基于实现软开关变换的cuk电路设计

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1、燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：基于实现软开关变换的CUK电路设计学院（系）：电气工程学院年级专业：08级应电一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着电力电子技术的发展，特别是电子信息、网络、通讯的飞速发展，对其重要的配置设备直流电源性能的要求也越来越高，其中最重要的便是小体积和高效率。DC-DC变换器的软开关技术正是顺应这股潮流得到了长足的发展。电力电子装置应用范围同益广泛，儿乎涉及从发电储电、输电到用电的所有电能应用领域。电力电子装置的高频化是电力电子学一直追求的目标，这样可以减小

2、装置的体积和重量，提高变流器的功率密度。但由于功率器件的菲理想特性，功率器件在电压不为零的情况下开通，在电流不为零的情况下关断，工作在硬开关状态(Hardswitching),器件的开关损耗很大，随着开关频率的提高，功率器件的开关损耗问题只益突出。在硕开关条件下,功率器件的开关频率越高，其开关损耗也越大，从而导致变流器的效率下降,发热量增大，温升提高，这反过来又阻碍了开关频率的提高。另外，随着器件开关频率的提高，电路中的电压和电流的变化率也增大，给电路带来了严重的电磁干扰影响周边电子设备的止常工作。为了克服PWM

3、变流器在破开关状态下工作的诸多问题，软开关技术应运而生，它成为降低器件开关损耗，提高电路效率以及改善EMI(Electro-magneticInterference)问题的一个重要手段。Cuk电路是1977年由美国加州理:E学院SlobodanCuk根据Boost电路和Buck电路组合，进行变换后得到的。它由一个中间电容C1传输功率，在开关管开通、关断期间，变换器能够持续传输功率。输入、输出端各有一电感LI、L2,假如能实现输入、输出电感的电流零纹波，便可以大大减小射频干扰(RED与电磁干扰(EM1)。但由于开关

4、管不是理想器件，在开通时开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间里，电流和电压有一个交叠区，产生损耗，我们称之为开通损耗(Turn-on1OSS)o当开关管关断时，开关管的电压不是立即从零上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时它的电流也不是立即下降到零，也有一个下降时间。在这段时间里，电流和电压也有一个交叠区，产生损耗，我们称之为关断损耗(Turn-offloss)o因此在开关管开关工作吋，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗(Sw

5、itchinglOSS)。在一定条件下，开关管在每个开关周期中的开关损耗是恒定的，变换器总的开关损耗与开关频率成正比，开关频率越高，总的开关损耗越人，变换器的效率就越低。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提山东大学硕士学位论文高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。开关管工作在硬开关时还会产生高du/dt和di/dt,从而产生大的电磁干扰。Ploss图1・1开关管开关时的电压和电流波为了减小变换器的体积和重量，必须实现高频化。要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗。减小开关损耗的途径就是实现

6、开关管的软开关(Softswitching),因此软开关技术应运而牛。二、研究的基木内容，拟解决的主要问题木课题研究的基木内容，在CUK电路的基础上，选用合适的软开关技术,实现功率开关器件的零电压开通或零电流关断，从而解决了硬开关工作方式带来的诸多问题，达到提高系统效率的目的。在单向DC.DC变换器的软开关技术发展中，首当其冲的便是谐振类技术。其中谐振技术出现最早，它使变换器中的电压与电流按照谐振规律变化，解决了硬开关变换器中的开关过程中电压电流交叠的问题，减小了开关损耗。谐振技术负载一般都要参加谐振，因此它的一

7、个不足是对负载的变化比较敏感，负载适应性较差。准谐振技术和多谐振技术的出现进一步推进了谐振类技术的发展，它们的特点是谐振元件参与能量变换的一部分阶段，负载适应性也有所改观。大部分谐振类电路的控制为变频控制，这增加了闭环控制的复杂性，特别是使得滤波器的设计非常困难。针对这些不足，一些定频工作的谐振变换器应运而生。然而，谐振变换器还不可避免存在人的谐振电压电流应力，另外器件的寄生参数分散性对谐振工作的影响很大，多数仅适合于小功率场合。无源缓冲器技术是通过加入无源谐振网络，帮助变换器中的开关管实现软开关工作，此类技术的

8、优势在于不用额外增加有源开关的数目，有利于简化控制和降低成本。但往往无源元件较多，另外变换器屮容易出现不利的谐振峰值。对应于无源缓冲器技术的便是有源缓冲器技术，虽然增加了辅助有源开关，但简化了无源网络，且能更好地控制谐振过程，使谐振元件只在主开关的开关过程前后短吋工作，降低了谐振元件的损耗。零电压转换技术和零电流转换技术的出现是单向DC.DC变换器软开关的一次较大的进步。