CN203261235U - 高增益sepic变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开的是一种高增益SEPIC变换器的拓扑结构，它包括一个直流源输入源，一个独立升压电感，一个可控的功率开关管，一个带有两个绕组的耦合电感，两个中间储能电容，一个箝位二极管，一个单向整流二极管，一个箝位电容，一个输出二极管，一个输出滤波电容。与常规的SEPIC变换器相比，本实用新型的高增益SEPIC变换器能够实现输出电压对低输入电压的更高升压变比，且能减小功率开关管和二极管的峰值电压应力，控制方便且灵活等特点，适用于今后备用能源系统及光伏、燃料电池等可再生能源发电系统，具有良好的实用价值及推广前景。

Description

高增益SEPIC变换器
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域的直流-直流变换器，具体说是一种高增益SEPIC变换器。
背景技术
SEPIC变换器作为一种DC-DC变换器既可以实现升压，也可以实现降压。DC-DC变换器在工业生活中得到了广泛应用，如在光伏或燃料电池并网发电系统中，需要DC-DC变换器把光伏或燃料电池等直流源电压升高至一定的等级，来实现后级并网逆变器所需的直流母线电压。常规的SEPIC变换器提出的是有限升压增益。当输入电压较低时，为了达到较高的输出电压，其开关导通所需的占空比接近于1，功率开关管的电压应力较大，这样既会降低DC-DC变换器的工作效率，也会不易进一步提高开关频率。为了达到更高的升压变比，因此研究新型高性能且具有更高输出电压增益的SEPIC变换器，有着重要的理论意义和应用价值。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单，功率开关管少，成本较低，低开关电压应力的一种高增益SEPIC变换器。
为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是，高增益SEPIC变换器。如图1所示，包括一个直流源输入源(V in)，一个独立升压电感(L 1)，一个可控的功率开关管(Q)，一个带有两个绕组(L 2p、L 2s)的耦合电感，两个中间储能电容(C s1、C s2)，一个箝位二极管(D 1)，一个单向整流二极管(D 2)，一个箝位电容(C m)，一个输出二极管(D o)，一个输出滤波电容(C o)。
如图1所示，所述电路的具体连接方式如下：直流输入电源(V in)的正、负极分别与独立升压电感(L 1)的一端、功率开关管(Q)的源极相连，独立升压电感(L 1)的另一端与功率开关管(Q)的漏极和箝位二极管(D 1)的阳极相连，箝位二极管(D 1)的阴极和耦合电感的一个绕组(L 2p)的同名端相连，耦合电感的一个绕组(L 2p)的另一端和中间储能电容(C s1)的一端相连, 中间储能电容（C s1）的另一端连接到功率开关管(Q)的漏极，箝位电容(C m )的一端与箝位二极管(D 1)的阴极和单向整流二极管(D 2)的阳极相连，箝位电容(C m)的另一端与功率开关管(Q)的源极相连，中间储能电容(C s1)的一端和耦合电感的另一个绕组(L 2s)的同名端相连，耦合电感的另一个绕组(L 2s)的另一端与中间储能电容(C s2) 的一端相连，中间储能电容(C s2)的另一端与单向整流二极管(D 2)的阴极和输出二极管(D o)的阳极相连，输出二极管(D o) 的阴极和输出滤波电容(C o)的一端相连，输出滤波电容(C o)另一端与直流输入电源(V in)的负极相连。
本实用新型的高增益SEPIC变换器有三种工作模态：功率开关管(Q)导通，中间储能电容(C s1、C s2)充电，箝位电容(C m)放电模态；功率开关管(Q)导通，中间储能电容(C s1)充电，中间储能电容(C s2)悬浮，箝位电容(C m)放电模态；功率开关管(Q)关断，中间储能电容(C s1、C s2)放电，箝位电容(C m) 充电模态。在这三种模态下，实现变换器的运行。
附图说明
图1是本实用新型的一种高增益SEPIC变换器的拓扑结构图。
具体实施方式
本实用新型的高增益SEPIC变换器。如图1所示，包括一个直流源输入源(V in)，一个独立升压电感(L 1)，一个可控的功率开关管(Q)，一个带有两个绕组(L 2p、L 2s)的耦合电感，两个中间储能电容(C s1、C s2)，一个箝位二极管(D 1)，一个单向整流二极管(D 2)，一个箝位电容(C m)，一个输出二极管(D o)，一个输出滤波电容(C o)。所述电路的具体连接方式如下：直流输入电源(V in)的正、负极分别与独立升压电感(L 1)的一端、功率开关管(Q)的源极相连，独立升压电感(L 1)的另一端与功率开关管(Q)的漏极和箝位二极管(D 1)的阳极相连，箝位二极管(D 1)的阴极和耦合电感的一个绕组(L 2p)的同名端相连，耦合电感的一个绕组(L 2p)的另一端和中间储能电容(C s1)的一端相连, 中间储能电容（C s1）的另一端连接到功率开关管(Q)的漏极，箝位电容(C m )的一端与箝位二极管(D 1)的阴极和单向整流二极管(D 2)的阳极相连，箝位电容(C m)的另一端与功率开关管(Q)的源极相连，中间储能电容(C s1)的一端和耦合电感的另一个绕组(L 2s)的同名端相连，耦合电感的另一个绕组(L 2s)的另一端与中间储能电容(C s2) 的一端相连，中间储能电容(C s2)的另一端与单向整流二极管(D 2)的阴极和输出二极管(D o)的阳极相连，输出二极管(D o) 的阴极和输出滤波电容(C o)的一端相连，输出滤波电容(C o)另一端与直流输入电源(V in)的负极相连。
本实用新型的高增益SEPIC变换器，有三种工作模态，详细分析如下：
功率开关管(Q)导通模态，中间储能电容(C s1、C s2)充电，箝位电容(C m)放电模态。在此模态下，箝位二极管(D 1)和输出二极管(D o)关断，单向整流二极管(D 2)导通。其中，直流源输入源(V in)、独立升压电感(L 1)、功率开关管(Q)构成回路，直流源输入源(V in)向独立升压电感(L 1)充电，独立升压电感(L 1)上的电流(I L1)增加；中间储能电容(C s1)、耦合电感的一个绕组(L 2p)、箝位电容(C m)、功率开关管(Q)构成回路，耦合电感的一个绕组(L 2p) 向中间储能电容(C s1)充电，箝位电容(C m)处于放电状态；箝位电容(C m)、单向整流二极管(D 2)、中间储能电容(C s1、C s2)、耦合电感的另一个绕组(L 2s)、功率开关管(Q)构成回路，耦合电感的另一个绕组(L 2s)向中间储能电容(C s1、C s2)充电，箝位电容(C m)处于放电状态。
功率开关管(Q)导通模态，中间储能电容(C s1)充电，中间储能电容(C s2)悬浮，箝位电容(C m)放电模态。在此模态下，箝位二极管(D 1)、输出二极管(D o)、单向整流二极管(D 2) 关断。其中，直流源输入源(V in)、独立升压电感(L 1)、功率开关管(Q)构成回路，直流源输入源(V in)向独立升压电感(L 1)充电，独立升压电感(L 1)上的电流(I L1)增加，箝位电容(C m)处于放电状态；箝位电容(C m)、耦合电感的一个绕组(L 2p)、中间储能电容(C s1)、功率开关管(Q)构成回路，耦合电感的一个绕组(L 2p) 向中间储能电容(C s1)充电，箝位电容(C m)处于放电状态。
功率开关管(Q)关断模态，中间储能电容(C s1、C s2)放电，箝位电容(C m) 充电模态。在此模态下，箝位二极管(D 1)、输出二极管(D o)导通，单向整流二极管(D 2)关断。直流源输入源(V in)、独立升压电感(L 1)、箝位二极管(D 1)、箝位电容(C m)构成回路，独立升压电感(L 1)放电，其上的电流(I L1)减少，箝位电容(C m) 处于充电状态；直流源输入源(V in)、独立升压电感(L 1)、中间储能电容(C s1)、耦合电感的一个绕组(L 2p)、箝位电容(C m) 构成回路，中间储能电容(C s1) 处于放电状态，箝位电容(C m) 处于充电状态；直流源输入源(V in)、独立升压电感(L 1)、中间储能电容(C s1、C s2)、耦合电感的另一个绕组(L 2s)、输出二极管(D o)和输出端负载构成回路，中间储能电容(C s1、C s2)处于放电状态。
本实用新型的高增益SEPIC变换器，在这三种模态下，完成能量的转换。该变换器具有高升压变比、低开关电压应力，且结构简单，开关数量少的技术特点。

