新型磁集成组合式Sepic变换器研究
Research on Novel Magnetic Integrated Combined Sepic Converter
中文关键词: Sepic变换器 电压增益 电感电流纹波 磁集成技术
作者 单位 E-mail
李洪璠 三亚学院理工学院, 三亚 572022
刘歆俣 辽宁工程技术大学电气与控制工程学院, 葫芦岛 125105 857121215@qq.com
李洪亮 内蒙古科技大学机械工程学院, 包头 014010
李洪珠 辽宁工程技术大学电气与控制工程学院, 葫芦岛 125105
中文摘要:
为提高Sepic变换器的电压增益,同时减小电感电流纹波及变换器体积,研究了一种新型磁集成组合式Sepic变换器。将2组Sepic变换器结合在一起,提出组合式Sepic变换器的拓扑结构,并将其中2个储能电感进行磁集成。新型组合Sepic变换器具有较低的电感电流纹波,且其电压增益是传统Sepic变换器的2倍,在采用磁集成技术后,合理设计耦合系数,集成下的电感电流纹波明显减小。分析了该变换器的各项工作性能;应用PSIM仿真软件对理论分析进行仿真验证;最后制作实验样机对理论分析与仿真数据进行实验验证。
内容节选:
具有高增益、高效率的直流变换器已成为电力电子技术领域的研究热点[1-7]。 为了提高电压增益,有研究者将多个变换器简单级联使用,使传输效率降低。 还有一些研究者通过使用增压电容提高电压增益[8-9]:文献[10]对基本 Boost 拓扑中的三端开关网络进行了分析,提出通过增加增压电容来提高变换器的电压增益,而为了给增压电容储能,又引入了1 个电感开关支路,使控制环节增加;文献[11]所提高维 Sepic 变换器具有可升降压、 输入输出电流脉动小、 传输效率高和输出输入电压极性相同等优点,在升降压直流变换器电路、功率因数校正电路和光伏发电系统中得到了广泛应用;文献[1]将 Boost变换器与 Sepic 变换器进行有机结合, 提出一类Boost鄄Sepic 集成拓扑结构,该结构既扩展了电压增益,又降低了开关管的电压应力,同时保留了 2 种基本变换器输入电流连续的特点,且其通过单管控制,控制方法简单。 本文受文献[1]启发,研究 Sepic变换器本身的结构, 提出了组合式 Sepic 变换器拓扑,新拓扑变换器提高了部分电压增益,降低了电感电流纹波。
1 变换器组合拓扑结构及工作原理
1.1 组合 Sepic 拓扑结构
基本 Sepic 变换器拓扑如图 1 所示, 图中虚线部分是由电容、 电感和二极管构成的三端网络,其通过 a、b、c 与外电路连接可以实现电容、电感之间能量的相互转移,也可以将电感、电容存储的能量通过二极管输送到外电路。 在开关管 S 关断期间,基本 Sepic 变换器通过电源为电容 C1 充电,电感 L2通过二极管 D 释放能量; 而在开关管 S 导通期间,C1 的部分能量通过 S 转移给电感 L2。根据该三端网络能量转移的特点, 提出如图 2 所示的组合 Sepic变换器拓扑。
为便于分析变换器的工作原理,做如下假设:
(1)所有开关管和二极管均为理想器件;
(2)电感及电容均为理想器件,忽略寄生效应;
(3)所有电容均足够大,可以忽略其纹波电压。
分析中设独立电感 Li(i=1,2,3)=L,耦合电感L2 和 L3 的互感为 M,耦合系数为 k=M/L。
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