极分别与第九子电感L9的第二端及第五储能子电容C5的第一端连接，第五储能子电容C5的第二端与第十子电感L10的第二端连接，其公共端作为第m有源阻抗网络或者第n有源阻抗网络的第二端。
具体地，请参照图6，图6为本发明提供的另一种有源阻抗网络的结构示意图。
在实际应用中，各个升压单元中的阻抗网络可以任意选择图2-图6中的阻抗网络，当然，还可以选择其他类型的阻抗网络，能够满足本申请的目的即可。
作为一种优选地实施例，开关管Q为NMOS，其中，NMOS的漏极作为开关管Q的第一端，NMOS的源极作为开关管Q的第二端。
作为一种优选地实施例，开关管Q为IGBT，其中，IGBT的集电极作为开关管Q的第一端，IGBT的发射极作为开关管Q的第二端。
具体地，在实际应用中，如果DC-DC变换器中的电流很大，这里的开关管Q还可以为由多个NMOS并联的NMOS模块，或者为由多个IGBT并联的IGBT模块。
另外，这里的开关管Q还可以选择其他类型的开关管Q，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况来定。
为方便对本申请的理解，下面结合一具体实例对本申请的工作过程作介绍，请参照图7，图7为本发明提供的一种具体地单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器的结构示意图。该实例中，中间级升压单元中有源阻抗网络和输出级升压单元2中的有源阻抗网络均为如图2所示中的有源阻抗网络，另外，第m有源阻抗网络中的第4m-1二极管为其第三二极管，第4m二极管为第m升压单元的第四二极管，第2m储能电容为第m中间级升压单元的第二储能电容，第2m-1电感为第m中间级升压单元的第一电感，第2m电感为第m中间级升压单元的第二电感。第n有源阻抗网络中的第2n-1电感为输出级升压单元2中的第一电感，第2n电感为输出级升压单元2中的第二电感，第4n-2二极管为输出级升压单元2中的第二二极管，第4n-1二极管为输出级升压单元2中的第三二极管，则：
阶段1：
请参照图8，图8为图7所示的DC-DC变换器的一种工作原理图。
开关管Q导通，此时，中间级升压单元中的第一二极管、第三二极管导通，第二二极管、第四二极管关断，输出级升压单元2中的第二二极管导通，第一二极管、第三二极管关断。中间级升压单元形成两个回路：电源或上一级升压单元中的第一储能电容与第二电感及并联在第二电感两端的第一电感、第二储能电容分别形成回路，对电感、电容进行充电；第一储能电容与下一级电感、电容形成回路。输出级升压单元2形成两个回路：上一级升压单元中的第一储能电容与第二电感及并联在第二电感两端的第一电感、第二储能电容分别形成回路，对电感、电容进行充电；第一储能电容与负载形成回路，并向负载提供能量。
阶段2：
请参照图9，图9为图7所示的DC-DC变换器的另一种工作原理图。
此时，中间级升压单元中的第二二极管、第四二极管导通，第一二极管、第三二极管关断，输出级升压单元2中的第一二极管、第三二极管导通，第二二极管关断。中间级升压单元中的第二电感与第二储能电容并联后，再与第一电感串联，对第一储能电容进行充电，完成中间级的升压。输出级升压单元2中的第二电感与第二储能电容并联后，再与第一电感串联，对第一储能电容进行充电，完成输出级的升压，同时对负载释放能量。
综上情况，设开关管Q占空比为D，在一个周期内，输出电压为Vout。得出以下的电压增益推导过程。
开关管Q开通时，第m中间级升压单元1m中第二二极管、第四二极管反向关断，第一电感通过直流电源Vin/上一级升压单元中的第一储能电容—第一电感—第二储能电容—第一二极管—开关管Q回路存储能量，第一电感的电流线性增长，第一电感两端的电压VL(2m-1)＝Vin(或者VC(2m-2))-VC(2m)，电容C2m的电流iC(2m)＝iL(2m-1)；第二电感通过直流电源Vin/上一级升压单元中的第一储能电容—第三二极管—第二电感—第一二极管—开关管Q回路存储能量，第二电感的电流线性增长，第二电感两端的电压VL(2m)＝Vin(或者VC(2m-2))；输出级升压单元2中第一二极管反向关断，第一电感通过上一级升压单元的第一储能电容—第一电感—第二储能电容—开关管Q回路储存能量，第一电感的电流线性增长，第一电感两端的电压VL(2n-1)＝VC(2n-2)-VC(2n)，第二储能电容的电流iC(2n)＝iL(2n-1)；第二电感通过上一级升压单元中的第一储能电容—第二二极管—第二电感—开关管Q回路储存能量，第二电感的电流线性增长，第二电感两端的电压VL(2n)＝VC(2n-2)；第二储能电容通过第二储能电容—负载回路向负载供电，负载输出电压Vout＝VC(2n-1)。
开关管Q关断时，第m中间级升压单元1m中，第三二极管反向关断，第一电感通过直流电源Vin/上一级升压单元中的第一储能电容—第一电感—第四二极管—第二电感—第二二极管—第一储能电容回路释放能量，第一电感的电流线性减小，第一电感两端的电压VL(2m-1)＝Vin(或者VC(2m-2))-VC(2m)-VC(2m-1)；第二电感通过直流电源Vin/上一级升压单元中的第一储能电容—第一电感—第四二极管—第二电感—第二二极管—第一储能电容回路，及，第二储能电容—第四二极管—第二电感—第二二极管—第一储能电容释放能量，第二电感的电流线性减小，第二电感两端的电压VL(2m)＝VC(2m)；输出级升压单元2中第二二极管反向关断，第一电感通过上一级升压单元的第一储能电容—第一电感—第三二极管—第二电感—第一二极管—第一储能电容和负载回路释放能量，第一电感的电流线性减小，第一电感两端的电压VL(2n-1)＝VC(2n-2)-VC(2n)-VC(2n-1)；第二电感通过上一级升压单元的第一储能电容—第一电感—第三二极管—第二电感—第一二极管—第一储能电容和负载回路，及，第二储能电容—第三二极管—第二电感—第一二极管—第一储能电容和负载回路释放能量，第二电感的电流线性减小，第二电感两端的电压VL(2n)＝VC(2n)，负载输出电压Vout＝VC(2n-1)。
