CUK斩波电路的设计

直流斩波电路（Cuk变换器）研究

一、实验目的

1．掌握Cuk升降压开关电路的基本原理与电路构造特点。

2．熟悉电路各部份的工作波形，掌握它们的基本调试方法。

3．掌握电流控制型脉宽调制器IC UC3842的应用方法。

二、实验线路及原理

实验线路如图3-29所示

图3-29 Cuk实验线路图

Cuk电路是一种可升降压的直流变换器电路，它基本可看成是升压电路和降压电路相结合产生的一种开关电路，其电原理图如图3-30所示

图3-30 Cuk主电路图

简述原理如下：

当0≤t≤t1时

其等效电路如图3-31所示。

图3-31 V T导通等效图图3-32V T关断等效图

晶体管V T导通，二极管D截止，假设这期间U d不变，电路是稳态，C1足够大，则电感L1中的电感电流I L11线性上升到I L12

而电感L2的电流也从I L21线性上升到I L22

当t1≤t≤t2时

晶体管V T截止，二极管D导通，等效电路如图3-32所示。此时电感L1中

的电流I L12线性下降到I L11

此时电感L1中的电流I L12线性下降到I L11

而电感L2中的电流I L22也线性下降到I L21则有：

根据上述的分析，我们可推导出，

具体推导略，同学们可参考教材，它的控制采用UC3842电流型脉宽调制器，具体功能和概述请参看Booct电路实验相关部分。

三、实验内容

1．电流控制型脉宽调制器IC UC3842的功能研究

（1）输出PWM控制信号测试

（2）电压反馈环功能测试

（3）电流反馈环功能测试

（4）工作频率的测试

2．开环控制Cuk电路研究

（1）主电路电感电流处于连续导通状态，各相关工作点波形的测量研究；（2）主电路电感电流处于断续导通状态，各相关工作点波形的测量研究；（3）改变工作频率的高低对电路工作的影响研究；

（4）改变负载电阻大小对电路工作的影响研究；

（5）改变主电路电感L的大小对电路工作的影响研究；

（6）缓冲电路的作用研究；

（7）占空比K和输出电压U0的函数关系研究。

3．闭环控制Cuk电路研究

（1）电压反馈环的作用研究；

（2）电流反馈环的作用研究；

（3）负载调整率测试。

四、实验设备和仪器

1．DDSX 01电源控制屏；

2．DDS 32“Boost Cuk电路”实验挂箱；

3．DT 10“直流电压、电流表”实验挂箱；

4．示波器等。

五、实验方法

1．电流控制型脉宽调制器IC UC3842的功能研究（注意：接线都在本驱动单元内，不要错接在其它单元内）

（1）输出PWM控制信号测试

首先，将实验挂箱电源开关打在“关”的位置。连接“UC3842 PWM IC 电路”单元中的“20”和“21”，再连接“23”和“25”，用示波器观察“24”端对地波形。开启实验挂箱电源。此时，应有一系列脉宽可调的方波产生，此波形即PWM驱动波形。

（2）工作频率的测试

保持原接线，转动R P5电位器，“24”端输出波形应同步发生频率变化。调节频率从最低到最高，记录它的调节范围。

（3）电压反馈环功能测试

拆除“23”和“25”的连接（即拆除模拟电流反馈环），转动R P4电位器，

“24”端PWM输出波形应同步发生占空比变化。用电压表测试“20”和“22”端模拟反馈电压值，记录它的模拟反馈电压变化范围和占空比变化范围。

（4）电流反馈环功能测试

恢复“23”和“25”的连接（即接入模拟电流反馈环），拆除“20”和“21”的连接（即拆除模拟电压反馈环），转动R P6电位器，“24”端PWM输出波形应同步发生占空比变化。用电压表测试“25”和“22”端电压（此端口电压是由反馈电流输入产生的，该端口电压也可被用于设定保护电压值），当R P6电位器调节到某一点时，“24”端PWM输出波形突然消失了，此点电压即为过电流保护电压。记录它的电压变化范围和占空比变化范围。

2．开环控制Cuk电路研究

（1）主电路电感电流处于连续导通状态，各相关工作点波形的测量研究将“Cuk”单元电源开关S3断开。按表14接线：

”两端，开启S3电源开关，将负载电阻R P9调到中间标准位置，调节R P4电位器，观察此时电感电流i L1的变化，使电感电流i L1处于连续导通状态，测量此时的u DS（32、33）、

u GS（30、33）、u D（38、34）、i e（33、34）、i L1（29、32）、i L3（37、39）、i D（37、38），按时序记录波形，同时记录输出电压u O的纹波电压△u O的大小。

