【48812】Cuk电路详解

  Cuk电源也称Cuk变换器。1980年左右，美国加州理工学院Slobodan Cuk提出的对Buck/Boost改善的单管不阻隔直流变换器，因为其它几种具有降压功用的变换器输入或输出电流是断续的。 Cuk 变换器，它的输入与输出均有电感，即输入输出电流均接连，因而，Cuk 变换器不仅是一种具有学术研究价值的 DC/DC 变换器，在特定领域中，Cuk 变换器也是一个很具构思、使用价值很高的变换器拓扑。在输入输出段均有电感，能够明显减小输入和输出电流的脉动，输出电压的极性和输入电压相反，输出电压既可低于也能够高于输入电压。在某些特殊场合中， 对输入输出电流噪声要求很严厉，这就有必要使输入输出电流在上升和下降的过程中不 会中止，大多数拓扑（正激变换器、反激变换器、Buck变换器、推挽变换器和桥式变换器等）经过在输入和输出端加上滤波器到达这样的效果的，要添加许多的本钱和额定的器材体积。

  Cuk变换器可看做是Boost变换器和Buck变换器串联而成，兼并了开关管，如图8.1所示。

  在a）中，S1和S2是同步的，而且具有相同的占空比D。能够当作S1和S2是同步的开关，则变成了b)。

  经过答应输出电压是反极性的，则单刀双掷，演化成了c），两种开开关状况，c)和b)是相同的。

  Cuk 变换器也是具有升降压型功用的变换器，原理图如图8.1所示，波形图如图8.2所示。Cuk变换器由开关管Q、二极管 D 、储能电容器C1 、电感 L1 , L2 和输出滤波电容 器Cout 构成。

  在Cuk 变换器中，当开关管Q处于导通状况时，输入电源Vin 经开关管Q给 L1充电，一起C1 经开关管向输出供给电能，并向 L2充电。当开关管Q 处于截止状况时，输入电源Vin 和 L1既向耦合电容器C1充电，一起 L2经过 D 向负载传递能量。Cuk 电路的输入输出关系为：

  Cuk 变换器能够看作为升压变换器和降压变换器的组合，它坚持了 Boost 变换器输 入电流接连和 Buck 变换器输出电流接连的长处，因而兼具输出电压纹波小和对输入端电压。影响小的长处。

  开关Q1导通时，S合向B点，二极管截止，MOSFET导通；开关Q1关断时，S合向A点，MOSFET断开，二极管续流。

  开关管导通阶段：Q导通期间，从0~Ton这个时间段 ，如图 8.6 所示，MOSFET等效于短路，二极管等效于短路。

  在t = 0 时，开关管Q导通，Cuk 变换器以开关管Q为界分为两个回路。左面回路中， 输入电压Vin 向电感 L1充电，电感 L1的电流 iL1升高。一起右边回路中，耦合电容C1经过电感 L2 向输出传递电能，即电容器C1 放电，并将多于输出的电能储存在电感 L2 中，电感 L2 的电流 i L2升高。二极管 D 在输出电容的电压VCout 效果下反偏，二极管D反向截止。电感 L1和 L2 的电流悉数流经开关管Q。输入输出回路的电压平衡方程式分别为：

  开关管封闭阶段：开关管MOSFET即Q 截止，从Ton ~Ts 这个时间段，如图 所示

  在 t = Ton时，开关管Q 关断，二极管 D 续流，Cuk 变换器以二极管 D 为界分为两个回路。左面回路中，输入电压Vin 与电感 L1共同向电容器C2充电，其间电感L1供给输入缺乏的部分，即电感 L1放电，电感 L1的电流iL1下降。一起右边回路中，电感 L2 经二极 管 D 向输出传递电能。电感 L1和 L2的电流悉数流经二极管 D 。输入输出回路的电压平衡方程式分别为

  在t = Ts时，开关管Q 又导通，变换器开端下一个开关周期。 Cuk 变换器稳态作业状况，开关管Q处于导通状况期间，L1和 L2 上的电流iL1和iL2 的增长量 DiL1(+)和 DiL2(+)与在开关管Q 处于截止状况期间的电流减小量 DiL1(-)和 DiL2(-)相 等。

  当减小输出电流Iout时，因为不计损耗，输入电流I in 也减小。当输出电流 Iout小到某 一值时，电感 L1的电流最小值 I L1min = 0 ，但此刻电感 L2 的电流最小值I L2min 0 ，因而二极管电流仍大于零，变换器还处于电流接连作业状况；持续减小输出电流 Iout 时，某一时间电感 L1的电流小于零（电感 L1电流呈现负值表明 电流反向活动，这是因为耦合电容器的储能导致的），当电感 L1电流负值的最大值的绝对值与电感 L2 电流的最小值正好持平，即二极管电流为零，且此刻刚好 t = Ts ，变换器 作业在电流临界接连作业状况；进一步减小输出电流 Iout时，当t = Ts ¢ 时二极管电流刚刚为零，之后从 Ts t=Tts 期间， 电感 L1 的电流保持不变，为I L1min ；电感 L2 的电流也保持不变，为 I L2min。

  （1）Cuk 变换器的输入电流与输出电流是接连的，非脉动的。而且当增大两电感 的感量或许进步变换器频率时，能够使得变换器的沟通纹波恣意小。

  （2）Cuk 变换器的占空比理论上能够在 0~∞间改变，即能升压，也能降压，能够 拓展变换器的使用范围。

  （3）开关周期的整个期间，Cuk 变换器都能够从输入向输出传递功率，效率高。而其它变换器传递功率仅能在开关管注册或关断的一个时期。

  （4）Cuk 变换器开关管导通期间，开关管使输入端进入的搅扰短路；在开关管关 断期间，二极管使其输入搅扰短路。因而，电网端进入的搅扰对 Cuk 变换器的输出电压影响十分小，小到可疏忽的程度。