带隔离的Cuk变换器
CUK双向变换器
《开关电源的原理与设计》实验报告基于CUK的双向DC-DC变换器的仿真与研究一、引言随着科技和生产的发展,对双向直流不间断电源系统、航空电源系统等应用场合增加,DC/DC变换器的需求逐渐增多。
为了减轻系统的体积重量,节约成本,在电池的充放电,电动汽车,UPS 系统,太阳能发电系统,航空电源系统等场合,双向DC-DC变换器(Bi-directional DC-DC Convener) 获得了越来越广泛的应用。
双向直流变换器双象限运行,它的输入、输出电流的方向可以改变,在功率传输上相当于两个单向DC-DC变换器,是典型的“一机两用”设备,尤其在需求双向能量流动的应用场合可以大幅减轻系统的体积重量和成本,有着重要的研究价值。
二、双向直流变换器的原理双向DC-DC变换器构成和单向直流变换器类似,可通过对单向直流变换器适当的改造来实现.许多单向直流变换器都可通过将其中无源开关替换为有源开关而成为双向DC-DC变换器,将单向基本变换单元替换成双向基本变换单元。
一般只要将单向开关电源中开关管反并联二极管；在二极管上反并联开关管，在输入和输出端分别并联电容即可。
与传统的采用两套单向DC-DC变换器来达到能量双向传输的方案相比,双向DC-DC变换器应用同一个变换器来控制能量的双向传输,使用的总体器件数目小,且可以更加快速地进行两个方向功率变换的切换。
再者,在低压大电流场合,一般双向DC-DC变换器更有可能在现成的电路上使用同步整流器工作方式,有利于降低通态损耗。
总之,双向DC-DC变换器具有高效率、体积小、动态性能好和低成本等优势。
(下图为基本的4种拓扑图)三、CUK双向直流变换器的工作原理DC L1R图1 电能双向流动的CUK转换器电路1、电路的工作方式电流正向流动时（从左向右）：分为两个工作模式（1）、V1导通、V2关断时，L1充电，C1放电，C2向负载供电，L2充电，D1、D2截止。
（2）、V1、V2都关断时，L1放电，C1、C2充电，L2通过负载放电，D1截止，D2导通。
隔离型DCDC变换器课件
分布式电源系统中的应用
在分布式电源系统中，隔离型DCDC变 换器主要用于将多个分布式电源的输出
进行统一管理和调节。
分布式电源系统的电源可能来自不同的 能源，如太阳能、风能、燃料电池等， 其输出电压和电流各不相同，因此需要 使用隔离型DCDC变换器进行统一调节
。
隔离型DCDC变换器能够实现高效率的 能量转换，同时保证系统的稳定性和安
宽范围输入输出
优化控制策略，实现宽范 围输入输出电压的稳定控 制。
高效能量传输
优化控制策略，实现能量 的高效传输和利用。
元器件的优化选择
高频开关器件
选择高频开关器件，提高转换效 率，减小体积和重量。
高性能磁性元件
选择高性能磁性元件，减小磁芯损 耗和线圈损耗，提高效率。
高精度检测元件
选择高精度检测元件，提高输出电 压的精度和稳定性。
变换器的安全运行。
驱动电路设计
驱动芯片选择
根据开关元件的特性和控制信号的要 求，选择合适的驱动芯片。
隔离设计
根据主电路的拓扑结构和安全规范， 设计适当的隔离电路，以确保驱动信 号与主电路的电气隔离。
驱动信号处理
对控制电路输出的控制信号进行必要 的处理，以满足驱动芯片的输入要求 。
驱动信号调整
根据开关元件的特性和控制要求，调 整驱动信号的幅度、相位和频率等参 数。
PART 03
隔离型DCDC变换器的电 路设计
REPORTING
主电路设计
输入与输出电压范围
确定变换器的输入和输出电压 范围，以满足特定的应用需求
。
功率等级
根据负载需求，选择合适的功 率等级，并据此选择适当的元 件。
拓扑结构
选择合适的主电路拓扑结构， 如Bo分析
带隔离变压器的Cuk型有源功率因数校正的研究与设计
