Abstract：　　This paper introduces three kinds of integration methods of input inductance and output inductance in CUK switch convertor , following the trend of small,thin and light for the developing of the switch convertor at the present time. The concept of coupling integration and discoupling integration is presented. The purpose of minishing the volume of the convertor and decreasing the number of core and weight are reached, so the magnetics integration is an effect method for the development of switching convertor to small, thin and light.

Keyword：CUK convertor, magnetics integration, coupling magnetics integration, discoupling magnetics integration.

1　引 言

　　磁性器件是开关型变换器的重要组成部分[2]。它是完成能量储存与转换、滤波和电气隔离的主要器件。磁性器件的体积、重量、损耗和成本等在开关变换器中占有较大的比重，所以开关变换器的“小、薄、轻”离不开磁性器件的“小、薄、轻”。因此，为了既能保证变换器的性能良好，又能尽量减少它的体积、重量和成本，近年来，功率电子学工作者对变换器的磁路做了大量的研究工作[3－7,11]。集成磁件（Integrated Magnetics）的出现就是一个很好的例子。所谓集成磁件，就是把开关变换器的所有磁性器件（如电感器和变压器）从结构上集中在一起，用一个磁性器件实现。这样做不但能减少变换器的体积和重量，有时还能提高变换器的性能[5,6]。本文介绍了在CUK变换器中把输入和输出端的两个电感用具有一个磁芯的耦合电感来代替，不但减少了磁心数量，还可以使输入、输出电流纹波减小，甚至为零。此外，通过解耦磁集成也可实现两个电感的集成。


2　磁件集成概念的提出

　　由于磁件在电源装置中的重要作用，对磁集成技术的研究一直伴随着功率变换技术的发展，其中对磁集成技术的研究可以追溯到70多年前。

　　最早的集成磁件是用于滤波电路中的耦合电感。1928年G.B.Crouse 提出采用集成磁件滤波电路的专利申请。自G.B.Crouse 提出集成磁件应用电路后的40年间，磁集成技术的研究一直局限在电感与电感的集成，直到1971年，J.Ceilo和H.Hoffman申请了采用集成磁件推挽变换器的专利，将变压器和电感集成到一起，并称其为“combined transformer and inductor device”,磁件集成的概念才初步显现，磁集成技术也进入了多种磁件集成的时代。

　　美国加州理工学院Slobodan Cuk 进行一系列Boost-buck 串联变换器的研究，并不断地完善，终于完成以他名字命名的变换器，简称CUK变换器，如图1所示。该变换器确实是一种能用最少的元器件，获得较理想功率变换特性的电路结构，所以称之为最佳拓扑变换结构。它比以前的变换器如Buck、Boost、Buck－Boost等变换器具有更多的优点。CUK变换器的输入、输出电流都是没有脉动的，这是它的主要优点。因此CUK电路有很大的实用价值。但是变换器的输入、输出电流还是有纹波的，而且纹波大小与电感大小、开关频率和导通比有关。为了解决这个问题，CUK做了不少试验。他把变换器中的两个电感用一个耦合电感来代替，使变换器输入、输出电流纹波进一步减少，甚至为零[8-9]。同时，通过电感耦合，不仅减小了电流纹波，而且把两个电感耦合为一个电感，使两个磁芯变为一个磁芯。从而减少了磁性元件的重量和数量。