Cuk拓扑电源原理及工作过程解析

从Boost-Buck演进到Cuk

Cuk斩波电路也称Cuk变换器。1980年左右，美国加州理工学院Slobodan Cuk提出的对Buck/Boost改进的单管不隔离直流变换器，在输入输出段均有电感，可以显著减小输入和输出电流的脉动，输出电压的极性和输入电压相反，输出电压既可以低于也可以高于输入电压。Cuk变换器可看做是Boost变换器和Buck变换器串联而成，合并了开关管。

Boost-Buck电路演变成Cuk的过程

在a）中，S1和S2是同步的，并且具有相同的占空比D。可以看成S1和S2是同步的开关，则变成了b)。

通过允许输出电压是反极性的，则单刀双掷，演变成了c），两种开开关状态，c)和b)是一样的。

实际电路，把理想开关换成实际的开关管及二极管。

Cuk工作过程与原理

等效电路图如下：

开关Q1导通时，S合向B点,；开关Q1关断时，S合向A点,。

在该电路中，稳态时电容C2的电流在一个周期内的平均值应为0，也就是其对时间的积分为0，即：

当开关导通时，电容电流和时间的乘积为；当开关断开时，电容电流和时间的乘积为；

上面的公式可以得到：

从而可以得到：

因此，B点的电动势平均值是：

(其中：Uc2为电容C2两端电压的平均值）。

又因为电感L1的平均电压为0，所以：

另一方面，A点的电势为：

且L2的电压平均值为0，所以根据基尔霍夫电压定律，可以得到输出电压

于是可得到输出电压与电源电压的关系为：

该电路与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，即其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。

开关管Q为PWM控制方式。Cuk变换器有CCM和DCM两种工作方式，但不是指电感电流，而是指流过二极管的电流连续或断续。在一个开关周期中开关管Q的截止时间（1-Dy）Ts内，若二极管电流总是大于零，则为电流连续；若二极管电流在一段时间内为零，则电流断续工作；若二极管电流在t=Ts时刚降为零，则为临界连续工作方式。

Cuk变换器中有两个电感，这两个电感之间可以没有耦合，也可以有耦合，耦合电感可进一步减少电流脉动量。

输入，输出极性相反

开关管接地，驱动容易

可升降压

输入输出均串联电感，纹波小

假设已经达到了平衡状态，工作情况如下：
（由于处于平衡状态，所以任何储能元件，在开关断开和闭合的两个过程，必然是一个充能，一个放能）

Cuk的优缺点

优点

1、输入电源电流和输出负载电流都是连续的

2、脉动很小，有利于对输入，输出进行滤波

缺点：

1.Cuk电路需要两个电感和一个电容（不包括滤波电容），而buck和boost只需要一个电感。

2.Cuk电路输出的是负电压。

3.Cuk电路使用电容作为储能元件，提供的电流比较小。

这些特点决定了它不会很常用。

　　审核编辑：汤梓红