直流開(kāi)關(guān)電源------CUK變換器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上前言什么是電源？佷難用一句話(huà)概括。但是，現(xiàn)代人誰(shuí)能離得開(kāi)電源？貪食住行離不開(kāi)電源，文化娛樂(lè)、辦工學(xué)習(xí)、科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)、教育、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運(yùn)輸、照明、通訊、宇宙探索等等，哪一樣能少得了電源？只要用電就離不了電源。絕大部分的電是由發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)發(fā)送的，稱(chēng)為市電。白熾燈、電爐、交流電動(dòng)機(jī)等只要接通市電就行；計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、X光機(jī)等雖然也是打開(kāi)開(kāi)關(guān)就能工作，但是這些機(jī)器里面都已經(jīng)做了電能變換處理，將正弦的交流市電轉(zhuǎn)換成各自需要的直流電、高壓電、脈沖電在無(wú)法提供市電的島嶼、車(chē)船上，可以用蓄電池經(jīng)過(guò)電能變換獲得跟市電一樣的交流電，讓計(jì)算機(jī)、儀器設(shè)備等工作起

2、來(lái)；進(jìn)入太空的的衛(wèi)星、飛行器，把太陽(yáng)能收集起來(lái)，再經(jīng)過(guò)電能變換獲是需要的各種電能來(lái)維持長(zhǎng)期運(yùn)行，電能是寶貴的資源，需要珍惜和節(jié)約。近年來(lái)，電力電子技術(shù)發(fā)展迅猛，直流開(kāi)關(guān)電源廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、郵電通信、電力系統(tǒng)和航空航天領(lǐng)域。如今，笨重型、低效的電源裝置己經(jīng)被輕小型，高效電源所取代。為了實(shí)現(xiàn)電源裝置的高性能、高效率、高可靠性，減小體積和重量，必須實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，為此先后有人提出了諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器、零電流開(kāi)關(guān)PWM變器和零電流開(kāi)關(guān)PWM變換器、零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器和零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器等等。本次設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)直流開(kāi)關(guān)電源CUK變換器讓大家了解它的工作原理及其它性能。 &#

3、160;第一部分 概述一、開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源分為直流開(kāi)關(guān)電源和交流開(kāi)關(guān)電源兩類(lèi),前者輸出質(zhì)量較高的直流電,后者輸出質(zhì)量較高的交流電。開(kāi)關(guān)電源的核心是電力電子變換器。電力電子變換器是應(yīng)用電力電子器件將一種電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N或多種形式電能的裝置，按轉(zhuǎn)換電能的種類(lèi)，可分為四種類(lèi)型：直流-直流變換器，它是一種直流電能轉(zhuǎn)換成另一種或多種直流電能的變換器，是直流開(kāi)關(guān)電源的主要部件；逆變器，是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電能變換器，是交流開(kāi)關(guān)電源和不間斷電源UPS的主要部件；整流器，是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電能變換器；交交變頻器，是將一頻率的交流電直接轉(zhuǎn)換為另一種恒定頻率或可變頻的交流電，或是將變頻交流電直

4、接轉(zhuǎn)換為恒頻交流電的電能變換器。這四類(lèi)變換器可以是單向變換的，也可以是雙向變換的。單向電能變換器只能將電能從一個(gè)方向輸入，經(jīng)變換后從另一個(gè)方向輸出；雙向電能變換器可實(shí)現(xiàn)電能的雙向流動(dòng)。二、直流變換器的分類(lèi)直流變換按輸入與輸出間是否有電氣隔離可分為兩類(lèi)：沒(méi)有電氣隔離的稱(chēng)為不隔離的直流變換器，有電氣隔離的稱(chēng)為有隔離的直流變換器。不隔離的直流變換器按所用有源功率器的個(gè)數(shù)，可分為單管、雙管、和四管三類(lèi)。單管直流變換器有六，即降壓式（BUCK）變換器、升降壓式（BOOST）變換器、升降壓式（BUCK/BOOST）變換器、CUK變換器、ZETA變換器和SEPIC變換器等。在這六種單管變換器中，降壓式和升降

