CN203590023U - 一种宽增益sepic变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种宽增益zeta变换器，主要包括一个开关管，三个功率电感，两个中间储能电容，一个输出电容，和三个二极管。本实用新型时利用电感-电容-二极管网络的内在特性，开关管关断时，第二功率电感给第一中间储能电容充电，第一功率电感放电，当开关管导通时，第一中间储能电容和输入电源同时给第一功率电感充电，从而升高输出电压，结合传统zeta变换器的原有特性实现变换器输出电压增益的拓展。

Description

一种宽增益sepic变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种宽增益sepic变换器。

背景技术

随着生活和工业的发展，对电力电子变换器的要求越来越高，同时具有升压和降压功能的sepic变换器在越来越多的工业领域得到了不同程度的应用。但是传统的sepic变换器受其固有特性的限制，输出电压的变化范围较小，输出电压通常只能为输入电压的0～9倍。在低电压输入高电压输出的场合，如分布式能源并网系统和燃料电池系统，传统sepic变换器变得不再适用。为了扩大传统sepic变换器的适用范围，有必要通过技术改进拓展其输出电压增益。通过级联的方法可以实现上述目标但是会带来开关管数量增加、系统稳定性降低和效率下降等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种宽增益sepic变换器。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种宽增益sepic变换器，主要包括输入电源、功率开关管、第一电感、第二电感、第三电感、第一中间储能电容、第二中间储能电容、输出电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管和负载。

所述第一二极管的阳极分别与第一电感的一端、输入电源的正极连接；

所述第一二极管的阴极分别与第二二极管的阴极、第二电感的一端连接；

所述第二二极管的阳极分别与第一电感的另一端、第一中间储能电容的一端连接；

所述功率开关管的漏极分别与第二电感的另一端、第一中间储能电容的另一端、第二中间储能电容的一端连接；

所述第二中间储能电容的另一端分别与第三电感的另一端、第三二极管的阳极连接；

所述第三二极管的阴极分别与输出电容的一端、负载的一端连接；

所述功率开关管的源极、第三电感的另一端、输出电容的另一端和负载的另一端均与输入电源的负极连接。

所述第一二极管、第二二极管、第三二极管为快恢复二极管。

与现有技术相比本实用新型具有如下优点：

本实用新型无需额外的功率开关管，结构简单，控制方便；本实用新型工作时利用电感-电容-二极管网络的内在特性，功率开关管关断时，第二电感给第一中间储能电容充电，第一电感放电，当功率开关管导通时，第一中间储能电容和输入电源同时给第一电感充电，从而升高输出电压，结合传统sepic变换器的特性实现变换器输出电压增益的拓展。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种宽增益sepic变换器的实施例的电路图；

图2a和图2b分别是图1所示电路图在一个开关周期内的主要工作模态图。其中图2a是工作模态1的电路图，图2b是工作模态2的电路图。图中实线表示变换器中有电流流过的部分，虚线表示变换器中没有电流流过的部分；

图3是本实用新型所述变换器与传统sepic变换器的增益对比曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种宽增益sepic变换器，主要包括输入电源V_g、功率开关管S、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第一中间储能电容C₁、第二中间储能电容C₂、输出电容C₃、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃和负载R。

所述第一二极管D₁的阳极分别与第一电感L₁的一端、输入电源V_g的正极连接；

所述第一二极管D₁的阴极分别与第二二极管D₂的阴极、第二电感L₂的一端连接；

所述第二二极管D₂的阳极分别与第一电感L₁的另一端、第一中间储能电容C₁的一端连接；

所述功率开关管S的漏极分别与第二电感L₂的另一端、第一中间储能电容C₁的另一端、第二中间储能电容C₂的一端连接；

所述第二中间储能电容C₂的另一端分别与第三电感L₃的另一端、第三二极管D₃的阳极连接；

所述第三二极管D₃的阴极分别与输出电容C₃的一端、负载R的一端连接；

所述功率开关管S的源极、第三电感L₃的另一端、输出电容C₃的另一端和负载R的另一端均与输入电源V_g的负极连接。

如图2a和图2b所示，一种宽增益sepic变换器在一个开关周期内主要有2个工作模态，分别描述如下：

工作模态1：

如图2a所示，功率开关管S开通，第一二极管D₁导通，第二二极管D₂和第三二极管D₃截止。输入电源V_g和第一中间储能电容C₁共同给第一电感L₁充电，同时输入电源V_g单独给第二电感L₂充电，第一电感L₁和第二电感L₂储能，第一中间储能电容C₁释放能量。第二中间储能电容C₂通过开关管S给第三电感L₃充电，第三电感L₃储能。输出电容C₃给负载R提供能量。

