專利名稱：帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非隔離大變比降壓Cuk電路，特別是一種帶有抽頭電感的輸入輸出電壓大變比降壓Cuk電路。
背景技術(shù)：
航天航空、計算機(jī)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊、家用電器、交通和工業(yè)控制等領(lǐng)域電力電子裝置的大量使用及可再生能源系統(tǒng)的快速發(fā)展，可實現(xiàn)高質(zhì)量功率控制的直流變換器(DC-DCConverter)成為必要和關(guān)鍵技術(shù)。直流變換器可分為非隔離型與隔離型兩大類。非隔離型直流變換器包括基本的Buck (降壓型)變換器，Boost (升壓型)變換器，Buck-Boost變換器，Boost-Buck變換器(Cuk變換器)；由基本降壓或升壓型直流變換器組合構(gòu)成的復(fù)合型變換器。隔離型直流變換器是在基本直流變換器中引入隔離變壓器構(gòu)成，在變換器的輸入電源與負(fù)載之間實現(xiàn)電氣隔離，提高變換器運(yùn)行的安全可靠性與電磁兼容性。非隔離降壓直流變換器中=Buck變換器由于其結(jié)構(gòu)簡單而獲得了廣泛的應(yīng)用，但Buck變換器輸入/輸出電流周期性不連續(xù)也帶來了 EMC問題及較大的輸出電壓紋波；Buck-Boost變換器輸出端與輸入端的極性相反，且功率MOS管的電流應(yīng)力較大，功率MOS管損耗較大；Cuk電路輸入輸出兩端都具有電感,可實現(xiàn)輸入與輸出電流均連續(xù),但其輸入與輸出電壓極性相反，存在與Buck-Boost電路同樣的電壓應(yīng)力問題。降壓Cuk電路是在典型的Cuk電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它不僅具有Cuk電路輸入輸出都具有電感，容易實現(xiàn)輸入輸出電流連續(xù)、脈動小、EMI效果好等特點(diǎn)，同時它也具有一部分Buck電路的特性，比如輸出與輸入極性相同、輸出與輸入電壓的變比關(guān)系一致、功率器件的電壓應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)。由于降壓Cuk電路具有Buck電路的輸出輸入電壓變比關(guān)系，在輸入輸出電壓大變比的應(yīng)用場合下，驅(qū)動器輸出的PWM波占空比很小，容易受到干擾，給驅(qū)動電路的設(shè)計帶來難度。另外，在非常小的開通時間內(nèi)，開關(guān)可能會來不及響應(yīng)，占空比小將影響電路的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明在實現(xiàn)大變比降壓的條件下，可以使驅(qū)動的PWM具有合理的占空比，實現(xiàn)高效變換。LED 照明驅(qū)動、通訊、IPM (Intelligent Power Module)驅(qū)動、MCU 供電、繼電器和交流開關(guān)供電等領(lǐng)域中，許多應(yīng)用場合都需要降壓電路。但是，現(xiàn)有使用降壓電路多存在轉(zhuǎn)換效率低、輸入輸出紋波大、EMI問題大等不足。因此，合適的大變比降壓電路發(fā)明變得很有必要，具有良好的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，實現(xiàn)高效降壓輸出，減少電壓應(yīng)力并能同時達(dá)到輸出與輸入電壓極性相同。本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)一種帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，包括一輸入直流電壓源，其特征在于所述輸入直流電壓源的正極連接一第一電感的第一端，負(fù)極接地；所述第一電感的第二端連接一第二電感的第一端和一中間電容的一端；所述中間電容的另一端連接一第三電感的第一端和一二極管的陽極；所述第三電感電感的第二端連接到地；所述第二電感的第二端連接一功率開關(guān)管的一端；所述功率開關(guān)管的另一端連接所述二極管的陰極、一輸出電解電容的正極和一負(fù)載的一端；所述功率開關(guān)管的控制端連接一 PWM控制信號；所述輸出電解電容的負(fù)極和所述負(fù)載的另一端連接到地。在本發(fā)明一實施例中，所述二極管為功率半導(dǎo)體快恢復(fù)二極管。在本發(fā)明一實施例中，所述功率開關(guān)管是一 MOSFET ;此時，所述功率開關(guān)管的一端是所述MOSFET的漏極，所述功率開關(guān)管的另一端是所述MOSFET的源極，所述功率開關(guān)管的控制端是所述MOSFET的柵極。在本發(fā)明一實施例中，所述第一電感和所述第二電感共用一個磁芯,稱合同名端為所述第一電感的第一端和所述第二電感的第一端。在本發(fā)明一實施例中，所述第三電感與所述第一電感及所述第二電感共用一個磁芯，耦合同名端為所述第一電感的第一端、所述第二電感的第一端和所述第三電感的第二端。本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.輸入電感帶有抽頭，可以通過調(diào)整抽頭電感的匝數(shù)比來拓寬占空比實現(xiàn)輸入輸出電壓的大變比降壓；
