一种具有软开关的Cuk无电解电容电源
技术领域
[0001] 本实用新型涉及采用cuk拓扑结构的无电解电容电源技术领域，尤其涉及一种具有
软开关的Cuk无电解电容电源。
背景技术
[0002]
Cuk变换器是一种电源拓扑结构，被认为是最佳拓扑结构，可以升降压。该电源拓扑结构采用输入输出电感耦合技术，可大大降低输出和/或输入
电流纹波，很适用于需要无电解长寿命电源的场合，比如LED
驱动器。但是，目前采用cuk的电源并不多见，其主要原因是，主开关的
电压等于
输出电压和输入电压之和，应
力较大；若不采用隔离
变压器，会导致输出与输入电压极性相反，若采用隔离变压器，则存在漏感产生的电压尖峰，加大主开关
应力和付边续流
二极管的应力，同时，会导致反馈控制
电路设计复杂。
[0003] 本实用新型
专利解决了cuk变换器在实际使用上的一些问题，制作了实用的LED驱动电源，不含寿命较短的电解电容，大大延长了驱动器的使用寿命，与
LED灯珠的长寿命相匹配。解决了的问题是，主开管采用主动式吸收电路，降低了主开关的
开关损耗，隔离变压器付边绕组外加吸收电路，改善了EMI,利用吸收电路吸收隔离变压器漏感
能量，一部分回输到付边，一部分给原边驱动电路供电。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种具有软开关的Cuk无电解电容电源，能够降低了主开关的开关损耗，改善电源EMI情况，并能够吸收隔离变压器漏感能量，同时还兼具使用寿命长、污染物数量低的优点。
[0005] 本实用新型采用的技术方案为：
[0006] 一种具有软开关的Cuk无电解电容电源，包括依次连接的EMI滤波电路、PFC电路和隔离式Cuk变换器，隔离式Cuk变换器连接有控制环路，所述PFC电路和隔离式Cuk变换器的连接点接有储能电容Cbulk，储能电容Cbulk采用
薄膜电容；
[0007] 所述隔离式Cuk变换器包括CUK驱动器、隔离变压器、原边电感L1和副边电感L2；原边电感L1与CUK驱动器之间
串联有MOS管M2，MOS管M2的G极连接CUK驱动器，MOS管M2的D极连接原边电感L1，且MOS管M2的D极连接有原边吸收电路；副边电感L2连接隔离变压器副边绕组，副边电感L2与隔离变压器副边绕组的接点连接有副边吸收电路。
[0008] 进一步地，所述原边吸收电路为主动式吸收电路的供电端连接Cuk驱动器的进电端。
[0009] 进一步地，所述原边吸收电路包括吸收二极管D6、吸收变压器T4、MOS管M3、吸收电容C4、
整流二极管D5和整流二极管D7；吸收二极管D6的正极连接MOS管M2，吸收二极管D6的负极通过吸收电容C4接地，且吸收二极管D6负极连接吸收变压器T4原边绕组的一端，MOS管M3的D极连接吸收变压器T4原边绕组另一端，MOS管M3的G极连接CUK驱动器，吸收变压器T4原边辅助绕组一端接地，吸收变压器T4原边辅助绕组另一端经过整流二极管D7后连接Cuk驱动器进电端，整流二极管D7通过电容C5接地，吸收变压器T4的原边绕组与吸收电容C4构成
谐振电路；吸收变压器T4副边绕组的一端接地，吸收变压器T4副边绕组的另一端通过整流二极管D5连接Cuk变换器的输出端，整流二极管D5通过电容C3接地。
[0010] 进一步地，所述副边吸收电路包括依次串联的
电阻R4、稳压二极管D2和二极管D4，电阻R4两端并联有电容C2。
[0011] 本实用新型具有以下有益效果：
[0012] (1)通过设置主动式的原边吸收电路，解决了主开关的软关断和开通问题，降低了主开关M2的开关损耗，提高Cuk变换器整体转换效率；通过在隔离变压器副边绕组外加副边吸收电路，使得电压尖峰降低，有效抑制EMI状况；
[0013] (2)利用原边吸收电路吸收隔离变压器的漏感能量，并将吸收的一部分能量回输到副边绕组输出，另一部分能量分给Cuk驱动器进行供电，在实现Cuk驱动器供电功能的同时简化电路结构，并使吸收的漏感能量得到充分多样的应用，提高本实用新型功能多样性。
附图说明
[0014] 图1为本实用新型的电路原理图；
[0015] 图2为原边吸收电路的电路原理图；
[0016] 图3为Cuk驱动器输出
信号的时序图。
[0017] 附图标记说明：
[0018] 101、EMI滤波电路；102、PFC电路；103、Cuk变换器；104、副边吸收电路。
具体实施方式
[0019] 为了更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。
[0020] 本实用新型公开了一种具有软开关的Cuk无电解电容电源，如图1所示，本实用新型包括依次连接的EMI滤波电路101、PFC电路102和隔离式Cuk变换器103，隔离式Cuk变换器103连接有控制环路，PFC电路102和隔离式Cuk变换器103的连接点接有储能电容Cbulk，储能电容Cbulk采用薄膜电容。PFC电路102优选采用主动式升压PFC电路。