此工作模态下，相关电气参数关系式为：

V_L1＝V_g+V_C1         （1）

V_L2＝V_g           （2）

V_L3＝V_C2            （3）

其中，V_g表示输入电源电压，V_L1表示第一电感L₁在此工作模态下的两端电压，V_L2表示第二电感L₂在此工作模态下的两端电压，V_L3表示第三电感L₃在此工作模态下的两端电压，V_C1表示第一中间储能电容C₁两端电压，V_C2表示第二中间储能电容C₂两端电压。

工作模态2：

如图2b所示，功率开关管S关断，第二二极管D₂和第三二极管D₃导通，第一二极管D₁截止。第二电感L₂经第二二极管D₂向电容C₁释放能量，第一中间储能电容C₁储能，第一电感L₁经第三二极管D₃释放能量，第二中间储能电容C₂储能。同时，第三电感L₃经第三二极管D₃续流，向负载R释放能量。

此工作模态下，相关电气参数关系式为：

V′_L1＝V_o+V_C2-V_C1-V_g          （4）

V′_L2＝V_C1      （5）

V′_L3＝V_o       （6）

其中，V′_L1表示第一电感L₁在此工作模态下的两端电压，V′_L2表示第二电感L₂在此工作模态下的两端电压，V′_L3表示第三电感L₃在此工作模态下的两端电压，V_o表示输出电压。

变换器稳定工作时电压增益分析：

设开关管工作的开关周期为T_s，占空比为D，即工作模态1持续时间为DT_s，工作模态2持续时间为(1-D)T_s。根据电感伏秒平衡特性，可得：

V_L1DT_s＝V′_L1(1-D)T_s             （7）

V_L2DT_s＝V′_L2(1-D)T_s     （8）

V_L3DT_s＝V′_L3(1-D)T_s        （9）

联立式（1）～式（9）可得：

$V_{C1}=\frac{D}{1-D}{V}_g---\left(10\right)$

$V_{C2}=\frac{1}{1-D}{V}_g---\left(11\right)$

$V_o=\frac{D}{{(1-D)}^2}{V}_g---\left(12\right)$

由此可以开出，本实用新型所述的一种宽增益sepic变换器的电压增益M为：

$M=\frac{V_o}{V_d}=\frac{D}{{(1-D)}^2}$

如图3所示，当占空比D在0～0.8范围内变化时，传统sepic变换器的增益只能在0～4范围内变化，即输出电压只能为输入电压的0～4倍，而本实用新型所述的变换器的增益可以在0～24范围内变化，输出电压最高可以达到输入电压的24倍，在很大程度上拓展了传统sepic变换器的增益。

与现有技术相比本实用新型具有如下优点：

本实用新型无需额外的功率开关管，结构简单，控制方便；

本实用新型工作时利用电感-电容-二极管网络的内在特性，功率开关管关断时，第二电感L₂给第一中间储能电容C₁充电，第一电感L₁放电，当功率开关管导通时，第一中间储能电容C₁和输入电源V_g同时给第一电感L₁充电，从而升高输出电压，结合传统sepic变换器的原有特性实现变换器输出电压增益的拓展。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种宽增益sepic变换器，其特征在于，包括输入电源（V_g）、功率开关管（S）、第一电感（L₁）、第二电感（L₂）、第三电感（L₃）、第一中间储能电容（C₁）、第二中间储能电容（C₂）、输出电容（C₃）、第一二极管（D₁）、第二二极管（D₂）、第三二极管（D₃）和负载（R）；

所述第一二极管（D₁）的阳极分别与第一电感（L₁）的一端、输入电源（V_g）的正极连接；

所述第一二极管（D₁）的阴极分别与第二二极管（D₂）的阴极、第二电感（L₂）的一端连接；

所述第二二极管（D₂）的阳极分别与第一电感（L₁）的另一端、第一中间储能电容（C₁）的一端连接；

所述功率开关管（S）的漏极分别与第二电感（L₂）的另一端、第一中间储能电容（C₁）的另一端、第二中间储能电容（C₂）的一端连接；

所述第二中间储能电容（C₂）的另一端分别与第三电感（L₃）的另一端、第三二极管（D₃）的阳极连接；

所述第三二极管（D₃）的阴极分别与输出电容（C₃）的一端、负载（R）的一端连接；

所述功率开关管（S）的源极、第三电感（L₃）的另一端、输出电容（C₃）的另一端和负载（R）的另一端均与输入电源（V_g）的负极连接。

2.根据权利要求1所述的一种宽增益sepic变换器，其特征在于所述第一二极管（D₁）、第二二极管（D₂）、第三二极管（D₃）为快恢复二极管。

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