一种灵活的DC-DC转换器结构,它结合了升级(加速)和下调(buck)转换器的优势,被称为“uk转换器 ” 。 它有斯洛博丹·库克博士的名字,他开发了地形学并在1970年代末首次提出。 祖克转换器对传统转换器有若干好处,包括能够处理各种输入电压、连续输入和输出电流,以及减少电磁干扰。 这些特点使得它成为各种电源转换应用的可取选择,特别是在有效的能源管理和最低限度电磁干扰至关重要的系统中。

电导电容器网络(LC)用于在英国转换器操作原则下两个州之间转换时维持能源传输。 关闭开关的On州和开关的OF州是转换器的两种操作模式。 在On州,输入电容器储存能源,而输出电容器使负载具有能量,而输入电容器将其储存的能量输送到OF州的产出电容器,继续给负荷提供动力。输入电容器和输出电容器之间的这种能量传输不断使输入电流和输出电流平滑,从而降低了转换器的总体波纹和 EMI 排放 。

Circuit Topology and Key Components

所有先前描述的转换器配置都有一个共同的缺点,即转换器的输入流、转换器的输出流或两者都是不连续的。 使输入和输出流保持连续,同时保留硬块和推力转换器的功能的一种方法是将这两个转换器的序列连接起来,如图12所示。 这个新的转换器的传输功能等于连通序列转换器的传输功能的产物:

$$U = E cdot frac{T}{t_{OFF}} cdot frac{t_{ON}}{T} = E cdot frac{t_{ON}}{t_{OFF}}$$

在这种配置中,采用同步开关控制,这意味着两个开关在t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/tON在 t 期间关闭两个开关OFF期间。

Figure 12: Series connection of the boost and the buck converters

前一次转换器配置的主要缺点是使用了四个转换元件(S)1, S2, D1和 D2此外,目前C电容器中有很大的交替部分。1。 Slobodan uk博士提出了具有相同特性但数量较少的切换元件(图13)的转换器配置,称为 uk 转换器。关于对转换器操作的分析,可以假定电容器C的容量。1和C2足够大,足以忽略它们之间电压的交替部分。

Figure 13: The Ćuk converter circuit diagram

在此转换器中, tON范围 (图14) , 开关 S 被打开, 输入器 L1与DC电源E相连,而二极管D则与电容器C的电压呈反向偏向。1。在稳定状态下,整个导管的平均电压为零,因此,整个电容器C的平均电压为零。1 is $$U_{C1} = U + E$$

受E电压的影响,电流通过引引L1从最小值增长到最大值。 同时, 输入器L2与电压相连,电压等于电容器C的载荷电压和电容器C的电压之间的差额。1,因此其当前值也从最低值直线增长到最高值。

Figure 14: The Ćuk converter circuit diagram – interval tON

期间tOFF图15)),当S开关关关闭时,通过引号L的电流2通过二极管D关闭,连接导线L2至负载电压,因此其当前线性从最大值下降到最小值。同时,引引L1与电压相连,电压等于电容器C之间的电压差别。1以及DC的电源E, 导致其电流从最大值下降到最低值。

Figure 15: The Ćuk converter circuit diagram – interval tOFF

在稳定状态下,整个导管的平均电压为零,因此C电容器的平均电压为零。1是:

$$U_{C1}=U+E$$

T期间感应电流变化与T期间电压的面积成正比:

$$u_L = L frac{di_L}{dt} Rightarrow Delta I_L = frac{1}{L} int_0^T u_L dt$$

在稳定状态下,导电流的总变化为零,因为整个导电器的平均电压值为零:

$$Delta I_L |_{t_{ON}} = frac{E}{L_1} cdot T cdot d = Delta I_L |_{t_{OFF}} = frac{U_{C1} - E}{L_1} cdot T cdot (1 - d)$$

前一方程式的输出 :

$$U = frac{d}{1 - d} cdot E = E cdot frac{t_{ON}}{t_{OFF}}$$

这是重力转换器的转移功能。

uk转换器由几个关键部件组成,以独特的地貌排列,以取得其有利的特征,如连续输入和输出流以及减少的 EMI。

输入源:为转换器提供输入功率的 DC 电压源。

输入感应器(L1):该感应器储存了国家能源局期间的能源,并将能源转移给联邦外务省期间的产出。

输出输入器(L2):该感应器平滑输出流,尽量减少波纹,促进转换器连续输出流特性。

电容器(C1):这种电容器有助于转换过程中输入和输出导线之间的能量转移。

输出电容器(C2):该电容器过滤器平滑输出电压,为负载提供稳定的DC输出。

开关( S):一般为MOSFET或IGBT,开关控制输入和输出引体之间的能源传输,在OO和FFP州之间交替进行。

二极 (D):二极管确保当前在切换过程中向正确方向流动,防止当切换在离岸价格状态下时逆向流动。

uk转换器的独特地形特征是由输入导管(L1)、连接电容器(C1)和输出导管(L2)组成的LC网络,输入和输出导管(L2)是连成的,连接电容器是它们之间的。当开关关闭时(美国州),输入导管储存能量和输出电容器为负载提供动力。开关时(欧福尔州),输入导管将其储存的能量通过组合电容器转移到输出电容器,而输出导管平滑输出电流。

Continuous and Discontinuous Conduction Modes

uk转换器可以两种不同的导电模式运作:连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)。运行模式取决于转换器的负荷、切换频率以及电路中的导电和电容器的值。

连续传导模式(CCM):在转换周期中,输入和输出导体流出的电流永远不会达到零。这种操作模式能产生更好的动态反应,减少 EMI,降低当前波纹。为了保持恒定的流,需要更大的导引体和电容器。当负荷足够高或转换频率足够低时,转换器在CCM中运行。