Claims (1)

1.一种高增益SEPIC变换器拓扑结构，其特征在于：包括一个直流源输入源(V in)，一个独立升压电感(L 1)，一个可控的功率开关管(Q)，一个带有两个绕组(L 2p 、L 2s)的耦合电感，两个中间储能电容(C s1 、C s2)，一个箝位二极管(D 1)，一个单向整流二极管(D 2)，一个箝位电容(C m)，一个输出二极管(D o)，一个输出滤波电容(C o)，输出滤波电容(C o)两端的电压即为输出电压，输出滤波电容(C o)两端接负载，具体连接方式如下：直流输入电源(V in)的正、负极分别与独立升压电感(L 1)的一端、功率开关管(Q)的源极相连，独立升压电感(L 1)的另一端与功率开关管(Q)的漏极和箝位二极管(D 1)的阳极相连，箝位二极管(D 1)的阴极和耦合电感的一个绕组(L 2p)的同名端相连，耦合电感的一个绕组(L 2p)的另一端和中间储能电容(C s1)的一端相连, 中间储能电容(C s1)的另一端连接到功率开关管(Q)的漏极，箝位电容(C m )的一端与箝位二极管(D 1)的阴极和单向整流二极管(D 2)的阳极相连，箝位电容(C m)的另一端与功率开关管(Q)的源极相连，中间储能电容(C s1)的一端和耦合电感的另一个绕组(L 2s)的同名端相连，耦合电感的另一个绕组(L 2s)的另一端与中间储能电容(C s2) 的一端相连，中间储能电容(C s2)的另一端与单向整流二极管(D 2)的阴极和输出二极管(D o)的阳极相连，输出二极管(D o) 的阴极和输出滤波电容(C o)的一端相连，输出滤波电容(C o)另一端与直流输入电源(V in)的负极相连。
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