[发明专利]一种低纹波软开关Cuk变换器电路及调制方法

权利要求书

1.一种低纹波软开关Cuk变换器电路，其特征在于，包括：输入电感L₁，主开关管Q₁，谐振电感L_ax，辅助谐振开关管Q_ax，谐振支路二极管D_ax，链接储能电容C₁，谐振电容C_s，主开关管Q₂，输出电感L₂，输出滤波电容C_o，输入电感L₁与输出电感L₂耦合电感M；

所述的输入电感L₁的输入端与直流源的正极相连，另一端分别与主开关管Q₁的漏极和谐振电感L_ax的输入端相连，谐振电感L_ax的输出端分别与二极管D_ax的阴极和链接储能电容C₁的输入端相连，辅助谐振开关管Q_ax的源极与二极管D_ax的阳极相连，链接储能电容C₁的输出端分别与谐振电容C_s的一端、主开关管Q₂的源极和输出电感L₂的输入端相连，输出电感L₂的输出端与输出滤波电容C_o和负载端相连，主开关管Q₁的源极、辅助谐振开关管Q_ax的漏极、谐振电容C_s的另一端、主开关管Q₂的漏极、输出滤波电容C_o和负载端的另一端均和直流源的负极相连。

2.根据权利要求1所述的一种低纹波软开关Cuk变换器电路，其特征在于：所述主开关管Q₁、主开关管Q₂、辅助谐振开关管Q_ax为电力场效应晶体管MOSFET，或为绝缘栅双极型晶体管IGBT。

3.根据权利要求1所述的一种低纹波软开关Cuk变换器电路的调制方法，其特征在于：分为以下工作模态：

工作模态1[t₀-t₁]：在此间隔内，主开关管Q₁、Q₂处于断开状态，在每个开关周期内输入电流被视为直流，对链接储能电容C₁进行充电，L_ax在输入电流为直流模式下不起作用，输入电流I_Lin通过主开关管Q₂(D_Q2)的反并联二极管形成回路；

工作模态2[t₁-t₂]：在t₁时刻，主开关管Q₁导通，链接储能电容C₁和谐振电感L_ax开始串联谐振，谐振电感i_Lax的电流从其初始值I_in开始减小，并变为负值；同时，Q₂(D_Q2)的反并联二极管的电流逐渐减小，直到达到零，D_Q2在ZCS中关闭，因此该二极管的反向恢复效果可忽略；

工作模态3[t₂-t₃]：在t₂时刻，D_Q2关断，输入电流I_in通过主开关管Q₁形成回路，不会影响谐振电路，谐振电容C_s和链接储能电容C₁串联，由于C_s的电容值远小于C₁的电容值，因此L_ax和C_s之间发生谐振，并且由于C₁的电压几乎恒定，主开关管Q₂两端的电压v_Cs在此模态下逐渐增加，由于谐振开关管Q_ax在此模式下保持导通状态，当v_Csv_C1，二极管D_ax保持关断状态；

工作模态4[t₃-t₄]：在t₃时刻，二极管D_ax导通，此模态为功率传输模态，链接储能电容C₁中存储的能量释放到输出负载，当链接储能电容C₁的电压达到零或完全放电时，此模式终止，为了确保Q₁的ZCS不受电压增益的影响，可以在链接储能电容C₁完全放电之前通过打开主开关管Q₂结束该模式；

工作模态5[t₄-t₅]：在t₄时刻，主开关管Q₂导通，由于链接储能电容C₁的电压(v_C1)几乎为零，因此主开关管Q₂在ZVS条件下导通，链接储能电容C₁和谐振电感L_ax串联谐振使主开关管Q₁的电流为负值，从而使主开关管Q₁的反并联二极管D_Q1导通，在此模态中，主开关管Q₁的电流仍为正值；

工作模态6[t₅-t₆]：在t₅时刻，主开关管Q₁的反并联二极管D_Q1导通，在ZCS的此时间间隔内，可以随时关闭主开关管Q₁，实现主开关管Q₁的ZCS关断，由于主开关管Q₂的反并联二极管D_Q2导通，因此可以在t₅之后和下一个开关周期开始之前的任何时间将其关闭。