前言
什么是电源？佷难用一句话概括。但是，现代人谁能离得开电源？贪食住行离不开电源，文化娱乐、办工学习、科学研究、工农业生产、国防建设、教育、环境保护、医疗卫生、交通运输、照明、通讯、宇宙探索等等，哪一样能少得了电源？只要用电就离不了电源。绝大部分的电是由发电厂生产发送的，称为市电。白炽灯、电炉、交流电动机等只要接通市电就行；计算机、电视机、X光机等虽然也是打开开关就能工作，但是这些机器里面都已经做了电能变换处理，将正弦的交流市电转换成各自需要的直流电、高压电、脉冲电在无法提供市电的岛屿、车船上，可以用蓄电池经过电能变换获得跟市电一样的交流电，让计算机、仪器设备等工作起来；进入太空的的卫星、飞行器，把太阳能收集起来，再经过电能变换获是需要的各种电能来维持长期运行，电能是宝贵的资源，需要珍惜和节约。
近年来，电力电子技术发展迅猛，直流开关电源广泛应用于计算机、邮电通信、电力系统和航空航天领域。如今，笨重型、低效的电源装置己经被轻小型，高效电源所取代。为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量，必须实现开关管的软开关，为此先后有人提出了谐振变换器、准谐振变换器和多谐振变换器、零电流开关PWM变器和零电流开关PW
M变换器、零电压转换PWM变换器和零电流转换PWM变换器等等。本次设计将设计直流开关电源CUK变换器让大家了解它的工作原理及其它性能。
 
   
第一部分      概述
一、开关电源的分类
现代开关电源分为直流开关电源和交流开关电源两类,前者输出质量较高的直流电,后者输出质量较高的交流电。开关电源的核心是电力电子变换器。电力电子变换器是应用电力电子器件将一种电能转变为另一种或多种形式电能的装置，按转换电能的种类，可分为四种类型：直流-直流变换器，它是一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器，是直流开关电源的主要部件；逆变器，是将直流电转换为交流电的电能变换器，是交流开关电源和不间断电源UPS的主要部件；整流器，是将交流电转换为直流电的电能变换器；交交变频器，是将一频率的交流电直接转换为另一种恒定频率或可变频的交流电，或是将变频交流电直接转换
为恒频交流电的电能变换器。这四类变换器可以是单向变换的，也可以是双向变换的。单向电能变换器只能将电能从一个方向输入，经变换后从另一个方向输出；双向电能变换器可实现电能的双向流动。
二、直流变换器的分类
直流变换按输入与输出间是否有电气隔离可分为两类：没有电气隔离的称为不隔离的直流变换器，有电气隔离的称为有隔离的直流变换器。
不隔离的直流变换器按所用有源功率器的个数，可分为单管、双管、和四管三类。单管直流变换器有六，即降压式（BUCK）变换器、升降压式（BOOST）变换器、升降压式（BUCK/BOOST）变换器、CUK变换器、ZETA变换器和SEPIC变换器等。在这六种单管变换器中，降压式和升降式变换器是最基础的，另处四种是从中派生的。双管直流变换器有双管串接的升降压式（BUCK/BOOST）变换器。全桥直流变换器（FULL-BRIDGE CONVERTER）是常用的四管直流变换器。
有隔离的直流变换器也可按所用有源功率器件数量来分类。单管的有正激式（FOR-WARD）和反激式（FLYBACK）两种。双管有双管正激（DOUBLE TRANSISTOR FORWARD CONVERTER）、双管反激（DOUBLE TRANSISTOR FLYBACK CONVERTER）、推挽（PUSH-PULL CONVERTER）和半桥（HALF-BRIDGE CONVERTER）等四种。四管直流变换器就是全桥直流变换器（FULL-BRIDGE CONVERTER）。
有隔离的变换器可以实现输入与输出间电气隔离，通常采用变压器实现隔离，变压器本身具有变压的功能，有利于扩大变换器的应用范围。变压器的应用还便于实现多路不同电压或多路相同电压的输出。
在功率开关管电压和电流定额相同时，变换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比，故四管变换器的输出功率最大，而单管变换器的输出功率—模块电源故障小。
没有隔离的变换器和有隔离的变换器组合得到单个变换器不具备的特性。
按能量传递来分，直流变换器有单向和双向两种。具有双向功能的充电器在电源正常时向电
池充电，一旦电源中断，它可以将电池电能返回电网，向电网短时间应急供电。直流电动机控制用变换器也是双向的，电动机工作时将电能从电源传递到电动机，制动时将电机电能回馈给电源。
