WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 65 |

Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Таблица Параметр ПНТ-1 ПНТ-Iэф = Ia 0,5 / T Iэф Ia = Iн + Uвх / ZIa Ia1 Ia1 = Iн -Uвх / Z– = LрIн / Uвх + + arcsin IнZ0 / Uвх ( ) ( ) n – ( - 2arcsin IнZ0 / Uвх ( ) ) UвхK1 Iн UвхK2(Iн) Uвх ( ) T = T = T Uвых f0 Uвых fUвых fJ(Iн) = IнZ0 / Uвх J(Iн) UCр / Uвх = ( fк / f0)K1(Iн) UCр / Uвх = ( fк / f0)K2(Iн) fк / fKU Примечание. В таблице использованы следующие обозначения: Iэф – эффективное значение тока КЭ для режимов ПНТ-1 и ПНТ-2; UCр – усредненное по времени значение напряжения на конденсаторе РК, равное выходному напряжению в установившемся режиме при условии идеальности выходного фильтра; KU – коэффициент передачи по напряжению, где K1(Iн) и K2(Iн) – коэффициенты, зависящие от тока нагрузки Iн для режимов ПНТ-1 и ПНТ-2 соответственно:

[ ( ) ( ) K1 (Iн) = + 0,5J (Iн) + arcsi n J (Iн) +1+ 1- J (Iн) J (Iн)-1, (5) K2 (Iн) = 1 2 + 0,5J (Iн) -arcsin J (Iн) +1- 1- J (Iн) J (Iн)-1;

[ ( ) ( ) fк – частота коммутации; f0 = 0, параметры Ia, Ia1,, n определены на рис. С учетом того, что режимы ПНТ-1 и ПНТ-2 имеют лее высоких значениях нагрузки, т. е. при отношении граничное условие по максимальному току нагрузки IнZ0 /Uвх, близкому к единице, расхождение графиков при прочих фиксированных параметрах IнZ0 /Uвх = 1 становится заметным. Таким образом, уточненный [3], определим теоретический предел функции (6) для теоретический предел исходного отношения (8) будет обоих режимов ПНТ: равен 0,813.

Iэф ШИМ (Iн ) Таблица 0,737. (8) Iэф ПНТ (Iн ) IнZ=Параметр Lр Cр Lф Cф Uвых Uвх Значение 1,04 мкГн 22 нФ 45 мкГн 20 мкФ 24 В Отношение между эффективными значениями тока через открытый канал МДП-ключа для режимов Параметр, показывающий отношение между эфПНТ и ШИМ в зависимости от тока нагрузки при пафективными значениями тока через рекуперативный раметрах, указанных в табл. 3, можно представить в виде соответствующих кривых (рис. 3). Для режима диод IDэф для режимов ШИМ и ПНТ в зависимости ПНТ-2 отрицательная полуволна тока течет через диот тока нагрузки при разных значениях коэффициента од, шунтирующий МДП-ключ, поэтому отношение передачи в установившемся режиме (рис. 4), опредемежду эффективными значениями токов через шунлим с помощью следующей формулы:

тирующий диод и КЭ в режиме ШИМ определяется IDэфШИМ (Iн ) отдельно по формуле Mотн VD (Iн ) = = Iэф ШИМ (Iн ) IDэфПНТ (Iн ) * M (Iн ) = отн КЭ Iэф ПНТ*(Iн ) (10) Ia2 (1-) =.

(9) T Iн.

fк DэфПНТ (t) dt I - 2arcsin Z0Iн /Uвх () (-Iн +Uвх / Z) 4Uвх /Uвых Анализ графиков, приведенных на рис. 4, показывает, что статические потери на рекуперативном диоКривые на рис. 3 получены численным методом с использованием функции (6) (пунктирные линии) и де для режимов ПНТ-1, ПНТ-2 и ШИМ имеют близфункции (7) (сплошные линии). Следует отметить, что кие значения при прочих равных условиях. Это объв рабочем диапазоне Iн Uвых /Z0, где Uвых /Z0 = Imax, ясняется тем, что форма тока во всех случаях имеет функция (7), при выводе которой использован ряд схожий характер. Таким образом, для обоих режимов приближений, дает высокое совпадение с точным ПНТ можно ввести следующее допущение:

значением на большей части графика, однако при бо(t3 – t1)fк Uвых/Uвх.