5、式變換器是最基礎(chǔ)的，另處四種是從中派生的。雙管直流變換器有雙管串接的升降壓式（BUCK/BOOST）變換器。全橋直流變換器（FULL-BRIDGE CONVERTER）是常用的四管直流變換器。有隔離的直流變換器也可按所用有源功率器件數(shù)量來(lái)分類(lèi)。單管的有正激式（FOR-WARD）和反激式（FLYBACK）兩種。雙管有雙管正激（DOUBLE TRANSISTOR FORWARD CONVERTER）、雙管反激（DOUBLE TRANSISTOR FLYBACK CONVERTER）、推挽（PUSH-PULL CONVERTER）和半橋（HALF-BRIDGE CONVERTER）等四種。四管直流變

6、換器就是全橋直流變換器（FULL-BRIDGE CONVERTER）。有隔離的變換器可以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出間電氣隔離，通常采用變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，變壓器本身具有變壓的功能，有利于擴(kuò)大變換器的應(yīng)用范圍。變壓器的應(yīng)用還便于實(shí)現(xiàn)多路不同電壓或多路相同電壓的輸出。在功率開(kāi)關(guān)管電壓和電流定額相同時(shí)，變換器的輸出功率通常與所用開(kāi)關(guān)管的數(shù)量成正比，故四管變換器的輸出功率最大，而單管變換器的輸出功率小。沒(méi)有隔離的變換器和有隔離的變換器組合得到單個(gè)變換器不具備的特性。按能量傳遞來(lái)分，直流變換器有單向和雙向兩種。具有雙向功能的充電器在電源正常時(shí)向電池充電，一旦電源中斷，它可以將電池電能返回電網(wǎng)，向電網(wǎng)短時(shí)間應(yīng)急供電。直流

7、電動(dòng)機(jī)控制用變換器也是雙向的，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能從電源傳遞到電動(dòng)機(jī)，制動(dòng)時(shí)將電機(jī)電能回饋給電源。直流變換器也可分為自激式和他控式。借助于變換器本身的正反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管自持周期性開(kāi)關(guān)的變換器叫做自激式變換器，洛耶爾變換器是一種典型的推挽自激式變換器。他控式直流變換器中的開(kāi)關(guān)器件控制信號(hào)由專(zhuān)門(mén)的控制電路產(chǎn)生。按開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件，直流變換器可分為硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)兩種，硬開(kāi)關(guān)直流變換器的開(kāi)關(guān)器件是在承受電壓或流過(guò)電流的情況下接通或斷開(kāi)電路的，因此在開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程中伴隨著較大的損耗，即所謂的開(kāi)關(guān)損耗。變換器工作狀態(tài)一定時(shí)，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通或關(guān)斷一次的損耗也是一定的，因此開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗越大。同時(shí)，開(kāi)關(guān)過(guò)

8、程中還會(huì)激起電路分布電感和寄生電容的震蕩，帶來(lái)附加損耗，因而硬開(kāi)關(guān)直流變換器的開(kāi)關(guān)頻率不能太高。軟開(kāi)關(guān)直流變壓器的開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程中，或是加于其上的電壓為零，即零電壓開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)方式顯著地減少了開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)過(guò)程中引起的震蕩，可以大幅度地提高開(kāi)關(guān)頻率，為變換器的小型化的模塊化創(chuàng)造了條件。功率場(chǎng)效應(yīng)管是多子器件，有高的開(kāi)關(guān)速度，但同時(shí)也有較大的寄生電容 它關(guān)斷時(shí)，在外電壓作用下其寄生電容充滿(mǎn)電，如果在它開(kāi)通前不將這部分電荷放掉，則將消耗于器件內(nèi)部，這就是容性開(kāi)通損耗。為了減少以致消除這種損耗，功率場(chǎng)效應(yīng)管宜采用零電壓開(kāi)通方式，絕緣柵雙極性晶體管（Insulated gate bipola