直流变换器也可分为自激式和他控式。借助于变换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的变换器叫做自激式变换器，洛耶尔变换器是一种典型的推挽自激式变换器。他控式直流变换器中的开关器件控制信号由专门的控制电路产生。
按开关管的开关条件，直流变换器可分为硬开关和软开关两种，硬开关直流变换器的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗，即所谓的开关损耗。变换器工作状态一定时，开关管开通或关断一次的损耗也是一定的，因此开关频率越高，开关损耗越大。同时，开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的震荡，带来附加损耗，因而硬开关直流变换器的开关频率不能太高。
软开关直流变压器的开关管在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，即零电压开关，这种开关方式显著地减少了开关损耗和开关过程中引起的震荡，可以大幅度地提高开关频率，为变换器的小型化的模块化创造了条件。功率场效应管是多子器件，有高的开关速度，但同时也有较大的寄生电容．
它关断时，在外电压作用下其寄生电容充满电，如果在它开通前不将这部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。为了减少以致消除这种损耗，功率场效应管宜采用零电压开通方式，绝缘栅双极性晶体管（Insulated gate bipolar transistor,IGBT）是一种复合器件，关断时的电流降为零，则可以显著降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流关断方式。IGBT在零电压条件下关断，同样也能减少关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通并不能减少容性开关损耗。谐振变换器RC、准谐振变换器QRC、多谐振变换器MRC零电压开关PWM变换器、零电流开关变换器、零电压转换ZVT变换器和零电流变换器等均属于软开关直流变换器。电力电子器件和零开关变换器电路拓扑的发展，促使了高频电力电子的诞生。
三、直流开关电源及其应用
直流开关电源是具有直流变换器且输出电压恒定或按要求变化的直流电源，其输入为直流电，也可以是交流电。直流开关电源部分或全部句哟以下特征：1、电源电压和负载在规定的范围内变化时，输出电压应保持在允许的范围内变化。2、输入与输出间有好的电气隔离。3、可以输出单路或多路电压，各路之间有电气隔离。直流开关电源与直流线性电源相
比有：1、电力电子器件在开关状态工作，电源内部损耗小，效率高。2、开关频率高，电源体积和重量小。开关电源主要用于向模拟或数字电子设备供电。直流电动机速度或位置控制器实际上也是开关电源，由于电动机有电动和制动两种工作状态，故使用双向变换器，通常称为电动机控制器，很少称为开关电源。通常的直流开关电源不包括直流电动机控制器。
现代家用电子电器（如电视机、录象机、VCD等），个人计算机，测试仪器（如示波器
信号发生器、波形分析仪等）和生物医学仪器都采用开关电源。直流开头电源还在工业装置、大型计算机、通信系统、航空航天和交通运输等各个方面使用。大型计算机、通信系统、航空航天器中的电源是分布式电源系统，包括三个部分：第一部分为发电系统，第二部分是一次电源，第三个部分是二次电源。发电系统是将其他能量转化为电能的设备，例如人造卫星和空间站中的硅太阳电池阵，飞机上的由航空发动机传动的无刷发电机，通信电源的50Hz地面电源或柴油发电机等。一次电源用于将变化范围较大的输入电压转变为所需的输出电压，如人造卫星中的蓄电池充电放电器和并联调节器，飞机变速恒频电源中的变换器，通信电源中的开关整流器。二次电源则直接面向用电设备，如电子设备、通信设备中印制板上的模块电源等。分布式电源系统的发电系统、一次电源和部分二次电源为多冗余度电源，电
源间互相并联，电源模块内有运行状态监控电路，可准确判断电源故障，并切除故障电源，因而有较高的可靠性。同时，一次电源和输出都并有蓄电池，从而防止发电系统或个别一次电源故障引起的汇流条电压中断，实现了不间断供电。因此，分布式电源系统是高可靠和不间断供电系统，目前只有直流供电系统才能实现完善的不间断供电。

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