一种宽增益cuk变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种宽增益cuk变换器，主要包括一个功率开关管，三个电感，两个中间储能电容，一个输出电容，三个二极管。本实用新型利用电感-电容-二极管网络的内在特性，功率开关管关断时，第二电感给第一中间储能电容充电，第一电感放电，当功率开关管导通时，第一中间储能电容和输入电源同时给第一电感充电，从而升高输出电压，结合传统cuk变换器的原有特性实现变换器输出电压增益的拓展。
【专利说明】—种宽增益CUk变换器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子变换器【技术领域】，具体涉及一种宽增益CUk变换器。
【背景技术】
[0002]随着生活和工业的发展，对电力电子变换器的要求越来越高，同时具有升压和降压功能的CUk变换器得到了越来越多的应用。但是传统的CUk变换器由于其固有的特性，输出电压的变化范围较小，通常输出电压只能为输入电压的O?9倍。在低压输入高电压输出的场合，如分布式能源并网系统和不间断电源系统，传统cuk变换器变得不再适用。为了扩大传统cuk变换器的适用范围，有必要通过技术改进拓展其输出电压增益。通过级联的方法可以实现上述目标但是会带来功率开关管数量增加、系统稳定性降低和效率下降等不足。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种宽增益cuk变换器。
[0004]本实用新型通过如下技术方案实现:
[0005]一种宽增益cuk变换器，主要包括输入电源、功率开关管、第一电感、第二电感、第三电感、第一中间储能电容、第二中间储能电容、输出电容、第一二极管、第二二极管、第
三二极管和负载。
[0006]所述第一二极管的阳极分别与第一电感的一端和输入电源的正极连接；
[0007]所述第一二极管的阴极分别与第二二极管的阴极和第二电感的一端连接；
[0008]所述第二二极管的阳极分别与第一电感的另一端和第一中间储能电容的一端连接;
[0009]所述功率开关管的漏极分别与第一中间储能电容的另一端、第二电感的另一端和第二中间储能电容的一端连接；
[0010]所述第二中间储能电容的另一端分别与第三二极管和第三电感的一端连接；
[0011]所述第三电感的另一端分别与输出电容的一端和负载的一端连接；
[0012]所述功率开关管的源极、第三二极管的阴极、输出电容的另一端和负载的另一端均与输入电源的负极连接。
[0013]与现有技术相比本实用新型具有如下优点:
[0014]本实用新型无需额外的功率开关管，结构简单，控制方便；本实用新型工作时利用电感-电容-二极管网络的内在特性，功率开关管关断时，第二电感给第一中间储能电容充电，第一电感放电，当功率开关管导通时，第一中间储能电容和输入电源同时给第一电感充电，从而升高输出电压，结合传统cuk变换器的原有特性实现变换器输出电压增益的拓展。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型所述的一种宽增益cuk变换器的实施例的电路图；[0016]图2a、图2b分别是图1所示电路图在一个开关周期内的主要工作模态图。其中图2a是工作模态I的电路图，图2b是工作模态2的电路图。图中实线表示变换器中有电流流过的部分，虚线表示变换器中没有电流流过的部分；
[0017]图3是本实用新型所述变换器与传统cuk变换器的增益对比曲线图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0019]实施例
[0020]如图1所示，一种宽增益cuk变换器，主要包括输入电源Vg、功率开关管S、第一电感1^、第二电感L2、第三电感L3、第一中间储能电容C1、第二中间储能电容C2、输出电容C3、第
一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和负载R。
[0021]所述第一二极管D1的阳极分别与第一电感L1的一端和输入电源Vg的正极连接；
[0022]所述第一二极管D1的阴极分别与第二二极管D2的阴极和第二电感L2的一端连接;
[0023]所述第二二极管D2的阳极分别与第一电感L1的另一端和第一中间储能电容C1的
一端连接；
[0024]所述功率开关管S的漏极分别与第一中间储能电容C1的另一端、第二电感L2的另一端和弟二中间储能电各C2的一 端连接；
