基于多重SEPIC斩波电路的超级电容均压策略

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简介:主要由电容Ca、电L、开关Q以及C、L、D(F1…:4)组成,其中电容C向整个电路供电,不需要外接电源。在该均压模型中,只有一个开关器件Q,明显简化了电路的拓扑结构,且开关Q接地,不需要浮动栅极驱动IC,电路驱动简单。

1、超级电容电压均衡模型

采用的超级电容电压均衡模型为四个超级电容B1~B4串联的多重SEPC斩波电路,如图1所示,主要由电容Ca、电L、开关Q以及C、L、D(F1…:4)组成,其中电容C向整个电路供电,不需要外接电源。在该均压模型中,只有一个开关器件Q,明显简化了电路的拓扑结构,且开关Q接地,不需要浮动栅极驱动IC,电路驱动简单。此外,在均压过程中,开关占空比恒定,不需要检测串联超级电容器的单体电压。即当电路工作在DCM模式时,系统不需要反馈控制环节,这样可以降低系统的控制难度。

基于多重SEPIC斩波电路的超级电容均压策略

2、多重SEPC斩波电路均压原理分析2.1均压原理

多重SEPIC斩波电路在CCM模式和DCM模式下的作原理与传统的SEPC斩波电路相同。超级电容B1~B4的电压分别为v~V,假设在电压不平衡时V2《vAF1,3,4),此时电路的工作波形及电流方向分别如图2、图3所示。

基于多重SEPIC斩波电路的超级电容均压策略

超级电容B1~B4向多重SEPC斩波电路提供能量,在开关Q导通阶段,电感L、L~L上的电流增大,电感储存一定的能量,电流通过电感L~L4和电容C1~C4流向开关Q。在开关Q关断阶段,电感中存储的能量优先分配给电压最低的超级电容B2,二极管D2导通。由于二极管D~D4与电感超级电容B2,二极管D2导通。由于二极管D~D4与电感波电流过。当二极管D2上的电流降为零时,电路中的电流波电流流过。当二极管D2上的电流降为零时,电路中的电流恒定不变。随着能量的分配,串联超级电容器的单体电压逐渐达到均衡状态,此时电感L~L4、电容C~C4以及二极管D~D4上的电流波形分别一致。

在均压过程中,由于电感L~L上的平均电压为零,所以电容C1~C4上的平均电压Vc1~Vc4的值。

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当超级电容B2上的电压V2和系统输入电压v的变范围已知时,占空比D就为固定值,且满足关系式(5)。此时从式(16)可知,只要电压V恒定,电流L就恒定。又根据式(4),D的变化范围由已知的电压V2和v=决定。综上所述,如果占空比D电压v以及D的值固定或者变化范围已知,式(14)、(15)可得出,二极管D2上的电流l就在有限范围内变化。这样,均压模型在DCM模式下就可以把超级电容器B2上的电流l限制在理想值使其电压达到均衡状态,而不需要反馈控制环节。

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