现代电力电子技术报告—SEPIC电路分析.docx

现代电力电子技术报告SEPIC电路分析 现代电力电子技术报告 SEPIC 电路分析 一、 电路结构图： 图1为SEPIC 电路拓扑图 V R 图1 SEPIC 电路拓扑图 二、 电路分析 SEPIC 变换器原理电路如图1所示。1L i 、2L i 分别为电感1L 、2L 上的电流，D 表示占空比，T 表示开关周期，on T 、off T 分别表示开关导通和关断的时间。由于SEPIC 电路中存在两个电感，一般定义电路连续或不连续导电模式以整流二极管D 的导电模式为准。在一个开关周期中开关管1Q 的截止时间()1-D T 内，若二极管电流总是大于零，则为电流连续;若二极管电流在一段时间内为零，则为电流断续工作。若二极管电流在T 时刚好降为零，则为临界连续工作方式。假设1C 很大，变换器在稳态工作时，1C 的电压基本保持不变 （1）连续状态 连续导电模式时电路工作可以分为1Q 导通和1Q 关断两个模态： 工作模态1：（0，on T ）模态 V R 图2 1Q 导通时SEPIC 电路等效电路图（连续） 在这个模态中，开关管1Q 导通，二极管D 截止，如图2所示。变换器有三个回路： 第一个回路：电源、1L 和1Q 回路，在g V 的作用下，电感电流1L i 线性增长; 第二个回路：1C ，1Q 和2L 回路，1C 通过1Q 和进行放电，电感电流2L i 线性增长; 第三个回路是2C 向负载供电回路，2C 电压下降，因2C 较大，故2C 上电压下降很少，可以近似地认为2C O U U =,流过1Q 的电流112=+Q L L i i i 1 1=L g di L V dt (1) 2 2 =L o di L U dt (2) 当t=on T 时，1L i 和2L i 达到最大值1max L i 和2max L i 。 工作模态2：（on T ，T ）模态 V R 图3 1Q 关断时SEPIC 电路等效电路图（连续） 在t=on T 时刻，1Q 关断，此时形成两个回路，如图3所示： 第一个回路：电源、1L 、1C 经二极管D 至负载回路，电源和电感1L 储能同时向1C 和负载馈送，1C 储能增加，而1L i 减小; 第二个回路是2L 和D 至负载的续流回路，2L 储能释放到负载，故2L i 下降。因此二极管的电流D i 是1L i 、2L i 的电流之和，且 2 2=L o di L U dt (3) 1 1 1=-L g c o di L V U U dt - (4) 根据1L 上的伏秒原理： ()()1=+g on O C g on V T U U V T T ?-?- (5) 根据2L 上的伏秒原理： 10=C on off U T U T (6) 由上面两式可得: =1o i U D U D - (7) 1=c i g U U V (8) 由输入输出功率平衡有: 1=i L o o U I U I ? (9) 即： 1= 1L o I D I D (10) 其中1L I ，o I 别为输入和输出电流在一个开关周期上的平均值。 由以上公式可知:SEPIC 电路工作在电流连续模式时，若在占空比恒定的情况下，输入电压、电流和输出电压、电流是成正比的。 （2）断续导电状态 SEPIC 电路工作在电流断续导电模式时，在一个开关周期内，电路工作可以分为三个模态，如图4、图5、图6所示： 模态1和模态2：与连续导电模式类似 模态3： 从整流二极管电流为零到，下一次开关管开通为电路模态3，此时电路形成两个回路，如图6所示： V R 图4 1Q 导通时SEPIC 电路等效电路图（断续） V R 图5 1Q 关断D I 连续时SEPIC 电路等效电路图（断续） V R 图6 1Q 关断且D I 断续时SEPIC 电路等效电路图（断续） 第一个回路是电源、1L 、1C 、2L ，由于1C 较大，1L 、2L 中的电流基本保持断续瞬间的值惯性流动; 第二个回路是o C 向负载供电回路。 设开关关断后，D 电流续流时间为off T ，对应占空比为D '，由作用在1L 上电压伏秒面积平衡原理，可得: ()1=+i on O C i off U T U U U T ?-? (11) 根据2L 上的伏秒原理： 10=C on off U T U T (12) 可得： 1=c i g U U V (13) 由上式可见，不管电路工作在连续还是断续模式，总有1=c i U U 工作模态1： 1Q 开通，电路模态如图4。此模态与连续导电模式类似。电路工作在二极管电流断续，1L 电流连续的状态，设1Q 开通前： 121=-=L L I I i (14) on T 结束时，1L 、2L 上电流达到最大值， 1,11 =+ i L pk y s U i i D T L (15) 2,12 =-+ i L pk y s U i i D T L (16) 工作模态2: 1Q 关断，D 导通，电路模态如图5。此时1L 、2L 同时向副边传输能量，1C 充电，1Q 关 断瞬间，二极管达到电流最大值： ,1,2,=+= i s D pk L pk L pk eq U DT i i i L (17) 12 12 = +eq L L L L L ? (18) 该模态持续时间s D T '，模态2结束时应有： 1,111 =+ -i s o s L pk U DT U D T i i L L ' (19) 2,122 =-+ -i s o s L pk U DT U D T i i L L ' (20) 当12+=0L L I I 时该模态结束，可计算出模态持续时间： = s s o i DT D T U U ' (21) 工作模态3: 1Q 关断，D 关断，电路模态如图6所示。此时1L ，2L 上的电流分别为1i ，1-i 。 二极管一个周期平均电流： 22 .,0.5= = 2s d pk i y s D avg s eq o D T i U D T i T L U '? (22) 由一个开关周期上输入输出功率平衡: 10.=i L D avg U I U i 可得输入电流1L I ： 21= 2y s L i eq D T I U L (23) 三、 仿真模拟 利用PSPICE 模拟仿真SEPIC 波形，D=0.3，仿真波形如图所示： 图7 sepic 斩波电路电路原理图（连续D=0.3） 图8 sepic斩波电路电感电流波形图（连续D=0.3） 图9 sepic斩波电路电感电压波形图（连续D=0.3） 四、参考文献 1张洋,“基于SEPIC变换器的功率因数校正技术研究”,南京航空航天大学,2022； 2徐伟，“一种新型的单相Sepic功率因数校正变换器”，低压电器，2022； 3沈霞，“基于SEPIC变换器的高功率因数LED照明电源设计”电机与控制学报，2022； 4林渭勋，现代电力电子技术，机械工业出版社；