CN115065239B - 一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器，涉及光伏技术领域，该变换器基于一个全新构造的三电平升压单元实现，利用三电平变换器结构，有效抑制了输出电压的纹波，使输出电流纹波低，可以消除由驱动延时差异引起传统三电平变换器两个开关管驱动波形的差异，避免两个输出电容电压差不断积加，解决了不能正常工作的问题，该变换器具有结构简单，具有高电压增益、器件应力低、输入电流连续、电流纹波低、开关管数量少等特点，且可以基本消除输入电源、耦合电感、开关管、大多数二极管的寄生参数对两个输出电容之间电压差的影响，可以很好的满足光伏发电领域的应用需要。

Description

一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其是一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器。
背景技术
由于能源危机与环境污染严重，专家学者致力于研究和开发以太阳能、风能为代表的可再生新能源应用，其中，太阳能已得到广泛的应用。在光伏发电系统中，如何把光伏组件较低的电压高效转换为可供逆变器使用的母线电压，是提高光伏系统效率与结构灵活性的关键技术。但常规Boost变换器由于寄生参数影响，占空比较高时，导致Boost变换器电压增益较低，开关管电压应力大、损耗严重，所以传统Boost无法提供高电压增益来满足并网需求。随之出现了级联型Boost变换器等结构，虽然通过级联可以提高电压增益，但电路的复杂性也随之升高，使用器件数量多，效率低且电路可靠性低。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器，本发明的技术方案如下：
一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器，该直流三电平Sepic变换器包括Sepic电路以及三电平升压单元，所述三电平升压单元连接在所述Sepic电路的输入电源Vin和负载R之间；
在所述三电平升压单元中，耦合电感原边绕组L2的第一端连接续流二极管D1的阳极、续流二极管D3的阴极、电容C4的第一端、输出电容Co1的第一端、所述三电平升压单元的正输入端以及所述三电平升压单元的输出电压参考点；所述耦合电感原边绕组L2的第二端连接耦合电感副边绕组L3的第一端以及所述三电平升压单元的负输入端；耦合电感副边绕组L3的第二端连接电容C3的第一端以及电容C2的第一端，电容C2的第二端连接续流二极管D1的阴极以及续流二极管D2的阳极；续流二极管D2的阴极连接电容C4的第二端以及所述三电平升压单元的正负载端；电容C3的第二端连接续流二极管D3的阳极以及输出二极管Do的阴极，输出二极管Do的阳极连接输出电容Co1的第二端以及所述三电平升压单元的负负载端；
所述三电平升压单元通过正输入端和负输入端连接至Sepic电路的输入电源Vin，所述三电平升压单元通过正负载端和负负载端连接Sepic电路的负载R。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器,该变换器基于一个全新构造的三电平升压单元，结构简单，具有高电压增益、器件应力低、输入电流连续、电流纹波低、开关管数量少等特点，可以很好的满足光伏发电领域的应用需要。该变换器可以消除由驱动延时差异引起传统三电平变换器两个开关管驱动波形的差异，避免两个输出电容电压差不断积加，解决了不能正常工作的问题。
本申请的直流三电平Sepic变换器中采用了无源钳位结构，为耦合电感漏感能量的释放提供了回路，降低开关管电压尖峰，且抑制了半导体器件的反向恢复电流，提高了变换器效率。
利用三电平变换器结构，输入电源、耦合电感、开关管、大多数二极管的寄生参数对输出电容之间电压平衡没有影响，故三电平变换器两个输出电容电压具有极强的自我平衡能力，输出电压纹波小。同时拥有三电平结构，有效抑制了输出电压的纹波，使输出电流纹波低，输出电容容值小，体积小，有效提高了系统使用寿命，提升了该变换器的性能。
该变换器中开关管的占空比的范围可以在0～1全范围内，且在全范围内都有高增益特点，而通过设计开关管的开关控制信号的占空比在0.5左右可以进一步减少输出电压纹波。
该变换器中可使用低压小容值CBB电容代替高电压大容值电解电容，从而减小输出电容体积，缩减成本，有效提高系统使用寿命。
附图说明
图1是一个实施例中的三电平升压单元的电路图。
