【文章內(nèi)容簡介】 r cei+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 3i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 2i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 1i+C u r r e n t M e a s u r e m e n tC Cuk電路 ? 由于 BuckBoost變換器的電感 L在中間，其輸入和輸出電流的脈動都很大。針對這一缺點(diǎn)，美國加州理工大學(xué)的 Slobdan Cuk教授提出了單管 Cuk變換器，該變換器使用了兩個電感，一個在輸入端，一個在輸出端，從而減小了電流脈動。 ? Cuk變換器的電路形式如圖 511a所示，在負(fù)載電流連續(xù)的條件下，工作波形圖如圖 512a所示，其中 L L2為儲能電感， Q為功率開關(guān)管， D為續(xù)流二極管， C1為傳輸能量的耦合電容， C2為濾波電容。 Cuk變換器能夠提供一個反極性、不隔離的輸出電壓，輸出電壓可高于或低于輸入電壓，而且其輸入電流和輸出電流都是連續(xù)的、非脈動的，這些特點(diǎn)使 Cuk變換器有著廣闊的應(yīng)用前景。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 3 S e p 200 0 S h e e t o f F i l e : D : \ l i c i r c u i t \ l i hon g. d db D r a w n B y :Q DLC2 ZVd uciC2ioQ 導(dǎo)通iL1bLCiC11 21+ Q DLC2 ZVd uciC2ioC uk 電路圖iL1aLCiC1iD1 21+ Q DLC2 ZVd uciC2ioQ 關(guān)斷iL1cLCiD1 21+ Q DLC2 ZVd ucQ 關(guān)斷時二極管電流為零dLC1 21+ 圖 511 Cuk變換器電路原理圖及等效電路 iL1IL 1m axIL 1m i nIiiL1IL 2m axIL 2m i niL2iQ+ iDvL1ttttttttttttIL 1m axiL2iQ+ iDa 電感連流連續(xù) b 電感電流斷續(xù)000000 000000tontof fTtonTt ’of fVGEVGEiQIL 1m i nVinVoVinVoIL 2m axIL 2m i niDVoVinVinVoIoIi+IoiQiDvL2圖 512 CUK變換器工作波形 ? 模式 1： Q導(dǎo)通 ? Q導(dǎo)通， L1儲能， C1電容上的電壓使 D反偏置，電容通過負(fù)載 Z和 L2傳輸能量，負(fù)載獲得反極性電壓， L C2儲能。由電路可知，在這種電路結(jié)構(gòu)中， Q管和二極管 D是同步工作的， Q導(dǎo)通， D截止； Q截止， D導(dǎo)通。 ? L1的電流增量為： ? 從輸出回路來看，在 ton期間， C1供電， L2儲能，若 C1的足夠大，可忽略 C1上的壓降，則 L2上的電壓為 ， L2中的電流以 的速率線性上升，在 ton期間， L2的電流增量為 ： ? 模式 2： Q關(guān)斷 ? 在 toff期間， Q截止， D導(dǎo)通，電容 C1被充電， L1通過 C1和 D向 C1充電儲能，同時 L2向負(fù)載釋放能量，在這種電路結(jié)構(gòu)中，無論在 ton期間還是在 toff期間都從輸入向負(fù)載傳輸能量，只要電感 L L2和電容 C1足夠大，輸入輸出電流基本上是平滑的。在 toff期間 C1充電，在 ton期間 C1向負(fù)載放電，可見C1起著傳遞能量的作用。 ? 在 toff期間， L1釋放能量， L1上的壓降 ，L1中的電流以 的速率線性下降， L1的電流減量為： ? 從輸出回路來看，在 toff期間，由于 D導(dǎo)通，L2釋放能量，則 L2上的電壓為 VO， L2中的電流以 的速率線性下降，在 toff期間，L2的電流減量為： ? 在穩(wěn)定狀態(tài)下，電感 L1電流變化量應(yīng)相等 ? L2中電流變化量應(yīng)相等 ? ? 若 C1足夠大，在導(dǎo)通 、 截止期間上的電壓可認(rèn)為近似不變（只有很小的頂降），則有 ? 假設(shè)電路中所有的器件為理想開關(guān)，即變換器無功率損耗，輸入功率等于輸出功率，負(fù)載阻抗 Z=RL，輸入平均電流 Ii即為電感 L1平均電流 IL1 ? 電感 L1電流的最大值： ? ? 電感 L1電流的最小值： ? ? 臨界電感： ? ? 輸出平均電流即電感 L2的平均電流： ? L2電感電流的最大值： ? 電感電流的最小值： ? 臨界電感： ? 下面來看電容 C2的峰 峰脈動電壓。假設(shè)負(fù)載電流的脈動量很小而可以忽略，即電感的峰 峰脈動電流即為電容充放電電流。 CUK電路 MATLAB仿真 C o n t i n u o u sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 3v+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 2v+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1v+V o l t a g e M e a s u r e m e n tS co p eRP u l s eG e n e r a t o rnode 10gmdsM o s f e tL2L1D i o d eD C V o l t a g e S o u r cei+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 3i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 2i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 1i+C u r r e n t M e a s u r e m e n tC2C1返回 167。 