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随着现代电子设备的发展,对供电电源的要求越来越高。与传统的串联调整型稳压电源不同,开关型稳压电源(开关电源)采用功率半导体器件作为开关,通过控制其占空比来调整输出电压。经过半个多世纪的发展,开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点,已经逐步取代了传统的线性稳压电源。
开关电源的主要组成部分是DC-DC(直流-直流)变换器。它的拓扑结构、开关频率、控制方式及关键元器件(如开关管、储能电感或脉冲变压器等)直接影响开关电源的性能。其中,buck,boost,buck-boost和Cuk变换器是最基本和常用的。本文选取SEPIC(Single-Ended Primary Inductance Converter)拓扑作为研究对象,旨在加深对它的认识和了解,以期它在功率变换领域有着更广泛的应用。
本文首先分析比较了SEPIC变换器的连续导电模式CCM(ContinUOUS Conduction Mode)与不连续导电模式DCM(DiscontinUOUS Conduction Modc)的稳态工作原理,推导出连续与不连续状态之间的临界条件。分析了与之相关的电路参数之间的关系式,阐明了关键参数设计准则并进行了电路应力分析。
DC-DC开关变换器的建模分析是研究开关电源的基础,它对开关电源的分析与设计有重要意义。本文采用电路平均法及平均开关网络法对工作在CCM下的SEPIC DC-DC开关变换器进行了建模分析,阐明了建模过程,进行了频域仿真,建立了SEPIC DC-DC变换器在连续工作模式下的全阶动态模型。在此基础上进行了稳态和动态小信号特性分析。在平均模型的基础上又分别建立了电压控制模式和电流控制模式SEPIC变换器的闭环控制模型,并推导出两种控制模式的传递函数。
在上述理论分析的基础上,设计并研制了基于电压控制模式和电流控制模式的CCM下的SEPIC DC-DC变换器实验装置,给出了它们的仿真与试验结果,并进行了分析和比较。实验结果表明SEPIC变换器性能优良,可以减小电源体积,实现宽范围输入电压下的稳压功能,提高电源的功率密度,因此有着很广阔的发展前景。