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(gè)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(guān)Q以及C、L、D（F1…：4）組成，其中電容C向整個(gè)電路供電，不需要外接電源。在該均壓模型中，只有一個(gè)開關(guān)器件Q，明顯簡化了電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且開關(guān)Q接地，不需要浮動?xùn)艠O驅(qū)動IC，電路驅(qū)動簡單。此外，在均壓過程中，開關(guān)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(dāng)電路工作在DCM模式時(shí)，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(shè)在電壓不平衡時(shí)V2《vAF1，3，4），此時(shí)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(guān)Q導(dǎo)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(guān)Q。在開關(guān)Q關(guān)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(dǎo)通。由于二極管D~D4與電感超級電容B2，二極管D2導(dǎo)通。由于二極管D~D4與電感波電流過。當(dāng)二極管D2上的電流降為零時(shí)，電路中的電流波電流流過。當(dāng)二極管D2上的電流降為零時(shí)，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(dá)到均衡狀態(tài)，此時(shí)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(dāng)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(shí)，占空比D就為固定值，且滿足關(guān)系式（5）。此時(shí)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(dá)到均衡狀態(tài)，而不需要反饋控制環(huán)節(jié)。

技術(shù)專區(qū)可用于高電壓測試的有源負(fù)載一文看懂電力電子裝置及其特點(diǎn)一文電力電子裝置發(fā)展趨勢基于多重SEpIC斬波電路的超級電容均壓策略發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中使用虛擬樣機(jī)教程詳解