本实用新型涉及一种Cuk电路，特别涉及一种单管Cuk软开关装置。
背景技术：
Cuk变换器电路只有一个开关，控制简单，在输入和输出之间由一个电容传送能量，具有降压与升压功能，这在一些要求同时具备升压和降压功能的场合有用武之地。比如，新能源发电系统前级DC/DC变换部分、开关电源的PFC校正环节以及各种工业电源装置等。
在本实用新型发明之前，社会中常用的硬开关Cuk变换器随着开关频率的提高，开关损耗较大。同时，由于功率开关切换而产生的电压与电流尖峰也较大，电磁干扰比较严重。采用功率管缓冲吸收电路或软开关PWM控制的电路即使在高频工作时开关损耗也会明显降低，同时也减少了电压电流尖峰所带来的危害。但是附加在功率管上的无源无损缓冲吸收电路在输入或输出负载变化时，很难保证其吸收效果，效率难以进一步提高。在有些软开关PWM控制的电路中，存在着主功率管能实现软开关工作而辅助功率管不能完全实现软开关工作的情况，使电路效率提高受到影响。目前，单管Cuk软开关拓扑种类较少，需要开发效率高、性能好的Cuk软开关拓扑结构。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种单管Cuk软开关装置，提高开发效率，保证性能。
本实用新型的目的是这样实现的：一种单管Cuk软开关装置，包括输入直流电源VI、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2，第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和输出负载R，所述输入直流电源VI的正极连接到第一电感L1的一端, 第一电感L1的另一端连同时接到第一功率开关管S1的漏极、第一功率二极管D1阴极、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端和第一电容C1的正端；第一功率开关管S1的源极同时连接到输入直流电源VI的负极、第一功率二极管D1的阳极、第三电容C3的另一端、第三功率二极管D3的阳极、第二功率开关管S2源极、第二功率二极管D2阴极、第二电容C2的正端和输出负载R的一端；第一电容C1的负端同时连接到第二电感L2的一端、第二功率二极管D2的阳极；第二电感L2的另一端同时连接到第二电容C2的负端和输出负载R的另一端；第四电容C4的另一端连接到第三电感L3的一端；第三电感L3的另一端同时连接到第二功率开关管S2的漏极和第三功率二极管D3的阴极；输入直流电源VI的负极和输出负载R的正极是同一电位。
作为本实用新型的进一步限定，所述第一功率开关管S1和第二功率开关管S2周期性的接通与断开，第二功率开关管S2先于第一功率开关管S1导通。
作为本实用新型的进一步限定，所述第三电容C3可为第一功率开关管S1的寄生电容。
作为本实用新型的进一步限定，所述第一功率二极管 D1可为第一功率开关管S1的反并功率二极管或体功率二极管。
作为本实用新型的进一步限定，所述第三功率二极管 D3可为第二功率开关管S2的反并功率二极管或体功率二极管。
作为本实用新型的进一步限定，所述第三电感L3的电感量小于第一电感L1和第二电感L2的电感量；第三电容C3的电容量小于第四电容C4的电容量；第四电容C4的电容量小于第一电容C1的电容量；第一电容C1的电容量小于第二电容C2的电容量。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型中的两个功率开关管完全在软开关状态下工作；所有功率二极管都自然关断，可降低对功率二极管反向恢复时间的要求；与硬开关电路相比，只需增加很少的器件，就能在性能上获得很大的提高，形成开发效率高、性能好的cuk软开关拓扑结构；由于具有低成本、高性能、高功率密度的优点，在新能源发电系统的直流变换部分、开关电源的功率因数校正及工业特种电源等相关应用场合发挥较大作用。
附图说明
图1本实用新型的总拓扑示意图。
图2本实用新型的波形示意图。
图3本实用新型的cuk拓扑模式1工作示意图。
图4本实用新型的cuk拓扑模式2工作示意图。
图5本实用新型的cuk拓扑模式3工作示意图。
图6本实用新型的cuk拓扑模式4工作示意图。
图7本实用新型的cuk拓扑模式5工作示意图。
图8本实用新型的cuk拓扑模式6工作示意图。
