Ćuk博士的谐振转换器降低了对电感磁性的要求

shuszhao

Ćuk博士设计的Ćuk DC-DC转换器以其输入和输出纹波电流低而闻名，可作为升降压转换器使用。本设计实例示出了Ćuk博士的一个新转换器架构，这是一种谐振转换器，即便在相当低的频率（例如50kHz）下运行，仍然可以通过极少量的电感与大电容产生谐振。Ćuk博士倾向于保持低开关频率，但提高频率却能以较小的LC值获得较快的瞬态响应。



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博士又发布了一个新的转换器架构时，我的兴趣马上就被调起来了。
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）下运行，仍然可以通过极少量的电感（甚至可以只是PCB走线）与大电容谐振。

                               
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图1：Ćuk博士提出的谐振降压转换器兼电荷泵。
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），下面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，以2：1的比例运行。
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（通过S2和D1），传输一些电量以补充C2。通过使用电感器，每个电荷泵（CP）相位是谐振周期的一半。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占空比控制（因为电感会降低电荷传输速率）。我想控制电路也必须采取突发模式，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器中。
D1和D2可以是实际的二极管，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博士指出，在这种情况下替代D2的FET可能需要在开路时阻断电流，就像二极管一样，但是其源极代替D2阴极的N沟道FET（如Ćuk博士的一个电路原理图中所示的）将使一个体二极管指向错误的方向。背靠背FET可能是必要的，但是要有正确的控制电路，我认为源可能在左边。通过这个设计，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。这是对我需要提高仿真技能的提醒吗？我们拭目以待。
Ćuk博士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值获得较快的瞬态响应（但这样会增加开关损耗）。具体有什么益处呢？让我们看一些例子：50kHz: 1000µF, 10nH 500kHz: 22µF, 4.6nH 2MHz: 6.8µF, 1nH
有时，平方根运算真是有用的。那么，你对这个设计的潜在价值有何看法

学海无涯

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