Cuk变换器

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

5.2 反激变换器

反激变换器就是在Buck-Boost变换器的开关管与续流二极管之间插入高频开关变压器，从而实现输入与输出电气隔离的一种DC-DC变换器，因此，反激变换器实际上就是带隔离的Buck-Boost变换器。反激变换器能量传输的时机与正激变换器正好相反，它是在开关关断期间向负载传输能量。由于反激变换器的高频变压器除了起变压作用外，还相当于一个储能电感，因此，反激变换器也称之为“电感储能式变换器”或“电感变换器”。

5.2.1 单管反激变换器的组成和工作原理

1. 单管反激变换器的电路组成及工作原理

单管反激变换器的主电路结构如图5.2.1所示，图中Vi为输入电压、VO为输出电压、iO为输出电流、VT为开关管，VD为续流二极管、C为输出滤波电容、RL为负载电阻。L1、L2为高频变压器T的原、副边分别对应的电感，流过原、副边的电流分别为iN1、iN2，变压器变比n=N1/N2，变压器变比的倒数用“γ”表示，即γ= N2/N1（后面的分析会发现：对于反激变换器，其有关表达式中用“γ”表示更好）。

iN1TVDL1ViPWMiN2icIoL2CRLVoVT图5.2.1单端反激变换器的主电路图

单管反激变换器的工作原理：在开关管VT导通期

AC变换器比较研究

维普资讯

第 2 6卷第 2 0期 20 0 6年 1 0月

中

国

电机

工

程

学

报

、 1 6 No 2 t 2 0 , . .0 0c. 0 6 o 2@2 0 i .o . rE e . n 0 6 Ch n S cf l cE g o

P o e d n s f h EE r c e i g e CS o t

文章编号：0 5.0 3(0 6 2.0 40 2 88 1 20 ) 00 7 .5

中图分类号：T 6:T 8 文献标识码：A M4 4 N 6

学科分类号：4 0 0 7 4

两种高频交流环节 A/ C变换器比较研究 CA李磊，陈道炼 2( .南京理工大学动力.程学院，江苏省南京市 20 9; 1 Y - 104 2福州大学电力电子研究所，福建省福州市 30 0 ) . 50 2

Co p rs n o m a io f TwoK i d f n s AC n e t r i g o AC/ Co v r e sW t Hi h h F e u n yAC i k rq e c LnL i, CHE Da—in I Le N o l a

(. nigU iesyo cec 1Na: nvri

Boost变换器仿真分析 Boost变换器仿真分析小组成员： *** ***

Boost变换器仿真分析 变换器仿真分析Boost变换器简介 Boost变换器原理与分析 Boost变换器的Matlab建模与仿真 Boost变换器的仿真结果分析

Boost变换器简介 变换器简介Boost变换器是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直 流变换器，在直流电压变换领域应用广泛。 Boost变换器中电感L在输入侧，称为升压电感，开关管T仍 为PWM控制方式，和Buck变换器一样，Boost变换器也有电感 电流连续和断流两种工作方式。当电感电流连续时， Boost变换 器存在两种开关状态：(1)T导通，D截止，电感储能；(2) T截止， D导通，电源和电感的储能向电容和负载转移。当电感 电流断流时， Boost变换器还有第三种开关状态： T和D都截止， 电感电流为零，负载有滤波电容供电。

Boost变换器原理与分析 变换器原理与分析

图1 Boost变换器的主电路图

Boost变换器原理与分析 变换器原理与分析1. 工作原理： (1)开关模态1 在t=0时，开关管Q导通，电源电压Vin全部加到升压电感Lf上，电感电流ILf 线性增长。二极管D截止，负载由滤波电容Cf

DC-DC变换器原理 DC/DC Converter Principle

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为直流电源使用呢，对于对电压没有准确要求的微、小型用电设备是可以的，如计算器、玩具等。太阳电池输出电压取

大小与光照强度直接有关，不能直接作为正规电源使用。通过DC-DC变换器可以把太阳电池输出的直流电转换成稳定

是直流——直流变换器，是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，下面就其原理作简单介绍。

这样画风景不真实，但是很美

)工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比）

1左上部是一个斩波基本电路，Ud是输入的直流电压，V是开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把输

T，在V导通时输出电压等于Ud，导通时间为ton，在V关断时输出电压等

1下部绿线为连续输出波形，其平均电压如红线所示。改变脉冲宽度即可改变输

UR1）较高；在时间t1 后脉冲变窄，平均电压（UR2）降低。固定方波周期T不变，改变占空比调节输出电

Buck变换器。

图1 DC-DC变换基本原理

2是加有LC滤波的电

湖北工业大学

DC-DC变换器设计论文

院系 班级 指导老师 组别 组员

二〇一六年一月十五日

1

湖北工业大学

前言

直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制，从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。由于变压器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。

直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路（DC Chopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况。

直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路,一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，熟用这两种电路可为理解其他斩波电路打下坚实基础。升压直流电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-

