一种基于O-Z源的Sepic电路

摘要

本发明提供一种基于O‑Z源的Sepic电路，包括：直流电源Vs、与直流电源Vs连接的O‑Z源网络以及与O‑Z源网络连接的主电路，其中，O‑Z源网络包括：储能电容C，其阳极连接于直流电源Vs正极；电力二极管D1，其阳极连接于直流电源Vs正极；耦合电感线圈，包括与电力二极管D1串联的一次侧线圈N1以及与储能电容C串联的二次侧线圈N2，主电路包括：储能电容C1，与耦合电感线圈连接；电力二极管D2，其阳极与储能电容C1连接；负载电阻R，一端与电力二极管D2阴极连接，另一端连接至直流电源Vs负极；电容C2，与负载电阻R并联；感应线圈L，一端连接于电力二极管D2阳极，另一端连接至直流电源Vs负极；开关管IGBT，一端与耦合电感线圈连接，另一端连接至直流电源Vs负极。

权利要求

1.一种基于O‑Z源的Sepic电路，其特征在于，包括：直流电源Vs、与所述直流电源Vs连接的O‑Z源网络以及与所述O‑Z源网络连接的主电路，其中，所述O‑Z源网络包括：

储能电容C，具有阳极与阴极，且所述阳极连接于所述直流电源Vs的正极；

电力二极管D1，具有阳极与阴极，且所述阳极连接于所述直流电源Vs的正极；以及耦合电感线圈，包括与所述电力二极管D1串联的一次侧线圈N1以及与所述储能电容C串联的二次侧线圈N2，所述主电路包括：

储能电容C1，其一端与所述耦合电感线圈连接；

电力二极管D2，其阳极与所述储能电容C1的另一端连接；

负载电阻R，一端与所述电力二极管D2阴极连接，另一端连接至所述直流电源Vs的负极；

电容C2，与所述负载电阻R并联；

感应线圈L，一端连接于所述电力二极管D2的阳极，另一端连接至所述直流电源Vs的负极；以及开关管IGBT，一端与所述耦合电感线圈连接，另一端连接至所述直流电源Vs的负极，当所述开关管IGBT导通时，负载端电路短路，所述一次侧线圈N1承受所述直流电源Vs电压，并在所述二次侧线圈N2两端感应出电压，由于二次侧线圈匝数少于一次侧线圈，使得储能电容C也同时在储能，并经所述开关管IGBT形成回路，所以，此时所述O‑Z源网络中的所述耦合电感线圈和所述储能电容C储能，当所述开关管IGBT关断，负载正常工作，所述O‑Z源网络中的所述耦合电感线圈和所述储能电容C释放能量，给所述负载电阻R供电。

2.根据权利要求1所述的基于O‑Z源的Sepic电路，其特征在于：其中，所述一次侧线圈N1以及与所述二次侧线圈N2均具有同名端与异名端。

3.根据权利要求2所述的基于O‑Z源的Sepic电路，其特征在于：其中，所述一次侧线圈N1的所述同名端与所述电力二极管D1的阴极连接，所述一次侧线圈N1的所述异名端与所述主电路相连，所述二次侧线圈N2的所述异名端与所述一次侧线圈N1的所述异名端相连，所述二次侧线圈N2的所述同名端与储能电容C的阴极连接。

4.根据权利要求1所述的基于O‑Z源的Sepic电路，其特征在于：其中，所述一次侧线圈N1的匝数多于所述二次侧线圈N2的匝数，且匝数比越大，升压比越大。

说明书

一种基于O‑Z源的Sepic电路

技术领域

[0001] 本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于O‑Z源的Sepic电路。

背景技术

[0002] 相对于传统的线性稳压电源，开关电源具有效率高、输出功率大、体积小、重量轻、成本低等优点，随着电子元器件工艺的进步和新型元件的出现，开关电源的的优势在不断放大，DC‑DC(直流转直流)是开关电源中一个重要研究方向。DC‑DC变换是将大小固定的直流电压变换成大小可调的直流电压的变换，也称直流斩波，它在电力电子技术领域中的应用十分广泛，本文进一步研究了DC‑DC中的Sepic电路。

[0003] 传统Sepic电路能简单的实现升压和降压的功能，而且电源的输入电流和输出电流都是连续的，有利于输入、输出滤波，但它的升压比为D/(1‑D)，D为开关的导通比，当D<0.5时实现降压功能，当D>0.5时实现升压功能，而且要实现很高的升压比时，开关的导通比D会比较高，这样开关导通时间过长而截止时间过短，会导致损耗和温升过大，对开关造成损伤，影响实用。因此，需要设计一种能够解决上述问题的电路。

