CN204068693U - 一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器 - Google Patents

一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器 Download PDF

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Abstract

一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，包括功率开关S1、输出滤波电容C0、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2，输出滤波电容C0的一端连接输入直流电源Vin的正极、开关器件一端；输出滤波电容C0的另一端连接电容C1的一端、电感L1的一端；电感L1的另一端连接功率开关S1的漏极、电容C2的一端；电容C2的另一端连接开关器件另一端、电感L2一端；电容C1的另一端、功率开关S1的源极、以及电感L2另一端连接输入直流电源Vin的负极；功率开关S1的栅极连接控制器。本实用新型一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，解决现有变换器存在能量转换效率降低、开关器件过多等问题。

Description

一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器
技术领域
本实用新型涉及DC/DC电源，特别是一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器。
背景技术
现有技术中，基本的Sepic电路，如说明书附图图1所示。它包括两个电感L1、L2，一个功率开关管S1，一个输出二极管D1。其中，第一个电感L1的输入端接输入电源Vin的正极，第一个电感L1的输出端接第一个电容C1的一端及功率开关管S1的漏极（以MOS管为例），第一个电容C1的另一端接输出二极管D1的阳极及第二个电感L2的上端，输出二极管D1的阴极接输出滤波电容C0的正极。功率开关管S1的源极、第二个电感L2的下端以及输出滤波电容C0的负极均与输入电源Vin的负极相连。这种的Sepic电路降压能力较低，所以在完成高降压任务时与BUCK电路类似，占空比均工作于很小的状态，所以电流纹波大、滤波器体积大、损耗也较大。在一些输入输出电压相差较大的场合难以胜任，如：计算机中为CPU供电的DC/DC变换器、电动汽车充电机等。近年来，相继出现了一些具有高降压能力的电路拓扑，主要有三种：第一种借助于变压器，在原有的DC/DC变换器中间加入一个变压器，通过改变变压器变比实现高增益升压的目的。但此时，电能的转化过程实际上由原来的DC/DC，变为：DC/AC/AC/DC，整个***的能量转换效率降低了。第二种是利用开关电容的方法实现高增益升压，但此种方案所需开关器件过多、控制复杂、因而也不常用。第三种是利用耦合电感来实现高降压，但耦合电感的使用，同样会引起开关器件电压应力过高，并且会带来电磁干扰等影响，导致变换器工作损耗较大。
发明内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，解决现有变换器存在能量转换效率降低、开关器件过多等问题。
本实用新型采取的技术方案为：一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，包括功率开关S1、输出滤波电容C0、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2，输出滤波电容C0的一端连接输入直流电源Vin的正极、开关器件一端；输出滤波电容C0的另一端连接电容C1的一端、电感L1的一端；电感L1的另一端连接功率开关S1的漏极、电容C2的一端；电容C2的另一端连接开关器件另一端、电感L2一端；电容C1的另一端、功率开关S1的源极、以及电感L2另一端连接输入直流电源Vin的负极；功率开关S1的栅极连接控制器。
所述功率开关S1为MOSFET管或者IGBT。
所述开关器件为二极管D1、二极管D1的阳极连接电容C2的另一端，二极管D1的阴极连接输出滤波电容C0的一端。
所述开关器件为MOSFET管或者IGBT，MOSFET管或者IGBT的栅极连接一个控制器。
本实用新型一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，有益效果如下：
1）、具有高降压能力，且电路中不含有变压器。电路结构简单，输出性能好，成本低，且体积小。
2）、相比于buck电路，具有更高的降压比，在实现高降压时，占空比无需工作于极限状态，输入输出电流纹波小，具有滤波器体积小，功率密度高的优点。