（2）主电路电感电流处于断续导通状态，各相关工作点波形的测量研究保持原接线，调节R P4电位器，使电感电流i L1处于断续导通状态，测量此时的u DS、u GS、u D、i e、i L1、i L3、i D按时序记录波形。同时记录输出电压u O的纹波电压△u O的大小。

（3）改变工作频率的高低对电路工作的影响研究

保持原接线，调节R P4电位器，使电感电流i L1处于临界连续导通状态，调节频率电位器R P5，改变频率从低到高，观察记录电感电流i L1(29、32)、i L3（37、39）的变化。推测u DS、u GS、u D、i e、i D和负载电压的变化。

（4）改变负载电阻大小对电路工作的影响研究

保持原接线，调节R P4电位器和频率电位器R P5，使电感电流i L1处于临界连续导通状态，调节负载电阻R P9从大到小，观察记录电感电流i L1、i L3的变化。同时，用电压表测量负载电压的变化并记录。推测u DS、u GS、u D、i e、i D的变化。（5）改变主电路电感L的大小对电路工作的影响研究

保持原接线，将负载电阻R P9调到中间标准位置，使电感电流i L1处于临界连续导通状态，然后连接“28”和“27”、“29”和“30”、“39”和“40”即将电感线圈L1和L2并连，L3和L4并连，观察记录电感电流i L1、i L3的变化；然后再拆除“26”和“27”、“27”和“28”、“29”和“30”、“39”和“40”、“41”和“42”

的连接；将“26”和“28”、“30”和“27”连接，“41”和“40”连接，即将电感线圈L2和L3串连，L3和L4串连，观察记录电感电流i L1、i L3的变化。推测u DS、u GS、u D、i e、i D和负载电压的变化。

（6）缓冲电路的作用研究

拆除“26”和“28”、“27”和“30”的连接，拆除“40”和“41”的连接，恢复“26”和“27”的连接，“41”和“42”的连接。将示波器探头接在“32”和“33”两端，观察并记录u DS波形；然后连接“32”和“35”，再观察并记录

u DS波形，研究缓冲电路的工作原理和作用。

（7）占空比K和输出电压U0的函数关系研究

先用电压表测量输入电压U d（26、34端），再用电压表接在“44”和“45”两端，示波器探头接在“31”和“34”两端，调节R P4电位器，观察占空比K 的变化，同时观察输出电压U O的变化，从小到大，记录5—6组数据填入表15：

3．闭环控制Cuk电路研究

（1）电压反馈环的作用研究

保持原接线，拆除“20”和“21”的连接，将“43”和“21”相连，即将取样电压反馈环接入。调节取样电阻R P8在中间位置，此时电压表应显示某一电压值。我们一边调节负载电阻R P9的大小，一边观察电压表读数和占空比K，记录它们的变化。

（2）电流反馈环的作用研究

拆除“43”和“21”的连接，并且将“36”和“23”相连，我们一边调节负载电阻R P9的大小，一边观察电压表读数和占空比K，记录它们的变化。（3）负载调整率测试

负载调整率即稳压电源抵抗负载变化保持输出稳定的能力。其公式为：

（V O1 ?V O2）/V O1ⅹ100%

然后，我们将“43”和UC 3842单元的“21”的连接，将“36”和UC 3842单元的“23”相连，即将电压反馈环和电流反馈环全部接入。

我们一边将负载电阻R P9向左调节到最小，一边观察电压表读数和占空比K，记录它们的变化。然后，我们将负载电阻R P9向右调节到最大，同时观察电压表读数和占空比K，记录它们的变化。计算负载调整率。

六、实验报告：

1．按时序画出电路在连续和断续两种状态下的u DS、u GS、u D、i e、i L1、i L3、i D 各测试点波形。

2．电路的临界、连续、断续导通三种状态下的电感电流主要和那些因素有关？3．输出电压u O的纹波电压Δu O幅值大小和那些因素有关？

4．简述Cuk电路的特点，缓冲电路的主要作用是什么？

5．简述稳压的原理。6．实验分析总结。