【关键词】Cuk电路；Type3补偿；频率扩展技术

引言

近年来，开关电源向着高频化、集成化、高速化方向不断发展，开关噪声的任何波动都会在很宽的频率范围内强烈传播[1]。为了减少开关电源产生的电磁噪声，一般需要引入滤波元件以及屏蔽结构，但这会导致系统体积和成本的增加，系统电路也会变得复杂性，不利于集成[2]。传统的固定频率PWM控制技术在应对负载剧烈变化的时候存在性能方面的瓶颈[3]，存在轻载效率与重载响应速度的问题，难以实现动态性能的全局优化[4]。

通过对脉冲宽度调制技术的创新应用，能够有效抑制电磁干扰，提升电源系统的稳定性和可靠性，为高频开关电源的电磁兼容性与可靠性提升提供理论支撑与实践参考[5]。本研究提出基于脉冲编码控制技术的创新Cuk转换器方案，该方案运用一种扩展频谱时钟技术的方法，将电压控制模式与压控振荡器动态调频技术相结合，引入Type3电压补偿网络，从控制策略以及环路补偿这两个方面优化开关电源性能，利用扩展频谱时钟技术降低高频谐波能量密度。该方案可使时钟频率的EMI峰值降低，该技术为高频电源设计提供了新的参考，为电力电子技术智能化升级奠定了理论基础[6]。

一、Cuk变换器原理

Cuk变换器是一种常见的直流直流转换器，可实现升降压功能，且输出电压为负电压。Cuk变换器的结构如图1所示，由一个直流电源E、两个电感L1和L2、一个电源开关S1、两个电容C1和C2、一个二极管D1和一个电阻负载R1组成。

假设所有元器件为理想元器件，根据二极管的单向导电性，当S1处于闭合状态时，E为L1充电，C1为L2、C2和R1充电。当S1处于断开状态时，E和L1共同为C1充电，L2和C2为R1充电。

根据上述描述可知，基于能量存储元件（电感和电容）的周期性充放电，通过调节开关的占空比D来调节输出电压。当开关处于不同的状态时，电感和电容的充放电方式会发生变化，从而实现电压变换功能。

基于能量存储元件稳态时的周期性充放电，在一个周期T内，通过电容C1的电流iC的平均值应为0，也就是iC对时间周期的积分为0，即公式（1）所示：

∫T0iCdt=0（1）

由于开关导通时通过iC的电流和开关关断时反向，所以开关导通时电容电流IL2和时间ton的乘积等于开关关断时电容电流IL1和时间toff的乘积，即公式（2）（3）所示：

IL2ton=IL1toff（2）

IL2IL1=toffton=T－tonton=1－DD（3）

当电容C1的值很大使电容电压UC的脉动足够小时，输出电压Uo与输入电压E的关系可用以下方法求出：当开关闭合时，A点电压uA，B点电压uB=-uA；相反，当开关断开时，uA和uC相等，uB的值为0。又因电感L1的电压平均值为零，因此，在一个周期内，A点电压的平均值如公式（4）所示：

E=uA=toffTUC（4）

其中，UC为uC的平均值。