直流稳压电源设计报告 摘要

本作品采用了boost拓扑，利用电感、场效应管和二极管完成了升压的功能，利用Tl494,和IR2110进行反馈控制。并加上前期的整流滤波电路，实现可以用从市电开始转换。本作品基本实现了题目的功能，实现了30V到36V，2A的输出。

一、方案比较论证

1. 主拓扑方案的论证

方案一：采用反激式变换器。反激式变换器适合小功率的输出，输入电压大范围波动时，仍可以有较稳定的输出，并且可以实现带隔离的DC/DC变换，但其中的反激式变压器设计比较复杂，且整体效率较低。

方案二：采用boost变换器，boost是一种斩波升压变换器，该拓扑效率高，电路结构简单，参数设计也比较容易。 方案三：采用SPICE变换器，开关环路的对称性使其可以达到较高效率，电感的适当耦合也可以尽量减小纹波。但该方案成本较高，对电容电感值要求较高，检测和控制电路较为复杂。

为节约成本，并从简单考虑，本作品选用方案二。

2. 控制反馈方案的选择

方案一：系统由Boost模块实现升压任务，各模块所需PWM信号的由单片机提供，单片机AD采集实时输出量，经运算

后通过改变占空比调整模块工作状态。该方案电路最简单，各种控制灵活，缺点有单片机运算量过大，开关信号占空比受

Boost变换器仿真分析 Boost变换器仿真分析小组成员： *** ***

Boost变换器仿真分析 变换器仿真分析Boost变换器简介 Boost变换器原理与分析 Boost变换器的Matlab建模与仿真 Boost变换器的仿真结果分析

Boost变换器简介 变换器简介Boost变换器是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直 流变换器，在直流电压变换领域应用广泛。 Boost变换器中电感L在输入侧，称为升压电感，开关管T仍 为PWM控制方式，和Buck变换器一样，Boost变换器也有电感 电流连续和断流两种工作方式。当电感电流连续时， Boost变换 器存在两种开关状态：(1)T导通，D截止，电感储能；(2) T截止， D导通，电源和电感的储能向电容和负载转移。当电感 电流断流时， Boost变换器还有第三种开关状态： T和D都截止， 电感电流为零，负载有滤波电容供电。

Boost变换器原理与分析 变换器原理与分析

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正弦振幅变换器工作原理

正弦振幅变换器采用全桥式变换电路。DC/AC 部分采用全桥电路的转换方式，给变压器做高频交流供电。变压器二次侧也采用全桥方式的同步整流电路，（当然也可以采用半桥式或推挽式的同步整流电路）再将高频交流转变为直流。

控制IC只需产生高频（达4MHz）振荡，并给出两相脉冲输出，工作频率可达2Mhz的占空比各50％的驱动脉冲，但要求有足够的驱动能力。两相输出接到驱动变压器Ｔ2，由T2去驱动主功率变压器两侧的八支MOSFET。其工作状态描述如下：在控制IC的作用下，初级侧的功率 MOSFET Ｑ1，Q4及次极侧同步整流的MOSFET Ｑ21，Ｑ24同时导通，关断。但Ｑ1，Ｑ4导通时，Ｑ2，Ｑ3要关断, Q22, Q23也要关断，反之亦然。两者之间的死区要能根据MOSFET的开关速度进行调节，以便确保工作正常。防止共导。

功率变压器采用的结构方式为：将初级绕组等分为两段。在中间串入谐振电容Ｃres，初级绕组漏感要尽量小，因此需要采用三明治式的夹层结构，将二次绕组放在中间。但为了谐振能正常工作，令其Ｑ值在2-3之间，这样的Q值既可以高效率的传输能量，又可以确保 L C 的谐振。

现在开始分析其工作过程：在某时刻T0时

第4期2011年7月

电源学报

JournalofPowerSupply

No.4July.2011

交错并联BoostPFC变换器设计

陈文明，黄如海，谢少军

（南京航空航天大学自动化学院，南京，210016）

摘要：BoostPFC变换器引入交错并联技术后有效地降低了器件的电流应力、输入电流纹波和磁性元件的体积。介绍交错并联技术的原理，分析应用该技术的BoostPFC电路的具体工作模态，理论上推导了电感值的设计原则，通过详细地损耗分析给出了器件优化的方法。实验结果表明，采用该方案的PFC电路控制简单、功率因数高、效率高。

关键词：交错并联；功率因数校正；UCC28070中图分类号：TM46

文献标志码：A

文章编号：CN12-1420（2011）04-0063-05

引言

Boost型功率因数校正（PFC）变换器具有结构

简单、效率高、输入电流纹波和器件导通损耗都很小以及工作性能稳定等优点，因此广泛应用于各种电子设备PFC电路中[1]。但随着功率等级的不断提高，传统的BoostPFC变换器的使用逐渐受到限制。将交错并联技术引入到Boost变换器中，能够有效地降低功率器件的电流应力、减小输入电流纹波和磁性元件的体积，提升功率等级[1，2]。同样，这种交错并联技术也很