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升降压斩波电路与Cuk斩波电路

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：升降压斩波电路的工作波形如图4.7 所示。Cuk 斩波电路Cuk 斩波电路的原理图和等效电路如图4.8 所示。与升降压斩波电路相比，Cuk 斩波电路有一个明显的优点，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。但Cuk 斩波电路较为复杂，因此使用并不广泛。

（1）升降压斩波电路

升降压斩波电路的电路原理图如图4.6 所示，设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大，使得电感电流iL 和电容电压即负载电压uo 基本为恒值。

该电路的基本工作原理是：当可控开关V 导通时，电源E 经V 向电感L 供电使其储能，此时电流为i1；同时，电容C 维持输出电压恒定并向负载R 供电。当V 关断时，电感L 的能量向负载释放，电流为i2。升降压斩波电路的工作波形如图4.7 所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路。

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图4.6　升降压斩波电路原理图

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图4.7　升降压斩波电路的工作波形

当电路处于稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压uL 对时间的积分为零，即

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当V 处于通态期间，uL=E；而当V 处于断态期间，uL=-uo。于是

所以输出电压为

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改变导通比（占空比）α，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1 时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路，或称为Buck-Boost 变换器。

图4.7 给出了电源电流i1 和负载电流i2 的波形，设两者的平均值分别为I1 和I2，当电流脉动足够小时，有

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由式（4.17）可得

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如果V、VD 为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相等，可看做直流变压器，即

升降压斩波电路可以灵活地改变输出电压的高低，同时还能改变电压极性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的电路中，也可用于各种开关稳压器中。

（2）Cuk 斩波电路

Cuk 斩波电路的原理图和等效电路如图4.8 所示。其工作原理为：当V 导通时，E—L1—V 回路和R—L2—C—V 回路分别流过电流；当V 关断时，E—L1—C—VD 回路和R—L2—VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。

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图4.8　Cuk 斩波电路原理及其等效电路

在该电路中，稳态时电容C 的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即

在图4.8（b）所示的等效电路中，开关S 合向B 点的时间即V 处于通态的时间为ton，则电容电流和时间的乘积为I2ton。开关S 合向A 点的时间为V 处于断态的时间toff，则电容电流和时间的乘积为I1toff。由此可得

从而可得

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由于L1 和L2 的电压平均值为零，可得出输出电压Uo 与电源电压E 的关系

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这一输入输出关系与升降压电路时的情况相同。

与升降压斩波电路相比，Cuk 斩波电路有一个明显的优点，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。但Cuk 斩波电路较为复杂，因此使用并不广泛。