9、r transistor,IGBT）是一種復(fù)合器件，關(guān)斷時(shí)的電流降為零，則可以顯著降低開(kāi)關(guān)損耗，因此IGBT宜采用零電流關(guān)斷方式。IGBT在零電壓條件下關(guān)斷，同樣也能減少關(guān)斷損耗，但是MOSFET在零電流條件下開(kāi)通并不能減少容性開(kāi)關(guān)損耗。諧振變換器RC、準(zhǔn)諧振變換器QRC、多諧振變換器MRC零電壓開(kāi)關(guān)PWM變換器、零電流開(kāi)關(guān)變換器、零電壓轉(zhuǎn)換ZVT變換器和零電流變換器等均屬于軟開(kāi)關(guān)直流變換器。電力電子器件和零開(kāi)關(guān)變換器電路拓?fù)涞陌l(fā)展，促使了高頻電力電子的誕生。三、直流開(kāi)關(guān)電源及其應(yīng)用直流開(kāi)關(guān)電源是具有直流變換器且輸出電壓恒定或按要求變化的直流電源，其輸入為直流電，也可以是交流電。直流開(kāi)關(guān)電源部

10、分或全部句喲以下特征：1、電源電壓和負(fù)載在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓應(yīng)保持在允許的范圍內(nèi)變化。2、輸入與輸出間有好的電氣隔離。3、可以輸出單路或多路電壓，各路之間有電氣隔離。直流開(kāi)關(guān)電源與直流線(xiàn)性電源相比有：1、電力電子器件在開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作，電源內(nèi)部損耗小，效率高。2、開(kāi)關(guān)頻率高，電源體積和重量小。開(kāi)關(guān)電源主要用于向模擬或數(shù)字電子設(shè)備供電。直流電動(dòng)機(jī)速度或位置控制器實(shí)際上也是開(kāi)關(guān)電源，由于電動(dòng)機(jī)有電動(dòng)和制動(dòng)兩種工作狀態(tài)，故使用雙向變換器，通常稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)控制器，很少稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電源。通常的直流開(kāi)關(guān)電源不包括直流電動(dòng)機(jī)控制器。現(xiàn)代家用電子電器（如電視機(jī)、錄象機(jī)、VCD等），個(gè)人計(jì)算機(jī)，測(cè)試儀器（如示波

11、器信號(hào)發(fā)生器、波形分析儀等）和生物醫(yī)學(xué)儀器都采用開(kāi)關(guān)電源。直流開(kāi)頭電源還在工業(yè)裝置、大型計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)、航空航天和交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)方面使用。大型計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)、航空航天器中的電源是分布式電源系統(tǒng)，包括三個(gè)部分：第一部分為發(fā)電系統(tǒng)，第二部分是一次電源，第三個(gè)部分是二次電源。發(fā)電系統(tǒng)是將其他能量轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，例如人造衛(wèi)星和空間站中的硅太陽(yáng)電池陣，飛機(jī)上的由航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的無(wú)刷發(fā)電機(jī)，通信電源的50Hz地面電源或柴油發(fā)電機(jī)等。一次電源用于將變化范圍較大的輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧妮敵鲭妷海缛嗽煨l(wèi)星中的蓄電池充電放電器和并聯(lián)調(diào)節(jié)器，飛機(jī)變速恒頻電源中的變換器，通信電源中的開(kāi)關(guān)整流器。二次電源則直接面