Математика, механика, информатика а б Рис. 3. Кривые зависимости Mотн КЭ(Iн) для режимов ПНТ-1 (а) и ПНТ-2 (б) а б Рис. 4. Зависимость отношения эффективных значений токов, протекающих через рекуперативный диод, для режимов ПНТ (а) и ШИМ (б) На основании полученных выше результатов мож- ного напряжения Uconst. В этом случае максимальное но сделать два вывода: значение тока нагрузки будет Imax = Uconst /Z0.

– статические потери на КЭ в обоих режимах ПНТ Произведем замену аргумента в функции J(Iн) (см. табл. 1) на Imax:

выше аналогичных потерь в традиционном ПН с ШИМ при прочих равных условиях, а их отношение Z0 Uconst Mотн имеет предел, который не зависит от параметров J* = J (Imax ) = = Uconst /Uвх, (11) Uвх ZРК, коэффициента передачи, тока нагрузки и типа где 0 < J* < 1.

режима ПНТ;

При фиксированном значении входного напряже– статические потери на КЭ для двух режимов ния Uвх и меняющемся токе нагрузки Iн в качестве ПНТ будут тем ближе к аналогичным потерям в класаргумента функции (11) можно использовать минисическом ПН при прочих равных условиях, чем мальное входное напряжение Umin = Iconst /Z0:

IнZ0 /Uвх будет ближе к единице. Однако в реальных условиях невозможно обеспечить выполнение даже Z0 Iн J* = J (Umin ) = = Iн / Iconst. (12) приближенного равенства IнZ0 /Uвх 1, так как ПН Iconst Zпостоянного тока обычно применяются в условиях * Таким образом, разница между J и J состоит изменения напряжения первичного источника элек* в том, что J вычисляется при фиксированном токе натропитания и тока нагрузки. В свою очередь выходгрузки или при фиксированном входном напряжении.

ное напряжение остается стабильным за счет замкнуФункция (7) с использованием (11) и (12) для ретого регулирования выходной величины, при этом жимов ПНТ-1 и ПНТ-2 может быть определена как требования к отклонению выходной величины могут быть от единиц до сотых долей процента.

4K1 J* ( ) Таким образом, дальнейший анализ будет своMmax КЭ ПНТ-1(J*) =, (13) диться к сравнению статических потерь на КЭ между 1+ (J*)-1 + arcsin(J*) + J* исследуемыми типами ПН в широком диапазоне ре4K2 J* гулирования, т. е. к оценке разницы между статиче- ( ) Mmax КЭ ПНТ-2(J*) =, (14) скими потерями КЭ при максимальном и минималь1+ (J*)-1 + arcsin(J*) + J* ном входном напряжении и фиксированном значении * * где K1(J ) и K2(J ) – коэффициенты передачи для тока нагрузки Iconst и при максимальном и минимальобоих режимов ПНТ в соответствии с (5) для аргуном выходном токе и фиксированном значении вход Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева * мента J. Выражения (13) и (14) показывают зависиMmax КЭ ПНТ-1(J*)-Pотн ПНТ-2 (J*) =, (18) мость эффективных значений токов, проходящих чеMmax КЭ ПНТ-2 (J*)-2 + рез КЭ, для обоих режимов ПНТ по отношению к эф-фективному току для режима с ШИМ.

* + M (J*) A2 J* ( max КЭ ) Для того чтобы оценить статические потери при протекании отрицательной полуволны тока через где = const; A2 = (ImaxRо2)/UD. Выражение для А2 по* шунтирующий КЭ диод в режиме ПНТ-2, можно вослучено подстановкой Iн = Ia = J Imax в UD /(IaRоD0,5).

пользоваться всеми рассмотренными ранее допущеПри использовании понижающего ПН с режимом ниями и выкладками. Тогда, подставляя (11) или (12) ПНТ-1 необходимо учитывать статические потери на в (9), получим:

диоде, включенном последовательно с МДП-ключом.