图2是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器的电路图。
图3是另一个实施例中的直流三电平Sepic变换器的电路图。
图4是图3所示的直流三电平Sepic变换器的等效电路图。
图5是对图4简化后的等效电路图。
图6是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器在第一模态时基于图5的电流流通示意图。
图7是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器在第二模态时基于图5的电流流通示意图。
图8是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器在第三模态时基于图5的电流流通示意图。
图9是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器在第四模态时基于图5的电流流通示意图。
图10是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器在第五模态时基于图5的电流流通示意图。
图11是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器在第六模态时基于图5的电流流通示意图。
图12是一个实施例的直流三电平Sepic变换器在一个开关周期的工作波形图。
图13是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器的输出电容的电压之间的电压差与开关管的开关控制信号的占空比之间的关系图。
图14是一个实例中的直流三电平Sepic变换器的输出电压的电压纹波与开关管的开关控制信号的占空比之间的关系图。
图15是一个实施例中的直流三电平Sepic变换器的输出电压的波形图。
图16-19是一个实例中的直流三电平Sepic变换器的工作波形实测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器，该直流三电平Sepic变换器包括Sepic电路以及三电平升压单元，三电平升压单元连接在Sepic电路的输入电源Vin和负载R之间。请参考图1，在三电平升压单元中，耦合电感原边绕组L2的第一端连接续流二极管D1的阳极、续流二极管D3的阴极、电容C4的第一端、输出电容Co1的第一端、三电平升压单元的正输入端(图1中的+端)以及三电平升压单元的输出电压参考点O。耦合电感原边绕组L2的第二端连接耦合电感副边绕组L3的第一端以及三电平升压单元的负输入端(图1中的-端)。耦合电感副边绕组L3的第二端连接电容C3的第一端以及电容C2的第一端，电容C2的第二端连接续流二极管D1的阴极以及续流二极管D2的阳极；续流二极管D2的阴极连接电容C4的第二端以及三电平升压单元的正负载端(P端)。电容C3的第二端连接续流二极管D3的阳极以及输出二极管Do的阴极，输出二极管Do的阳极连接输出电容Co1的第二端以及三电平升压单元的负负载端(N端)。开关管S为MOS管或IGBT。本领域技术人员可以理解的是，电容C4也为输出电容。
三电平升压单元通过正输入端和负输入端连接至Sepic电路的输入电源Vin，三电平升压单元通过正负载端和负负载端连接Sepic电路的负载R。具体的请参考图2，Sepic电路包括输入电源Vin、负载R、滤波电感L1、电容C1以及开关管S，输入电源Vin的正极连接滤波电感L1的第一端，滤波电感L1的第二端连接开关管S的漏极以及三电平升压单元的正输入端；输入电源Vin的负极连接开关管S的源极以及电容C1的第一端，电容C1的第二端连接三电平升压单元的负输入端；负载R的两端分别连接三电平升压单元的正负载端和负负载端；三电平升压单元的输出电压参考点接地。负载R两端的电压为输出电压Vo，流过负载R的电流为输出电流Io。
进一步的，如图3所示，该直流三电平Sepic变换器还包括无源钳位电路，所述无源钳位电路包括续流二极管D4和电容C5，续流二极管D4连接在耦合电感原边绕组L2与续流二极管D1之间，续流二极管D4的阴极连接续流二极管D1的阳极，续流二极管D4的阳极连接耦合电感原边绕组L2的第一端；电容C5的第一端连接续流二极管D4的阴极，电容C5的第二端连接耦合电感原边绕组L2的第二端。