12、向用電設(shè)備，如電子設(shè)備、通信設(shè)備中印制板上的模塊電源等。分布式電源系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)、一次電源和部分二次電源為多冗余度電源，電源間互相并聯(lián)，電源模塊內(nèi)有運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控電路，可準(zhǔn)確判斷電源故障，并切除故障電源，因而有較高的可靠性。同時(shí)，一次電源和輸出都并有蓄電池，從而防止發(fā)電系統(tǒng)或個(gè)別一次電源故障引起的匯流條電壓中斷，實(shí)現(xiàn)了不間斷供電。因此，分布式電源系統(tǒng)是高可靠和不間斷供電系統(tǒng)，目前只有直流供電系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)完善的不間斷供電。四、對(duì)直流開(kāi)關(guān)電源和要求電源是電子設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)部件，有很高的要求，包括使用要求和電氣性能要求。使用要求是：高的可靠性、好的可維修性、小的體積重量、低的價(jià)格及使用費(fèi)用和好的電

13、氣性能。平均故障間隔時(shí)間MTBF是衡量開(kāi)關(guān)電源和其他設(shè)備可靠性的重要標(biāo)志，某些電源模塊的MTBF已大于50萬(wàn)小時(shí)。減小損耗、提高效率和改善散熱條件，從而減小電源的溫度升高，是提高可靠性的基本方法。加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制，保證好的電氣絕緣和機(jī)械強(qiáng)度等也十分和重要。對(duì)于中大型開(kāi)關(guān)電源，改善可維修性十分重要。及時(shí)診斷故障部位，不用專(zhuān)用工夾具即能排除故障是可維修性好壞的衡量標(biāo)志。或者說(shuō)，不需要熟練工人而能在較短時(shí)間內(nèi)排除故障的電源就具有好和可維修性。因此這些開(kāi)關(guān)電源必須有計(jì)算機(jī)故障檢測(cè)、保護(hù)、診斷和故障記憶與報(bào)警電路?？删S修性包括現(xiàn)場(chǎng)維修和車(chē)間維修兩個(gè)方面?，F(xiàn)場(chǎng)維修要求在電源系統(tǒng)運(yùn)行情況下快速卸下故障電

14、源模塊，更換新模塊，并有新模塊方便地投入系統(tǒng)運(yùn)行。車(chē)間維修是對(duì)故障電源本身的修理。對(duì)于小功率電源模塊則一般不再修理。隨著芯片集成的不斷提高，電子設(shè)備內(nèi)功能部件的體積不斷減小，因而要求設(shè)備內(nèi)部電源的體積和重量不斷減小。直接裝在印制板上的模塊電源，還要求薄型化。對(duì)于為電子設(shè)備配套的電源，即使它并不在電子設(shè)備內(nèi)部，也要求有小的體積和重量。提高開(kāi)關(guān)頻率是減小開(kāi)關(guān)電源體積和重量的基本措施，因?yàn)樽儔浩骱碗姼须娙莸葹V波元件的體積和重量隨頻率的提高而減小。提高開(kāi)關(guān)頻率要求發(fā)展高速電力電子器件和高頻損耗的磁芯及電容器，發(fā)展高強(qiáng)度、高絕緣性能和高導(dǎo)熱性的絕緣材料，發(fā)展新型的零開(kāi)關(guān)損耗電路拓?fù)浜拖鄳?yīng)的電源結(jié)構(gòu)與工藝

15、方法。降低開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)成本和使用費(fèi)是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的主要條件。電源的電氣性能對(duì)于電子設(shè)備的工作有重要影響，電子設(shè)備的發(fā)展對(duì)開(kāi)關(guān)電源和電氣性能要求也不斷提高。開(kāi)關(guān)電源在家用電子電器和個(gè)人計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，對(duì)安全性提出了更高的要求，就防止電源故障危害人身安全直流開(kāi)關(guān)電源的電氣性能包括輸入特性、輸出特性、附加功能、電磁兼容性和噪聲容限。直流開(kāi)關(guān)電源的輸入電源有兩種：直流電源和交流電源。交流輸入時(shí)，交流電壓往往要先經(jīng)整濾波變換成直流電壓后，再通過(guò)直流變換器轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧闹绷麟妷?。使用直流電源時(shí)，電源電壓額定值及其變化范圍，輸入電流額定值及其變化范圍。輸入沖擊電流，輸入電壓的突然下降或瞬時(shí)斷電，輸入漏電流等

