直流降压型Cuk开关变换器的设计分析

ｌ 引 言
目前 ，在 非 隔离 降压 型变 换 器 中 ， ｕ ｋ变换 器 Ｂｃ
由于 其结 构简 单 经 常用 于 降压 电路 中 。然 而 ， 输 其
入 的不 连 续 ， 能 导 致 电磁兼 容 问 题 ， 且 会 产 生 可 并
比较 高 的输 出 电压纹 波 ， 率较 低 。在 ２ ０ 效 ０ ８年 ， 提 出了另 外一 种 降压 型 变换 器［ Ｌ 降 压 型 Ｃ ｋ变换 ｕ
所 示
图 ４ 降 压 Ｃｕ ｋ开 关 截 止 等 效 电 路
令 ＝ ＋ ， 中 Ｄ＝ 其
， 态 运 行 时 ， 一 稳 在
个 周 期 中 ， ｉ 增 量 △ 叭等 于 其减 少 量 Ａ ， 的 ｉ ｉ
的增 量 △ 等 于 其减 少 量 △ ， 一联立 式 （） （）式 １和 ２、
△ ＝（ ｆ 暑＿ １ 观
（ ４ ）
容 都是理 想元 件， 其值 足 够大 ， 则在 一个 周期 内可 以
认 为 电容 电压 。 ， 恒定 不变 ，电感 电流 和 ｉ是 。 。
线性 变化 的 ， 稳态 时 电感 电压平均值 。 和
为 ０ 。
在 电流连 续模 式下 的稳态 分析 ： １ 当 ＝。ｔ （） 。 一 时 ， 关 管 Ｔ导 通 ， 开 二极 管 Ｄ截 止 ， 等效 电路如 图 ３
１
（） １
零． 电感两 端 电压 的平 均值 为零 。 对 于理 想 的 电路 来讲 ， 变换 器 的输 入功 率 要 等 于输 出功 率 。可得输 入输 出电流 比：
，
与此 同时 ， 中间电容 通过 开关 管 Ｔ向负载 尺 和 放 电 ， 充 电 ， 流 线 性 上 升 。 因 此 Ｌ 被 电 ：
输 入 电源 对 。 行充 电 ， 进 通过 的 电压 为
—
ｉ ｎ
。 ，
电流 线 性上 升 ， 因此
～ 。 电流 Ｖ。
由式 子 （ ） 到 ： ５得 Ｖ
由以上 推 导 可 知 ， 稳 态 运 行 时 ， 个 开 关 周 在 一 ｉ 的增量 ： 。
：
期 中 ，电感 ，： 电流增量 为零 ，磁 链 增量 为 的 Ｄ
图 １ 降压 型 Ｃｕ ｋ电路 和 波 形 图
器 。该变 换器 是 由典 型 Ｃ ｋ电路 演变 而来 。在输 入 ｕ 和输 出端 均有 电感 。 因此 产 生 的输 入输 出电 流纹 波
和 电磁 干 扰都 比较小 ． 高 了降压 型 变换 器 的效 率 提 且输 入输 出电压具 有 同极性 。
Ｑｆ
Ｄ＝
』ｏ
（） ８
＝ 一 。电流 Ｖ， 位的增量 ：
开 关 管 Ｔ和 二极 管 Ｄ在 截 止 时所 承 受 的 电压
Ｔ －ｏ Ｖ Ｖ。 ￣ ．
当
导通 。 等效 电路 如图 ４所示 ：
。
（ ２ 为 ） ：
： ： ： （） ９
２ 降压 型 Ｃ ｋ电路 的工作原ຫໍສະໝຸດ Baidu ｕ
入 。
／
Ｌ １ ｘ ｍａ
Ｌ
＼
ｒ
／
一
Ｉｌ ｎ Ｌ ｍｉ
厂 ～
，
，
Ｌ
！１ ｎｘ ａ
Ｉ
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ｌ ｎ ｉ Ｌ２ １ ｎ
一
厂 一
．
ｔ Ｉ
， ！
，
’
ｆ Ｉ
图 ２ 电 流 连 续 时 波形 图
摘 要 ： 统 降 压 Ｂ ｃ 电路 由于 输 入 电流 不 连 续 存 在 纹 波 大 、 率低 等 问 题 。 新 型 降 压 Ｃ ｋ电 路 则 可 以 很好 地 传 ｕｋ 效 ｕ 改善 这 些 问题 。先 对 降 压 型 Ｃｕ ｋ电路 的 工作 原 理 进 行 了详 细 的 分 析 和公 式 的推 导 ， 给 出 了 电感 和 电容 的 设计 ； 且 然 后 应 用 Ｐ ＰＣ Ｓ Ｉ Ｅ软 件 仿 真 对 比 了 降压 Ｃｕ ｋ电路 和 Ｂ ｃ ｕ ｋ电路 ； 最后 通 过 实验 验 证 了该 电路 降 压 变 换 的 优 良 电 气性
第 ４期
２１ ０ ２年 ７月
电
源
学
报
Ｎｏ． ４
Ｊ ｕ ｎ ｌｏｆＰｏｗｅ ｕ ｌ ｏ ｒ ａ ｒ Ｓ ｐｐ ｙ
Ｊ ｌ．０１ ｕｙ２ ２
直流降压型 Ｃ ｋ ｕ 开关变换器的设计分析
吴 智 星 ， 玉珍 ， 维 明 徐 林
（ 州大 学 电气工程 与 自动化 学院 ， 福 福建 福 州 ３ ０ ０ ） ５ １８
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ６ ２１—５２
电
源
学
报
总第 ４ ２期
降压 型 Ｃ ｋ变换 器结 构如 图 １ 示 ， 中 ， ， ｕ 所 其 为 储 能 电感 ， Ｔ为功 率 开关 管 ， 为续 流 二极 管 ， Ｄ
与此 同时 ，： 经 Ｄ续 流 而 向负 载 供 电 ， 也 ｉ 也 减小 ， 以 Ｌ 所 ２
能。
关键 词 ： 压 变 换 器 ； ｕ ｋ 降 压 型 Ｃ ｋ 效 率 ； 波 降 Ｂ ｃ； ｕ； 纹 中 图分 类 号 ： Ｍ４ Ｔ ６ 文 献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５ ２ ０ （ ０ ２ ０ — ０ ３ ０ ２ ９ — ８ ５ ２ １ ）４ ０ ６ — ６
ｄｔ
一 Ｖ， 。电流 ｉ 位的减 小量 ：
Ｃ 为传 输能 量 的耦合 电容 ， ０ ｃ 为滤 波 电容 。变换 器 输入 电压 为 ．输 出 电压 。 负载 提供能 量 。 ｍ ， 为
为 分 析稳 态特 性 ， 化 推 导公 式 的过 程 ， 如 简 作 下 几点 假定 ： 假设 开 关 管 Ｔ和 二极 管 Ｄ都 是 理想 元 件 ， 通 时压 降为 零 ， 止时 漏 电流 为零 。电感 、 导 截 电
（） ４可得 ： ３和（ ）
（ 一 ） ＋（ 一
一 ） １一 ）＝ ０（） （ ５
（ 一Ｖ） ｏＤ—Ｖ（ 一Ｄ ｏ １ ）＝０
消去 可 以得到 输入输 出电压 的关系
图 ３ 降 压 Ｃｕ ｋ开 关 导 逋 等 双 黾 蹯
Ｄ ＝ —Ｏ ｒ —
ｆ ６）