连续连续导导模式(DCM):在切换周期的一部分时间里,输入和输出感应器流流的电流为零。与CCM相比,这种操作模式的当前波纹更大,EMI更多,动态反应较慢。不过,它允许使用较小的感应器和电容器,这可能导致更便携和便携式转换器的设计。当负荷最小或切换频率足够高时,转换器在DCM中运行。

Design Considerations和Calculations

设计uk转换器涉及若干重要的考虑和计算,以确保最佳性能和具体应用的效率,这些考虑包括选择适当的构件价值、计算工作周期和确保稳定性。

选择构成部分:转换器的性能受到感应器、电容器和开关选择的极大影响。根据预期的输出电压、电流、输入电压射程和切换频率,设计师必须仔细选择这些部件。虽然电容器应具有低等量序列抗药性(ESR)和很强的波纹电流能力,但感应器应具有低核心损失和低序阻力。开关应具有低状态阻力和快速开关时间(通常是MOSFET)。

计算时值周期的计算: 值日周期为D,是开关在时间与总开关期间的比率。值日周期决定“uk”转换器输入电压和输出电压之间的关系。以下公式表示输入电压(V)之间的关系。in),输出电压(V)out)和工作周期:

$$V_{out} = -frac{V_{in} cdot D}{1 - D}$$

设计师可以使用此公式计算特定输入和输出电压所需的工作周期。

稳定稳定: uk 转换器有几个能源储存部件,因此,它可能呈现复杂的动态,因此,必须保证转换器的稳定。转换器的控制环在其整个操作范围中应保持稳定性。要评估转换器的稳定性并创建一个考虑到这一点的控制环,设计师可以使用根地分析或波德图等方法。

效率效率效率:设计师应减少导流和转接损失,以达到更高的效率。为此,必须使用低损失部件,并优化转接频率。必须保持平衡,因为提高转接频率还可能导致更大的转接损失。

热热管理:设计师必须考虑uk转换器的热性能,因为过热可能导致部件故障或效率下降。适当的热沉降、部件选择和布局可以帮助处理热问题。

效率效率效率 and Losses

效率是电力转换器设计的一个重要方面,因为它直接影响到电力消耗、热性能和部件可靠性,在“Zuk”转换器中,各种因素都有助于效率和损失,这对于理解和尽量减少最佳性能至关重要。

行为损失:当电导、电容器和切换器中切换装置的电流流动时,即发生导电损失。这些部件的阻力产生热,而热因断电而消失。为了尽量减少导电损失,设计师应选择低抗力部件,如低 ESR 电容器和低耐力导引器。

转置损失:当转换器的开关在运行和关闭状态之间转换时,就会发生开关损失。在这一过渡期,开关之间的电流和电压都是非零的,导致断电。通过选择快速开关装置(如MOSFETs)和优化开关频率可以减少开关损失。然而,增加开关频率也会增加开关损失,因此必须保持平衡。

核心损失损失:电感器中的磁核心损失是由转换器运行期间产生的交替磁场造成的。这些损失可以通过选择低核心损失材料的感应器核心和优化转换频率以减少磁场变化速度来尽量减少。

电容器损失Zuk转换器中的电容器由于等效序列抵抗力和电量损失而蒙受损失,选择电量低和电量低的电容器有助于减少这些损失。

C. 控制损失和辅助损失:控制电路和辅助部件调节 uk 转换器的操作可能会造成额外损失。优化控制电路的设计和选择高效辅助部件可以最大限度地减少这些损失。

设计师通过理解和解决这些各种损失来源,可以提高天体转换器的总体效率。 高效率可以降低电力消耗,有助于处理热问题,扩大转换器的可靠性和寿命。

Applications and Examples

uk 转换器在各个领域找到应用,在这些领域,精确的调节、高效和低输出波纹至关重要。

供电用品:%uk转换器由于输出波纹低、电磁干扰低、效率高,常常用于敏感电子设备的电力供应。它们可以在膝上型电脑、医疗设备和仪器系统等设备中找到。

可再生能源系统在光电(PV)系统和风能系统中,uk转换器可充当最大电点跟踪(MPPT)转换器,以优化可再生能源的电力提取,也可用于能源储存系统的电池充电线路,确保高效和稳定的充电性能。

LED照明灯:uk转换器适合LED照明应用,向LED提供恒定的电流,同时保持高效率和低输出波纹,确保稳定的亮度和长LED寿命,这对于商业和工业照明设施特别重要。

汽车电子设备:由于能够提升或逐步降低电压,在汽车电子系统中使用“uk转换器”,用于调节各种子系统的电压等任务,例如调节电容器、电窗和气候控制等,其高效和低电离层特性使这些电离层适合这些对噪音敏感的环境。

电信电信在电信系统中,uk转换器可以为输入电压不一的远程设备提供电力,确保稳定的运行和一贯性能,此外,其低输出波能有助于尽量减少对敏感通信信号的干扰。

机器人和工业控制:可在机器人和工业控制系统中使用uk转换器,以提供稳定的和受管制的动力来激活器、传感器和其他部件,其高效和低 EMI特性有助于整个系统可靠性和性能。

这些例子显示了uk转换器对各种应用的适应性。它的特殊特性组合,包括高效率、最小输出波纹和最小 EMI,使得它在各种电源转换环境中成为明智的选择。 工程师们可以通过理解其操作原理和设计因素,高效率地使用 uk 转换器来满足不同应用的独特要求。

责任编辑：彭菁