总第231期2013年1月(下)The Science Education Article CollectsTotal.231 January2013(C)带隔离变压器的Cuk型有源功率因数校正的研究与设计桂丽（安徽能源技术学校安徽·合肥230041）中图分类号：TG42文献标识码：A文章编号：1672-7894（2013）03-0097-02摘要随着电力电子技术的发展，各种电力电子设备应用于电网，给电网带来谐波问题，各种谐波滤波器也应运而生，但这只是一种先污染后治理的被动办法，APFC是一种主动的办法，它用于开关电源前级整流器，输入电流为正弦波，不对电网产生污染。
全文围绕一种新颖的基于隔离型Cuk变换器的有源功率因数校正电路的设计，从Cuk变换器的基本单元入手，分析了Cuk变换器的工作原理，在此基础上，确定了基于隔离型Cuk变换器APFC电路的基本拓扑。
关键词有源功率因数校正（APFC）隔离Cuk拓扑Research and Design of Cuk-type Isolation Transformer Active Power Factor Correction//Gui LiAbstract With the development of power electronics,power electronic equipment used in a variety of network,brought to power harmonic problems,all kinds of harmonic filters have e-merged,but this is only a passive treatment after pollution mea-sures,APFC is a proactive approach,before the class is used to switch power rectifier,input current is sine wave,and do not pol-lute the power grid.Full Text based around a new Isolated Cuk converter active power factor correction circuit design.From the Cuk converter basic unit proceed with,analyzed Cuk converter's principle of work,on the basis of this,is determined based on the isolated Cuk converter APFC circuit topology.Key words active power factor correction;isolation;Cuk;topology20世纪80年代初，开关电源类产品的普及促进了功率因数校正技术的发展，功率因数问题随供电系统进入了办公室和家庭。
电力电子-cuk变换器电感电流纹波消除
L1与L2耦合，上面的电路 图可以变换为下图的相耦合的两个线圈中的纹波都推向 (或集中在)一个线圈中，余下的一个线圈流过的电流为直流电流。 这样就使得某一边流过电感的电流的纹波为零。
令：
带入上式
得到：
其中： 当开关断开时同理，可得相同的式子。 现在分三种情况进行讨论： 1、当r = 1，即 L1 = L2 时：
k为耦合系数， 0≤ k ≤1， k = 1时为全耦合， r为电感匝比。
Le1 = L1(1＋k)，Le2 = L2（1＋k）
其效果是使电感增加(1＋k)倍，使原副边纹波电流减小到1/(1＋k)。
2、当r < 1，即 L1 < L2 时：
若k = r，则有：
Le1 = L1 ，Le2 →∞
其效果是使原边纹波不变，副边纹波电流为零。 3、当r > 1，即 L1 > L2 时： 若k = 1/r，则有： 0≤ k ≤1
Le1 →∞ ，Le2 = L2
其效果是使原边纹波电流为零，副边纹波不变。
分析与结论：
五种隔离式变换电路
五种隔离式变换电路一、隔离式变换电路隔离式变换电路是一种特殊的电路结构，它利用输入端的电压调制输出端的电压，但是不会传递输入端的电流到输出端，很多复杂的电路中的变换都是使用隔离变换电路完成的。
