Cukコンバータについて

質問

現在大学の実験でCukコンバータの設計をしています。

動作原理などは理解することができたのですが、素子の値をどのようにして決定するのかがいまいちわかりません。
Cukコンバータの回路は下記のリンクに載っている通りなのですが、
まずなんとなく理解した話では、L1,L2の値はできる限り大きい方がいいということ(連続流通条件より)、
後段のCはLCローパスフィルタであり、カットオフ周波数を決めてそこから求めればいいということぐらいがあげられますが、
ここまでの考え方は間違っていないでしょうか？

また、一番分からないのが前段のCの決定方法なのですが、これを導出する式などがありましたら教えていただきたいです。

どなたかご教授よろしくお願いします。

<参考URL>
http://www.gem.hi-ho.ne.jp/katsu-san/audio/next_gen/sw_converter.html

回答No.4

anachrockt

ついでに，ここによると
http://www.globalspec.com/reference/39698/203279/Chapter-13-State-Space-Averaging-and-the-Cuk-Converter
Cukコンバータの伝達関数（正確には平均化状態方程式）は，この本の第13章に書いてあるようです．
http://www.amazon.co.jp/dp/0120887959

回答No.3

anachrockt

紹介した本をみて書き漏らした点などを．
Cukコンバータの回路例は，ここのp.1標準的応用例がそれです．
http://cds.linear.com/docs/Japanese%20Datasheet/j1617f.pdf
入力コンデンサC1は，大きすぎると起動時に前段の電源で過電流保護が動作し，下手をすると立ち上がらなくなります．
C2は出力リプル電圧が出力DC電圧の1％Vpp以下になるように設定します．
計算は少し面倒ですから，本を見てください．
問題のC3はC3とL2の共振周波数がスイッチング周波数の1/3以下で1/5程度に設定します．
アルミ電解を使うときは，データシートのESR（インピーダンス）とL2のリプル電流の積が出力DC電圧の1％Vpp以下になるか，許容リプル電流以下になるように設定します．
C3も許容リプル電流以下になるようにします．

> 後段のCはLCローパスフィルタであり、カットオフ周波数を決めてそこから求めればいい・・・
すでに説明したように出力リプル電圧からC2を決めます．
カットオフ周波数は決めるんではなく，結果的に決まります．

回答No.2

anachrockt

動作原理が理解できれば式が立てられるから，素子値の決定は簡単です．
同種の「新型コンバータ」であるSEPICコンバータを参考に，自分で式を立てればOKです．
http://www.national.com/an/AN/AN-1484.pdf#page=1

この本の第12章に素子値の決定方法が載ってますが，
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/42/42051.htm
立てた式で素子値を求めるときに入れる経験的な仮定条件として，効率は90％，コイル電流のリプルは最大出力の時30％，前段のCは後ろのLとの共振周波数がスイッチング周波数の1/10以下程度ですね．

なお，「Lの値が大きくなると取り出せる電流は小さく・・・」とゆうことは初耳です．
小さくなるのは，過渡的な電流増加分で，定常状態の出力電流ではありません．
もちろんLの巻き線抵抗が大きくなれば取り出せる電流は小さくなります．
インダクタンスが大きく，巻き線抵抗が小さいLは図体が大きくなるから，大変ですが

回答No.1

tadys

＞L1,L2の値はできる限り大きい方がいいということ
これは間違いです。Lの値が無限大になると電流は流れません。
コンバータでもLの値が大きくなると取り出せる電流は小さくなります。

Cukコンバータについてはよく知らないので普通のDDコンの場合について話すと
スイッチのオン時間とオフ時間と出力電流からコイルのピーク電流が決まります。
コイルのピーク電流とオン時間からコイルのインダクタンスが決まります。
コイルについてはピーク電流でもコアが飽和しないものを選ぶ必要があります。
詳しい説明は難しいのでトレックスのサイトにある「DC・DCシミュレーション」でどんな感じになるか試してみるのが良いでしょう。
http://www.torex.co.jp/japanese/simulation/index.php

入力のコンデンサは大きい分には問題はありません。
大きさは主にコストと物理的な寸法で決めます。
出力のコンデンサは許容されるリップルで決まります。
ただし、あまりリップルを小さくすると不安定になる場合があります。これは使用する回路により異なります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

入力のコンデンサはとにかく大きくすればいいんですね。
とても参考になりました。