CN114552970A - 一种二次型sepic变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二次型SEPIC变换器，属于DC/DC升降压变换器设计领域。本发明在原SEPIC变换器中，插入一个包含4个元件的3端网络，该3端网络包含1个电感、1个电容、1个开关和1个二极管，从而得到二次型SEPIC变换器。本发明的二次型SEPIC变换器具有更宽范围的升降压变换能力，同时其开关管的电压应力更低。相比于传统的SEPIC变换器，在合适的占空比范围内，升降压范围明显增大，同时输入电流连续，并且开关管的电压应力可以得到较大降低。

Description

一种二次型SEPIC变换器
技术领域
本发明涉及一种二次型SEPIC变换器，属于DC/DC升降压变换器设计领域。
背景技术
随着太阳能、燃料电池等新能源技术的发展和应用，升降压变换器的输入电压可能会在较大的范围内变化，变换器需要能够在更宽的范围内进行升降压变换，以达到稳定的输出电压。因此需要设计变换范围更宽的buck-boost变换器来实现电能变换。
如果采用传统的buck-boost变换器，占空比必须在很接近于1或者0的时候，才能获得比较高或者比较低的增益。这种情况下，开关管将会面临比较严重的反向恢复问题。如果利用级联的方式将两个buck-boost变换器连接在一起，那么开关管的应力将会比较大。
发明内容
针对现有SEPIC变换器存在的技术问题，本发明提出一种二次型SEPIC变换器。在原SEPIC变换器中，插入一个包含4个元件的3端网络，从而得到二次型SEPIC变换器。传统的SEPIC变换器的电压增益为
Figure BDA0003502797890000011
其开关的归一化电压应力(VS/Vo)为
Figure BDA0003502797890000012
而本发明的二次型SEPIC变换器具有更宽范围的升降压变换能力，同时其开关管的电压应力更低。相比于传统的SEPIC变换器，在合适的占空比范围内，升降压范围明显增大，同时输入电流连续，并且开关管的电压应力可以得到较大降低。
本发明采取的技术方案是：
一种二次型SEPIC变换器，在SEPIC变换器中插入一个包含4个元件的三端网络；所述的4个元件，包括：1个电感、1个电容、1个开关和1个二极管；其中，1个电感、1个开关和1个二极管组成一个回路，二极管的阴极和电感连接在一起，然后与电容的1个端子连接，电容的另一个端子与负载的地连接。
二次型SEPIC变换器中一共包含3个电感、3个电容、2个开关和2个二极管；两个开关同时导通，同时关断；两个二极管与两个开关的动作相反，当开关导通时，二极管关断；当开关管关断时，二极管导通；二次型SEPIC变换器的输入电流连续，连续导通模式下(CCM)，假设占空比为D，二次型SEPIC变换器的电压增益为
Figure BDA0003502797890000021
两个开关的归一化电压应力(VS/Vo)分别为
Figure BDA0003502797890000022
本发明的有益效果：本发明的二次型SEPIC变换器具有更宽范围的升降压增益，开关管的归一化电压应力更小，输入电流连续。
附图说明
图1是本发明的二次型SEPIC变换器电路图。
图2(a)是CCM模式下本发明的二次型SEPIC变换器等效电路图之一。
图2(b)是CCM模式下本发明的二次型SEPIC变换器等效电路图之二。
图3是本发明的二次型SEPIC变换器直流增益曲线。
图4是本发明的二次型SEPIC变换器开关管的归一化电压应力曲线。
图中：1二极管；2电感；3开关；4电容。
具体实施方案
下面结合附图和技术方案，对本发明具体实施方案作详细说明。
1.二次型SEPIC变换器拓扑
本发明所提出的二次SEPIC变换器的拓扑如图1所示。在传统的SEPIC变换器中，插入包含4个电路元件的3端网络，如图1中的虚线框内所示，其中包含1个电感2、1个电容4、1个开关3和1个二极管1。该3端网络中的开关3、二极管1和电感2组成一个回路，二极管1的阴极和电感2连接在一起，然后和电容4的1个端子连接，电容4的另一个端子和负载的地连接。
本发明的二次型SEPIC变换器中一共包含3个电感，3个电容，2个开关和2个二极管。两个开关同时导通，同时关断。两个二极管与两个开关的动作相反，当开关导通时，二极管关断；当开关关断时，二极管导通。
2.二次型SEPIC变换器稳态分析
假设输入电压为Vin，输出电压为Vo，占空比为D。在CCM模式下，二次型SEPIC变换器的等效电路如图2(a)和图2(b)所示。
根据电感电压的伏秒平衡，得到：
VC1＝Vin
Figure BDA0003502797890000031
Figure BDA0003502797890000032
其中，VC1和V4分别是电容C1和电容4的电压应力。
变换器的输出电压增益为：
Figure BDA0003502797890000033
二次型SEPIC变换器的增益曲线如图3所示。通过图3可以看出，在相同的占空比变化范围内，二次型SEPIC变换器的增益范围相比于传统的SEPIC变换器更宽。
开关S1和开关3的电压应力如式(2)所示，
Figure BDA0003502797890000041
二次型SEPIC变换器开关管的归一化电压应力(VS/Vo)曲线如图4所示。由图4可见，二次型SEPIC变换器的两个开关管的归一化电压应力均小于传统的SEPIC变换器的开关管的归一化电压应力。
开关S1和开关3的电流应力如式(3)所示，
Figure BDA0003502797890000042
二极管D1和二极管1的平均电流如式(4)所示，
Figure BDA0003502797890000043
电感L1、电感L2和电感2的平均电流如式(5)所示，
Figure BDA0003502797890000044
电容C1、电容4和电容Co上的电流有效值如式(6)所示，
Figure BDA0003502797890000045

Claims (1)

1.一种二次型SEPIC变换器，其特征在于，SEPIC变换器中插入一个包含4个元件的三端网络；所述的4个元件，包括：1个电感、1个电容、1个开关和1个二极管；其中，1个电感、1个开关和1个二极管组成一个回路，二极管的阴极和电感连接在一起，然后与电容的1个端子连接，电容的另一个端子与负载的地连接；
该二次型SEPIC变换器中一共包含3个电感、3个电容、2个开关和2个二极管；两个开关同时导通，同时关断；两个二极管与两个开关的动作相反，当开关导通时，二极管关断；当开关管关断时，二极管导通；
二次型SEPIC变换器的输入电流连续，连续导通模式下(CCM)，假设占空比为D，二次型SEPIC变换器的电压增益为
Figure FDA0003502797880000011
两个开关的归一化电压应力(VS/Vo)分别为
Figure FDA0003502797880000012
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