发明内容

[0004] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于O‑Z源的Sepic电路。

[0005] 本发明提供了一种基于O‑Z源的Sepic电路，具有这样的特征，包括：直流电源Vs、与直流电源Vs连接的O‑Z源网络以及与O‑Z源网络连接的主电路，其中，O‑Z源网络包括：储能电容C，具有阳极与阴极，且阳极连接于直流电源Vs的正极；电力二极管D1，具有阳极与阴极，且阳极连接于直流电源Vs的正极；以及耦合电感线圈，包括与电力二极管D1串联的一次侧线圈N1以及与储能电容C串联的二次侧线圈N2，主电路包括：储能电容C1，其一端与耦合电感线圈连接；电力二极管D2，其阳极与储能电容C1的另一端连接；负载电阻R，一端与电力二极管D2阴极连接，另一端连接至直流电源Vs的负极；电容C2，与负载电阻R并联；感应线圈L，一端连接于电力二极管D2的阳极，另一端连接至直流电源Vs的负极；以及开关管IGBT，一端与耦合电感线圈连接，另一端连接至直流电源Vs的负极，当开关管IGBT导通时，负载端电路短路，一次侧线圈N1承受直流电源Vs电压，并在二次侧线圈N2两端感应出电压，由于二次侧线圈匝数少于一次侧线圈，使得储能电容C也同时在储能，并经开关管IGBT形成回路，所以，此时O‑Z源网络中耦合电感线圈和储能电容C储能，当开关管IGBT关断，负载正常工作，O‑Z源网络中耦合电感线圈和储能电容C释放能量，给负载电阻R供电。

[0006] 在本发明提供的基于O‑Z源的Sepic电路中，还可以具有这样的特征：其中，一次侧线圈N1以及与二次侧线圈N2均具有同名端与异名端。

[0007] 在本发明提供的基于O‑Z源的Sepic电路中，还可以具有这样的特征：其中，一次侧线圈N1的同名端与电力二极管的阴极连接，一次侧线圈N1的异名端与主电路相连，二次侧线圈N2的异名端与一次侧线圈N1的异名端相连，二次侧线圈N2的同名端与储能电容C的阴极连接。

[0008] 在本发明提供的基于O‑Z源的Sepic电路中，还可以具有这样的特征：其中，一次侧线圈N1的匝数多于二次侧线圈N2的匝数，且匝数比越大，升压比越大。

[0009] 发明的作用与效果

[0010] 根据本发明所涉及的基于O‑Z源的Sepic电路，由于于O‑Z源网络采用的耦合电感线圈在故障暂态下工作于变压器模式，其暂态电流不会导致磁饱和，所以与传统限流电抗器相比耦合电感线圈体积得以显著缩减；由于将O‑Z源网络加进Sepic电路的拓扑，所以与传统Sepic电路相比减少了电路元器件，进而降低了成本，获得了更高的工作效率。

[0011] 综上，本发明的基于O‑Z源的Sepic电路，与加了Z源网络的Sepic电路相比，对基于Z源网络的Sepic电路做出了改进，使其电路元器件更少，从而使其电路结构简单，使用方便，因此，把O‑Z源网络引入Sepic电路中进行拓扑能够很好地解决传统Sepic电路存在的问题，还能有效地提升了电路的升压能力。

附图说明

[0012] 图1是本发明的实施例中基于O‑Z源的Sepic电路拓扑示意图；

[0013] 图2是本发明的实施例中开关管IGBT导通、负载短路时的原理示意图；

[0014] 图3是本发明的实施例中开关管IGBT关断、负载正常工作时的原理示意图；

[0015] 图4是本发明的实施例中开关导通比D为0.35时仿真测试结果输出电压波形图；

[0016] 图5是本发明的实施例中开关导通比D为0.6时仿真测试结果输出电压波形图。

具体实施方式

[0017] 为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

[0018] 实施例：

[0019] 如图1所示，本实施例提供一种基于O‑Z源的Sepic电路，包括：直流电源Vs、与直流电源Vs连接的O‑Z源网络Ⅰ以及与O‑Z源网络连接的主电路Ⅱ。

[0020] O‑Z源网络Ⅰ包括：储能电容C、电力二极管D1以及耦合电感线圈。

[0021] 储能电容C具有阳极与阴极，且阳极连接于直流电源Vs的正极，且储能电容C在负载电阻R短路时吸收电能保护电路，在正常状态时释放电能使得输出电压升高。

[0022] 电力二极管D1具有阳极与阴极，且阳极连接于直流电源Vs的正极。

[0023] 耦合电感线圈包括与电力二极管D1串联的一次侧线圈N1以及与储能电容C串联的二次侧线圈N2，其中，电力二极管D与一次侧线圈N1串联支路中耦合电感线圈在负载电阻R短路时电压升高并超过电源电压，迫使电力二极管D1关断，从而保护电路，此外，储能电容C与二次侧线圈N2的串联支路中储能电容C用于负载电阻R侧短路时吸收一次侧线圈N1与二次侧线圈N2电压差的能量，并在负载电阻R工作时释放能量。