隔離的 DCDC變換器原理 ? 在實(shí)際應(yīng)用中，有許多場合需要輸出電壓和輸入電壓隔離，或需要多路輸出，此時需要高頻變壓器來完成這些功能。 單端 DCDC變換器原理及設(shè)計(jì) ? 上一節(jié)介紹的四種基本類型的變換器加上變壓器隔離后，可以引申出各種類型的單端變換器： Buck型引申為 Forward型（單端正激）變換器； Boost型引申為 Flyback型（單端反激）變換器 。 ? 1） Flyback（單端反激）變換器原理 ? Flyback（單端反激）變換器原理圖如圖 513所示。在工作過程中，變壓器起了儲能電感的作用，實(shí)際上是耦合電感，用普通導(dǎo)磁材料作鐵芯時，鐵芯必須留有氣隙，保證在最大負(fù)載電流時鐵芯不會飽和。 Flyback（單端反激）變換器由于電路簡單，所用器件少，適于多路輸出場合應(yīng)用。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 20 M a r 20 0 1 S h e e t o f F i l e : F : \ 李宏電路圖 \ D I S A N T U D r a w n B y :V C CTQD1CRN 1 N 2ipisVO**圖 513 Flyback變換器原理 ? 和 BOOST變換器一樣， Flyback（單端反激）變換器也有電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式，僅僅是連續(xù)和斷續(xù)的定義不同。 BOOST變換器只有一個電感， Flyback變換器是耦合電感，對原邊繞組的自感來講，它的電流不可能連續(xù)，因?yàn)楣β示w管斷開后電流必然為零，這時必然在次級繞組的自感中引起電流，故對 Flyback變換器來講，電流連續(xù)是指變壓器兩個繞組的合成安匝在一個開關(guān)周期中不為零，與此相反即為電流斷續(xù)。 ? 開關(guān)狀態(tài) 1： Q導(dǎo)通 ? 等效電路如圖 514a所示，在時，功率晶體管的門極被激勵而導(dǎo)通時，輸入電壓加到變壓器的初級繞組兩端，由于變壓器對應(yīng)的極性，次級繞組下正上負(fù)，二極管截止，次級繞組中沒有電流流過，負(fù)載電流由濾波電容提供。此時只有變壓器原邊繞組工作，變壓器相當(dāng)于一個電感，設(shè)繞組 N1的電感量為 L1，繞組 N2的電感量為 L2，則管導(dǎo)通期間流過初級繞組 N1的電流為： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 20 M a r 2 00 1 S h e e t o f F i l e : F : \李宏電路圖 \ D I S A N T U D r a w n B y :V I NTQD1CRN 1 N 2VO**V I NTQD1CRN 1 N 2VO**V I NTQD1CRN 1 N 2VO**abc圖 514 Flyback變換器不同開關(guān)狀態(tài) 的等效電路圖 ? t=ton時，電流 ip達(dá)到最大值 ipmax ? ? t=ton時，功率晶體管 Q截止，如圖 214b所示，原邊繞組開路，次級繞組的電壓極性上正下負(fù)，二極管 D導(dǎo)通，導(dǎo)通期間儲存在變壓器中的能量通過二極管向負(fù)載釋放，同時向電容充電。此時變壓器只有副邊繞組工作， Q管截止期間流過次級繞組的電流為： ? t=T時，副邊電流 is達(dá)到最小值： ? t=T時刻， Ismin=0表示導(dǎo)通期間儲存的磁場能量剛好釋放完畢； Ismin0表示導(dǎo)通期間儲存的磁場能量還沒有釋放完； Ismin0表示導(dǎo)通期間儲存的磁場能量還沒有到時刻就已經(jīng)釋放完畢，事實(shí)上， Ismin不可能小于零，導(dǎo)通期間儲存的磁場能量釋放完畢后 Ismin=0。 ? 上述三種情況即 Flyback變換器的三種工作狀態(tài)：連續(xù)狀態(tài)、臨界狀態(tài)和斷續(xù)狀態(tài)。 ? 1）臨界狀態(tài) ? t=T即時刻，繞組 N2中的電流 is正好下降到零 。 在下一個周期重新導(dǎo)通時， N1中的電流 ip也從零開始按的 規(guī)律線性上升，這時磁化電流處于臨界狀態(tài)。 ? 2)不連續(xù)狀態(tài) ? 當(dāng) Q的截止時間 toff比繞組 N2中電流 is衰減到零所需的時間更長時： VbeφVbeφIp m a xIp m i nIL m i nIsm a xipistttttttttttIsm a xa 電感電流連續(xù) b 電感電流斷續(xù)00000 00000tonto f fTtonTt ’o f fipisIp m a xVN1VINOVNN21VN1OVNN21圖 515 Flyback變換器變壓器中的初、次級電流、磁通及初級電壓波形 ? 即 t=T時刻，繞組中的電流和變壓器的磁通早已衰減到零，在下一個周期 Q重新導(dǎo)通時，N1中的電流 ip和變壓器磁通都從零開始按VIN/L1的規(guī)律線性上升。電流斷續(xù)時有三種開關(guān)狀態(tài)，如圖 514a、 b、 c所示，斷續(xù)期間負(fù)載所需能量由電容提供。磁化電流處于斷續(xù)狀態(tài)時變壓器中的初、次級電流、磁通及初級電壓波形如圖 515b所示。 ? 從能量守恒出發(fā)，假定電路中沒有損耗，輸入的能量都被負(fù)載吸收，在此條件下，推導(dǎo)磁化電流處于斷續(xù)狀態(tài)時輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。 ? 導(dǎo)通期間存儲在變壓器重的能量為：