cuk电路matlab仿真

直流斩波电路有Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、Cuk电路以及Sepic电路以及Zeta电路。Buck电路只有降压功能，Boost电路只有升压功能，所以这两个电路应用范围相对比较窄。Buck-Boost电路综合了Buck和Boost电路的特点，具有升降压的功能，但是这种电路突出的缺点就是其效率比较低。为了替代Buck-Boost电路，后来又出现了一种Cuk电路，它具有升、降压的功能，而且变换器效率也比较高，因此得到了广泛的应用。广泛用于通信交换机、计算机及手机等电子设备的开关电源等领域，其中Buck电路只能降压，而Sepic电路和Zeta电路只应用在一些特殊的场合，相对前面四种电路，应用比较少。

1、Cuk斩波电路的工作原理介绍

1.1、工作过程分析

Cuk斩波电路是一种输出电压可大于或小于输入电压的直流变换器。其主电路图和等效电路图分别如图1（a）和（b）所示，Cuk变换器的主电路由电源E、全控型器件IGBT、电感L1和L2、电容C、负载电阻R及二极管VD构成。E为输入直流电压，U0为输出直流电压。

图1  Cuk斩波电路图及等效电路

该电路的基本工作原理是：当斩波开关V处于通态时，E-L1-V回路和R-L2-C-V回路分别流过电流。输入端E向电感L1提供能量，导致电感电流L1上升。同时，电容C向负载R和L2提供能量，电容C上的负电压使二极管VD承受反向电压而关断。当斩波开关VT处于断开状态时，E-L1-C-VD回路和R-L2-VD回路分别流过电流，电源E和电感L1的反电动势共同给电容C充电，同时二极管VD正偏而导通，L2经VD向负载R提供能量。该电路的等效电路如图1（b）所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。

1.2、输出电压推导过程分析

为计算分析方便，假设IGBTV和二极管VD为理想器件，没有开关损耗。此外电容C的值视为无穷大，使得电压的脉动很小，电压输出为一条直线。在图1所示的Cuk电路中电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即

在图1（b）的等效电路中，开关S合向B点的时间即V处于通态的时间为ton，则电容电流和时间的乘积为I2ton。开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff，则电容电流和时间的乘积为I1toff。由此可得由开关分别在A、B两点时，电容和电流的乘积相等得：

当电容C值很大使电容电压UC的脉动足够小时，输出电压U0与输入电压E的关系可以用以下方法求得。当开关S合到B点时，B点电压UB=0，A点电压UA=-UC;相反，当S合到A点时，UB=UC，UA=0。因此，B点电压UB的平均值为UB=（toff/T）UC，又因电感L1的电压平均值为零，所以E=UB=（toff/T）UC。另一方面，A点电压平均值为UA=-（ton/T）当电容C值很大使电容电压UC的脉动足够小时，而且L2电压平均值为零，按照图1（a）中输出电压U0的极性有U0=（ton/T）UC，于是得到输出电压与电源电压E的关系。

从式（4）可以看出，Cuk电路可以改变α的取值，从而得到高于输入电压E或者低于输入电压E。这一输入输出关系与升降压斩波电路完全相同，但L电路的明显优点是其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，没有阶跃变化，有利于对输入输出进行滤波。

2、Cuk斩波电路在MATLAB/Simulink的建模与仿真

2.1、Cuk斩波电路在MATLAB/Simulink中的仿真模型

Cuk斩波电路在MATLAB/Simulink中的仿真模型如图2所示，主要由直流电源、IGBT、RLC负载、电力二极管等构成。Cuk斩波电路的仿真模型参数设置如下，电压源参数：电压源为直流电压，当需要升压时设置为24V，当需要降压时设置为100V;脉冲发生器的参数：振幅设为1V，周期设为0.001s，占空比α为升压时设为82%;降压时设为30%;电感L1为0.01H，电容C1为100μF，电感L2为0.08H，电阻R取为5Ω。

图2  Cuk斩波电路仿真模型

2.2、仿真结果及其分析

在MATLAB/Simulink中建立Cuk斩波电路后，给出其仿真结果如图3和图4所示。其中图3所示的波形为触发延迟角α=0.82时，负载R上的电压仿真波形。根据式（4）可以计算得到输出电压U0为109V，仿真结果与理论计算值完全一致。图4所示的波形为触发延迟角α=0.3时，负载R上的电压仿真波形，同样，按照式（4）可以计算得到输出电压U0为43V，仿真结果与理论计算误差不大，基本吻合，有些误差，原因在于负载波形波动比较大，解决方案在负载R两端并联一个电容即可。从图3和图4的仿真波形可以看出，Cuk斩波电路在MATLAB/Simulink中的建模与仿真完全正确，实现了升压和降压的功能。

图3α=0.82时负载电阻R的电压仿真波形（升压）

图4α=0.3时负载电阻R的电压仿真波形（降压）

3、结束语

本文首先分析了Cuk斩波电路的基本工作原理，推导了其输出电压的计算公式，从理论上推断其具有图4α=0.3时负载电阻R的电压仿真波形（降压）升降压特点，然后在MATLAB/Simulink软件中对R斩波电路进行了建模与仿真，分别在占空比为30%（占空比小于50%）和82%（占空比大于50%）时，即降压和升压时对其进行了仿真，得出的仿真结果与理论相一致，为Cuk斩波电路在工程实践中的应用提供了很好的思路。