隔离式变换电路可以分为以下五种：1、单绕组式变换器单绕组式变换器是一种普通的变换器，它利用一组绕组来完成输入端电压变换成输出端的电压，输出端和输入端之间没有任何连接，因此，输入电流不会影响输出端的电流，它是一种隔离类型的变换器。
2、双绕组式变换器双绕组式变换器是经过改良的单绕组式变换器，它利用两组绕组来完成变换，输入端和输出端之间没有任何连接，因此，输入电流也不会影响输出端的电流，它也是隔离类型的变换器。
3、直流变流式变换器直流变流式变换器是由一个 MOS 管，一个通断器，一个稳压芯片和一个振荡绕组组成的，它通过控制 MOS 管的开关来完成输入端电压变换成输出端的电压，和单绕组式变换器不同的是，直流变流式变换器在输入电压和输出电压之间有一个连接电路，但是这条电路是两者隔离的，输入电流不会影响输出端的电流，所以它也是一种隔离类型的变换器。
4、反馈式变换器反馈式变换器是利用反馈环路来完成变换，它通过反馈环路来控制给定输入电压变换成输出电压。
反馈式变换器在输入端和输出端之间存在一个反馈环路，但是输入端和输出端也是隔离的，输入电流不会影响到输出端，它也是一种隔离类型的变换器。
5、光耦合变换器光耦合变换器是一种不同的变换方式，它使用光耦合元件来完成变换，光耦合的工作原理是通过激光来把输入信号传递到输出端，而输入端和输出端的电路之间没有任何直接的连接，因此，输入端的电流不会影响到输出端，它也是一种隔离类型的变换器。
综上所述，隔离式变换电路可以分为五种：单绕组式变换器、双绕组式变换器、直流变流式变换器、反馈式变换器和光耦合变换器。
这些变换器都是隔离类型的，它们可以把输入电压变换成输出电压，而不会影响到输出端。
第四章隔离型DCDC变换器
• （2）VD1承受最大电压出现在VT导通时
UVD max U N 2 Ui / n
• （3）VD承受最大电压出现在VT截止时
UVD max Ui / n
12
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
多路输出的正激变换器原理图
I L U N 2 UO U / n UO ton i ton L L U nU O i D nfL
• （2）当N1=N3时，开关管承受最大电压为2Ui
11
隔离型Buck变换器——单端正激变换器
• 整流二极管、续流二极管的选择
• （1）流过整流二极管和续流二极管中的电流峰值均为 电感电流峰值
S N
e感应电动势
t
d e dt
18
电磁感应定律
如果是多匝线圈
d d e N dt dt
式中：Ψ＝Nφ－磁链（Wb)韦伯
19
电路中的磁元件
1、自感 自感系数 即
Li
i
20
L
电感单位 L=伏.秒/安=欧秒=亨利 简称亨,代号H
电感的感应电势符号和单位
VT1、VT2同时导通：UNP－>UNS，iVD3 ↑，iVD4 关闭
I2P UO U toff O (1 D) L2 fL2
I2P
I 2 Ptoff
IO / T IO D 1 I2P
U O IO fL2
• 开关管的选择
I D max UO IO N2 I1P I2P 2 N1 n fL2
• 整流二级管的选择
I D max I 2 P U O IO n 2 fL2
小功率开关电源设计
输出电路：用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。
控制电路：输出电压经过分压、采样后经此电路与基准电压进行比较、放大。
频率振荡发生器：由频率震荡发生器产生一种高频波段信号，该信号与控制信号叠加进行脉宽调制，达到脉冲宽度可调。
电能的转换通常使用高频电子开关，在它的一个开关周期T内，其接通时间 与整个周期之比称为接通占空比，即接通占空比D= /T,开关断开时间 与周期之比称为断开占空比，即断开占空比D'= /T。容易知道，D越大，负载上的电压就越高，这表明电子开关接通时间越长，负载感应电压、工作频率越高，这有助于开关电源的高频变压器实现小型化和增加能量传递速度。但同时开关电源中断开关功率管、高频变压器、控制集成电路以及输入整流二极管的发热量也会变高、加大损耗。
2.
