精选优质文档-----倾情为你奉上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： 1 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 月专心---专注---专业课程设计任务书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=26VI0=0 ~ 1AF=50kHZ 指导教师评语： 指导教师： 2013年 月 日 目录1 Sepic电路分析1.1 Sepic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0V1.2 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： （1） 图2、SPEIC的开关波形（VQ1∶Q1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L1、L2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IL可近似认为是线性的电容C1、C2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：图3、Q开通时的等效电路图Q开通时，输入电源V1对L1充电，储能电容C1对L2充电，电容C2维持着负载R的两端电压此时有 （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：图4、Q关断时的等效电路图Q关断后，充在电感L1上的电荷对电容C1放电，充在电感L2上的电荷通过二极管D对负载放电此时有 （3）1.3.3 输入直流电压V1和输出直流电压V2的关系稳态时，一个周期T内电感L两端电压UL对时间的积分为零，即 （4） 当Q处于通态时，电感L1、L2两端的电压分别为、，当Q处于关断时，电感L1、L2两端的电压分别为、。
将数据代入式4得： （5）求解得： （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 （7）当Q处于通态时，流过电容C1、C2的电流分别为、，当Q处于关断时，流过电容C1、C2的电流分别为、将数据代入式7得： （8）求解得： （9）由式6知，，所以可通过控制占空比的大小来控制输出电压V2的大小即当tontoff时，>0.5， V2>V1，电路属于升压式1.3.4 电路的状态方程由图2、3可知，等效电路与开关Q的状态有关，所以Sepic斩波电路可分为Q通态和Q断态两个状态来分析1）当Q处于通态，系统的微分方程组如下所示 （10）2）当Q处于断态，系统的微分方程组如下所示 （11）3）当Q处于断态时，充在电感L1上的电荷对电容C1放电，充在电感L2上的电荷通过二极管D对负载放电，即此过程有可能会出现电感电流的断续。
由于电感L1直接与电源相连，故一般来说L1的电流不会出现断续现象，下面主要讨论电感L2出现断续后，微分方程组的变化电感L2断续后，即，此时微分方程组如下所示： （12）设，，，，将其代入式10、11，合并后如下：（13）其中，u=1表示Q处于导通状态，u=0表示Q处于关断状态此外，u=0同时令，即表示Q关断时电感L2的电流出现断续时的状态2 Sepic电路各元件的参数选择2.1 Sepic电路参数初值 题目中给定，输入电压V1=20－40V，输出电压V2=26V，负载电流I0=0 ~ 1A，开关管Q的控制端的信号频率F=50kHZ，即周期T=2*10-5s为了简化电路计算，更好地描述电路运行状态，现作如下假设：（1）电源电压为40V时为最差状态2）电路能达到满载电流1A3）忽略开关管的正向导通压降和二极管的正向压降4）忽略线路电阻和电磁振荡所造成的能量损耗2.2 电路各元件的参数确定2.2.1 负载电阻RL的确定负载电阻RL按式14确定 （14） 求得负载电阻RL=26Ω.2.2.2 电感L1、L2的确定SPEIC使用两个电感L1和L2，这两个电感可以绕在同一个磁芯上，因为在整个开关周期内加在它们上面的电压是一样的。
使用耦合电感比起使用两个独立的电感可以节省PCB的空间并且可以降低成本确定电感的一个好规则就是，在最小输入电压下，使得纹波电流峰峰值大约等于最大输入电流的40%在数值相同的电感L1和L2中流动的纹波电流由下面公式算出:电感由15式求得 （15）f为开关频率，αmax是最小Vin时的占空比维持电感发挥作用的电感峰值电流还没有饱和，可由下式计算∶如果L1和L2绕在同一个磁芯上，因为互感作用上式中的电感值就可用2L代替电感值可这样计算∶ 2.2.3 储能电容C1的确定储能电容C1的选择主要看RMS电流（有效电流），可由下式得出∶SEPIC电容必须能够承受跟输出功率有关的有效电流这种特性使SEPIC特别适用于流过电容的有效电流（跟电容技术有关）相对较小的小功率应用SEPIC电容的电压额定值必须大于最大输入电压C1的纹波电压的峰峰值可以这样计算∶ （16）取=0.4V得=28.261uF满足需要的有效电流的电容在C1上一般不会产生太大的纹波电压，因此峰值电压通常接近输入电压2.2.4 滤波电容C2的确定在SEPIC中，当电源开关Q1打开时，电感充电，输出电流由输出电容提供。
因此输出电容会出现很大的纹波电流选定的输出电容必须能够提供最大的有效电流输出电容上的有效电流是∶图5、输出纹波电压ESR、ESL和大容量的输出电容直接控制输出纹波如图4所示，假设一半纹波跟ESR有关，另外一半跟容量有关，因此 (17)输出电容必须满足有效电流、ESR和容量的需求取纹波电压为2%的输出电压2.2.5输出二极体的选择选择能够承受峰值电流和反向电压的二极体在SPEIC中，二极体的峰值电流跟开关的峰值电流IQ1peak相同二极体必须承受的最小反向峰值电压是∶VRD1=Vin+Vout=66V （18）跟升压转换器相似，二极体的平均电流跟输出电流相同二极体的功耗等于输出电流乘以二极体的正向压降为了提高效率建议使用肖特基二极体2.2.6功率MOSFET的选择最小阈值电压Vth（min）、导通电阻RDS(ON)、栅漏电荷QGD和最大漏源电压VDS（max）是选择MOSFET的关键参数逻辑电平或子逻辑电平阈值MOSFET应该根据栅极电压使用峰值开关电压等于Vin＋Vout。
峰值开关电流由下式计算∶ (19)流过开关的RMS电流由下式给出∶ (20)MOSFET的散耗功率PQ1大概是∶ (21) PQ1，MOSFET总的功耗包括导通损耗（上式第一项）和开关损耗（上式第二项）IGATE为栅极驱动电流RDS(ON)值应该选最大工作结温时的值，一般在MOSFET资料手册中给出要确保导通损耗加上开关损耗不会超过封装的额定值或者超过散热设备的极限2.2.7 编程计算所需参数在下面编程计算过程中，所需的电路参数如表1所示：表1、Sepic斩波电路各元件参数值电路元件负载电阻（Ω）电感L1（mH）电感L2（mH）电容C1(μF)电容C2(μF)频率F（kHZ）数值260.435。