4K2 J* ( ). (15) Тогда уравнения (17) и (18) примут вид * M (J*) = Mmax КЭ ПНТ-1(J*)-2 + max КЭ -- 2arcsin(J*) J* -( ) -+ Mmax КЭ ПНТ-1(J*) A1 J* ( ) Таким образом, мы получили формулы (7), (9) в Pотн ПНТ-1(J*) =, (19) универсальном виде (13)…(15), т. е. без включения Mmax КЭ ПНТ-2 (J*)-2 + внутренних параметров исследуемых ПН, что позво-* + M (J*) A1 J* ляет сделать некоторые обобщенные оценки по стати( max КЭ ) ческим потерям на КЭ для любых условий и параметMmax КЭ ПНТ-1(J*)-2 + ров в пределах условий реализации режима ПНТ.

-Для того чтобы сравнить статические потери на + Mmax КЭ ПНТ-1(J*) A2 J* КЭ между режимами ПНТ-1 и ПНТ-2, необходимо ( ) Pотн ПНТ-2 (J*) =. (20) найти отношение потерь только на КЭ, так как разниMmax КЭ ПНТ-2 (J*)-2 + ца между статическими потерями на рекуперативном -диоде для этих режимов несущественна. Тогда отно* + M (J*) A2 J* ( max КЭ ) шение статических потерь на КЭ для режимов ПНТ-и ПНТ-2 при прочих равных условиях с учетом статиЕсли шунтирующий диод для режима ПНТ-2 и поческих потерь на шунтирующем МДП-ключ диоде следовательный диод для режима ПНТ-1 различны, то для режима ПНТ-2 может быть найдено как коэффициент А необходимо пересчитать отдельно для числителя и знаменателя функций (19) и (20).

Mmax КЭ ПНТ-1(J*)-Pотн ПНТ =, (16) Совокупность кривых при разных значениях ко* Mmax КЭ ПНТ-2 (J*)-2 + M (J*)-max КЭ эффициента А для функций (17), (18) и (19), (20) приведена ниже (рис. 5).

UD / Ia Rо ( ) Все представленные выше вычисления приводигде UD /(IaRо0,5) – коэффициент, который необходим, лись при допущении, что ILф << 2Iн в установивчтобы числитель каждого члена выражения был одинаковым, здесь UD – прямое падение напряжения на шемся режиме, при этом точность предложенного шунтирующем диоде, Ia = Iн, – коэффициент запол- метода сравнительной оценки будет снижаться с принения для ПН с ШИМ при прочих равных условиях.

ближением соотношения 0,5· ILф /Iн к единице.

Чтобы определить выражение (15) как функцию от * Для сравнения режимов ПНТ-1 и ПНТ-2 по статиJ, необходимо найти коэффициент заполнения как * ческим потерям мощности необходимо, чтобы другие функцию от J.

* виды потерь в двух сравниваемых ПН имели одну и Если выразить уравнение (11) как Uвх = Umin /J ту же природу при прочих равных условиях. Как пои подставить его в формулу = Uвых/Uвх, то получим * * казали экспериментальные исследования, в режиме (J ) = J Uвых /Umin при фиксированном значении тока ПНТ-2 следствием протекания отрицательной полунагрузки и условии, что выражение (11) справедливо.

волны тока через встроенный в МДП-ключ диод являА если ввести A1 = ((Uвых /Umin)0,5IaRо)/UD, где Rо – соется процесс его обратного восстановления, что припротивление канала МДП-транзистора в открытом водит к возникновению дополнительных динамичесостоянии, то уравнение (16) примет вид ских потерь. Типовым решением для устранения этоMmax КЭ ПНТ-1(J*)-го процесса является шунтирование МДП-ключа дио Pотн ПНТ-1(J*) =. (17) Mmax КЭ ПНТ-2 (J*)-2 + дом с барьером Шоттки, рассчитанным на такое же блокирующее напряжение, что и МДП-ключ. Экспе-* римент, в котором были использованы МДП-ключ + M (J*) A1 J* ( max КЭ ) и диод Шоттки с блокирующим напряжением 150 В, Функция (17) показывает отношение статических попоказал, что полностью устранить процесс обратного терь на КЭ в режиме ПНТ-1 к аналогичным потерям в восстановления встроенного диода не удается.

режиме ПНТ-2 с учетом потерь на шунтирующем В ходе эксперимента были получены кривые КПД МДП-ключ диоде.

для разных вариантов КЭ (рис. 6) для обоих режимов При фиксированном входном напряжении, когда ПНТ с параметрами элементов, представленными * справедливо равенство (12), функция (17) примет вид в табл. 3, при изменении J (рис. 7).