2.1
开关电源的核心电路是开关电源中的电力电子电路，即主电路。对不同种类开关电源主电路的工作原理有深入的理解，是进行开关电路选型的基础，也是主电路和控制电路设计的基础。
根据电路是否具有回馈能力、输入端和输出端是否电气隔离以及电路的结构形式等三个原则，可以将开关电源中的电力电子电路分为不同的种类。不同种类的电路有着不同的特点和应用场合。总的来说，非回馈型的电路要比回馈型的电路结构简单、成本低，而绝大部分应用不需要开关电源具备回馈能力，所以，非回馈型的电路应用远比回馈型的电路广泛。非隔离型的电路要比隔离型的电路结构简单、成本低，但多数应用需要开关电源的输入端与其输出端隔离，或需要多组相互隔离的输出，因此，隔离型的电路应用更为广泛。
The thesis, completed the following:
(1)Need to select the switching power supply topology;
Boost-Buck电路解读
U0
－L
I L t off
(3.4.4)
图3.4.1 升降压变换电路及 其工作波形
3.4 升降压变换电路
• 2）工作原理：（续） ➢ 在ton期间电感电流的增加量等于toff期间的减少量， • 得：
Ud L
ton
U0 L
toff
由 ton DTS 均值为：
toff (1 D)TS 的关系，求出输出电压的平
• ② 脉宽调制(PWM)工作方式：
• 即维持TS不变，改变。在这种调压方式中，输 出电压波形的周期是不变的，因此输出谐波的频 率也不变，这使得滤波器的设计容易。
3.2 降压变换电路
▪原理图
输入 直流 电压
滤波电
感
滤波电容
负 载
续流二极 管
3.2 降压变换电路
✓ 导通期间（ton ）：电力开关器件 导通，电感蓄能，二极管D反偏。 等效电路如图3.2.1 (b)所示 ；
3.2 降压变换电路
1）电感电流iL连续模式 ：
✓在toff期间:假设电感中的电流iL从I2线性下降到I1，则有
UO
L I L t off
t off
L I L UO
根据式(3.2.4)、(3.2.5)可求出开关周期ＴS为
TS
1 f
ton
toff
I L LU d
U O (U d
U
）
O
(3.2.6)
I1
I0
UdTS 2L
D(1
D)
(3.2.9)
3.2 降压变换电路
2）电感电流iL临界连续状态：
变换电路工作在临界连续状态时，即有I1=0，由
可得维持电流临界连续的电感值L0为：
浅析CUK直直变换器
浅析CUK直直变换器作者：程璇来源：《科教导刊·电子版》2015年第29期摘要近年来，电力电子技术发展迅猛，直流开关电源广泛应用于计算机、邮电通信、电力系统和航空航天领域。
如今，笨重型、低效的电源装置己经被轻小型，高效电源所取代。
必须实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量，为此先后提出了谐振变换器、准谐振变换器和多谐振变换器、零电流开关PWM变器和零电流开关PWM变换器、零电压转换PWM变换器和零电流转换PWM变换器等等。
探讨了直流开关电源CUK变换器的工作原理及其它性能。
关键词 CUK直直变换器直直变换器直流开关电源应用中图分类号：TM46 文献标识码：A电源是现代生活必需品，衣食住行离不开电源，文化娱乐、办公学习、科学研究、国防建设、交通运输都离不了电源。
计算机、电视机、X光机等虽然也是打开开关就能工作，但是这些机器里面都已经做了电能变换处理，将正弦的交流市电转换成各自需要的直流电、高压电、脉冲电。
另外用蓄电池经过电能变换可获得电能。
卫星、飞行器，把太阳能收集起来，再经过电能变换获是需要的各种电能来维持长期运行。
近年来，通信技术发展迅速，通信产品日趋小型化、绿色化，这对其供电模块，即通信电源模块，提出了越来越高的要求。
通信电源模块的发展趋势为高效率、高功率密度、高可靠性，与此同时，它还要有良好的动态性能和适应宽输入范围的能力，这些对通信电源模块的设计提出了很大的挑战，尤其是宽输入范围。
由于通信电源模块大多数时间工作在额定电压下，因此保证额定输入电压时的高效率十分重要，它是高功率密度和高可靠性的保障。
针对宽输入电压范围，选择合适的电路拓扑十分重要。
Buck 型拓扑结构的变换效率最高点一般在输入电压较低时，而Boost 型则恰恰相反，因此很难在额定输入电压时取得最高的效率。
1直直变换器概述1.1直直变换器源头要想探究变换器的源头，我们就要先来了解一下开关电源的分类。
现代开关电源分为直流开关电源和交流开关电源两类，前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。
基于Cuk变换器的开关电源设计
基于Cuk变换器的开关电源设计摘要：DC—DC变换器模块电源在各种电子设备中被广泛应用，随着电子设备功能越来越复杂，集成度越来越高，对DC．DC变换器也提出了更高的要求，需要在提供更大功率的同时，要求更小的体积、功耗和更高的稳定性。