16、是必須考慮的因素。輸入為交流時(shí)還必須考慮輸入電壓相數(shù)，電源額定頻率用項(xiàng)變動(dòng)范圍，輸入電流波形和輸入功率因數(shù)等要求。輸出參數(shù)有額定輸出電壓、電流，輸出電壓可變范圍，輸出電流變化范圍和輸出電壓的紋波。輸出電壓穩(wěn)壓精度是直流開(kāi)關(guān)電源的重要技術(shù)指標(biāo)，輸入電壓的變化、負(fù)載電流的變化、工作環(huán)境溫度的變化和工作時(shí)間的增長(zhǎng)都會(huì)使電源輸出電壓變化。穩(wěn)壓精度包括負(fù)載效應(yīng)（負(fù)載調(diào)整率）和源效應(yīng)（電網(wǎng)調(diào)整率）。負(fù)載將就是指當(dāng)負(fù)載在0 100%額定電流范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化量與輸出電壓整定值的比值。源效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化量與輸出電壓整定值的比值。開(kāi)關(guān)電源還應(yīng)有輸出過(guò)壓、

17、欠壓、過(guò)流和過(guò)熱等保護(hù)功能，以免損壞用電設(shè)備。在構(gòu)成電源系統(tǒng)時(shí)，開(kāi)關(guān)電源還應(yīng)有遙控、遙測(cè)和遙信功能。開(kāi)關(guān)電源應(yīng)有電能轉(zhuǎn)換效率、低的噪音、好的電磁兼容性和絕緣性能等。直流開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展高頻化、小型化、模塊化和智能化是直流開(kāi)關(guān)發(fā)展方向。高頻化是小型化和模塊基礎(chǔ)化的基礎(chǔ)，目前開(kāi)關(guān)頻率為婁百KHZ的開(kāi)關(guān)電源已有使用。功率重量比或功率體積比是表征電源小型化的重要指標(biāo)，50W（）的開(kāi)關(guān)電源早已上市，目前已向120（）發(fā)展。模塊化與小型化分不開(kāi)，同時(shí)模塊化可顯著提高電源的可行性和使用靈活性，簡(jiǎn)化生產(chǎn)和使用。模塊電源的并聯(lián)、串聯(lián)和級(jí)聯(lián)即便于用戶(hù)使用，便于生產(chǎn)。智能化是便于使用和維修的基礎(chǔ)，無(wú)人值守的電源機(jī)房、

18、航空和航天器電源系統(tǒng)等等都要求高度智能化，以實(shí)現(xiàn)正常、故障應(yīng)急和危急情況下對(duì)電源的自動(dòng)管理。直流變換器的工作原理，包括BUCK變換器、BOOST變換器、BUCK（）BOOST變換器、CUK變換器、ZETA變換器和SEPIC變換器等六種不隔離的直流變換器，以及FORWARD變換器、FLYBACK變換器、推挽變換器、半橋變換器和全橋變換器等五種有隔離的直流變換器。這將為后面討論這些直流變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)打下基礎(chǔ) 第二部分CUK變換器一、主電路拓?fù)浜涂刂品绞接捎贐UCK/BOOST變換器的在中間，所以輸入和輸出電流的脈動(dòng)都很在大，針對(duì)BUCK/BOOST變換器的這個(gè)缺點(diǎn)，美國(guó)加州理工學(xué)院S