Математика, механика, информатика а б Рис. 5. Теоретические кривые отношения статических потерь на КЭ между режимами ПНТ-1 и ПНТ-2:

а – для функций (17) и (18); б – для функций (19) и (20) а б в г д Рис. 6. Варианты КЭ на основе МДП-транзисторов для режимов ПНТ-1 (а, б) и ПНТ-2 (в, г, д) а б Рис. 7. Кривые КПД ПН с ПНТ с разными вариантами КЭ:

а – при фиксированном входном напряжении Uвх = 55 В; б – фиксированном выходном токе Iн = 5,34 А (пунктиром показана кривая КПД снятая для традиционного последовательного ПН с ШИМ с частотой коммутации 470 КГц) Кривые 1 и 2 построены для режима ПНТ-1 с КЭ, кривых КПД становятся близкими друг к другу, осоприведенными на рис. 6, а и б соответственно, кривая бенно кривых 1 и 3, различие между которыми опре3 – для режима ПНТ-2 с КЭ с шунтирующим диодом деляется только статическими потерями КЭ. Ранее * Шоттки (рис. 6, д), кривые 4 и 5 – для режима ПНТ-2 было отмечено, что чем ближе J к единице, тем с КЭ, приведенным на рис. 6, в, и КЭ в виде одного меньше разница в статических потерях между режиМДП-ключа (рис. 6, г). Максимальная частота комму- мами ПНТ-1 и ПНТ-2, и эта разница в идеальном слутации составила 500 КГц при минимальном входном чае, т. е. при идентичности всех элементов, будет рав* напряжении и максимальной выходной мощности для на нулю при J = 1. Таким образом, наиболее привлеобоих режимов ПНТ. В эксперименте использовались кательным типом КЭ для режима ПНТ-1 является КЭ диоды Шоттки 10CTQ150 и МДП-транзисторы на рис. 6, б, а для режима ПНТ-2 – КЭ на рис. 6, д.

IRFB61N15D. В заключении представим теоретические и экспеКривые 3, 4 и 5 показывают, что введение диода риментальные кривые, определяемые выражениями Шоттки ослабляет процесс обратного восстановления (19), (20), которые были построены для фиксированвстроенного диода МДП-ключа, но не исключает его ного входного напряжения Uвх = 55 В и фиксирован* полностью. При возрастании параметра J значения ного выходного тока Iн = 5,34 А (рис. 8).

Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Рис. 8. Теоретические и экспериментальные кривые, полученные по выражениям (19), (20), для фиксированного входного напряжения Uвх = 55 В и фиксированного выходного тока Iн = 5,34 А Экспериментальные кривые были получены для в режиме ПНТ-1 диапазон изменения частоты опреКЭ, изображенных на рис. 6, б и д, для режимов деляется как диапазоном токов нагрузки, так и входПНТ-1 и ПНТ-2 соответственно. ным напряжением.

Экспериментальные кривые на рис. 8 близки к тео- Таким образом, квазирезонансный ПН с частотноретическим во всем диапазоне измерений, что под- импульсной модуляцией, работающий в режимах тверждает предложенный в данной статье подход к ПНТ-1 и ПНТ-2, может иметь преимущество по КПД сравнительной оценке статических потерь, который и удельной мощности в широком диапазоне регулипозволяет оценивать разницу статических потерь на рования по сравнению с традиционным ПН с ШИМ КЭ между режимами ПНТ-1 и ПНТ-2 при различных при прочих равных условиях, когда динамические условиях, определяемых одним показателем А. Необ- потери КЭ при жестком режиме переключения будут ходимо также отметить, что КЭ для каждого из ис- больше, чем статические потери в режиме ПНТ при * следуемых режимов ПНТ различаются (см. рис. 6), и минимальном возможном параметре J и минимальесли исключить процесс обратного восстановления ной частоте преобразования.

встроенного в МДП-ключ диода в режиме ПНТ-2, то Представленный метод может быть полезен при его КПД может быть выше, чем КПД диода в режиме проектировании импульсного высокочастотного ста* * ПНТ-1 для диапазона m < J < 1, где m – значение J билизированного источника питания, когда возникает при Pотн ПНТ = 1 (см. рис. 5). необходимость в выборе типа преобразователя напряжения между традиционным ПМ с ШИМ и ПН В данной статье предложен метод сравнительной с режимом ПНТ-1 или ПНТ-2.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 65 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.