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基于多重SEPIC斬波電路的超級電容均壓策略

鉅大LARGE  |  點擊量:987次  |  2020年02月10日  

1、超級電容電壓均衡模型

采用的超級電容電壓均衡模型為四個超級電容B1~B4串聯(lián)的多重SEpC斬波電路,如圖1所示,主要由電容Ca、電L、開關Q以及C、L、D(F1…:4)組成,其中電容C向整個電路供電,不需要外接電源。在該均壓模型中,只有一個開關器件Q,明顯簡化了電路的拓撲結構,且開關Q接地,不需要浮動柵極驅動IC,電路驅動簡單。此外,在均壓過程中,開關占空比恒定,不需要檢測串聯(lián)超級電容器的單體電壓。即當電路工作在DCM模式時,系統(tǒng)不需要反饋控制環(huán)節(jié),這樣可以降低系統(tǒng)的控制難度。



2、多重SEpC斬波電路均壓原理分析2.1均壓原理

多重SEpIC斬波電路在CCM模式和DCM模式下的作原理與傳統(tǒng)的SEpC斬波電路相同。超級電容B1~B4的電壓分別為v~V,假設在電壓不平衡時V2《vAF1,3,4),此時電路的工作波形及電流方向分別如圖2、圖3所示。



超級電容B1~B4向多重SEpC斬波電路提供能量,在開關Q導通階段,電感L、L~L上的電流增大,電感儲存一定的能量,電流通過電感L~L4和電容C1~C4流向開關Q。在開關Q關斷階段,電感中存儲的能量優(yōu)先分配給電壓最低的超級電容B2,二極管D2導通。由于二極管D~D4與電感超級電容B2,二極管D2導通。由于二極管D~D4與電感波電流過。當二極管D2上的電流降為零時,電路中的電流波電流流過。當二極管D2上的電流降為零時,電路中的電流恒定不變。隨著能量的分配,串聯(lián)超級電容器的單體電壓逐漸達到均衡狀態(tài),此時電感L~L4、電容C~C4以及二極管D~D4上的電流波形分別一致。


在均壓過程中,由于電感L~L上的平均電壓為零,所以電容C1~C4上的平均電壓Vc1~Vc4的值。



當超級電容B2上的電壓V2和系統(tǒng)輸入電壓v的變范圍已知時,占空比D就為固定值,且滿足關系式(5)。此時從式(16)可知,只要電壓V恒定,電流L就恒定。又根據(jù)式(4),D的變化范圍由已知的電壓V2和v=決定。綜上所述,如果占空比D電壓v以及D的值固定或者變化范圍已知,式(14)、(15)可得出,二極管D2上的電流l就在有限范圍內(nèi)變化。這樣,均壓模型在DCM模式下就可以把超級電容器B2上的電流l限制在理想值使其電壓達到均衡狀態(tài),而不需要反饋控制環(huán)節(jié)。


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