本文是基于Cuk变换器的开关电源设计，首先对Cuk进行了详细的理论分析，对Cuk电路中的主要元件电压、电流波形进行计算，并由此推导出各个主要元器件的参数计算公式。
关键字：开关电源，Cuk电路.1.Cuk电路理论分析Cuk电路是1977年美国加州理工学院的Slobodan Cuk根据boost电路和buck电路的组合进行研究变换后得到的一个电路。
该电路只有一个开关，控制简单，导通比可大于0．5，在输入和输出之间由一电容传送能量，有利于减小体积，提高功率密度。
其输入输出电流均连续，开关电流被限制在变换器内部，因此产生的输出纹波和电磁干扰都比较小。
Cuk 电路在开通和截止的整个周期都能从输入向输出传输功率，所以效率比buck，boost等拓扑形式要高。
2. Cuk电路拓扑结构基本Cuk电路的结构如图2.1所示。
正常工作时，电容C是传递能量的主要元件。
当主开关S1截止时，续流二极管D导通，C被充电存储能量，C的充电电流和负载的续流电流同时流过D；s1导通时,D承受反压，C放电，为负载供电，电源电压直接加L1上，L1被充电储能，L1的充电电流和负载电流要同时流过S1。
当工作在连续的状态下，Cuk电路的输入电流和输出电流不是脉动的，而且增加电感Ll和L2的值．可以使交流纹波的值为任意的小。
同时可以看出，该电路结构对半导体元件的要求是相当高的。
电路的输入输出电压的关系如下：2.1 隔离式Cuk电路上面只是Cuk电路的基本拓扑，实际中还要求电源的原方和副方电气隔离。
所以必须对基本电路作如下修改，插入一个隔离变压器。
1．将C分成两个串联电容Cl和C2。
2．在cl和C2的连接点与输入电源的地之间接一个电感，若这个电感足够大，则从C1和C2的连接点流入电感的电流可以忽略。
六种基本DCDC变换器拓扑结构总结
六种基本DC/DC变换器拓扑，依次为buck,boost,buck-boost,cuk,zeta,sepic变换器半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑。
半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决。
半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制。
正激变换器绕组复位正激变换器LCD复位正激变换器RCD复位正激变换器有源钳位正激变换器双管正激吸收双正激有源钳位双正激原边钳位双正激软开关双正激推挽变换器无损吸收推挽变换器推挽变换器:推挽变换器是双端变换器.其实是两个正激变换器通过变压器耦合而来,基本推挽变换器好处是驱动不需隔离,变压器双端磁化,只要两个开关管.但是,变压器绕组利用率低,开关管电压应力为输入两倍,所以一般只适合低压输入的场合.而且有个问题就是会出现偏磁,所以要采用电流型控制等方法来避免.如果将两个双管正激同样耦合,可以构成四开关管的推挽变换器,也就是所谓的双双管正激.其管子电压应力下降为输入电压.其他等同.推挽正激是最近出现的一种新拓扑,通过一个电容来解决变换器漏感尖峰,偏磁等问题.在VRM中有应用.半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑.半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决.半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制.全桥变换器全桥变换器在大功率场合是最常用了,特别是移项ZVS和ZVZCS 接下去,会收集一些三电平变换器贴出来,在以后就给出boost族的隔离变换器....反激变换器.....正反激变换器......APFC.....PPFC.... 单级PFC.....谐振变换器等.....三电平变换器(three level converter)选了看起来比较舒服的两个拓扑,这些三电平是半桥演化而来,同样可以演化出多电平变换器,合适高压输入场合.而且可以通过全桥的移相控制方式实现软开关.。
单级式反激逆变器研究
南京航空航天大学硕士学位论文单级式反激逆变器研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：***20060201南京航空航天大学硕士学位论文摘要单级式隔离逆变技术只需一级功率变换就可完成传统两级逆变电路的全部功能包括DC/AC逆变、电压调整及电气隔离。
电路简洁，系统的功率密度、效率及可靠性均较高，成本大大减小，十分适用于小功率场合。
本文首次提出了一个基于双向直直变换器组合的单级高频链逆变电路拓扑族。
它们都是由两个双向直直变换器输入端并联，输出端串联构成。
本文着重对拓扑族中结构最简洁的反激逆变器进行了全面系统的研究。
