一種靈活的DC-DC轉換器結構,它結合了升級(加速)和下調(buck)轉換器的優勢,被稱為“uk轉換器 ” 。 它有斯洛博丹·庫克博士的名字,他開發了地形學并在1970年代末首次提出。 祖克轉換器對傳統轉換器有若干好處,包括能夠處理各種輸入電壓、連續輸入和輸出電流,以及減少電磁干擾。 這些特點使得它成為各種電源轉換應用的可取選擇,特別是在有效的能源管理和最低限度電磁干擾至關重要的系統中。

電導電容器網絡(LC)用于在英國轉換器操作原則下兩個州之間轉換時維持能源傳輸。 關閉開關的On州和開關的OF州是轉換器的兩種操作模式。 在On州,輸入電容器儲存能源,而輸出電容器使負載具有能量,而輸入電容器將其儲存的能量輸送到OF州的產出電容器,繼續給負荷提供動力。輸入電容器和輸出電容器之間的這種能量傳輸不斷使輸入電流和輸出電流平滑,從而降低了轉換器的總體波紋和 EMI 排放 。

Circuit Topology and Key Components

所有先前描述的轉換器配置都有一個共同的缺點,即轉換器的輸入流、轉換器的輸出流或兩者都是不連續的。 使輸入和輸出流保持連續,同時保留硬塊和推力轉換器的功能的一種方法是將這兩個轉換器的序列連接起來,如圖12所示。 這個新的轉換器的傳輸功能等于連通序列轉換器的傳輸功能的產物:

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

在這種配置中,采用同步開關控制,這意味著兩個開關在t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/t/tON在 t 期間關閉兩個開關OFF期間。

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

前一次轉換器配置的主要缺點是使用了四個轉換元件(S)1, S2, D1和 D2此外,目前C電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數量較少的切換元件(圖13)的轉換器配置,稱為 uk 轉換器。關于對轉換器操作的分析,可以假定電容器C的容量。1和C2足夠大,足以忽略它們之間電壓的交替部分。

Figure 13: The ?uk converter circuit diagram

在此轉換器中, tON范圍 (圖14) , 開關 S 被打開, 輸入器 L1與DC電源E相連,而二極管D則與電容器C的電壓呈反向偏向。1。在穩定狀態下,整個導管的平均電壓為零,因此,整個電容器C的平均電壓為零。1 is $$U_{C1} = U + E$$

受E電壓的影響,電流通過引引L1從最小值增長到最大值。 同時, 輸入器L2與電壓相連,電壓等于電容器C的載荷電壓和電容器C的電壓之間的差額。1,因此其當前值也從最低值直線增長到最高值。

Figure 14: The ?uk converter circuit diagram – interval tON

期間tOFF圖15)),當S開關關關閉時,通過引號L的電流2通過二極管D關閉,連接導線L2至負載電壓,因此其當前線性從最大值下降到最小值。同時,引引L1與電壓相連,電壓等于電容器C之間的電壓差別。1以及DC的電源E, 導致其電流從最大值下降到最低值。

Figure 15: The ?uk converter circuit diagram – interval tOFF

在穩定狀態下,整個導管的平均電壓為零,因此C電容器的平均電壓為零。1是:

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

T期間感應電流變化與T期間電壓的面積成正比:

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

在穩定狀態下,導電流的總變化為零,因為整個導電器的平均電壓值為零:

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

前一方程式的輸出 :

$$U = frac5vgeo944t{1 - d} cdot E = E cdot frac{t_{ON}}{t_{OFF}}$$

這是重力轉換器的轉移功能。

uk轉換器由幾個關鍵部件組成,以獨特的地貌排列,以取得其有利的特征,如連續輸入和輸出流以及減少的 EMI。

輸入源:為轉換器提供輸入功率的 DC 電壓源。

輸入感應器(L1):該感應器儲存了國家能源局期間的能源,并將能源轉移給聯邦外務省期間的產出。

輸出輸入器(L2):該感應器平滑輸出流,盡量減少波紋,促進轉換器連續輸出流特性。

電容器(C1):這種電容器有助于轉換過程中輸入和輸出導線之間的能量轉移。

輸出電容器(C2):該電容器過濾器平滑輸出電壓,為負載提供穩定的DC輸出。

開關( S):一般為MOSFET或IGBT,開關控制輸入和輸出引體之間的能源傳輸,在OO和FFP州之間交替進行。

二極 (D):二極管確保當前在切換過程中向正確方向流動,防止當切換在離岸價格狀態下時逆向流動。

uk轉換器的獨特地形特征是由輸入導管(L1)、連接電容器(C1)和輸出導管(L2)組成的LC網絡,輸入和輸出導管(L2)是連成的,連接電容器是它們之間的。當開關關閉時(美國州),輸入導管儲存能量和輸出電容器為負載提供動力。開關時(歐福爾州),輸入導管將其儲存的能量通過組合電容器轉移到輸出電容器,而輸出導管平滑輸出電流。

Continuous and Discontinuous Conduction Modes

uk轉換器可以兩種不同的導電模式運作:連續導電模式(CCM)和不連續導電模式(DCM)。運行模式取決于轉換器的負荷、切換頻率以及電路中的導電和電容器的值。

連續傳導模式(CCM):在轉換周期中,輸入和輸出導體流出的電流永遠不會達到零。這種操作模式能產生更好的動態反應,減少 EMI,降低當前波紋。為了保持恒定的流,需要更大的導引體和電容器。當負荷足夠高或轉換頻率足夠低時,轉換器在CCM中運行。