2.輸入輸出都有一個電感，有比Buck電路更小的輸入輸出紋波及更好的EMI特性；
3.在整個開關(guān)周期，輸入電源都向負(fù)載提供能量，提高了變換器的工作效率；
4.電感L3可以進(jìn)一步與電感L1、L2共用一個磁芯，提高功率密度和減小體積。本發(fā)明能實現(xiàn)高效無電氣隔離大變比降壓輸出，實現(xiàn)拓寬PWM占空比控制，實現(xiàn)高效降壓輸出，減少電壓應(yīng)力并能同時達(dá)到輸出與輸入電壓極性相同，具有輸入與輸出極性相同等特點(diǎn)，同時輸入輸出電流連續(xù)且脈動小，EMI效果好。


圖1是本發(fā)明帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路原理圖。圖2是本發(fā)明帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路在電感電流連續(xù)模式工作，功率MOS管S導(dǎo)通時的工作模態(tài)示意圖。圖3是本發(fā)明帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路在電感電流連續(xù)模式工作，功率MOS管S關(guān)斷時的工作模態(tài)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關(guān)附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，包括一輸入直流電壓源，其特征在于所述輸入直流電壓源的正極連接一第一電感的第一端，負(fù)極接地；所述第一電感的第二端連接一第二電感的第一端和一中間電容的一端；所述中間電容的另一端連接一第三電感的第一端和一二極管的陽極；所述第三電感電感的第二端連接到地；所述第二電感的第二端連接一功率開關(guān)管的一端；所述功率開關(guān)管的另一端連接所述二極管的陰極、一輸出電解電容的正極和一負(fù)載的一端；所述功率開關(guān)管的控制端連接一 PWM控制信號；所述輸出電解電容的負(fù)極和所述負(fù)載的另一端連接到地。請參見圖1，圖1為本發(fā)明的具體實施例的電路連接示意圖。本實施例提供一種帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，包括一輸入直流電壓源Uin，其特征在于所述輸入直流電壓源Uin的正極連接一第一電感LI的第一端,負(fù)極接地；所述第一電感LI的第二端連接一第二電感L2的第一端和一中間電容C的一端；所述中間電容C的另一端連接一第三電感L3的第一端和一二極管D的陽極；所述第三電感電感L3的第二端連接到地；所述第二電感L2的第二端連接一功率MOSFET開關(guān)管S的漏極；所述功率MOSFET開關(guān)管S的源極連接所述二極管D的陰極、一輸出電解電容Co的正極和一負(fù)載RL的一端；所述功率MOSFET開關(guān)管S的控制端連接一 PWM控制信號，在本實施例中，所述PWM控制信號由一 PWM控制驅(qū)動器產(chǎn)生；所述輸出電解電容Co的負(fù)極和所述負(fù)載RL的另一端連接到地。所述二極管D為功率半導(dǎo)體快恢復(fù)二極管。所述第一電感LI和所述第二電感L2共用一個磁芯，耦合同名端為所述第一電感LI的第一端和所述第二電感L2的第一端。在本發(fā)明另一實施例中，可采取的另一種形式是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高電路功率密度，提供一種帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，包括一輸入直流電壓源Uin，其特征在于所述輸入直流電壓源Uin的正極連接一第一電感LI的第一端，負(fù)極接地；所述第一電感LI的第二端連接一第二電感L2的第一端和一中間電容C的一端；所述中間電容C的另一端連接一第三電感L3的第一端和一二極管D的陽極；所述第三電感電感L3的第二端連接到地；所述第二電感L2的第二端連接一功率MOSFET開關(guān)管S的漏極；所述功率MOSFET開關(guān)管S的源極連接所述二極管D的陰極、一輸出電解電容Co的正極和一負(fù)載RL的一端；所述功率MOSFET開關(guān)管S的控制端連接一 PWM控制信號，在本實施例中，所述PWM控制信號由PWM控制驅(qū)動器產(chǎn)生；所述輸出電解電容Co的負(fù)極和所述負(fù)載RL的另一端連接到地。