Sepic电路课程设计说明书

课程设计说明书

课程名称：电力电子课程设计

设计题目：Sepic电路的建模与仿真

专业：电气工程及其自动化

班级：2009级电气（4）班

学号：200930213291

姓名：禤培正

指导教师：郭红霞

华南理工大学电力学院

2013 年1 月

课程设计任务书

1．题目

Sepic电路建模、仿真

2．任务

建立Sepic电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。3．要求

课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。

V1=20－40V

V2=26V

I0=0 ~ 1A

F=50kH Z

指导教师评语：

指导教师：

2013年月日

目录

1 Sepic电路分析 (1)

1.1 Sepic电路简介 (1)

1.2 原理分析 (1)

1.3 电力运行状态分析 (2)

2 Sepic电路各元件的参数选择 (7)

2.1 Sepic电路参数初值 (7)

2.2 电路各元件的参数确定 (7)

3 控制策略的设定 (11)

4 Matlab编程仿真 (12)

4.1根据状态方程编写Matlab子程序 (12)

4.2 求解算法的基本思路 (13)

4.3 Matlab求解Sepic电路主程序 (15)

5 通过分析仿真结果合理选取电路参数L1，L2，C1，C2 (18)

5.1参数L1的确定 (18)

5.2参数L2的确定 (20)

5.3参数C1的确定 (21)

5.4参数C2的确定 (22)

5.5 采用校核后的参数仿真 (24)

6 采用Matlab分析Sepic斩波电路的性能 (24)

6.1 计算电感L2的电流I L2出现断续的次数 (24)

6.2 纹波系数的计算 (25)

6.3 电压调整率 (25)

6.4 负载调整率 (26)

6.5 电路的扰动分析 (27)

7 参考文献 (30)

1Sepic电路分析

1.1Sepic电路简介

Sepic斩波电路是开关电源六种基本DC/DC变换拓扑之一，是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DC/DC斩波电路。其输出电压由主控开关(三极管或MOS管)的占空比控制。SEPIC变换器是一种四阶非线性系统, 因具有可升降压、同极性输出、输入电流脉动小、输出易于扩展等特点, 而广泛应用于升降压型直流变换电路和功率因数校正电路。这种电路最大的好处是输入输出同极性。尤其适合于电池供电的应用场合，允许电池电压高于或者小于所需要的输入电压。比如一块锂电池的电压为3V~ 4.2V，如果负载需要3.3V，那么Sepic 电路可以实现这种转换。另外一个好处是输入输出的隔离，通过主回路上的电容C1实现。同时具备完全关断功能，当开关管关闭时，输出电压为0V。

1.2原理分析

Sepic斩波电路的原理图如图1所示。由可控开关Q、储能电感L1、L2二极管D、储能电容C1、滤波电容C2、负载电阻R和控制电路等组成。

V R

图1、Sepic斩波电路的原理图

Sepic斩波电路的基本工作原理是：当开关管Q受控制电路的脉冲信号触发而导通时，V1—L1—Q回路C1—Q—L2回路同时导通，L1和L2储能。V处于断态时，V1—L1—C1—D—负载（C2和R）回路及L2—D—负载回路同时导通，此阶段V1和L1既向负载供电，同时也向C1充电，C1储存的能量在Q处于通态时向L2转移。

Sepic 斩波电路的输入输出关系由下式给出：

21111on on off on t t V V V V t T t αα

===-- （1）

图2、SPEIC 的开关波形（V Q 1∶Q 1漏源电压）

1.3 电力运行状态分析

对于理想情况下的电路分析，储能电感L 1、L 2足够大，其时间常数远大于开关的周期，流过储能电感的电流I L 可近似认为是线性的。电容C 1、C 2也足够大，能够维持两端电压恒定。此外，开关管Q 及二极管都具有理想的开关特性。分析电路图可以得到：

1.3.1 Q 开通时电路运行分析

MOSFET 开通时的等效电路如图2所示：

V R

图3、Q 开通时的等效电路图 Q 开通时，输入电源V 1对L 1充电，储能电容C 1对L 2充电，电容C 2维持着负载R 的两端电压。此时有

1121122

2L L C C C V V V V i I V i R =⎧⎪=⎪⎪⎨=-⎪⎪=-⎪⎩ （2）

1.3.2 Q 关断时电路运行分析

MOSFET 关断时的等效电路如图2所示：

V R

图4、Q 关断时的等效电路图

Q 关断后，充在电感L 1上的电荷对电容C 1放电，充在电感L 2上的电荷通过二极管D 对负载放电。此时有

111222112

2120L C L C C V V V V V V i I V i I I R

---=⎧⎪=-⎪⎪⎨=⎪⎪=+-⎪⎩ （3） 1.3.3 输入直流电压V 1和输出直流电压V 2的关系

稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压U L 对时间的积分为零，即

00T

L u dt =⎰ （4） 当Q 处于通态时，电感L 1、L 2两端的电压分别为1V 、1C V ，当Q 处于关断时，电感L 1、L 2两端的电压分别为112C V V V --、2V -。将数据代入式4得：

()1121120()0on off C on C off

t V t V V V t V t V ⎧+--=⎪⎨+-=⎪⎩ （5） 求解得：

211

111on off C t V V V t V V αα⎧==⎪-⎨⎪=⎩ （6） 稳态时，电容C 的电流在一个周期T 内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即

00T

c i dt =⎰ （7）

当Q 处于通态时，流过电容C 1、C 2的电流分别为2I -、2V R -

，当Q 处于关断时，流过电容C 1、C 2的电流分别为1I 、212V I I R

+-。将数据代入式7得：