連續連續導導模式(DCM):在切換周期的一部分時間里,輸入和輸出感應器流流的電流為零。與CCM相比,這種操作模式的當前波紋更大,EMI更多,動態反應較慢。不過,它允許使用較小的感應器和電容器,這可能導致更便攜和便攜式轉換器的設計。當負荷最小或切換頻率足夠高時,轉換器在DCM中運行。

Design Considerations和Calculations

設計uk轉換器涉及若干重要的考慮和計算,以確保最佳性能和具體應用的效率,這些考慮包括選擇適當的構件價值、計算工作周期和確保穩定性。

選擇構成部分:轉換器的性能受到感應器、電容器和開關選擇的極大影響。根據預期的輸出電壓、電流、輸入電壓射程和切換頻率,設計師必須仔細選擇這些部件。雖然電容器應具有低等量序列抗藥性(ESR)和很強的波紋電流能力,但感應器應具有低核心損失和低序阻力。開關應具有低狀態阻力和快速開關時間(通常是MOSFET)。

計算時值周期的計算: 值日周期為D,是開關在時間與總開關期間的比率。值日周期決定“uk”轉換器輸入電壓和輸出電壓之間的關系。以下公式表示輸入電壓(V)之間的關系。in),輸出電壓(V)out)和工作周期:

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

設計師可以使用此公式計算特定輸入和輸出電壓所需的工作周期。

穩定穩定: uk 轉換器有幾個能源儲存部件,因此,它可能呈現復雜的動態,因此,必須保證轉換器的穩定。轉換器的控制環在其整個操作范圍中應保持穩定性。要評估轉換器的穩定性并創建一個考慮到這一點的控制環,設計師可以使用根地分析或波德圖等方法。

效率效率效率:設計師應減少導流和轉接損失,以達到更高的效率。為此,必須使用低損失部件,并優化轉接頻率。必須保持平衡,因為提高轉接頻率還可能導致更大的轉接損失。

熱熱管理:設計師必須考慮uk轉換器的熱性能,因為過熱可能導致部件故障或效率下降。適當的熱沉降、部件選擇和布局可以幫助處理熱問題。

效率效率效率 and Losses

效率是電力轉換器設計的一個重要方面,因為它直接影響到電力消耗、熱性能和部件可靠性,在“Zuk”轉換器中,各種因素都有助于效率和損失,這對于理解和盡量減少最佳性能至關重要。

行為損失:當電導、電容器和切換器中切換裝置的電流流動時,即發生導電損失。這些部件的阻力產生熱,而熱因斷電而消失。為了盡量減少導電損失,設計師應選擇低抗力部件,如低 ESR 電容器和低耐力導引器。

轉置損失:當轉換器的開關在運行和關閉狀態之間轉換時,就會發生開關損失。在這一過渡期,開關之間的電流和電壓都是非零的,導致斷電。通過選擇快速開關裝置(如MOSFETs)和優化開關頻率可以減少開關損失。然而,增加開關頻率也會增加開關損失,因此必須保持平衡。

核心損失損失:電感器中的磁核心損失是由轉換器運行期間產生的交替磁場造成的。這些損失可以通過選擇低核心損失材料的感應器核心和優化轉換頻率以減少磁場變化速度來盡量減少。

電容器損失Zuk轉換器中的電容器由于等效序列抵抗力和電量損失而蒙受損失,選擇電量低和電量低的電容器有助于減少這些損失。

C. 控制損失和輔助損失:控制電路和輔助部件調節 uk 轉換器的操作可能會造成額外損失。優化控制電路的設計和選擇高效輔助部件可以最大限度地減少這些損失。

設計師通過理解和解決這些各種損失來源,可以提高天體轉換器的總體效率。 高效率可以降低電力消耗,有助于處理熱問題,擴大轉換器的可靠性和壽命。

Applications and Examples

uk 轉換器在各個領域找到應用,在這些領域,精確的調節、高效和低輸出波紋至關重要。

供電用品:%uk轉換器由于輸出波紋低、電磁干擾低、效率高,常常用于敏感電子設備的電力供應。它們可以在膝上型電腦、醫療設備和儀器系統等設備中找到。

可再生能源系統在光電(PV)系統和風能系統中,uk轉換器可充當最大電點跟蹤(MPPT)轉換器,以優化可再生能源的電力提取,也可用于能源儲存系統的電池充電線路,確保高效和穩定的充電性能。

LED照明燈:uk轉換器適合LED照明應用,向LED提供恒定的電流,同時保持高效率和低輸出波紋,確保穩定的亮度和長LED壽命,這對于商業和工業照明設施特別重要。

汽車電子設備:由于能夠提升或逐步降低電壓,在汽車電子系統中使用“uk轉換器”,用于調節各種子系統的電壓等任務,例如調節電容器、電窗和氣候控制等,其高效和低電離層特性使這些電離層適合這些對噪音敏感的環境。

電信電信在電信系統中,uk轉換器可以為輸入電壓不一的遠程設備提供電力,確保穩定的運行和一貫性能,此外,其低輸出波能有助于盡量減少對敏感通信信號的干擾。

機器人和工業控制:可在機器人和工業控制系統中使用uk轉換器,以提供穩定的和受管制的動力來激活器、傳感器和其他部件,其高效和低 EMI特性有助于整個系統可靠性和性能。

這些例子顯示了uk轉換器對各種應用的適應性。它的特殊特性組合,包括高效率、最小輸出波紋和最小 EMI,使得它在各種電源轉換環境中成為明智的選擇。 工程師們可以通過理解其操作原理和設計因素,高效率地使用 uk 轉換器來滿足不同應用的獨特要求。

責任編輯：彭菁