1 引言
D.I.Sheppard和B.E.Taylor于1983年提出了Sheppard-Taylor电路。其主要目的在于改善DC-DC的输入和输出电流的撕裂。我们可以把S-T拓扑看做CUK拓扑的演变拓扑。CUK电路的能量是双向的，但是S-T电路变压器是工作在正方向的。这是它们两者之间性质不同的地方。在S-T电路的输入和输出侧，根据不同的传导模式分别地具有其电感系数。输入电感系数工作在不连续的电流模式(DCM—discontinuous current mode)，而输出电感系数工作在连续的电流模式(CCM—continuous current mode)；或者输入电感系数工作在CCM而输出电感系数工作在DCM。这样，该拓扑可以应用于存在不同控制方法的PFC变换器中。在工作模式为DCM—CCM的时候，控制电路可以用传统的固定频率芯片。功率因数校正方法在输入侧是用的电压跟踪模式。如果电路工作在CCM—DCM模式，频率调制控制应该是有效的，但也是复杂的。控制电路采用DCM—CCM工作模式，可以使得该控制电路简单化和降低成本。
2 S—T电路工作原理
根据电压跟踪单级PFC原理，如果输入电流是DCM以及电压自动地跟踪电流，则可以得到高功率因数。而在输入电流是CCM时，大电流和低电压输出是可行的。因此，S—T拓扑工作在DCM—CCM状态下的开关期间内存在三种时间间隔：
时间间隔Ⅰ(O—DTS)
在这个时间间隔周期内，能量贮存在输入电感器内，电容器C1中的能量被传送到输出级，电流流动示于图1。
时间间隔Ⅱ(DTS—DTS)
在这个时间间隔周期内，能量贮存于电感器内并被传送到缓冲电容器C1，输出二极管D9中的电流空转。其电流流动情况示于图2。
时间间隔Ⅲ(D1TS—TS)
在这个时间间隔周期内，除了衰减以外，初级侧输入电流I1是谐振电流。二极管D9中的电流惯性地流动。如图3所示。
在Sheppard-Taylor电子电路中的受力高电压是VC1，这是关于能量贮存容量的电压。这个容量系数可以吸收变压器泄漏的电压。为此，受力电压将低于CUK拓扑电路，这是因为CUK的变压器泄漏电压将返回到变压器次级绕组。因此，它们在PFC变换器中减小了元件的电压应力，这样，就可以选择更适合的元件来完成实验。
Sheppand-Taylor's电子电路中还有内部消磁回路的优点，故传统的消磁电路可以省掉。CUK电路也有内部消磁电路，但它们是利用电压从次级绕组反射回去的，在输出高电压时，它们可以得到更好的结果（适用于变压器次级电压反回到初级的消磁电压）。可是在输出电压减小很大的时候，次级绕组的电压是低于能量贮存容量电压的。根据变压器次级电压规则，其消磁时间太长。换言之，最大的点空系数变得很小。例如，如果两个电压之差是20倍，最大的占空系数将小于0.05。在现实的工作中，用这种方法不能满足实际电子电路的要求。所以，CUK电路不能被使用在低电压输出时。在S-T’s电子电路消除漏电感电压中，电源设备的电压应力被保持在能量贮存容量系数的水平（主要是漏电感的电压尖峰信号被电容吸收掉了）。同步的消磁电压即是能量存贮容量电压，而激励磁化电压也是容量电压。因此，最大的占空系数可以超过0.5，它们可以满足控制电路的要求。
根据DCM—CCM工作状态，可以用图4说明如下：
根据电荷平衡定律，可以得到以下的近似方程式：
(1)
在单开关周期时间内，输入电感器的尖峰电流IL1-PK是：
(2)
用式(2)置换式(1)中的IL1-PK，D1值可以由下式获得：
(3)
所以，在单开关周期时间内，平均输入电流IL1-AVG(t)为：

(4)
式中，n — 变压器的比率；
   D — 单开关周期时间内的传导时间；
   D1 — 能量释放时间；
   TS — 开关周期；
   Io — 输出电流；
   VC1 — 能量贮存电容器C1的电压；
   v(t) — 输入电压
在以上的方程式(4)中，后面的两项是近似的常量，V-I特性建立在方程式(4)的基础上，见图5所示。
从图5中，我们可以看到输入电流在通过“0”点时是反常的。其主要原因是DC元件上存在附加的平均输入电流。这个象差是CUK的类型，即Sepic和Zeta拓扑。所以它们可以如此总结，理论上讲，该拓扑从具有相同输入功率因数的CUK拓扑推导得出。
由于连续输入电流，高频分量可以被消除，而基波分量在输入级上由附加的LC低通滤波器被保持，故功率因数校正可以实现。
在低输出电压大输出电流的应用中，要求电压电平能够从变压器上得到。如果二极管D8和D9由同步的整流器件MOSFETs代替，则在低输出电压大输出电流应用场合可以获得高效率。
3 平均状态空间
众所周知，电力电子拓扑是一种非线性系统。对其进行分析是十分复杂的。Middle Brook先生曾提出一种重要的方法：平均时间周期。
简单地说，稳态的和动态的系统分量是由以下公式决定的：
稳态分量为：
O=[DA1+kDA2(1-D-kD)A3]X+[DB1+kDB2+(1-D-kD)B3]U (5)
动态分量是：

根据三种工作时间间隔，我们可以得到：
在稳态函数中，代入A1，A2，A3，B1，B2，B3稳态分量即可获得。Rl是负载电阻。

这种电路工作在DCM-CCM时，具有以下优点：
① 输入级工作在DCM时，PFC可以自动地实现使用VF-PFC。
② 简化了控制系统，仅仅被要求具有电压回路。
③ 拓扑包含了内部消磁电路；抹去的电压是能量贮存电容器的电压。根据伏—秒平衡，占空比可以等于0.5。
④ 电压应力在可以接受的范围内。
⑤ Sheppard-Taylor电路可以自行解耦。输入和输出电感器分别地工作在DCM和CCM。
⑥ 输出级工作在CCM，输出电压纹波是很小的。
当然，Sheppard-Taylor也存在一些缺点，诸如增加了功率器件的数量和理论上的输入象差，两个开关则同步地工作。
参考文献
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