Исследование и разработка высокоэффективных импульсных преобразователей напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе

Кобелянский, Алексей Евгеньевич

Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Исследование и разработка высокоэффективных импульсных преобразователей напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе

кандидата технических наук: Кобелянский, Алексей Евгеньевич
город: Санкт-Петербург
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.12.04
цена: 450 рублей

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка высокоэффективных импульсных преобразователей напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе"

На'

Кобелкнскин Алексей Евгеньевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ С ШИМ И СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НА ИХ ОСНОВЕ

Специальность 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 2010

2 5 ш?

004599736

Работа выполнена на кафедре «Теория электрических цепей» Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор В.Ф. Дмитриков

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор М.А. Сивере

Доктор технических наук, профессор Б.Ф. Дмитриев

Ведущее предприятие:

ОАО «Концерн «Океанприбор»

Защита диссертации состоится у.$Ру>_0 _2010 г. в часов в

ауд. га заседании диссертационного совета Д219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, СПб, наб. реки Мойки, д. 61,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «¿У» ^з 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219.004.01 доктор технических наук, профессор

В.В.Сергеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Импульсные источники питания являются одними из наиболее распространенных радиоэлектронных устройств, и они используются в многомиллионном количестве в различных областях техники, промышленности и сферах обслуживания. Постоянное возрастание требований к характеристикам импульсных источников питания вследствие непрерывного расширения областей их применения ставит перед разработчиками новые, всё усложняющиеся задачи, выявляет недостаточную проработку ряда важных теоретических проблем.

Предъявляемые к современным радиоэлектронным системам всё более жесткие требования к качеству вырабатываемой электроэнергии обуславливают необходимость исследования новых принципов построения импульсных источников питания, развития методов их анализа и синтеза

Одним из основных направлений повышения качества выходного напряжения систем электропитания и разработки высокоэкономичных надежных источников электропитания является их унификация и модульный принцип построения систем.

На протяжении ряда последних лег в научно-технической литературе практически отсутствуют публикации, содержащие углубленный анализ состояния систем электропитания, построенных на основе модулей, особенно анализ их устойчивости и динамики. На многих предприятиях связи, судостроения, Газпрома, в радиоэлектронных системах специального назначения используются системы электропитания с двукратным преобразованием энергии, системы с нелинейными комплексными нагрузками, системы с последовательным и параллельным включением многочисленных модулей и т.д. При этом в подавляющем числе случаев применяются покупные модули. Очень часто в таких системах возникает генерация автоколебаний, так как не просчитано взаимовлияние таких стандартных модулей друг на друга.

Одна из основных причин возбуждения систем электропитания заключается в том, что все стабилизированные транзисторные преобразователи имеют комплексные входные и выходные сопротивления с отрицательной резистивной составляющей входного сопротивления. Поэтому при использовании модулей, устойчиво работающих в автономном режиме на резистивную нагрузку, происходит самовозбуждение системы при работе на сложные комплексные нагрузки или при работе в системах с двукратным преобразованием энергии, а также в системах с входными LC-фильтрами.

Сложность исследования устойчивости импульсных стабилизированных источников питания, являющихся дискретно-нелинейными устройствами, общеизвестна. Применение хорошо разработанного метода усреднения систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы в ИПН на отдельных этапах работы, и линеаризации полученного нелинейного дифференциального уравнения для исследования устойчивости импульсных систем электропитания часто является проблематичным из-за большой погрешности.

Поэтому исследование устойчивости всех перечисленных систем целесообразно проводить с использованием частотных характеристик петлевого усиления импульсного преобразователя. Этот метод основан на введении возмущения в цепь отрицательной обратной связи (ООС) нормально функционирующего устройства, расчете реакции в установившемся процессе на данное возмущение, разложении реакции в ряд Фурье и построении частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ). При данном методе расчета частотных характеристик учитываются паразитные сопротивления активных и пассивных элементов; инерционности транзисторов, диодов, схемы управления; паразитные связи.