考虑电路中的器件的寄生参数的影响，图3所示的直流三电平Sepic变换器的电路结构的等效电路图如图4所示。输入电源Vin实际等效为输入电源Vin与等效内阻Rin的串联结构。滤波电感L1等效为滤波电感L1及其等效电阻的串联结构。开关管S等效为开关管S及其导通电阻RDS的串联结构。耦合电感原边绕组L2等效为理想变压器的耦合电感原边绕组L2及其等效电阻/>和漏感/>的串联结构。耦合电感副边绕组L3等效为理想变压器的耦合电感副边绕组L3及其等效电阻/>和漏感/>的串联结构，N是耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的匝数比。每个续流二极管等效为该续流二极管及其电压降Vd和导通内阻Rd的串联结构，且各个续流二极管的电压降Vd以及导通内阻Rd均相等。
为了简化模态分析，首先对图4所示的等效电路图进行简化，得到简化后的等效电路图如图5所示，耦合电感原边绕组L2和耦合电感副边绕组L3可以等效为：耦合线圈漏感LK的正极连接耦合电感原边绕组L2的第一端，耦合线圈漏感LK的负极连接续流二极管D4的阳极，磁化电感LM的负极连接正极连接耦合电感原边绕组L2的第一端，磁化电感LM的正极连接耦合电感原边绕组L2的第二端。图5中的耦合线圈漏感LK包括图4中的耦合电感原边绕组L2的漏感和耦合电感副边绕组L3的漏感/>其他器件的寄生参数暂时忽略不做考虑。图5还示出了电路中各个电感和电容的正负极，L1的第一端、C1的第二端、电容C2的第二端、电容C5的第一端、耦合电感原边绕组L2的第二端、耦合电感副边绕组L3的第二端、电容C3的第一端、输出电容Co1的第一端以及电容C4的第二端为正。
结合图5所示的简化后的等效电路图，该直流三电平Sepic变换器在开关管S的一个开关周期内的工作过程依次包括六个模态：
(1)第一模态：开关管S零电流导通，输入电源Vin对滤波电感L1充电，耦合电感原边绕组L2向耦合电感副边绕组L3传输能量，耦合线圈漏感LK和磁化电感LM的电流线性减小；电容C1和输出电容Co1充电；当耦合电感副边绕组L3的电流减小至零时，第一模态结束。基于图5，第一模态的等效电路图如图6所示，虚线箭头表示电流走向。
(2)第二模态：开关管S继续导通，续流二极管D1和输出二极管Do零电流关断，续流二极管D2和续流二极管D3零电流导通；耦合线圈漏感LK和磁化电感LM的电流继续减小；电容C4和电容C3充电，输出电容Co1给负载R供电；当耦合线圈漏感LK的电流减小至零时，第二模态结束。基于图5，第二模态的等效电路图如图7所示。
(3)第三模态：开关管S继续导通，电容C1给耦合线圈漏感LK和磁化电感LM充电，电流开始正向增大，电容C4和电容C3继续充电，当开关管S关断时，第三模态结束。基于图5，第三模态的等效电路图如图8所示。
(4)第四模态：开关管S关断，续流二极管D4导通，耦合线圈漏感LK的能量转移到电容C1和电容C5中，耦合电感原边绕组L2的电流以及耦合电感副边绕组L3的电流减小，使得续流二极管D2和续流二极管D3零电流关断，第四模态结束。基于图5，第四模态的等效电路图如图9所示。
(5)第五模态：输出二极管Do导通，电容C5先充电再放电，使得电容C2充电，耦合电感原边绕组L2的电流以及耦合电感副边绕组L3的电流反向增大；输入电源Vin与滤波电感L1、电容C3和耦合电感副边绕组L3串联给电容C1和输出电容Co1充电；随着电容C5放电，续流二极管D4的电流减小到零，第五模态结束。基于图5，第五模态的等效电路图如图10所示。
(6)第六模态：输入电源Vin与滤波电感L1、耦合电感原边绕组L2和电容C5串联给电容C2充电，直到下一个开关周期开始时，第六模态结束。基于图5，第六模态的等效电路图如图11所示。
该直流三电平Sepic变换器在开关管S的一个开关周期内的工作波形如图12所示，常规变换器的拓扑结构中，开关管S的开关控制信号的占空比D的工作范围为0.5～1，并且在占空比D略大于0.5时电压增益低。而本申请由于优化了拓扑结构，开关管S的开关控制信号的占空比D的工作范围为0～1，且在全范围内都具有高增益，相比于常规拓扑结构来说，拓宽了占空比D的工作范围，且可以有效提高电压增益。
其中，VGS是开关管S的开关控制信号，是滤波电感L1的电流，/>是耦合电感原边绕组L2的电流，/>是耦合电感副边绕组L3的电流，/>是耦合电感副边绕组L3两端的电压。IDS是流过开关管S的电流，VDS是开关管S两端的电压。/>是流过输出二极管Do的电流，/>是流过续流二极管D1的电流，/>是流过续流二极管D2的电流，/>是流过续流二极管D3的电流，是流过续流二极管D4的电流。/>是输出二极管Do两端的电压，/>是续流二极管D1两端的电压，/>是续流二极管D2两端的电压，/>是续流二极管D3两端的电压流，/>是续流二极管D4两端的电压。t0是开关控制信号的上升沿的时刻，也即开关管S导通的时刻，t1是耦合电感副边绕组L3电流反向减小到零的时刻，t2是耦合电感原边绕组L2电流反向减小到零的时刻，t3是开关控制信号的下降沿的时刻，t4是耦合电感原边绕组L2正向减小到零的时刻，t5是续流二极管D4电流减小到零的时刻，t6是下一个开关周期的上升沿，也即是下一个开关周期的t0。