图9本实用新型的cuk拓扑模式7工作示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1所示的一种单管Cuk软开关装置，包括输入直流电源VI、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2，第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和输出负载R，输入直流电源VI的正极连接到第一电感L1的一端, 第一电感L1的另一端连同时接到第一功率开关管S1的漏极、第一功率二极管D1阴极、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端和第一电容C1的正端；第一功率开关管S1的源极同时连接到输入直流电源VI的负极、第一功率二极管D1的阳极、第三电容C3的另一端、第三功率二极管D3的阳极、第二功率开关管S2源极、第二功率二极管D2阴极、第二电容C2的正端和输出负载R的一端；第一电容C1的负端同时连接到第二电感L2的一端、第二功率二极管D2的阳极；第二电感L2的另一端同时连接到第二电容C2的负端和输出负载R的另一端；第四电容C4的另一端连接到第三电感L3的一端；第三电感L3的另一端同时连接到第二功率开关管S2的漏极和第三功率二极管D3的阴极；输入直流电源VI的负极和输出负载R的正极是同一电位，第一功率开关管S1和第二功率开关管S2周期性的接通与断开，第二功率开关管S2先于第一功率开关管S1导通，第三电容C3可为第一功率开关管S1的寄生电容，第一功率二极管 D1可为第一功率开关管S1的反并功率二极管或体功率二极管，第三功率二极管 D3可为第二功率开关管S2的反并功率二极管或体功率二极管，第三电感L3的电感量小于第一电感L1和第二电感L2的电感量；第三电容C3的电容量小于第四电容C4的电容量；第四电容C4的电容量小于第一电容C1的电容量；第一电容C1的电容量小于第二电容C2的电容量。
本实用新型工作时，第二功率开关管S2先于第一功率开关管S1导通；当第二功率开关管S2导通时，第三电感L3与第四电容C4和第三电容C3发生谐振，第三电感L3中的电流从零开始增加，可见第二功率开关管S2为零电流开通，同时第四电容C4和第三电容C3中的电压会下降,当第三电感L3中电流从零增加到最大值时，流过第二功率二极管D2的电流下降为零而自然关断，同时第三电容C3中电压也已经谐振放电到零。第二功率二极管D2关断后，第三电感L3与第四电容C4发生谐振，由于第三电容C3中电压已经谐振放电到零，第一功率二极管D1开始导通，把第一功率开关管S1漏源两端电压箝位在零，此时开通第一功率开关管S1为零电压开通；然后，第三电感L3与第四电容C4继续发生谐振，第三电感的电流与第四电容的电压方向均发生变化，使得谐振电流经第三功率二极管D3流通，由于第三功率二极管D3导通，把第二功率开关管S2漏源两端电压箝位在零，此时关断第二功率开关管S2为零电压关断。到谐振结束时，第三功率二极管D3自然关断,电路建立PWM工作方式。在第一功率开关管S1关断时，由于第三电容C3的两端电压为零，使得第一功率开关管S1为零电压关断。
下面以图1、图2所示的主电路结构和工作波形，结合图3至图9叙述本实用新型的具体工作原理。
在图3至图9的等效电路中，由于第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1较大，在分析谐振软开关过程时，可认为在开关周期中，L1与L2中电流基本保持不变，并用等效电流源IL1与IL2表示；C1中电压基本保持不变，并用等效电压源VC1表示。
在t0之前第一功率开关管S1和第二功率开关管S2均截止，第二功率二极管D2导通，等效电路如图9所示。
图3表示在t0 --t1时段的等效电路，在t0时刻第二功率开关S2被导通，L3与C3和C4发生谐振，L3中电流从零开始增加，流过D2中电流开始下降，同时，C3和C4中电压开始下降。当L3中电流增加到最大值时，C3和C4中电压下降到零，流过D2中电流降到零而自然关断，可见S2属零电流开通。
图4表示在t1 –t2时段的等效电路，在t1时刻，D2关断后,L3、C4之间发生谐振，L3向C4放电，L3中电流开始下降，C4中电压开始反向增加，由于C3两端电压在t1时刻已降为零，D1开始导通而流过谐振电流，在D1导通期间开通S1，可实现S1的零电压开通。
图5表示在t2 –t3时段的等效电路，S1导通后，L3、C4继续谐振，L3中的能量继续转移到C4上，在t3时刻L3中电流为零，而C4中电压达到反向最大。
图6表示在t3 –t4时段的等效电路，在此阶段中，L3、C4继续谐振，C4中能量开始传递给L3，L3中电流开始反向半周期振荡，C4两端电压由负的最大值变化到正最大值。由于L3中电流反向流过D3，把S2漏源两端电压箝位在零，此阶段关断S2，S2属于零电压关断。当L3中电流在t4时刻回到零后，流过D3中电流也降为零而自然关断。
图7表示在t4 –t5时段的等效电路，电路建立PWM工作方式，在这一阶段，S2漏源两端电压等于C4两端电压。
图8表示在t5 –t6时段的等效电路，在。在t5时刻关断S1，因电容C3两端电压在S1关断时刻为零， S1为零电压关断。S1关断后，C3被充电，D2两端反向电压在下降，到t6时刻C3被充电到VI+VO值，D2两端电压下降为零而自然导通。与此同时，S2漏源电压也上升到VI+VO+VC4。
图9表示在t6 –t7时段的等效电路，S1被充电到VI+VO后，D2又开始导通，电路又重建PWM工作方式；至此一个开关周期结束。
本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。