在对反激变换器和双向反激变换器的基本特性及控制方式分析的基础上，介绍了反激逆变器的构成及基本工作原理。
首先提出并研究了差动控制策略，针对差动控制策略存在能量循环的问题提出并详细研究了单边控制策略。
对单边控制策略下的两种控制模式：非互补导通和互补导通即同步整流控制，分别进行了深入的理论和仿真分析及实验验证。
文中分别给出了反激逆变器断续及连续模式下的电路参数设计准则。
研制的100V A原理样机实验结果表明，该逆变电路输出正弦电压失真度小，体积小，输出动态及静态性能良好。
采用非互补导通控制，在CCM模式下由于功率管电流峰值和有效值的减小，逆变器变换效率较DCM模式下有所提高；另外，CCM模式下，反激逆变器采用同步整流控制，减小了整流二极管的导通压降，并且电路中同步整流管可实现零电压开通。
采用该策略在简化控制电路结构的同时大大提高了逆变器的变换效率，100V A原理样机效率最终提高至85.9％。
本文还对单级式隔离丘克逆变电路进行了初步设计和稳定性分析。
仿真结果验证了该新型电路的可行性。
关键词：逆变器，单级，反激，隔离，差动控制，单边控制，非互补导通，同步整流, 零电压开通, 电流连续模式，电流断续模式，丘克i单级式反激逆变器研究iiAbstractThe Single-Stage isolated inverters can fulfill all the functions of two-stageinverters in one stage，including DC/AC inverter, voltage adjustment and electrical isolation. Thus, the circuit structure and the control schemes can be simplified, with resultant high reliability and reduced cost. Therefore, it becomes an interest of research in low power DC/AC applications. In this dissertation, three novel single-stage isolated inverter topologies were proposed. Both of them are composed by two basic bi-directional DC-DC converters, and the input ports of the two converters are parallel, the output ports are connected in series.The flyback inverter that features simplest structure was researched in this dissertation. Based on the analysis of the basic flyback converter and bi-directional flyback converter, the basic operation principles of the flyback inverter were presented. And then two control strategies were given, including difference control strategy and unilateral control strategy. The later strategy was proposed to eliminate the power circulation that exists in the inverter under the former control strategy. The unilateral control strategies can be classified into two basic control modes: un- alternate switching mode and synchronous rectification (SR) mode. The theoretical analysis and simulations of these two control modes were given in detail, also with the experimental verification. And the design guideline of the circuit parameters in both the discontinuous current mode (DCM) and continuous current mode (CCM) were given respectively.Based