附图说明
图1为背景技术中所述Sepic电路图。
图2为本实用新型高降压DC/DC变换器电路图（功率开关S1为MOSFET管）。
图3为Sepic电路的仿真波形图。
图4为本实用新型高降压DC/DC变换器的仿真波形图。
具体实施方式
如图2所示，一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，包括功率开关S1、输出滤波电容C0、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2。该高降压DC/DC变换器用于对直流输入电源端电压Vin进行降压之后输出电压Vout 。输出滤波电容C0的一端连接输入直流电源Vin的正极、开关器件一端。输出滤波电容C0的另一端连接电容C1的一端、电感L1的一端。
电感L1的另一端连接功率开关S1的漏极、电容C2的一端。电容C2的另一端连接开关器件另一端、电感L2一端。电容C1的另一端、功率开关S1的源极、以及电感L2另一端连接输入直流电源Vin的负极。功率开关S1的栅极连接控制器。输出滤波电容C0的一端、输出滤波电容C0的另一端构成输出电压Vout 的正极、负极。
所述功率开关S1采用MOSFET管或者IGBT。
所述开关器件为二极管D1、二极管D1的阳极连接电容C2的另一端，二极管D1的阴极连接输出滤波电容C0的一端。或者所述开关器件为MOSFET管或者IGBT，MOSFET管或者IGBT的栅极连接一个独立的控制器。本实用新型优选开关器件为二极管D1。
本实用新型一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器的输入端可以连接PFC整流输出，输出电压为可控的低压直流电。
如图2所示，因电容Co与电容C1串联之后、并在输入直流电源两端，因此电容Co及电容C1端电压之和与输入直流电源电压幅值相等，通过控制电容C1端电压的大小，即可实现对输出电压Vout的控制。根据功率开关状态的不同，可以将电路分为2种工作状态：
1）、控制器控制功率开关S1导通，输入直流电源通过电容C1为输出滤波电容Co及负载供电，电容C1通过功率开关S1为电感L1充电，电容C2通过功率开关S1为电感L2充电，二极管D1处于关断状态。
2）、控制器控制功率开关S1关断，输入直流电源通过电容C1为输出滤波电容Co及负载供电，电容C1通过电感L1、二极管D1及输入直流电源为电容C2充电，同时部分能量也反馈回输入直流电源中，此时电感L2通过二极管D1将能量反馈回输入直流电源中。
通过电路工作状态可知，在实际工作过程中，输出电压Vout为输入直流电源幅值与电容C1端电压幅值之差，滤波电容Co可以省略，可以进一步降低电路的成本。利用电力电子专业仿真软件PSIM对本实施方式和传统Sepic电路进行了仿真；仿真分为两组，第一组采用本实施方式实现400V至40V降压，输出功率400W，第二组采用传统Sepic电路实现400V至40V降压，输出功率400W。两组仿真实验除去电路结构不同之外，所选用的实验器件和其它的仿真设置条件完全一致，仿真实验结果分别如图3、图4所示，可以看出本实用新型一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器的降压能力强。

Claims (4)

1.一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，包括功率开关S1、输出滤波电容C0、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2，其特征在于，输出滤波电容C0的一端连接输入直流电源Vin的正极、开关器件一端；输出滤波电容C0的另一端连接电容C1的一端、电感L1的一端；电感L1的另一端连接功率开关S1的漏极、电容C2的一端；电容C2的另一端连接开关器件另一端、电感L2一端；电容C1的另一端、功率开关S1的源极、以及电感L2另一端连接输入直流电源Vin的负极；
功率开关S1的栅极连接控制器。
2.根据权利要求1所述一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，其特征在于，所述功率开关S1为MOSFET管或者IGBT。
3.根据权利要求1所述一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，其特征在于，所述开关器件为二极管D1、二极管D1的阳极连接电容C2的另一端，二极管D1的阴极连接输出滤波电容C0的一端。
4.根据权利要求1所述一种基于Sepic电路的高降压DC/DC变换器，其特征在于，所述开关器件为MOSFET管或者IGBT，MOSFET管或者IGBT的栅极连接一个控制器。
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