现代电力电子技术报告—SEPIC电路分析分析

1、现代电力电子技术报告SEPIC电路分析电路结构图：图1为SEPIC电路拓扑图Vg?i1iDQii 1 C1JL2 C2V。i2图1 SEPIC电路拓扑图电路分析SEPIC变换器原理电路如图 1所示。iLi、iL2分别为电感Li、L2上的电流，D表示占 空比，T表示开关周期，Ton、Toff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 Qi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

2、作方式。假设 G很大，变换器在稳态工作时，G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Q导通和Qi关断两个模态:工作模态1： （0, Ton）模态图2 Q导通时SEPIC电路等效电路图（连续）在这个模态中，开关管 Q1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、L.和Q回路，在Vg的作用下，电感电流 咕线性增长；第二个回路：G，Q1和L2回路，G通过Q和进行放电，电感电流 心线性增长；第三个回路是C2向负载供电回路，C2电压下降，因C2较大，故C2上电压下降很少，可 以近似地认为Uc2二U。,流过Q1的电流iQ1=iL1+iL2LidiLidtL2弧

3、dt=U当t=G时,iLi和iL2达到最大值iLlmax和Lmax。工作模态2: ( Ton , T )模态iiLii CiY * IIDii0” II1:L2 C2 v j2图3 Q关断时SEPIC电路等效电路图(连续)Qi关断，此时形成两个回路，如图3所示：Vg在t= Ton时刻，第一个回路：电源、Li、Ci经二极管D至负载回路，电源和电感负载馈送，Ci储能增加，而iLi减小；第二个回路是L2和D至负载的续流回路，L2储能释放到负载，故iD是iLi、iL2的电流之和，且L血=UL2 dt =UoLi?Li 二Vg-Uci -Uodt管的电流根据L1上的伏秒原理:VgTon二 Uo+Uci

4、-VgT -Ton根据L2上的伏秒原理:UciTon = UoToff由上面两式可得：Uo= D5 =1-DUci=Ui=VgRLi储能同时向Ci和iL2下降。因此二极(8)由输入输出功率平衡有Ui I Li=Uo Io(9)即:Ili= D 匚=庁其中Il1 , Io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

5、：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：i1Vg?L1L2C2V。i2图4 Q导通时SEPIC电路等效电路图（断续）图5 Q1关断Id连续时SEPIC电路等效电路图（断续）i1Vg?i1L1+E L2 C2=Vo -i2一图6 Q1关断且Id断续时SEPIC电路等效电路图（断续）第一个回路是电源、L1、C、L2，由于C1较大，L1、L2中的电流基本保持断续瞬间的值惯性流动；第二个回路是Co向负载供电回路。设开关关断后，D电流续流时间为Tff，对应占空比为D，由作用在Li上电压伏秒面积平衡原理，可得：U i Ton= U O +U Ci -U i

6、 Toff(11)根据L2上的伏秒原理：U ciTon =U oToff(12)可得：Uci=Uj=Vg(13)由上式可见，不管电路工作在连续还是断续模式，总有Uc1=Uj工作模态1：Q1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，L,电流连续的状态，设 Q1开通前：IL1=-1 L2 =i1(14)Ton结束时，L1、1_2上电流达到最大值，UilL1,pk=l1+T- DyTs(15)L1 Ui iL2,pk 二-h+ -DyTs(16)L2工作模态2:Q1关断，D导通，电路模态如图5。此时L1、L2同时向副边传输能量，G充电，Q1关断瞬间，二极管达到电流最

7、大值：i D, pk = iL1,pk +i L2, pkUiDTsLeq(17)该模态持续时间L1 L2L1 +L2D Ts ,模态2结束时应有：i =i .UiDTs UoDTsi L1, pk = i1 +iL2,pk =-i1 +UQTs UoDTsL2L2当1口+匚2=0时该模态结束，可计算出模态持续时间:DT= DTs DTs=U。Ui(21)工作模态3:Qi关断，D关断，电路模态如图6所示。此时Li，L2上的电流分别为ii，-ii 。二极管一个周期平均电流:I D,avg0.5D Tsid.pk=U2iDyTs=2LeqUo(22)由一个开关周期上输入输出功率平衡UilLl=Uo

8、iD .avg 可得输入电流I Li :Ili =(23)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:ClD11D.0DV40uH10.OOVIuFD1N4002&.744B-21V10 DOVWVdc .A/l = OVV2 = 5VTO =0TR =0TF- 0PW- 10usPER = 2QusR2AM110Ml JIRFG40 1* C2100uFL24QuH图7 sepic斩波电路电路原理图（连续 D=0.3） mil 00山皿丄西-仙丄帆沁aiD.Crtid图8 sepic斩波电路电感电流波形图（连续 D=0.3）UD.Chu-10V-IS&.AusBD.Dub4 TrLlzL .Ll = 2t + IO.lZ:2i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