20170516-基本Sepic变换器的演绎过程和工作原理.pdfVIP

基本Sepic 变换器的演绎过程和工作原理 普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士 将基本Cuk 变换器中的二极管与输出电感互换位置，再考虑实际可工作的器件方向，所得 g L1 C1 L2 L1 C1 D V Ig Io V Vo g Io Vo Ig S D R S L2 R C IL 2 C (a) Cuk 变换器 (b) Sepic 变换器 图1 Sepic 变换器与Cuk 变换器的拓扑变换 的拓扑就是基本Sepic 变换器，如图1 所示。 类似的，也可将基本Cuk 变换器看作是有基本Sepic 变换器演变得到的，但因为它们具有不 同的拓扑特性（如输出端的电流特性，输出电压与输入电压的极性关系），所以仍把它们看 作是不同的个体，按兄弟相称。 从电路图可知基本Sepic 变换器的工作原理为：当有源开关S 导通时，无源开关D 因反偏而 截止，此时输入给滤波电感L1 储能（或激磁），电容C1 中的能量给滤波电感L2 储能（或 激磁），电容C 中的能量给负载供电；当有源开关S 截止时，由于电感电流不能突变，故使 无源开关D 正偏而导通，此时电感L1 和电感L2 的总电流经二极管续流，L2 储存的能量向 负载供电并补充电容C 在前一间隔所损失的能量，L1 储存的能量补充电容C1 在前一间隔 所损失的能量。并由输出电压对电感L2 进行去磁。（电容C1 电压+输出电压）与输入电压 之差对电感L1 进行去磁。电容C1 的作用有两个，一是在开关S 导通时给电感L2 储能，另 一是限制其上的开关频率纹波分量，使之远远小于其上的稳态电压。输出滤波电容的作用也 有两个，一是提供开关S 导通时的负载能量，另一是限制输出电压上的开关频率纹波分量， 使之远远小于稳态的直流输出电压。 在忽略电容C1 电压和输出电压的开关纹波时，我们可利用前面介绍的电感电压伏秒平衡定 律，推得基本Sepic 变换器在理想情况下的稳态电压关系为（推导过程见方框内）： 电容电压：Vc1 Vg （可从电感开关周期平均电压为零获得） 正向伏秒：Vg ×DTs 反向伏秒：Vo D Ts ×(1− ) 所以：Vg ×DTs Vo ×(1−D)Ts 故有稳态电压关系：Vo DVg /(1−D) DVg Vo 1−D Ton 其中：D 为驱动脉冲的稳态控制占空比，有0 ≤D 1，故基本Sepic 变换器的输出电 Ts 压既可大于它的输入电压、又可小于它的输入电压，是一种升降压变换器，且输出与输入具 有相同的电压极性。 1 与基本Cuk 变换器类似，基本Sepic 变换器的小信号输出对控制的传递函数提高到了四阶， 而且变得相当复杂，故由其构成的电源的动态设计与优化就非常困难，到目前为止，基本 Sepic 变换器也没有在大批量的开关电源产品中得到应用。 从基本Sepic 变换器衍生的DC-DC 功率变换器不多。这个家族中的第三代，即单级PFC 的 始祖之一，实际上就是一个输入为正弦半波的隔离Sepic 变换器，它的子电路则有许多，而 且被许多电力电子学者研究了一段相当长的时间。但终久还是不能为工业界所接受。 基本Sepic 变换器的输入端特征与Boost 变换器类似，但其输出电压且可高于输入电压，或 低于输入电压，这一特征在实现无保持时间要求的PFC 时，就可将PFC 的输出电压设置在 200V 或更低，从而使后级 DC-DC 的拓扑可以采用更为简单的单开关拓扑。如果采用基本 隔离Sepic 变换器构成的PFC 来代