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=20－40VV2=26VI0=0~1AF=50kHZ指导教师评语：指导教师：2013年月日目录1Sepic电路分析...........................................................................................................................11.1Sepic电路简介...................................................................................................................11.2原理分析............................................................................................................................11.3电力运行状态分析............................................................................................................22Sepic电路各元件的参数选择......................................................................................................72.1Sepic电路参数初值...........................................................................................................72.2电路各元件的参数确定....................................................................................................73控制策略的设定.........................................................................................................................114Matlab编程仿真.........................................................................................................................124.1根据状态方程编写Matlab子程序.................................................................................124.2求解算法的基本思路......................................................................................................134.3Matlab求解Sepic电路主程序........................................................................................155通过分析仿真结果合理选取电路参数L1，L2，C1，C2.........................................................185.1参数L1的确定.................................................................................................................185.2参数L2的确定.................................................................................................................205.3参数C1的确定.................................................................................................................215.4参数C2的确定.................................................................................................................225.5采用校核后的参数仿真..................................................................................................246采用Matlab分析Sepic斩波电路的性能.................................................................................246.1计算电感L2的电流IL2出现断续的次数......................................................................246.2纹波系数的计算..............................................................................................................256.3电压调整率......................................................................................................................256.4负载调整率......................................................................................................................266.5电路的扰动分析..............................................................................................................277参考文献.....................................................................................................................................30华南理工大学电力学院课程设计说明书-1-1Sepic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。1VQDSv2V2L1CD2C1LR1iDi2i1ci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。华南理工大学电力学院课程设计说明书-2-Sepic斩波电路的输入输出关系由下式给出：21111ononoffonttVVVVtTt（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：1.3.1Q开通时电路运行分析MOSFET开通时的等效电路如图2所示：华南理工大学电力学院课程设计说明书-3-1V2L1C2C1LR1i2ci2V1ci2i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11211222LLCCCVVVViIViR（2）1.3.2Q关断时电路运行分析MOSFET关断时的等效电路如图2所示：1V2V2L1CD2C1LR1i2i1i1ci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。此时有华南理工大学电力学院课程设计说明书-4-1112221122120LCLCCVVVVVViIViIIR（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00TLudt（4）当Q处于通态时，电感L1、L2两端的电压分别为1V、1CV，当Q处于关断时，电感L1、L2两端的电压分别为112CVVV、2V。将数据代入式4得：1121120()0onoffConCofftVtVVVtVtV（5）求解得：211111onoffCtVVVtVV（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00Tcidt（7）当Q处于通态时，流过电容C1、C2的电流分别为2I、2VR，当Q处于关断时，流过电容C1、C2的电流分别为1I、212VIIR。将数据代入式7得：华南理工大学电力学院课程设计说明书-5-2122120()()0onoffonofftItIVVttIIRR（8）求解得：21221VIRVIR（9）由式