Введение

Тип преобразователя электрического тока

Преобразователь Чука (серб. Ћук, /lang/'/tʃ//uː//k/) — это тип повышающе-понижающего преобразователя с низким пульсационным током. Преобразователь Чука можно рассматривать как комбинацию повышающего и понижающего преобразователей, имеющих одно переключающее устройство и общий конденсатор для передачи энергии. Подобно повышающе-понижающему преобразователю с инвертирующей топологией, выходное напряжение неизолированного преобразователя Чука обычно инвертировано и имеет значения, как более низкие, так и более высокие относительно входного напряжения. Обычно в преобразователях постоянного тока индуктор используется как основной компонент для накопления энергии. В преобразователе Чука основным компонентом накопления энергии является конденсатор. Он назван в честь Слободана Чука из Калифорнийского технологического института, который впервые представил эту схему.

Неизолированный преобразователь Ćuk

Существуют различные варианты базового преобразователя Чука. Например, катушки могут использовать общее магнитное ядро, что уменьшает пульсации на выходе и повышает эффективность. Поскольку передача энергии осуществляется непрерывно через конденсатор, этот тип преобразователя минимизирует электромагнитные помехи (EMI). Преобразователь Чука обеспечивает двунаправленный поток энергии за счет использования диода и ключа.

Принцип работы

Неизолированный преобразователь Ćuk состоит из двух индукторов, двух конденсаторов, коммутатора (обычно транзистора) и диода. Его схема показана на рисунке 1. Это инвертирующий преобразователь, поэтому выходное напряжение отрицательно относительно входного напряжения. Основным преимуществом этого преобразователя является непрерывный ток на входе и выходе. Основным недостатком является большая токовая нагрузка на коммутатор. Конденсатор C1 используется для передачи энергии. Он попеременно подключается ко входу и выходу преобразователя посредством коммутации транзистора и диода (см. рисунки 2 и 3). Два индуктора L1 и L2 используются для преобразования соответственно источника входного напряжения (Vs) и источника выходного напряжения (Vo) в источники тока. В малом масштабе времени индуктор можно рассматривать как источник тока, поскольку он поддерживает постоянный ток. Это преобразование необходимо, потому что если бы конденсатор был подключен непосредственно к источнику напряжения, ток был бы ограничен только паразитным сопротивлением, что привело бы к значительным потерям энергии. Зарядка конденсатора источником тока (индуктором) предотвращает ограничение тока сопротивлением и связанные с этим потери энергии. Как и другие преобразователи (понижающий, повышающий, понижающе-повышающий преобразователи), преобразователь Ćuk может работать в режиме непрерывного или прерывистого тока. Однако, в отличие от этих преобразователей, он также может работать в режиме прерывистого напряжения (напряжение на конденсаторе падает до нуля во время цикла коммутации).

Изолированный конвертер Ćuk

Для изолированной версии преобразователя Ćuk необходимо добавить трансформатор переменного тока и дополнительный конденсатор. Поскольку изолированный преобразователь Ćuk обеспечивает гальваническую развязку, полярность выходного напряжения может быть выбрана произвольно. Как и неизолированный преобразователь Ćuk, изолированный преобразователь Ćuk может иметь выходное напряжение, как большее, так и меньшее входного, даже при использовании трансформатора с передаточным числом 1:1. Однако передаточное число трансформатора можно регулировать для снижения нагрузки на компоненты со стороны входа. Кроме того, паразитные параметры трансформатора, а именно индуктивность рассеяния и индуктивность намагничивания, могут быть использованы для преобразования схемы в резонансный преобразователь, обладающий значительно более высокой эффективностью.

Ключательная сцепка

Вместо использования двух отдельных индуктивных компонентов, многие разработчики реализуют Ćuk-преобразователь с сопряжённой индуктивностью, используя один магнитный компонент, включающий в себя оба индуктора на одном сердечнике. Трансформаторное взаимодействие между индукторами внутри этого компонента обеспечивает Ćuk-преобразователю с сопряжённой индуктивностью меньший пульсационный ток на выходе, чем Ćuk-преобразователю, использующему два независимых дискретных индуктивных компонента.

Зета-конвертер

Зета-преобразователь — это неизолированная, неинвертирующая топология импульсного преобразователя напряжения, работающая как повышающе-понижающий преобразователь.

Конвертер с одним концом для первичного индуктора (SEPIC)

SEPIC-конвертер способен повышать или понижать напряжение.

Патенты

Патент США 4257087, поданный в 1979 году, "DC-DC преобразователь с нулевым пульсациями входного и выходного тока и интегрированными магнитными схемами", изобретатель Слободан Ćuk. Патент США 4274133, поданный в 1979 году, "DC-DC преобразователь с уменьшенными пульсациями без необходимости регулировки", изобретатели Слободан Ćuk и R. D. Middlebrook. Патент США 4184197, поданный в 1977 году, "DC-DC преобразователь", изобретатели Слободан Ćuk и R. D. Middlebrook.