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從Boost-Buck演進(jìn)到Cuk

(資料圖)

Cuk斬波電路也稱(chēng)Cuk變換器。1980年左右，美國(guó)加州理工學(xué)院Slobodan Cuk提出的對(duì)Buck/Boost改進(jìn)的單管不隔離直流變換器，在輸入輸出段均有電感，可以顯著減小輸入和輸出電流的脈動(dòng)，輸出電壓的極性和輸入電壓相反，輸出電壓既可以低于也可以高于輸入電壓。Cuk變換器可看做是Boost變換器和Buck變換器串聯(lián)而成，合并了開(kāi)關(guān)管。

Boost-Buck電路演變成Cuk的過(guò)程

在a）中，S1和S2是同步的，并且具有相同的占空比D?？梢钥闯蒘1和S2是同步的開(kāi)關(guān)，則變成了b)。

通過(guò)允許輸出電壓是反極性的，則單刀雙擲，演變成了c），兩種開(kāi)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，c)和b)是一樣的。

實(shí)際電路，把理想開(kāi)關(guān)換成實(shí)際的開(kāi)關(guān)管及二極管。

Cuk工作過(guò)程與原理

等效電路圖如下：

開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，S合向B點(diǎn),；開(kāi)關(guān)Q1關(guān)斷時(shí)，S合向A點(diǎn),。

在該電路中，穩(wěn)態(tài)時(shí)電容C2的電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值應(yīng)為0，也就是其對(duì)時(shí)間的積分為0，即：

當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電容電流和時(shí)間的乘積為；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電容電流和時(shí)間的乘積為；

上面的公式可以得到：

從而可以得到：

因此，B點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)平均值是：

(其中：Uc2為電容C2兩端電壓的平均值）。

又因?yàn)殡姼蠰1的平均電壓為0，所以：

另一方面，A點(diǎn)的電勢(shì)為：

且L2的電壓平均值為0，所以根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可以得到輸出電壓

于是可得到輸出電壓與電源電壓的關(guān)系為：

該電路與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，即其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。

開(kāi)關(guān)管Q為PWM控制方式。Cuk變換器有CCM和DCM兩種工作方式，但不是指電感電流，而是指流過(guò)二極管的電流連續(xù)或斷續(xù)。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中開(kāi)關(guān)管Q的截止時(shí)間（1-Dy）Ts內(nèi)，若二極管電流總是大于零，則為電流連續(xù)；若二極管電流在一段時(shí)間內(nèi)為零，則電流斷續(xù)工作；若二極管電流在t=Ts時(shí)剛降為零，則為臨界連續(xù)工作方式。

Cuk變換器中有兩個(gè)電感，這兩個(gè)電感之間可以沒(méi)有耦合，也可以有耦合，耦合電感可進(jìn)一步減少電流脈動(dòng)量。

輸入，輸出極性相反

開(kāi)關(guān)管接地，驅(qū)動(dòng)容易

可升降壓

輸入輸出均串聯(lián)電感，紋波小

假設(shè)已經(jīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，工作情況如下：（由于處于平衡狀態(tài)，所以任何儲(chǔ)能元件，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合的兩個(gè)過(guò)程，必然是一個(gè)充能，一個(gè)放能）

Cuk的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的

2、脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入，輸出進(jìn)行濾波

缺點(diǎn)：

1.Cuk電路需要兩個(gè)電感和一個(gè)電容（不包括濾波電容），而buck和boost只需要一個(gè)電感。

2.Cuk電路輸出的是負(fù)電壓。

3.Cuk電路使用電容作為儲(chǔ)能元件，提供的電流比較小。

這些特點(diǎn)決定了它不會(huì)很常用。

審核編輯：湯梓紅