[0021] 隔离式Cuk变换器103包括CUK驱动器、隔离变压器、原边电感L1和副边电感L2，原边电感L1与付边电感L2在同一磁芯上绕制，以实现输出电流纹波最小化。原边电感L1与CUK驱动器之间串联有MOS管M2，MOS管M2为隔离式Cuk变换器103的主开关，MOS管M2的G极连接CUK驱动器，MOS管M2的D极连接原边电感L1，且MOS管M2的D极连接有原边吸收电路，原边吸收电路为主动式吸收电路并向CUK驱动器所在驱动电路供电；副边电感L2连接隔离变压器副边绕组，副边电感L2与隔离变压器副边绕组的接点连接有副边吸收电路104。
[0022] Cuk变换器103的两个原边电感L1和副边电感L2优选绕制在同一个分槽的磁芯上，当原边电感L1接近于互感M时，可使输出电流纹波接近于零，这样输出只需要较小电容值的薄膜电容，不必使用较大电容值的电解电容。
[0023] 如图2所示，原边吸收电路包括吸收二极管D6、吸收变压器T4、MOS管M3、吸收电容C4、整流二极管D5和整流二极管D7，吸收变压器T4的原边绕组电感包括原边第一绕组电感和原边第二绕组电感，MOS管M3为隔离式Cuk变换器103中起辅助作用的吸收开关；
[0024] 吸收二极管D6的正极连接MOS管M2，吸收二极管D6的负极通过吸收电容C4接地，且吸收二极管D6负极连接吸收变压器T4原边绕组一端(脚1)，吸收变压器T4原边绕组另一端(脚2)连接MOS管M3的D极，MOS管M3的G极连接CUK驱动器，吸收变压器T4原边辅助绕组的一端(脚6)接地，吸收变压器T4原边辅助绕组的另一端(脚5)经过整流二极管D7后连接Cuk驱动器进电端并输出辅助电源Vcc为Cuk驱动器供电，整流二极管D7通过电容C5接地；吸收变压器T4的原边绕组电感与吸收电容C4构成谐振电路；
[0025] 吸收变压器T4副边绕组的一端(脚3)接地，吸收变压器T4副边绕组的另一端(脚4)通过整流二极管D5连接Cuk变换器的输出端，整流二极管D5通过电容C3接地。
[0026] 吸收变压器T4的原边绕组电感与吸收电容C4构成谐振电路，当Cuk变换器103工作在DCM模式下时，谐振电流最大值为 依据此式计算吸收变压器T4的原边绕组
匝数，吸收变压器T4的副边绕组匝数根据Cuk变换器103的输出电压Vout值确定，原边辅助绕组的匝数根据吸收变压器T4向Cuk驱动器供应的辅助
电源电压值Vcc确定。
[0027] 整流二极管D5和整流二极管D7优选采用快恢复二极管。
[0028] 主动式的原边吸收电路具有关断吸收功能和导通吸收功能，即作为主开关的MOS管M2实现了软开关，原边吸收电路中的吸收电容C4远大于MOS管M2的输出电容Coss，当MOS管M2关断时，MOS管M2的D极电压上升减缓，即降低了dv/dt；关断时的电流(等于L1和L2电流之和)给C4充电。吸收二极管D6的作用是保持吸收电容C4的能量，避免工作在DCM模式下谐振降低吸收电容C4上的电压，进而造成能量损失。
[0029] 在主开关MOS管M2开通之前，吸收开关MOS管M3提前导通，MOS管M3的导通时间远低于M2的导通时间。依据MOS管M3的导通时间、吸收电容C4和MOS管M2的输出电容Coss计算吸收变压器T4原边电感Lp。
[0030] 吸收电容C4、MOS管M2的输出电容Coss和变压器T4原边电感Lp的谐振
频率为：
[0031]
[0032] MOS管M3的导通时间为：
[0033]
[0034] 即等于谐振周期的四分之一。
[0035] 吸收电容C4可依据主开关MOS管M2的关断时间计算：
[0036]
[0037] 式中，Coss为MOS管M2的输出电容；
[0038] Vmos为MOS管M2关断后的电压，等于Vpfc，即cuk变换器的输入电压；
[0039] Imosmax为MOS管M2关断时的电流。
[0040] MOS管M3关断后，吸收变压器T4次级两个绕组的电流分别流向Cuk变换器103输出端和CUK驱动器。
[0041] Cuk驱动器由PWM IC和驱动延时电路组成，当控制环路的反馈信号使PWM IC输出导通信号时，首先使吸收开关MOS管M3导通，延时一段时间后，MOS管M3关断，MOS管M2导通，Cuk驱动器
输出信号时序图如图3所示。
[0042] 副边吸收电路104包括依次串联的电阻R4、稳压二极管D2和二极管D4，电阻R4两端并联有电容C2，稳压二极管D2优选采用TVS二极管。
[0043] 最后应说明的是：以上
实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。