Идея метода и методика расчёта была предложена В.Н. Cho и F.C. Lee в 1986 г. Данная методика расчёта петлевого усиления, входного и выходного сопротивлений импульсного преобразователя была развита д.т.н., профессором Филиным В. А., и к.т.н. Смирновым B.C. и полностью автоматизирована ими в программе FASTMEAN.

Устойчивость работы ИПН типа DC/DC (преобразующих постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого) существенно зависит от величины пульсаций выходного напряжения. Величина и форма пульсаций существенно влияет не только на устойчивость работы, но и на стабильность выходного напряжения под действием возмущающих факторов. Поэтому необходимо исследовать изменение величины и формы пульсаций от параметров сглаживающего фильтра (СФ), от коэффициента заполнения импульсов напряжения на входе СФ, величины сопротивления нагрузки, паразитных рези-стивных потерь в дросселях и конденсаторах СФ.

При расчете пульсаций выходного напряжения в литературе обычно принимают допущение о малости резистивного сопротивления электролитических конденсаторов сглаживающих фильтров по сравнению с их емкостным сопротивлением на тактовой частоте работы силового транзистора ИПН и о малом влиянии на величину пульсаций выходного напряжения, что очень часто не соответствует действительности. Поэтому необходимо произвести измерения модуля и фазы полного (комплексного) сопротивления алюминиевых оксидно-электролитических, танталовых объемно-пористых и танталовых полупроводниковых отечественных и зарубежных конденсаторов в широком диапазоне частот, эквивалентного резистивного сопротивления потерь (ESR) гс, паразитную индуктивность fe найти эквивалентные схемы замещения конденсаторов и исследовать их фильтрующие свойства с учетом паразитных параметров.

Влияние паразитных резистивных потерь в конденсаторах СФ при малом сопротивлении нагрузки (единицы Ом и меньше), которое имеет место в современных низковольтных источниках питания (5 В, 3 В, 1,5 В), может так значительно сказываться на увеличении пульсаций, что достичь требуемых значений пульсаций в обычных импульсных преобразователях напряжения понижающего, повышающего или инвертирующего типов невозможно.

В литературе с учетом ряда допущений проведен анализ энергетических характеристик таких ИПН, однако полностью отсутствуют исследования данных ИПН в режиме стабилизации, исследование устойчивости таких преобразователей, предельной глубины стабилизации выходного напряжения; отсутствуют исследования входного и выходного сопротивлений, которые необходимы при проектировании устойчивых систем электропитания с входными фильтрами, с двукратным преобразованием энергии, при работе на комплексную нагрузку и т.д.; не исследованы модуляционные характеристики таких ИПН; не оценивалась погрешность полученных приближенных формул.

При исследовании устойчивости системы входной фильтр - ИПН следует учитывать, что входной фильтр рассчитывается из условия обеспечения фильтрации ВЧ пульсаций с частотой коммутации силового ключа в первичную цепь электропитания не менее 40-60 дБ. Снижение значения выходного сопротивления входного фильтра, необходимое для обеспечения устойчивости системы, должно сочетаться с высоким уровнем подавления высокочастотных пульсаций.

Одновременное снижение сопротивления входного фильтра (меньше отрицательной резистивной составляющей комплексного входного сопротивления ИПН) и увеличение фильтрации высокочастотных пульсаций являются противоречивыми требованиями. Поэтому необходимо решить проблему выполнения этих противоречивых требований.

Цель и основные задачи работы. Целью работы является развитие методов анализа и разработка энергетически эффективных транзисторных преобразователей постоянного напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе с улучшенными массогабарит-

ными, динамическими, статическими характеристиками при обеспечении устойчивости их работы.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих основных задач:

1. Проведение анализа процессов в транзисторных преобразователях напряжения, вывод математических выражений для пульсаций выходного напряжения с учетом рези-стивных потерь в конденсаторе и дросселе выходного фильтра.

2. Исследование величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от величины потерь в конденсаторе и дросселе выходного фильтра и коэффициента заполнения импульсов на входе СФ.

3. Исследование влияния пульсаций выходного напряжения на стабильность выходных характеристик и устойчивость работы ИПН.

