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[分享] Ćuk谐振转换器新设计降低对电感磁性要求

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发表于 2019-11-15 10:58:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
很多工程师都知道Slobodan Ćuk(发音类似chook)博士,他是Ćuk DC-DC转换器架构的设计者,这种转换器以输入和输出纹波电流低而闻名,也可作为降压-升压器使用。所以最近当我注意到Ćuk又发布了一个新的转换器架构时,马上就激起了我的兴趣…


我一直与这位和善的博士保持着联系,但是不太清楚他的新设计情况。原型好像已经建成,不过细节还没有透露。该设计被认为是一种谐振转换器,即便在相当低的频率(例如50kHz)下运作,仍然可以透过极少量的电感(甚至可以只是PCB走线)与大电容谐振。
我发现现有的电路描述有
点难以理解(这无疑说明我的能力还不够),以下只是我对该设计的一些粗浅领会。
如果忽略电感器(用短路替换),它基本上就是一个电荷泵(CP),以2:1的比例运作。

设想电路或多或少处于平衡状态,开关如图1所示:输入电压将在C1和C2之间被分压。当开关翻转时,C1将与C2并联(透过S2和D1),传输一些电量
以补充C2。
图1 Ćuk提出的谐振降压转换器兼电荷泵。
透过使用电感器,每个电荷泵相位包括谐振周期的一半。这样可以减少标准CP设计中出现的电流尖峰,并且可以在不损失效率的情况下实现输出电压的工作周期控制(因为电感会降低电荷传输速率)。我想控制电路也必须采取高负载模式,以便在低负载时保持输出电压不上升,因为在电荷转移阶段,L2的能量将不断转移到电容中。
D1和D2可以是实际的二极体,如果不介意损耗的话,但在大多数情况下应该是同步开关。Ćuk指出,在这种情况下替代D2的FET可能需要在开路时阻断电流,就像二极体一样,但是其源极代替D2阴极的N通道FET(如Ćuk的一个电路原理图中所示)将使一个体二极体指向错误的方向。背靠背FET可能是必要的,但利用正确的控制电路,我认为源极可能在左边。
透过这个设计,我相信我的分析能力得到了提高,但如果你认为我的分析哪里不对,请分享你对该电路的理解和看法。这是对我需要提高模拟技能的提醒吗?我们拭目以待。
Ćuk似乎偏爱保持低开关频率,但我认为没有理由不提高频率,这样可以较小的LC值获得较快的瞬态回应(但要付出增加开关损耗的代价)。具体有什么样的好处呢?让我们看一些例子:
50kHz: 1,000μF, 10nH
500kHz: 22μF, 4.6nH
2MHz: 6.8μF, 1nH
有时,平方根运算真是有用。你对这个设计的潜在价值有何看法?
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发表于 2019-11-15 11:33:09 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2019-11-16 09:22:11 | 显示全部楼层

谢谢
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