on the above research, a 100V A prototype was developed. Experimental results certify that the proposed flyback inverter features small THD in the output sinusoid voltage, small size, light weight and fast dynamic response. Compare to the operation under the DCM mode, the power switches of the inverter under the CCM mode has lower peak current and rms current, so the efficiency can be improved. As the synchronous rectification strategy can reduce the conduction losses of the rectifier, and also due to the ZVS realization of all synchronous rectifiers, the南京航空航天大学硕士学位论文efficiency of the inverter with the SR control strategy can be improved significantly. The control circuit can be simplified simultaneously. The overall efficiency of the 100V A prototype was improved to 85.9% finally.Some initial research on another single-stage isolated inverter—isolated Cuk inverter was also given. The primary simulation results show that the isolated Cuk inverter can accurately produce sinusoid voltage with the above two unilateral control strategies.Key words: Inverter, Single-stage, Flyback, Isolated, Difference Control, Unilateral control, Un-alternate switching mode, Synchronous control, ZVS, Continuous current mode, Discontinuous current mode, Cukiii承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
Cuk变换器工作原理分析与总结
目录 简介 工作原理 特点 应用 总结
简介
简介
本文介绍了Cuk变换器的工作原 理和特点，以及在电力转换中 的应用。
Cuk变换器是一种非隔离型的直 流-直流变换器，通过改变电感 和电容元件的工作状态实现电 压的升降转换。
工作原理
工作原理
输入电压经过开关元件和电感L1连接， 形成能量存储。
当开关关闭时，能量流向电容C1，电压 升高。
工作原理
当开关打开时，能量流回电源 ，电压降低。 通过控制开关的状态和周期， 可以实现不同的输出电压。
特点
特点
Cuk变换器具有电压增益和电压转换的 功能。 相比传统的变换器，Cuk变换器具有更 高的效率和更低的输出波纹。
特点
Cuk变换器具有输入电流连续性 和输出电流连续性的特性，适 用于各种功率转换场景。
总结
随着技术的不断发展，Cuk变换 器在能源管理领域有着广阔的 应用前景。
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应用
应用
Cuk变换器广泛应用于电力转换和能量 管理领域。
在太阳能发电系统中，Cuk变换器可以 实现太阳能电池板电压与电网电压的匹 配。
应用
在电动汽车充电系统中，Cuk变 换器可以实现电网交流电压向 蓄电池直流电压的转换。
总结
总结
Cuk变换器是一种有效的电力转换器件 ，具有电压转换功能和高效率。 它可以应用于各种场景，包括可再生能 源利用和移动设备充电等。
cuk电路应用
cuk电路应用Cuk电路应用导言：Cuk电路是一种常见的电路拓扑结构，由俄罗斯工程师Slobodan Cuk于1975年发明。
它在电源管理和DC-DC变换器中得到广泛应用。
本文将介绍Cuk电路的原理及其在不同领域的应用。
一、Cuk电路的原理Cuk电路是一种双向电压型DC-DC变换器，具有输入输出隔离的特点。
