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,2004；

[2]徐伟，“一种新型的单相Sepic功率因数校正变换器”，低压电器，2011；

[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，2011；

[4]林渭勋，《现代电力电子技术》，机械工业出版社；