经上述分析得出开关状态下，中间级升压单元中的第一电感、第二电感，输出级升压单元2中的第一电感和第二电感两端的电压值：
对于中间级升压单元中的第一电感和第二电感，由“伏秒平衡”定理可得：
即：
当m＝1时，由式4解得：
联立式3、5，解得：
递推可得：
对于输出级升压单元中的电感第一电感和第二电感，由“伏秒平衡”定理可得：
由式12解得：
联立式11、13，解得：
即：
本发明电路的增益为：
需要说明的是，由于本申请中的中间级升压单元中的有源阻抗网络和输出级升压单元中的有源阻抗网络的选取具有多样性，选择不同，最终的电压增益M也可能不同。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种升压系统，包括直流电源，还包括如上述的单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器。
对于本发明提供的一种升压系统的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。
作为一种优选地实施例，直流电源为太阳能电池板。
当然，这里的直流电源还可以为其他类型的直流电源，例如风力发电单元，本申请在此不做特别的限定。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器，应用于包括直流电源的升压系统，其特征在于，包括开关管、n-1个用于前级升压的中间级升压单元和一个用于后级升压的输出级升压单元，n≥2，第m中间级升压单元包括第m有源阻抗网络、第4m-3二极管、第4m-2二极管及第2m-1储能电容，n-1≥m≥1，所述输出级升压单元包括第n有源阻抗网络、第4n-3二极管及第2n-1储能电容，其中：
所述第m有源阻抗网络的第一端作为所述第m中间级升压单元的第一端，所述第m有源阻抗网络的第二端分别与所述第4m-3二极管的阳极及第4m-2二极管的阳极连接，所述第4m-2二极管的阴极与所述第2m-1储能电容的第一端连接，其公共端作为所述第m中间级升压单元的第二端，所述第4m-3二极管的阴极作为所述第m中间级升压单元的第三端，所述第2m-1储能电容的第二端作为所述第m中间级升压单元的第四端；
所述第n有源阻抗网络的第一端作为所述输出级升压单元的第一端，所述第n有源阻抗网络的第二端与所述第4n-3二极管的阳极连接，其公共端作为所述输出级升压单元的第二端，所述第4n-3二极管的阴极与所述第2n-1储能电容的第一端连接，其公共端作为所述输出级升压单元的第三端，所述第2n-1储能电容的第二端作为所述输出级升压单元的第四端；
任意相邻两个中间级升压单元中，前一个中间级升压单元的第二端与后一个中间级升压单元的第一端连接；第一中间级升压单元的第一端与所述直流电源的正极连接，第n-1中间级升压单元的第二端与所述输出级升压单元的第一端连接，所述输出级升压单元的第三端与负载的一端连接，n-1个中间级升压单元的第三端及所述输出级升压单元的第二端均与所述开关管的第一端连接，n-1个中间级升压单元的第四端及所述输出级升压单元的第四端均分别与所述直流电源的负极及所述开关管的第二端连接；
所述第m有源阻抗网络和所述第n有源阻抗网络均包括第一子电感、第二子电感、第一子二极管、第二子二极管及第一储能子电容，其中：
所述第一子二极管的阳极与所述第一子电感的第一端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第一端，所述第一子二极管的阴极分别与所述第二子电感的第一端及所述第二子二极管的阴极连接，所述第一子电感的第二端分别与所述第二子二极管的阳极及所述第一储能子电容的第一端连接，所述第一储能子电容的第二端与所述第二子电感的第二端连接，其公共端作为所述第m有源阻抗网络或者所述第n有源阻抗网络的第二端；
所述单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器的增益为
D为所述开关管的占空比。
2.如权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述开关管为NMOS，其中，所述NMOS的漏极作为所述开关管的第一端，所述NMOS的源极作为所述开关管的第二端。
3.如权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述开关管为IGBT，其中，所述IGBT的集电极作为所述开关管的第一端，所述IGBT的发射极作为所述开关管的第二端。
4.一种升压系统，其特征在于，包括直流电源，还包括如权利要求1-3任一项所述的单开关阻抗网络级联型DC-DC变换器。
5.如权利要求4所述的升压系统，其特征在于，所述直流电源为太阳能电池板。
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