【Ćuk转换器】Ćuk转换器将输入的直流电压转换为输出的直流电压，同时输出电压的极性相反附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

Ćuk 转换器作为一种典型的 DC-DC 变换电路，具有输入输出电压极性相反、纹波小、效率高等显著特点，在电池供电设备、可再生能源系统等领域应用广泛。本文深入剖析Ćuk 转换器的拓扑结构与工作原理，通过状态空间平均法建立其数学模型，分析连续导电模式（CCM）下的电压转换比、电流纹波及效率特性，并通过仿真验证其在不同占空比下的电压变换性能。结果表明，Ćuk 转换器能稳定实现输入与输出电压的反极性转换，在占空比 0.3-0.7 范围内效率可达 92% 以上，输出电压纹波系数低于 3%，为其工程应用提供了理论支撑。

一、引言

在直流电源变换技术中，DC-DC 转换器是连接不同电压等级直流系统的核心部件。传统的 Buck、Boost 转换器虽结构简单，但仅能实现同向电压的升降变换，无法满足需要反极性电压输出的场景（如正负双电源供电的运算放大器、电池充放电管理系统）。Ćuk 转换器由 Slobodan Ćuk 于 1976 年提出，其独特的拓扑结构使其天然具备输入输出电压反极性的特性，同时通过电感电容的能量传递机制，有效降低了输入输出电流纹波，在中小功率变换领域具有不可替代的优势。

与反激式、SEPIC 等其他反极性转换器相比，Ćuk 转换器具有以下优势：①输入和输出端均有电感，可有效抑制电流纹波；②能量通过电容进行传递，无变压器磁芯饱和问题；③电压转换比连续可调，既能升压也能降压。本文从拓扑结构出发，系统分析Ćuk 转换器的工作机制、稳态特性及设计要点，为其优化设计与应用提供参考。

二、Ćuk 转换器的拓扑结构与工作原理

三、稳态特性分析与数学建模

四、设计要点与工程应用

五、结论与展望

Ćuk 转换器通过独特的电容能量传递机制，高效实现了直流电压的反极性转换，兼具升降压功能和低纹波特性。本文的理论分析与仿真结果表明，其电压转换精度高、动态响应快，在中小功率反极性电源变换领域具有显著优势。

未来研究可聚焦于：①宽输入电压范围下的自适应控制策略，提升鲁棒性；②采用软开关技术（如零电压开关 ZVS）降低开关损耗，进一步提高效率；③针对高频化趋势，开发基于 GaN 器件的高频Ćuk 转换器，减小体积并提升功率密度。这些改进将推动Ćuk 转换器在新能源与智能装备领域的更广泛应用。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 李芳,王超,符丹钰,等.一种基于国产化旋转变压器/直流电压转换器电路的设计[J].电子测试, 2021(000-024).

[2] 熊齐,李尊朝,焦琛,等.采用峰值电感电流控制的直流-直流电压转换器[J].西安交通大学学报, 2018, 52(12):9.DOI:10.7652/xjtuxb201812019.

[3] 邾玢鑫,周丽娟,杨浴金,等.一种双极性输出端口电压自平衡隔离型DC/DC变换器[J].中国电机工程学报, 2024(4).

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