19、LOBODAN CUK教授提出了單管CUK變換器，該變換器在輸入端和輸出端均有電感，從而顯著地減小了輸入和輸出電流的脈動(dòng)，其主電路見(jiàn)圖一（A）。和BUCK或BOOST相比，CUK電路有兩個(gè)電感，輸入是電感和輸出電感，另外還增加了一個(gè)電容。它的輸出電壓極性和輸入電壓相反，與BUCK/BOOST是相同。另一個(gè)與BOOCK/BOOST的相同點(diǎn)是輸出電壓也可低于、等于或高于輸入電壓。開(kāi)關(guān)管Q也是采用PWM控制方式。圖一圖一（續(xù)）CUK變換器也有電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式。但與前三種變換器不同，這里不是指電感電流的斷續(xù)，而是指流過(guò)二極管的電流連續(xù)或斷續(xù)。在一開(kāi)關(guān)周期中開(kāi)關(guān)管Q的截止時(shí)間（1-）內(nèi)，若二極

20、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，則為電流斷續(xù)工作；若二極管電流在t=時(shí)剛降為零，則為臨界連續(xù)工作方式。圖一（B）和（C）分別給出了電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)的主要波形圖。圖二給出了CUK變換器在不同開(kāi)關(guān)模態(tài)時(shí)的等效電路。當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)，CUK變換器存在兩種開(kāi)關(guān)模態(tài)，如圖二（A）和（B）所示；而當(dāng)電感電流斷續(xù)時(shí)，CUK變換器存在三種開(kāi)關(guān)模態(tài)，如圖二（A）、（B）和（C）所示。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)一步減小電流脈動(dòng)量。圖二 不同開(kāi)關(guān)模態(tài)下的等效電路 圖二（續(xù)）二、電流連續(xù)時(shí)CUK變換器的工作原理和基本關(guān)系1、 

21、; 工作原理 在分析之前，這里給出了一個(gè)假設(shè)，電容容量很大，變換器在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，的電壓基本保持恒定，為。（）   開(kāi)關(guān)模態(tài)0，參考圖一（）在t=0時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通，CUK變換器以Q為界分為左右兩個(gè)回路。左回路中電源電壓全部加到電感上，電感電流線(xiàn)性增長(zhǎng)。右回路電容經(jīng)負(fù)載和放電。D在作用下反偏截止。和的電流全部流經(jīng)Q。 （1） （2） 當(dāng)t=時(shí)，達(dá)到最大值，達(dá)到最大值，在Q導(dǎo)通期間，和的增長(zhǎng)量和分別為：= （3）= (4)（）   開(kāi)關(guān)模態(tài)勢(shì)2，參考一（）在t=時(shí)刻，判斷，續(xù)流，形成以為邊界的左右兩個(gè)回路。和的電流全部流經(jīng)。左回路中電源電壓和串接給充電，因容

22、量較大，充電時(shí)電壓增加不多，但電感儲(chǔ)能因向轉(zhuǎn)移而使下降；右邊回路中電感電流在輸出電壓作用下下降。兩個(gè)電感電流的下降率分別為： (5) （6） 當(dāng)t=時(shí)，達(dá)到最大值，達(dá)到最大值，在導(dǎo)通期間，和的減小量和分別為：=()=(1) （7） （8） 在t=時(shí)，Q又導(dǎo)通，開(kāi)始另一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。由此可見(jiàn)，CUK變換器中電源能量經(jīng)過(guò)三次變換才到負(fù)載，第一次是Q導(dǎo)通，電感儲(chǔ)能增長(zhǎng)，電能轉(zhuǎn)換為磁儲(chǔ)能；第二次是Q截止，的磁能轉(zhuǎn)移為的電能存儲(chǔ)著；第三次是Q導(dǎo)通，的電能轉(zhuǎn)移到負(fù)載的輸出 回路的電感和電容。實(shí)際上，第一、三兩個(gè)轉(zhuǎn)換是同時(shí)進(jìn)行的。2、基本關(guān)系穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，Q導(dǎo)通期間電感和的電流的增長(zhǎng)量和分別等于在Q截止期間的減