[0025]所述第二中间储能电容C2的另一端分别与第三二极管D3和第三电感L3的一端连接；
[0026]所述第三电感L3的另一端分别与输出电容C3的一端和负载R的一端连接；
[0027]所述功率开关管S的源极、第三二极管D3的阴极、输出电容C3的另一端和负载R的另一端均与输入电源Vg的负极连接。
[0028]如图2a和图2b所示，一种宽增益cuk变换器在一个开关周期内主要有2个工作模态，分别描述如下:
[0029]工作模态1:
[0030]如图2a所示，功率开关管S开通，第一二极管D1导通，第二二极管D2和第三二极管D3截止。输入电源Vg和第一中间储能电容C1共同给第一电感L1充电，同时输入电源Vg单独给第二电感L2充电，第一电感L1和第二电感L2储能，第一中间储能电容C1释放能量。第二中间储能电容C2通过功率开关管S向负载侧释放能量，输出电容C3和第三电感L3储倉泛。
[0031]此工作模态下，相关电气参数关系式为:
[0032]Vli = Vg+Vcl (I)
[0033]VL2 = Vg(2)
[0034]VL3 = Vc2-V0 (3)
[0035]其中，Vg表不输入电源电压，Vli表不第一电感LI在此工作模态下的两端电压，Vl2表示第二电感L2在此工作模态下的两端电压，Vl3表示第三电感L3在此工作模态下的两端电压，Va表示第一中间储能电容C1两端的电压，Ve2表示第二中间储能电容C2两端的电压，V0表不输出电压。
[0036]工作模态2:
[0037]如图2b所示，功率开关管S关断，第二二极管D2和第三二极管导通D3,第一二极管01截止。第二电感L2经第二二极管D2向第一中间储能电容C1释放能量，第一中间储能电容C1储能，第一电感L1经第三二极管D3释放能量，第二中间储能电容C2储能。同时，第三电感L3经第三二极管D3续流，向负载R释放能量。
[0038]此工作模态下，相关电气参数关系式为:
[0039]V' L1 = Vc2-Vc1-Vg (4)
[0040]N' L2 = Vci(5)
[0041]N' L3 = V0(6)
[0042]其中，V' u表示第一电感L1在此工作模态下的两端电压，V' u表示第二电感L2在此工作模态下的两端电压，V' L3表示第三电感L3在此工作模态下的两端电压
[0043]变换器稳定工作时电压增益分析:
[0044]设功率开关管工作的开关周期为Ts，占空比为D，即工作模态I持续时间为DTs，工作模态2持续时间为(1_D)TS。根据电感伏秒平衡特性，可得:
[0045]VliDTs = N' L1 (1_D)TS(7)
[0046]Vl2DTs = N' L2 (1-D) Ts(8)
[0047]Vl3DTs = Y1 L3(1-D)TS(9)
[0048]联立式(1)~式(9)可得:
【权利要求】
1.一种宽增益CUk变换器，其特征在于:包括输入电源(Vg)、功率开关管(S)、第一电感(U)、第二电感化2)、第三电感(l3)、第一中间储能电容(C1)'第二中间储能电容(C2)、输出电容(C3)、第一二极管(D1X第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和负载(R)； 所述第一二极管(D1)的阳极分别与第一电感(L1)的一端和输入电源(Vg)的正极连接； 所述第一二极管(D1)的阴极分别与第二二极管(D2)的阴极和第二电感(L2)的一端连接; 所述第二二极管(D2)的阳极分别与第一电感(L1)的另一端和第一中间储能电容(C1)的一端连接； 所述功率开关管(S)的漏极分别与第一中间储能电容(C1)的另一端、第二电感(L2)的另一端和第二中间储能电容(C2)的一端连接； 所述第二中间储能电容(C2)的另一端分别与第三二极管(D3)和第三电感(L3)的一端连接； 所述第三电感(L3)的另一端分别与输出电容(C3)的一端和负载(R)的一端连接； 所述功率开关管(S)的源极、第三二极管(D3)的阴极、输出电容(C3)的另一端和负载(R)的另一端均与输入电源(Vg)的负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽增益cuk变换器，其特征在于:所述第一二极管(D1X第二二极管(D2)、第三二极管(D3)为快恢复二极管。
【文档编号】H02M3/10GK203590029SQ201320575132
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】张波, 张能, 黄子田, 丘东元, 肖文勋 申请人:华南理工大学