4. Исследование частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входного и выходного сопротивления ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку, позволяющих определить стабильность выходного напряжения, запасы устойчивости работы ИПН с ООС по амплитуде и фазе и возможность устойчивой работы ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку, в системах электропитания с входными фильтрами, в системах электропитания, работающих на комплексные линейные и нелинейные нагрузки.

5. Исследование устойчивости системы электропитания входной фильтр -импульсный преобразователь напряжения.

6. Исследование возможности увеличения степени подавления входным фильтром ИПН низкочастотных пульсаций первичной сети электропитания и высокочастотных пульсаций ИПН в первичную сеть электропитания при одновременном снижении сопротивлении входного фильтра.

Основные методы исследования. Теоретические исследования базируются на использовании фундаментальных положений теории электрических цепей, в частности, современного синтеза электрических цепей, теории функций комплексного переменного. Результаты моделирования импульсных стабилизаторов напряжения, импульсных систем электропитания с входным фильтром - ИПН, получены с применением программы РАБТМЕАН, разработанной на кафедре ТЭЦ СПбГУТ.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Наиболее значимые новые научные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

- проведен анализ переходных и установившихся процессов в транзисторном преобразователе напряжения, получены аналитические выражения для пульсаций выходного напряжения с учетом резистивных потерь в дросселе и конденсаторе СФ;

- проведено исследование величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от коэффициента заполнения импульсов на входе СФ, величины резистивных потерь в конденсаторе и дросселе выходного фильтра и показано, что, в отличие от существующего мнения, резистивные потери в современных электролитических конденсаторах как отечественных, так и зарубежных при нагрузках в единицы Ом и меньше могут привести к существенному росту пульсаций;

- проведено исследование влияния пульсаций выходного напряжения на устойчивость работы ИПН и стабильность выходных характеристик; показано, что увеличение пульсаций выходного напряжения ухудшает стабильность выходных характеристик, ухудшает устойчивость работы ИПН с ООС;

- с использованием отечественного измерителя частотных характеристик, разработанного на кафедре ТЭЦ СПбГУТ., проведепы измерения модуля и фазы комплексного сопротивления в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц, рассчитаны эквивалентные резистивные сопротивления гс и паразитные индуктивности /с отечественных электролитических конденсаторов ОАО «Элеконд» и зарубежных и проведен структурно-параметрический синтез схем замещения этих конденсаторов. Измеренные гс и /с, найденные схемы замещения необходимы при расчете таких важных параметров как пульсации и стабильность выходного на-

пряжения, величины перенапряжений на транзисторах, диодах и конденсаторах при коммутации транзисторов, величины электромагнитных помех, генерируемых ИНН и т.д.;

- проведено исследование частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входного и выходного сопротивлений ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку; полученные частотные характеристики позволяют определить стабильность выходных параметров, устойчивость работы и возможность использования их в различных системах электропитания;

- показана возможность и определён механизм возбуждения различных систем электропитания при использовании в них транзисторных модулей, устойчиво работающих на резисгивные нагрузки;

- проведено сравнение устойчивости работы, массогабаритных показателей и динамических характеристик ИПН с однозвенным и двухзвенным входным фильтром.

В диссертации защищаются следующие основные научные положения:

1. Полученные аналитические выражения для пульсаций выходного напряжения ИПН в переходном и установившемся режимах. Полученные результаты по исследованию величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от коэффициента заполнения импульсов на входе СФ, резисгавных потерь в конденсаторе СФ выявили, что с ростом потерь в конденсаторе СФ возрастает величина и изменяется форма пульсаций и увеличивается частотный диапазон спектральных составляющих выходного напряжения.

2. Полученные в работе выражения для коэффициента стабилизации выходного напряжения с учетом пульсаций выходного напряжения позволили установить, что с ростом потерь конденсатора фильтра гс существенно (в разы) повышается величина пульсаций выходного напряжения, уменьшается коэффициент стабилизации выходного напряжения, и уменьшаются запасы устойчивости по амплитуде и фазе работы преобразователя.