只考虑第三模态、第五模态和第六模态分析可得：
其中，依次为滤波电感L1在第三模态、第五模态和第六模态时的电压，/>依次为磁化电感LM在第三模态、第五模态和第六模态时的电压，依次为耦合线圈漏感LK在第三模态、第五模态和第六模态时的电压。
由此可得到电压应力为：
其中，依次是电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和输出电容Co1两端的电压，/>依次是续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4和输出二极管Do两端的电压，VDS是开关管S两端的电压；N表示耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的匝数比，D是开关管S的开关控制信号的占空比，Vo是输出电压，K表示耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的耦合系数。
由此可得电压增益MCCM为：
根据式(1)-(3)可对变换器进行参数设计。
基于所述直流三电平Sepic变换器的第三模态、第五模态和第六模态确定输出电容Co1的电压以及电容C4的电压/>的表达式分别为：
输出电容Co1的电压以及电容C4的电压/>的电压差ΔV为：
根据式(4)和(5)计算出电压纹波，可设计变换器。在二极管电压降为0.5V、导通电阻为0.02/0.04Ω、额定400W/400V时，输出电容Co1和电容C4静态工作条件下的电压差与占空比的关系图如图13所示。
当电容C4与输出电容Co1的容值相同均为C时，确定输出电压Vo的变化值ΔVo为：
由式(6)可得输出电压的电压纹波与占空比的关系图如图14所示。由此可以看出，该直流三电平Sepic变换器的输出电压Vo的变化值与器件的寄生参数不相关，各个器件的寄生参数包括输入电源Vin的等效内阻Rin、开关管S的导通电阻RDS、滤波电感L1的等效电阻耦合电感原边绕组L2的等效电阻/>及其漏感/>耦合电感副边绕组L3的等效电阻及其漏感/>各个续流二极管的电压降Vd以及各个续流二极管的导通内阻Rd，各个续流漏感/>二极管的电压降Vd以及导通内阻Rd均相等，N是耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的匝数比。在开关管S的开关控制信号的占空比D的0～1的范围内，当进一步设定开关管S的开关控制信号的占空比D＝0.5±δ，可以使得输出电压纹波在预定误差范围内，δ表示占空比误差，也即通过设定占空比D在0.5左右，就能有效抑制输出电压纹波，理论上可以使得输出电压变化值为0。该变换器在一个实施例中的输出电压的波形图如图15所示，可以看出该变换器对输出电压纹波具有很好的抑制作用。
另外，由于本申请的变换器的拓扑结构的特殊性，本申请中的输出电容Co1和电容C4可以像传统结构一样采用电解电容实现。或者在一个实施例中，输出电容Co1和电容C4为CBB电容，也即可以使用低压小容值CBB电容代替高电压大容值的电解电容，从而可以减小输出电容的体积，也可以提高系统寿命、减小输出电压纹波。
在一个实例中，该高增益Sepic直流变换器在开关管S的一个开关周期内的工作波形如图16-19所示，其中，输入电压Vin＝40V，输出电压Vo＝400V，开关管S两端的电压VDS的纵坐标为50伏/单元格(V/div)。输出电压Vo的纵坐标为200伏/单元格。耦合电感原边绕组L2两端的电压的纵坐标为50伏/单元格。耦合电感原边绕组L2的电流/>的纵坐标为10安/单元格(A/div)。耦合电感副边绕组L3两端的电压/>的纵坐标为100伏/单元格。流过耦合电感副边绕组L3的电流/>的纵坐标为10安/单元格。输出电容Co1两端的电压/>的纵坐标为50伏/单元格，电容C4两端的电压的纵坐标为50伏/单元格。续流二极管D4两端的电压的纵坐标为50伏/单元格，续流二极管D4的电流的纵坐标为10安/单元格。图16-19中横轴的时间均为5微秒/单元格(μs/div)。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于光伏发电的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，所述直流三电平Sepic变换器包括Sepic电路以及三电平升压单元，所述三电平升压单元连接在所述Sepic电路的输入电源Vin和负载R之间；