所述二極管D為功率半導(dǎo)體快恢復(fù)二極管。所述第三電感L3與所述第一電感LI及所述第二電感L2共用一個磁芯，耦合同名端為所述第一電感的第一端、所述第二電感的第一端和所述第三電感的第二端，提高電路的功率密度并減小體積。需要說明的是，本發(fā)明中的輸出負(fù)載既可以是電阻負(fù)載，也可以是其他任意形式的負(fù)載，并不限于某一種具體負(fù)載。由于抽頭電感的引入，可以采用合理的PWM占空比實現(xiàn)輸入輸出電壓大降壓比，提高電路的效率。下面結(jié)合圖1中的具體實施例具體說明本發(fā)明帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路在電感電流連續(xù)模式(CCM模式)下的具體工作模態(tài)，如圖2和圖3所示。參照圖2，在功率MOSFET開關(guān)管S導(dǎo)通時，輸入的輸入直流電壓源Uin通過功率MOSFET開關(guān)管S對耦合第一電感LI和第二電感L2進(jìn)行充電，同時提供給輸出負(fù)載RL輸出電壓并對輸出電容Co充電。中間電容C通過功率MOSFET開關(guān)管S對輸出負(fù)載RL放電，同時對第二電感L2和第三電感L3進(jìn)行充電。此時，快恢復(fù)二極管D承受反向壓電壓而截止。參照圖3，在功率MOSFET開關(guān)管S截止時，輸入的輸入直流電壓源Uin和第一電感LI上的能量通過快恢復(fù)二極管D傳遞到負(fù)載RL上，同時對中間電容C進(jìn)行充電。此時第二電感L2所在支路斷開，由于耦合第一電感LI和第二電感L2共用一個磁芯，第二電感L2儲存的能量通過第一電感LI釋放。第三電感L3通過快恢復(fù)二極管D對負(fù)載RL和輸出電容Co放電。
上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，包括一輸入直流電壓源，其特征在于所述輸入直流電壓源的正極連接一第一電感的第一端，負(fù)極接地；所述第一電感的第二端連接一第二電感的第一端和一中間電容的一端；所述中間電容的另一端連接一第三電感的第一端和一二極管的陽極；所述第三電感電感的第二端連接到地；所述第二電感的第二端連接一功率開關(guān)管的一端；所述功率開關(guān)管的另一端連接所述二極管的陰極、一輸出電解電容的正極和一負(fù)載的一端；所述功率開關(guān)管的控制端連接一 PWM控制信號；所述輸出電解電容的負(fù)極和所述負(fù)載的另一端連接到地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，其特征在于所述二極管為功率半導(dǎo)體快恢復(fù)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，其特征在于所述功率開關(guān)管是一 MOSFET ;所述功率開關(guān)管的一端是所述MOSFET的漏極，所述功率開關(guān)管的另一端是所述MOSFET的源極，所述功率開關(guān)管的控制端是所述MOSFET的柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，其特征在于所述第一電感和所述第二電感共用一個磁芯，耦合同名端為所述第一電感的第一端和所述第二電感的笛一雜兎顧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，其特征在于所述第三電感與所述第一電感及所述第二電感共用一個磁芯，耦合同名端為所述第一電感的第一端、所述第二電感的第一端和所述第三電感的第二端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶抽頭電感大變比降壓Cuk電路，包括一輸入直流電壓源，其特征在于所述輸入直流電壓源的正極連接一第一電感的第一端，負(fù)極接地；所述第一電感的第二端連接一第二電感的第一端和一中間電容的一端；所述中間電容的另一端連接一第三電感的第一端和一二極管的陽極；所述第三電感電感的第二端連接到地；所述第二電感的第二端連接一功率開關(guān)管的一端；所述功率開關(guān)管的另一端連接所述二極管的陰極、一輸出電解電容的正極和一負(fù)載的一端；所述功率開關(guān)管的控制端連接一PWM控制信號；所述輸出電解電容的負(fù)極和所述負(fù)載的另一端連接到地。本發(fā)明通過第一電感和第二電感的相互耦合，實現(xiàn)輸出與輸入電壓的大變比降壓。
文檔編號H02M3/155GK103023319SQ20121048389
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者林維明, 洪翠, 何宏偉 申請人:福州大學(xué)