CN103490620B - 一种宽增益sepic变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽增益sepic变换器,主要包括一个功率开关管,三个电感,两个中间储能电容,一个输出电容,三个二极管。本发明工作时利用电感-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。
Description
技术领域
本发明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***和燃料电池***,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、***稳定性降低和效率下降等不足。
发明内容
本发明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。
本发明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。
与现有技术相比本发明具有如下优点:
本发明无需额外的功率开关管,结构简单,控制方便;本发明工作时利用电感-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是本发明所述的一种宽增益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是本发明所述变换器与传统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,对本发明作进一步的详细说明,但本发明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Vg、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Vg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Vg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Vg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Vg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:
VL1=Vg+VC1 (1)
VL2=Vg (2)
VL3=VC2 (3)
其中,Vg表示输入电源电压,VL1表示第一电感L1在此工作模态下的两端电压,VL2表示第二电感L2在此工作模态下的两端电压,VL3表示第三电感L3在此工作模态下的两端电压,VC1表示第一中间储能电容C1两端电压,VC2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=Vo+VC2-VC1-Vg (4)
V′L2=VC1 (5)
V′L3=Vo (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,Vo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Ts,占空比为D,即工作模态1持续时间为DTs,工作模态2持续时间为(1-D)Ts。根据电感伏秒平衡特性,可得:
VL1DTs=V′L1(1-D)Ts (7)
VL2DTs=V′L2(1-D)Ts (8)
VL3DTs=V′L3(1-D)Ts (9)
联立式(1)~式(9)可得:
由此可以开出,本发明所述的一种宽增益sepic变换器的电压增益M为:
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,而本发明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。
与现有技术相比本发明具有如下优点:
本发明无需额外的功率开关管,结构简单,控制方便;
本发明工作时利用电感-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Vg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。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明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发明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,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种宽增益sepic变换器,其特征在于,主要包括输入电源(Vg)、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(Vg)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(Vg)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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