Ćuk（チュック）コンバータ回路

 

回路の動作原理

Ćuk（チュック）コンバータは、入力された直流電圧の極性を変換して出力します。Ćuk（チュック）コンバータは、回路内の電力保持のため、昇圧/降圧/昇降圧コンバータに比べて、インダクタとキャパシタが多く配置されます。下記シークエンスにおけるスイッチ（MOSFET）の導通状態を検証します：

  • 1. ターンオン状態：インダクタ（L1）に流れる電流が線形に増加し還流ダイオードは逆止状態になります。
  • 2. ターンオフ状態：インダクタ（L1）が電流を流し続けようとするため、還流が発生しダイオードが導通し転流を始めます。電力がインダクタ（L1）から、負荷側中央に位置するキャパシタ（C2）へ移動するため、インダクタの電流値が減少します。
  • 3. ターンオン状態：再度、インダクタ（L1）に流れる電流が線形に増加し、還流ダイオードは逆止状態になります。負荷側中央のキャパシタ（C2）が放電し、インダクタ（L2）を介して、RCの負荷を供給します。抵抗器Rに発生する電圧は、入力電圧とは反対の極性を示します。

回路には2つの動作制限があります。PWMのデューティ比：Dが 「0」の場合は、出力電圧は「0V」になり、「1」の場合は、出力電圧が無限大（∞）になります。上記の制限により、連続導通モード（CCM）で動作する降圧コンバータの出力電圧は、次の式によって定義されます：Vout = -D/(1-D)・Vin

上図モデルのように、インダクタおよびキャパシタを配置した場合は、出力電圧のリップルを低減する2次ローパスフィルタとして動作することに留意して下さい。

DC/DC電圧コンバータ（昇圧/降圧/昇降圧）と比べて、Cuk（チュック）コンバータは、常にインダクタに電流が流れる仕様となっているため、不連続導通モード（DCM）では動作しません。

シミュレーションモデルでの実験

  • コンバータのPWMデューティ比を「0.5」から「0.4」および「0.6」へ変更して、出力電圧の平均値が「16V」から「36V（入力に対応した値）」へ変化することを確認して下さい。
  • DCキャパシタ（C1）の値を「10μF」から「100μF」へ変更し、出力電圧のリップルが低減することを確認して下さい。