Cuk 拓撲電源原理及工作過程解析

從Boost-Buck演進到Cuk

Cuk斬波電路也稱Cuk變換器。1980年左右，美國加州理工學院Slobodan Cuk提出的對Buck/Boost改進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，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，合并了開關管。

Boost-Buck電路演變成Cuk的過程

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是同步的開關，則變成了b)。

通過允許輸出電壓是反極性的，則單刀雙擲，演變成了c），兩種開開關狀態(tài)，c)和b)是一樣的。

實際電路，把理想開關換成實際的開關管及二極管。

Cuk工作過程與原理

等效電路圖如下：

開關Q1導通時，S合向B點,；開關Q1關斷時，S合向A點,。

在該電路中，穩(wěn)態(tài)時電容C2的電流在一個周期內(nèi)的平均值應為0，也就是其對時間的積分為0，即：

當開關導通時，電容電流和時間的乘積為；當開關斷開時，電容電流和時間的乘積為；

上面的公式可以得到：

從而可以得到：

(其中：Uc2為電容C2兩端電壓的平均值）。

又因為電感L1的平均電壓為0，所以：

另一方面，A點的電勢為：

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

開關管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，而是指流過二極管的電流連續(xù)或斷續(xù)。在一個開關周期中開關管Q的截止時間（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間內(nèi)為零，則電流斷續(xù)工作；若二極管電流在t=Ts時剛降為零，則為臨界連續(xù)工作方式。

Cuk變換器中有兩個電感，這兩個電感之間可以沒有耦合，也可以有耦合，耦合電感可進一步減少電流脈動量。

輸入，輸出極性相反

開關管接地，驅動容易

可升降壓

輸入輸出均串聯(lián)電感，紋波小

假設已經(jīng)達到了平衡狀態(tài)，工作情況如下：
（由于處于平衡狀態(tài)，所以任何儲能元件，在開關斷開和閉合的兩個過程，必然是一個充能，一個放能）

Cuk的優(yōu)缺點

優(yōu)點
1、輸入電源電流和輸出負載電流都是連續(xù)的
2、脈動很小，有利于對輸入，輸出進行濾波

缺點：

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

2.Cuk電路輸出的是負電壓。

3.Cuk電路使用電容作為儲能元件，提供的電流比較小。

這些特點決定了它不會很常用。

本文部分內(nèi)容摘錄自

《Cuk電路的建模與仿真》劉靖

《開關電源學習筆記 Cuk變換器》Nydxss

本文轉載自：硬件十萬個為什么微信公眾號

審核編輯 黃宇