3. Измеренные в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц частотные характеристики модуля и фазы комплексного сопротивления алюминиевых оксидно-электролитических, танталовых объёмно-пористых и танталовых полупроводниковых отечественных и зарубежных электролитических конденсаторов, эквивалентные последовательные сопротивления потерь гс, паразитные индуктивности конденсаторов и проведенный структурно-параметрический синтез их схем замещения позволяют рассчитать величину перенапряжений на транзисторах, диодах и конденсаторах при коммутации транзисторов, величину электромагнитных помех, генерируемых преобразователем, и КПД преобразователя, а также определить границы частотного диапазона, где гс становится больше емкостного сопротивления, и конденсатор теряет свои фильтрующие свойства.

4. Проведенные исследования и полученные результаты расчета частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входных и выходных сопротивлений ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку. Полученные характеристики позволяют оценить устойчивость работы ИПН в автономном режиме и в различных системах электропитания.

5. Проведенные исследования устойчивости системы входной фильтр - ИПН.

Найденные в работе частотные зависимости входных и выходных сопротивлений

ИПН позволяют предсказывать неустойчивость распределенных систем электропитания и, таким образом, открывают возможность их рационального проектирования.

6. Проведенный сравнительный анализ массогабаритных показателей, динамических характеристик и устойчивости систем электропитания, содержащих входной одно-звеиный и двухзвенных фильтр.

Теоретическая значимость работы. Диссертационная работа является логическим продолжением комплекса исследований по развитию теории импульсных преобразователей напряжения с ШИМ, сводящихся к дискретно-нелинейным устройствам, и системам электропитания на их основе - в трудах Цыпкина Я.З., Бессекерского В.А., Попова Е.П., Дмит-рикова В.Ф., Белова Г.А., Лукина A.B., Поликарпова А.Г., Сергиенко Е.Ф., Мелешина В.И., Александрова В.А., Ромаша Э.М., Коржавина O.A., Колосова В.А., Никитина К.К., Сиверса

М.А., Филина В.А., Самылина И.Н., Шушпанова Д.В., Смирнова B.C., Middlebrook R.D., Cuk S.A., Redly R.B., Mitchel D.M., Lee F.C., Чети П. и многих других.

Практическая ценность работы. Проведенные исследования пульсаций и стабильности выходного напряжения от потерь в конденсаторе и дросселе выходного фильтра, устойчивости ИПН от величины пульсаций, измеренные сопротивления потерь и паразитные индуктивности в отечественных и зарубежных электролитических конденсаторах позволяют выбрать тип конденсаторов выходного фильтра, обеспечивающих требуемые пульсации, стабильность выходного напряжения и устойчивость работы ИПН с ООС.

Показано, что ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку позволяют существенно улучшить массогабаритные характеристики выходного фильтра при заданном коэффициенте пульсаций.

Найденные частотные зависимости входных и выходных сопротивлений ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку позволяют предсказывать неустойчивость системы электропитания с двукратным преобразованием энергии, с входными фильтрами, с комплексной линейной или нелинейной нагрузками.

Основные научные положения диссертации служат методической базой для создания новых учебных курсов радиотехнического профиля, а также для дипломного проектирования и аспирантских исследований на кафедре ТЭЦ СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича,

Внедрение результатов диссертационной работы. Теоретические и практические результаты диссертации использовались в научно-исследовательских работах, проводимых на кафедре ТЭЦ СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по программе МО РФ НИОКР «Медуница».

Апробацня результатов работы. Основные результаты работы обсуждались на научных семинарах кафедры ТЭЦ СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, конференции профессорско-преподавательского состава СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 6-й Всероссийской конференции «Состояние и перспективы развития энергетики связи», 5-й и 8-й международных конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 2 статьи опубликовано в научно-технических журналах, включенных ВАК РФ в перечень изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения, и списка литературы, включающего 113 наименований. Диссертация содержит 74 страниц текста, 127 рисунков и 2 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость результатов работы и положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертационной работы посвящена исследованию пульсаций выходного напряжения ИПН понижающего типа, которые являются одной из основных характеристик выходного напряжения и влияют на стабильность выходного напряжения и устойчивость работы ИПН.