在所述三电平升压单元中，耦合电感原边绕组L2的第一端连接续流二极管D1的阳极、续流二极管D3的阴极、电容C4的第一端、输出电容Co1的第一端、所述三电平升压单元的正输入端以及所述三电平升压单元的输出电压参考点；所述耦合电感原边绕组L2的第二端连接耦合电感副边绕组L3的第一端以及所述三电平升压单元的负输入端；耦合电感副边绕组L3的第二端连接电容C3的第一端以及电容C2的第一端，电容C2的第二端连接续流二极管D1的阴极以及续流二极管D2的阳极；续流二极管D2的阴极连接电容C4的第二端以及所述三电平升压单元的正负载端；电容C3的第二端连接续流二极管D3的阳极以及输出二极管Do的阴极，输出二极管Do的阳极连接输出电容Co1的第二端以及所述三电平升压单元的负负载端；
所述三电平升压单元通过正输入端和负输入端连接至Sepic电路的输入电源Vin，所述三电平升压单元通过正负载端和负负载端连接Sepic电路的负载R。
2.根据权利要求1所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，所述Sepic电路包括输入电源Vin、负载R、滤波电感L1、电容C1以及开关管S，所述输入电源Vin的正极连接所述滤波电感L1的第一端，所述滤波电感L1的第二端连接所述开关管S的漏极以及所述三电平升压单元的正输入端；所述输入电源Vin的负极连接所述开关管S的源极以及电容C1的第一端，电容C1的第二端连接所述三电平升压单元的负输入端；所述负载R的两端分别连接所述三电平升压单元的正负载端和负负载端；所述三电平升压单元的输出电压参考点接地。
3.根据权利要求2所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，所述直流三电平Sepic变换器还包括无源钳位电路，所述无源钳位电路包括续流二极管D4和电容C5，续流二极管D4连接在耦合电感原边绕组L2与续流二极管D1之间，续流二极管D4的阴极连接续流二极管D1的阳极，续流二极管D4的阳极连接耦合电感原边绕组L2的第一端；电容C5的第一端连接续流二极管D4的阴极，电容C5的第二端连接耦合电感原边绕组L2的第二端。
4.根据权利要求1所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，电容C4和输出电容Co1均为CBB电容。
5.根据权利要求3所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，当电容C4与输出电容Co1的容值相同均为C时，所述直流三电平Sepic变换器的输出电压的输出电压Vo的变化值Io是输出电流，Ts是开关管S的开关控制信号的开关周期，D是开关管S的开关控制信号的占空比；
所述直流三电平Sepic变换器的输出电压Vo的变化值与器件的寄生参数不相关，各个器件的寄生参数包括输入电源Vin的等效内阻Rin、开关管S的导通电阻RDS、滤波电感L1的等效电阻耦合电感原边绕组L2的等效电阻/>及其漏感/>耦合电感副边绕组L3的等效电阻/>及其漏感/>各个续流二极管的电压降Vd以及各个续流二极管的导通内阻Rd，各个续流漏感/>二极管的电压降Vd以及导通内阻Rd均相等，N是耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的匝数比。
6.根据权利要求5所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，开关管S的开关控制信号的占空比D＝0.5±δ使得输出电压纹波在预定误差范围内，δ表示占空比误差。
7.根据权利要求5所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，所述直流三电平Sepic变换器在开关管S的一个开关周期内的工作过程依次包括六个模态：
(1)第一模态：开关管S零电流导通，输入电源Vin对滤波电感L1充电，耦合电感原边绕组L2向耦合电感副边绕组L3传输能量，耦合线圈漏感LK和磁化电感LM的电流线性减小；电容C1和输出电容Co1充电；当耦合电感副边绕组L3的电流减小至零时，第一模态结束；
(2)第二模态：开关管S继续导通，续流二极管D1和输出二极管Do零电流关断，续流二极管D2和续流二极管D3零电流导通；耦合线圈漏感LK和磁化电感LM的电流继续减小；电容C4和电容C3充电，输出电容Co1给负载R供电；当耦合线圈漏感LK的电流减小至零时，第二模态结束；