它由两个功率开关、两个电感和两个电容组成。
Cuk电路的工作原理如下：1. 输入电压阶段：当输入电压施加在开关S1上时，电感L1储存了能量，电容C1充电。
在此阶段，开关S2是关闭状态。
2. 输出电压阶段：当开关S1关闭时，电感L1的储能通过二极管D1传递给负载。
在此阶段，开关S2打开，电感L2储存能量，电容C2充电。
通过交替地开关S1和S2，Cuk电路实现了从输入到输出的能量转换。
二、Cuk电路在电源管理中的应用1. 电池充电器：Cuk电路可以作为电池充电器的关键组成部分。
它能够将输入电压调整到适合电池充电的电压，并提供稳定的电流输出。
2. 太阳能电池板：Cuk电路在太阳能电池板中的应用也很常见。
它可以将太阳能电池板产生的低电压转换为适用于家庭用电的高电压。
3. 汽车电子系统：Cuk电路可以用于汽车电子系统中的电源管理。
它可以将汽车电池的直流电压转换为不同电压等级的电源，以满足各种汽车电子设备的需求。
三、Cuk电路在DC-DC变换器中的应用1. 电力转换器：Cuk电路可以作为电力转换器的核心部件，将输入的直流电压转换为输出的直流电压，并实现高效能量转换。
2. 电子设备：Cuk电路在各种电子设备中都有应用。
例如，它可以将低电压的电池输出转换为高电压供给电子设备的需要。
3. 通信系统：Cuk电路在通信系统中的应用也很常见。
它可以将输入的电压转换为适合通信设备的电压，并提供稳定的电流输出。
四、Cuk电路的优势与局限性Cuk电路相比其他DC-DC变换器拓扑结构具有以下优势：1. 输入输出隔离：Cuk电路能够实现输入输出的隔离，提高了系统的安全性。
电流断续时Cuk转换器的工作原理和基本关系
电流断续时Cuk转换器的工作原理和基本关系如果减小负载电流Io，则输入电流Ii 也相应地减小，在不考虑转换器的损耗时，U。
I。
=UiIi。
当I。
小到一定值时，iL1 的最小值IL1min=0，但由于IL2min0，故二极管电流的最小值IDmin0，转换器仍处于电流连续工作方式。
如果进一步减小负载电流I。
时，则电流iL1 的波形将出现负值如图(c)所示。
如果电流iL1 的负值最大值IL1min，的绝对值，正好和电流iL2 的最小值IL2min，相等时，则在t=Ts 时，二极管电流tD 正好为零，这就是Cuk PWMDC/DC 转换器电流临界连续的工作模式。
电流iL1 的波形有负值表示电感L1 中的电流反向流动，这种现象是由于电容C1 的储能引起的。
如果再一步地减小负载电流I。
，则Cuk PWM DC/DC 转换器将进入电流断续工作状态。
从电流iD 的波形可知，在t=Tdis～Ts 期间，二极管电流iD=0,TON+T’sff，电感电流没有变化，也没有感应电动势出现。
由于电感L1 上平均电压为零，故可以得到电流断续时输出电压U。
和输入电压叽之间的关系为：式中，Uc1=Ui+Uo;△Du-Ts 为二极管续流时间; 。
于是得要得到电流的关系，可以假定电感L1 的电流有正负变化，即在开关管V 导通时，电流iL1 和iL2的瞬时值为假定Cuk 转换器的损耗为零，UiIi=U。
，将此式与式(3-117)、式(3-124)和式(3-125)联立求解，即可得到ILmin 的表达式：由式(3-126)可知，如果，则ILmin=0 电流断续工作时回路中没有环流;如果，即ILmin0，与电感L1 中电流有负值的假定相符，则回路中有和iL2 方向。
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压波动可忽略，两端的电压可视联电容Cl和C2。 + 2．在cl和C2的连接点与输入电源的地之间
接一个电感，若这个电感足够大， + 则从C1和C2的连接点流入电感的电流可以 忽略。这样Cuk电路的工作点不会受到影响。 + 3．这个外接电感分成两个匝数相同的绕组 并联，把他们各接向一边，从而变
+ 在开关管VT导通期间，等效电路如图2．3
所示，图中箭头表示回路的电流方向。此 时输入电压U。直接加在电感L1上对他充电， C1的电压则直接加在变压器Tl的原方，C1放 电，付方感应出的电流对负载供电，这时 C1和C2都是放电状态。副方的C2电流对负 载供电并供电感L2储能，续流二极管因反偏 而截止。开关管VT截止时，电路等效为图 2．4所示的电路。电感Ll释放能量，电容C1 充电储能，原方电流通过变压器T1感应到 付方对c2充电，负载电流从续流二极管流过， 电感L2将储能释放给负载供电。
+ 该电路有如下特点： + 1．元件少，只有一个开关，控制简单。 + 2．开通和截止的两个周期都能从输入向输
出传输功率，所以效率高。 + 3．变压器原副方绕组中均无直流电流通过， 其磁芯无需加气隙，因此无磁 + 芯饱和问题。 + 4．导通比可以大于0．5，不像双端变换那 样存在直通问题。
+ 假定电路在完全理想的情况下工作：