В преобразователе (рис. 1): LI, С1 - дроссель и конденсатор выходного фильтра; ги, гС\ - потери в дросселе и конденсаторе фильтра; УПТ - усилитель постоянного тока, обеспечивающий коэффициент усиления Ку в цепи ООС; £/эт - опорное напряжение, задаваемое эталонным источником; ып(0 = Cnmax"m(0 - генератор пилообразного напряжения, где 6'птал - размах пилообразного напряжения, um(0 = (ftnod7)/7*- единичное пилообразное напряжение, Г-его период (период коммутации транзистора), ftnodf- остаток от деления tIT. На выходе УПТ формируется сигнал ошибки «ош(0 = Лу(Оэт - ошвых(О), равный разности

-а

тг

СЬ

-<Рг

о-

Рис. 2. Эквивалентная схема ИПН с однозвенным фильтром и одноконтурной ООО

Рис. 1. Схема ИПН с однозвенным фильтром и одноконтурной ООС

опорного напряжения и выходного напряжения, умноженного на коэффициент деления

Од = %,/(% +Яда).

Для определения выражений для тока дросселя /'и (0 и выходного напряжения мвых(') был использован операторный метод. Были найдены 1и(р) и СвыхО?) ^ используя обратное преобразование Лапласа, вычислены /ы(0 и «вых(0- Для этого от схемы, изображенной на рис. 1, перешли к схеме, изображенной на рис. 2. Т.е. заменили силовую часть (ключ с диодом) источником прямоугольных импульсов ивх(')- Для простоты условились, что сопротивления диода УШ и транзистора УТ1 в открытом состоянии равны, т.е. г\ = ги + т\т1 = ги + гущ. Согласно рис. 2 мы запишем

!и(Р) = ипх(Р)-Ъ(Р)>. ивих(Р) = ивх(р)■ Нф(р) (1)

Для нахождения 1и(р) и С/Вых(р) необходимо определить проводимость У<ь(р) и передаточную функцию #ф(р) фильтра, а также изображение источника прямоугольных импульсов £/Вх(р). Проводимость и передаточная функция фильтра равны

у (р)_4х(Р) _ К___Т»Р +1__ К(Р)

ивх(р) ад, {тЦ^)р2+(атЦ2п2)р+\ ед, М(Р) '

Л,0>) =

^вых(Р) _ ^

(1-ЗДКР+1 Щр)

(2а) (26)

ит(Р)~«о (т£14ъ2)р2+(иП/2к>)р+Г К0 Щр)' где Тл = 2*1<о.=4Ш/ка, а = (1/ти+(1-0^/(^т1))/2. ^ =С1(гс, + ^), т, = £1//%,,

= ^+ ^)/0с, + 4.) . = + 4.)(»с. + • (2в)

Напряжение прямоугольной формы типа меандр «вх(0 можно интерпретировать как последовательность смещенных по времени, чередующихся по знаку скачков. Напряжение до интервала времени пТ<1< (пТ+ (и), соответствующего положительному импульсу напряжению (п + 1)-го периода, равно «ВХи(/), а до интервала времени (пТ+ (ц)^'5 (и + 1)3", соответствующего паузе (п + 1)-го периода, - иВХл (<) можно записать:

|"вхп СО-= "вх„ (0-- ^вх К<- "Т-'и )

Запишем изображение напряжения (3) в операторной форме, используя теорему запаздывания и, суммируя члены получившейся геометрической прогрессии,

Р • (4)

Задача отыскания тока дросселя ;'и(0 сводится к определению оригинала по изобра-

(3)

жению:

'и»

'и„(р)

_ А", А/,(р)

_ Я, А/,(р)

1-е"

ОД, Р Л'(Р)

(1 _е-/-*)_(1 _е-*«ог)

Аналогично находится выходное напряжение ивых(/)-

Для нахождения оригиналов тока и напряжения была использована теорема разложения. У первого слагаемого выражения (5) существует / полюсов, которые равны корням уравнения А^) =р№(р,) - 0, а у второго слагаемого существует / полюсов, равных корням уравнения 0, и бесконечное число полюсов, являющихся решениями уравнения

1-е"лГ = 0. Таким образом выражение для тока дросселя, соответствующее положительному импульсу напряжению (пТ< I й (пТ+ /и)), будет равно

■Ко^н

ч^сд)

(6)

где -V(р) = (р)/ф = (ЗГф2/4я2 )рг + (а Гф2/*2) р+1.

