CUK电路仿真结果
简 介：本文通过LTSpice仿真分析了电感耦合Cuk反向电源电路的工作原理。该电路采用LTC3704芯片和双线圈耦合结构，具有高转换效率和大输出电流特性。仿真结果显示，在理想耦合系数下，输出电压波动极小，即使减小滤波电容仍能保持稳定波形。当耦合系数降至0.9时，输出出现明显波动，需增大滤波电容来抑制。调整MOS管栅极驱动占空比可改变输出电压，验证了电磁平衡原理。研究表明双电感耦合结构能有效减小输出纹波，为后续实际电路测试提供了理论依据。
关键词：CUK，电感耦合，电源反转
- 电感耦合（CUK）反向电源电路
01【电感耦合Cuk电源】
一、背景介绍
昨天在手边的这款 FPGA 实验电路板上，看到了这个基于LTC3704集成芯片的正负电源转换电压电路。 这个电路呢，采用了特殊的电感耦合电源变换结构。 这种结构在之前自己的应用电路中呢没有采用过， 可以看到它本身就有很高的转换效率和比较大的输出电流， 特别是其中它采用了双线圈耦合方式。 能够极大的减小输出电流的波形。 那下面我们通过LTSpice对这个电路进行仿真， 从而学习一下这个电路本身工作的原理。
二、仿真结果
在这里利用LTSpice 电路仿真软件，搭建了电感耦合转换电路。 输入振荡信号采用电压源V2， 提供500K赫兹，占空比为50%的方波信号。 控制摩丝管M1的开关， 上面两个线圈，它们的线圈电感为33uH。 使用开指令，说明它们之间相互耦合， 这里呢它们对应的同名端是在下面。 负载使用100欧姆的电阻。 下面我们观察摩斯管的漏极， 整流栅极二极管D1以及输出负载上的电压信号， 将波形展开，可以看到它们之间的相位关系。 此时虽然我们的输入信号是占空比为50%的震荡信号， 但是我们能看到摩斯管导通时间要比截止时间要大， 也就是上面绿色信号对应的MOS管漏极信号， 它低电平占的比例比较大， 此时对应的负载电压信号为6.7伏左右。
为了观察一下双线圈耦合结构中， 输出电压波形，中间的波动信号具有很强的抑制作用。 我们将负载上滤波电容C2的容值改为一纳法。 观察负载上它对应的电压信号， 很神奇的是会看到负载电压R1上的电压信号仍然为水平的。 这样的一个电压波形， 就意味着它旁边并联的滤波电容， 实际上在此时并没有起滤波作用。 在这种情况下，因为我们使用的L1、L2 两个耦合电容之间是现在作为是理想的耦合系数为1.0。 接下来我们修改两个线圈之间的耦合系数， 将它的值减小到0.9左右， 这符合实际线圈两个绕组之间的耦合系数， 此时可以看到， 在输出负载上的电压信号出现了波动， 滤波电容的减小使得负载上的波动大为增加了。 那么如果我们增加负载滤波电容C2的容值， 可以很好的消除这种波动。
接下来修改摩斯管栅极驱动电压的占空比， 观察一下对于输出电压信号的改变。 现在将输入信号的占空比修改为三分之二， 摩斯开关管它导通的时间是截止时间的两倍， 按照定感中电磁平衡原理， 此时耦合电容C1上的电压应该是电源电压的三倍。 对应的电压输出是电源电压反向辅助幅度变成工作电源电压的两倍。
※总结 ※
本文分析了电感耦合反向电路的工作基本原理。 观察到电路中关键节点电压波形， 让我们了解到其中电路的运行方式。 特别是在电路中可以看到， 正是由于采用了双电感耦合方式， 在理想情况下，使得输出电压波动达到最小。 那么后面呢我们使用手边的元器件搭建实际电路测试一下， 查看一下这个电路本身工作的实际波形以及电路转换效率。
■ 相关文献链接:
- 电感耦合（CUK）反向电源电路-CSDN博客