[发明专利]带抽头电感大变比降压Cuk电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种非隔离大变比降压Cuk电路，特别是一种带有抽头电感的输入输出电压大变比降压Cuk电路。

背景技术

航天航空、计算机、远程数据通讯、家用电器、交通和工业控制等领域电力电子装置的大量使用及可再生能源系统的快速发展，可实现高质量功率控制的直流变换器（DC-DC Converter）成为必要和关键技术。

直流变换器可分为非隔离型与隔离型两大类。非隔离型直流变换器包括：基本的Buck（降压型）变换器，Boost（升压型）变换器，Buck-Boost变换器，Boost-Buck变换器（Cuk变换器）；由基本降压或升压型直流变换器组合构成的复合型变换器。隔离型直流变换器是在基本直流变换器中引入隔离变压器构成，在变换器的输入电源与负载之间实现电气隔离，提高变换器运行的安全可靠性与电磁兼容性。

非隔离降压直流变换器中：Buck变换器由于其结构简单而获得了广泛的应用，但Buck变换器输入/输出电流周期性不连续也带来了EMC问题及较大的输出电压纹波；Buck-Boost变换器输出端与输入端的极性相反，且功率MOS管的电流应力较大，功率MOS管损耗较大；Cuk电路输入输出两端都具有电感，可实现输入与输出电流均连续，但其输入与输出电压极性相反，存在与Buck-Boost电路同样的电压应力问题。

降压Cuk电路是在典型的Cuk电路的基础上发展起来的，它不仅具有Cuk电路输入输出都具有电感，容易实现输入输出电流连续、脉动小、EMI效果好等特点，同时它也具有一部分Buck电路的特性，比如：输出与输入极性相同、输出与输入电压的变比关系一致、功率器件的电压应力小等优点。由于降压Cuk电路具有Buck电路的输出输入电压变比关系，在输入输出电压大变比的应用场合下，驱动器输出的PWM波占空比很小，容易受到干扰，给驱动电路的设计带来难度。另外，在非常小的开通时间内，开关可能会来不及响应，占空比小将影响电路的转换效率。本发明在实现大变比降压的条件下，可以使驱动的PWM具有合理的占空比，实现高效变换。

LED照明驱动、通讯、IPM（Intelligent Power Module）驱动、MCU供电、继电器和交流开关供电等领域中，许多应用场合都需要降压电路。但是，现有使用降压电路多存在转换效率低、输入输出纹波大、EMI问题大等不足。因此，合适的大变比降压电路发明变得很有必要，具有良好的发展前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种带抽头电感大变比降压Cuk电路，实现高效降压输出，减少电压应力并能同时达到输出与输入电压极性相同。

本发明采用以下方案实现：一种带抽头电感大变比降压Cuk电路，包括一输入直流电压源，其特征在于：所述输入直流电压源的正极连接一第一电感的第一端，负极接地；所述第一电感的第二端连接一第二电感的第一端和一中间电容的一端；所述中间电容的另一端连接一第三电感的第一端和一二极管的阳极；所述第三电感电感的第二端连接到地；所述第二电感的第二端连接一功率开关管的一端；所述功率开关管的另一端连接所述二极管的阴极、一输出电解电容的正极和一负载的一端；所述功率开关管的控制端连接一PWM控制信号；所述输出电解电容的负极和所述负载的另一端连接到地。

在本发明一实施例中，所述二极管为功率半导体快恢复二极管。

在本发明一实施例中，所述功率开关管是一MOSFET；此时，所述功率开关管的一端是所述MOSFET的漏极，所述功率开关管的另一端是所述MOSFET的源极，所述功率开关管的控制端是所述MOSFET的栅极。

在本发明一实施例中，所述第一电感和所述第二电感共用一个磁芯，耦合同名端为所述第一电感的第一端和所述第二电感的第一端。

在本发明一实施例中，所述第三电感与所述第一电感及所述第二电感共用一个磁芯，耦合同名端为所述第一电感的第一端、所述第二电感的第一端和所述第三电感的第二端。

本发明提供的技术方案具有以下优点：

1.输入电感带有抽头，可以通过调整抽头电感的匝数比来拓宽占空比实现输入输出电压的大变比降压；

2.输入输出都有一个电感，有比Buck电路更小的输入输出纹波及更好的EMI特性；

3.在整个开关周期，输入电源都向负载提供能量，提高了变换器的工作效率；

4.电感L3可以进一步与电感L1、L2共用一个磁芯，提高功率密度和减小体积。