23、小量和。那么從式（3）、（4）、（7）和（8）可得： （9） （10）假定變換器的損耗為零，可得： （11）開(kāi)關(guān)管和二極管在截止時(shí)所承受的電壓為： （12）電感和平均電流分別為和，那么輸入和輸出電流為： （13） （14）開(kāi)關(guān)管Q和二極管D在導(dǎo)通期間的平均電流分別為、，即 （15）將式（12）代入式（4）和（5），并且將（11）和（6）重寫(xiě)于此，則有： （16） （17） （18） （19） 從式（16）-（19）可以看出，CUK變換器中兩電感電流增長(zhǎng)率和下降率僅與、和自身電感大小有關(guān)。電感確定后，兩電流增長(zhǎng)增率只由大小決定，下降率只與有關(guān)。若=，則Q導(dǎo)通時(shí)， ；D導(dǎo)通時(shí)，即兩電感電流的變化率

24、相同。三、電流斷續(xù)時(shí)CUK變換器的工作原理和基本關(guān)系若減小負(fù)載電流，相應(yīng)地也減小，因?yàn)椴挥?jì)損耗時(shí)。小到一定值時(shí)，的最小值=0，但因，故二極管電流的最小值 ，變換器仍處于電流連續(xù)工作方式。在進(jìn)一步減小時(shí)，波形出現(xiàn)負(fù)值，如圖一（C）所示。若的負(fù)值的最大值的絕對(duì)值正好和的最小值相等，則在t=時(shí)，正好為零，此即為CUK變換器的電流臨界連續(xù)工作方式。波形有負(fù)值表示中電流反向流動(dòng)國(guó)，這是由儲(chǔ)能導(dǎo)致的。 若進(jìn)一步減小負(fù)載電流，則CUK變換器進(jìn)入電流斷續(xù)工作狀態(tài)。從波形可見(jiàn)，在t=期間，=0,在這段時(shí)間內(nèi)，保持不變，大小為同樣, 也保持不變，大小為，但為負(fù)，為正，且=，故+=0。此時(shí)形成一個(gè)環(huán)流在、和與負(fù)載間

25、流動(dòng)，由于+，故=0，電感電流沒(méi)有變化，也沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由電感上平均電壓為零的原理，可以得到電流斷續(xù)時(shí)輸出電壓和輸入電壓間關(guān)系為： (20)式中，+，為二極管續(xù)流時(shí)間，。于是有： (21)為了得到電流關(guān)系，先假定電感的電流有正負(fù)變化，即在Q導(dǎo)通時(shí)和的瞬時(shí)值為： （22） （23） 因=，故上式可寫(xiě)成： （24） （25）Q導(dǎo)通期間電流和增加量和為： （26） （27） 故和的平均值和分別為： （28） （29）設(shè)變換器損耗為零，=，將此式與式（21）、（28）和（29）聯(lián)解，得到的表達(dá)式： （30） 由此可見(jiàn)，若，則=0，電流斷續(xù)工作時(shí)回路中沒(méi)有環(huán)流，若（），即，與,中電流有負(fù)值的假定相符，

26、則回路中有和同向的環(huán)流，而在時(shí)，回路中環(huán)流方向與的正方向相同。利用式（21）和（30）可求得電流斷續(xù)工作時(shí)，與、及間的關(guān)系。四、兩電感有耦合的CUK變換器如果電感和繞在同一鐵芯上，則兩個(gè)電感互相耦合，除自感之外還有互感M，通常用耦合系數(shù)來(lái)表示耦合程度。設(shè)變換器在電流連續(xù)狀態(tài)下工作，不計(jì)損耗，則在Q導(dǎo)通期間有下式： （32） 在Q截止期間有： （33） （34）式中和是電感和中電流在Q導(dǎo)通或關(guān)斷期間的變化量。又有，將此式代入式（32），再與式（31）聯(lián)解，得到： （35）將上式代入式（31），消去，得， （36） 式中，又有，若，則，即可使，使輸入電流的紋波顯著減小。若將式（35）代入式（34）消去，得到： （37）式中而，若，則，即可使，使電感的