[0024] 本实施例中，一次侧线圈N1以及与二次侧线圈N2均具有同名端与异名端，且一次侧线圈N1的同名端与电力二极管D1的阴极连接，一次侧线圈N1的异名端与Sepic主电路相连，二次侧线圈N2的异名端与一次侧线圈N1的异名端相连，二次侧线圈N2的同名端与储能电容C的阴极连接。

[0025] 本实施例中，一次侧线圈N1的匝数多于二次侧线圈N2的匝数，且匝数比越大，升压比越大。

[0026] 此外，当Z源网络中包含两个电感与两个电容，元器件比较多，两个电容电压应力过大，升压能力有限，因此，本实施例的Z源网络中的电容及耦合线圈的数量均只有1个。

[0027] 主电路Ⅱ包括：储能电容C1、电力二极管D2、负载电阻R、电容C2、感应线圈L以及开关管IGBT。

[0028] 储能电容C1，其一端与耦合电感线圈连接。

[0029] 电力二极管D2，其阳极与储能电容C1的另一端连接。

[0030] 负载电阻R，一端与电力二极管D2阴极连接，另一端连接至直流电源Vs的负极。

[0031] 电容C2与负载电阻R并联。

[0032] 感应线圈L，一端连接于电力二极管D2的阳极，另一端连接至直流电源Vs的负极。

[0033] 开关管IGBT一端与耦合电感线圈连接，另一端连接至直流电源Vs的负极。

[0034] 本实施例中，当开关管IGBT导通时，负载端电路短路，一次侧线圈N1承受直流电源Vs电压，并在二次侧线圈N2两端感应出电压，由于二次侧线圈匝数少于一次侧线圈，使得储能电容C也同时在储能，并经开关管IGBT形成回路，所以，此时O‑Z源网络中耦合电感线圈和储能电容C储能，如图2所示。

[0035] 本实施例中，当开关管IGBT关断，负载正常工作，O‑Z源网络中耦合电感线圈和储能电容C释放能量，给负载电阻R供电，如图3所示。

[0036] 基于Matlab/Simulink平台对本实施例进行测试，本测试以100V直流电源为例，在不同占空比下进行仿真测试，输出电压波形如图4、5所示：

[0037] 当开关导通比D为0.35时，由于D小于0.5，传统Sepic电路处于降压状态，输出电压远小于直流电源100V，而加了O‑Z源的Sepic主电路此时输出电压已经超过100V，电路开始升压。

[0038] 当开关导通比D为0.6时，传统Sepic电路处于升压状态，按照升压比D/(1‑D)，输出电压约为150V，而加了O‑Z源的主电路Ⅱ此时输出电压已经达到250V，升压幅度远远大于传统Sepic电路。

[0039] 测试结果证明了本实施例所提出的将O‑Z源加入传统Sepic电路的拓扑能够在开关导通比D小于0.5时就实现电路的升压功能，并且在相同占空比情况下，加了O‑Z源的Sepic电路升压幅度远远高于传统Sepic电路，而且与加Z源网络相比，少了一个电容，电路元器件的减少也降低了成本，提高了工作效率。

[0040] 实施例的作用与效果

[0041] 根据本实施例所涉及的基于O‑Z源的Sepic电路，由于O‑Z源网络采用的耦合电感线圈在故障暂态下工作于变压器模式，其暂态电流不会导致磁饱和，所以与传统限流电抗器相比耦合电感线圈体积得以显著缩减；由于将O‑Z源网络加进Sepic电路的拓扑，所以与传统Sepic电路相比减少了电路元器件，进而降低了成本，获得了更高的工作效率。

[0042] 此外，本实施例对基于Z源网络的Sepic电路做出改进，把O‑Z源网络引入Sepic电路中进行拓扑能够很好地解决传统Sepic电路存在的问题，当开关器件处于导通状态时，Z源网络中的两个电感都参与储能，当开关器件处于关断状态时，Z源网络中两电感释放能量，而加了O‑Z源网络的Sepic电路有效地提升了电路的升压能力，并且在开关导通比D小于0.5时即可实现电路的升压。

[0043] 因此，本实施例的基于O‑Z源的Sepic电路，与加了Z源网络的Sepic电路相比，电路元器件更少，电路结构简单，使用方便，能够很好地解决传统Sepic电路存在的问题，还能有效地提升了电路的升压能力。

[0044] 上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。