(3)第三模态：开关管S继续导通，电容C1给耦合线圈漏感LK和磁化电感LM充电，电流开始正向增大，电容C4和电容C3继续充电，当开关管S关断时，第三模态结束；
(4)第四模态：开关管S关断，续流二极管D4导通，耦合线圈漏感LK的能量转移到电容C1和电容C5中，耦合电感原边绕组L2的电流以及耦合电感副边绕组L3的电流减小，使得续流二极管D2和续流二极管D3零电流关断，第四模态结束；
(5)第五模态：输出二极管Do导通，电容C5先充电再放电，使得电容C2充电，耦合电感原边绕组L2的电流以及耦合电感副边绕组L3的电流反向增大；输入电源Vin与滤波电感L1、电容C3和耦合电感副边绕组L3串联给电容C1和输出电容Co1充电；随着电容C5放电，续流二极管D4的电流减小到零，第五模态结束；
(6)第六模态：输入电源Vin与滤波电感L1、耦合电感原边绕组L2和电容C5串联给电容C2充电，直到下一个开关周期开始时，第六模态结束；
其中，耦合线圈漏感LK包括耦合电感原边绕组L2的漏感和耦合电感副边绕组L3的漏感/>耦合线圈漏感LK的正极连接耦合电感原边绕组L2的第一端，耦合线圈漏感LK的负极连接续流二极管D4的阳极，磁化电感LM的负极连接正极连接耦合电感原边绕组L2的第一端，磁化电感LM的正极连接耦合电感原边绕组L2的第二端。
8.根据权利要求7所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，基于所述直流三电平Sepic变换器的第三模态、第五模态和第六模态确定输出电容Co1的电压以及电容C4的电压/>的表达式分别为：
输出电容Co1的电压以及电容C4的电压/>的电压差ΔV为：
当电容C4与输出电容Co1的容值相同均为C时，确定输出电压Vo的变化值ΔVo为：
其中，是耦合电感原边绕组L2在第三模态时的电压，/>是耦合电感原边绕组L2的漏感/>在第三模态时的电压，/>是耦合电感副边绕组L3在第三模态时的电压，/>是耦合电感副边绕组L3的漏感/>在第三模态时的电压；/>是耦合电感原边绕组L2在第五模态和第六模态时的电压，/>是耦合电感原边绕组L2的漏感/>在第五模态和第六模态时的电压，/>是耦合电感副边绕组L3的漏感/>在第五模态和第六模态时的电压；/>是耦合电感原边绕组L2在第三模态时的电流，/>是耦合电感原边绕组L2在第五模态和第六模态时的电流，/>是耦合电感副边绕组L3在第三模态时的电流，/>是耦合电感副边绕组L3在第五模态和第六模态时的电流；/>是流过输出二极管Do的电流，/>是流过续流二极管D1的电流，/>是流过续流二极管D2的电流，/>是流过续流二极管D3的电流，/>是流过续流二极管D4的电流。
9.根据权利要求7所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，所述直流三电平Sepic变换器的电压增益为：
其中，D表示开关管S的开关控制信号的占空比，N表示耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的匝数比。
10.根据权利要求9所述的直流三电平Sepic变换器，其特征在于，基于所述直流三电平Sepic变换器的第三模态、第五模态和第六模态确定：
其中，依次为滤波电感L1在第三模态、第五模态和第六模态时的电压，依次为磁化电感LM在第三模态、第五模态和第六模态时的电压，依次为耦合线圈漏感LK在第三模态、第五模态和第六模态时的电压；
得到电压应力包括：
其中，依次是电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和输出电容Co1两端的电压，/>依次是续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4和输出二极管Do两端的电压，VDS是开关管S两端的电压；N表示耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的匝数比，D是开关管S的开关控制信号的占空比，Vo是输出电压，K表示耦合电感原边绕组L2与耦合电感副边绕组L3的耦合系数，t2是耦合电感原边绕组L2电流反向减小到零的时刻，t3是开关控制信号的下降沿的时刻，t4是耦合电感原边绕组L2正向减小到零的时刻，t5是续流二极管D4电流减小到零的时刻，t6是下一个开关周期的上升沿。
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