Определив корни уравнения= ±/2п1/Т, где 1 = 0,1,2,3,... из (6) получим, что третья сумма равна нулю, т.к.

(1-е~Л"г)/Ге~лТ1 =0. (7)

Аналогично получаем выражение для тока дросселя, соответствующее паузе, а также для выходного напряжения в интервалах, соответствующих импульсу и паузе напряжения на входе сглаживающего фильтра.

Уравнение = р((т£/4п2)р2+(аТ£/2п2)р + 1) имеет 3 корня: р,=0,

рг, = -а ± ^/а2 -Шф . Как видно, корни рг,г могут быть либо действительными (апериодический режим), либо комплексными (колебательный режим) величинами. Действительные корни возникают при а2 > или согласно (2в)

Яя*[К1/(1+К1)]р,гюр = ^Щ. (8)

В случае колебательного режима (Лн > р/С,/(1 + ^,)) получаем:

"с (0 = 2ииеы соб (еу + )

+(1-А(0)-2С/пе-»'со5(ш0Г+фип)

где и0 = К^/К,, и„ = УДА, Ан = ^а2 + а\/7ай, 1/и = иоАаАке°"т, 1/п = иоАпАпе°"г

Фн = -агс^—, фии = фи + фн + Фт - ®0лГ, фии = фп + фн + фт - ®0иГ, фи = фн + Фо, ®о

7(а2+со2)((1-ат0)2+со2т2)

А — " . , ------

(9)

2<о„

-,А0

сЬ (о-РТ) - соэ (а>0РТ)

^ сЬ(аГ)-соз(ш0Г) '

Рис. 3. Временные диаграммы пульсаций напряжения на выходе при различных потерях в конденсаторе сглаживающего фильтра при О = 0,3

ТТ: I ¡..>-11 - : <~. . 1 *

Рис. 4. Временные диаграммы пульсации напряжения на выходе при коэффициентах заполнения £)= 0,1-0,5 при гС1 ~ 25 мОм

оРГ

4=е 2

Фи = -япяв-

сЬ(а7'(1-Д))-со8(о0Щ-Р)) сЬ(аГ)-ав(с>0Г) сое («».ЯГ) 1-еаГ

<Ц1+Д)Г

. 41 =е СО8(и0Г)

1сЬ(аРГ) - соэ (ш0РТ) ]/ сЬ (а Г) - сое (ю0Г) '

е°х)т8т(е)0£>Г)

г5ш(та(1-Р)Г)

5т(ш0Г) , фТ = ап^-

, Фп = агс1ё

^е^соэ^Г)'

е^г8ш(ю0Г)

Р = /и/Г.

' 1 - е"а('"°)г соб (со0(1 - £>)Г)' ""е1-е-°гсо5(со0Г)

Аналогичное выражение получаем для тока дросселя.

С использованием полученного выражения (9) проведены исследования формы и величины пульсаций выходного напряжения от потерь в конденсаторе выходного сглаживающего фильтра (рис. 3) и коэффициента заполнения О (рис. 4).

Расчеты проводились для преобразователя с входным напряжением питания 160 В, выходным - 48 В, сопротивлением нагрузки Лн = 1,92 Ом (выходная мощность 1,2 кВт), частотой коммутации транзисторов 132 кГц и выходным фильтром с характеристиками Че-бышева, имеющим ослабление на тактовой частоте 64 дБ.

Как следует из рис. 3 с ростом потерь в конденсаторе фильтра возрастает величина и изменяется форма пульсаций. Пульсации выходного напряжения имеют ассиметричную форму относительно оси абсцисс.

Из рис. 4, где приведены формы пульсаций выходного напряжения для разных значений коэффициента заполнения, видно, что с ростом коэффициента заполнения до значений О я 0,5 величина пульсаций растет, при дальнейшем увеличении коэффициента заполнения величина пульсаций резко падает. Такой характер изменения пульсаций от коэффициента заполнения сохраняется для различных потерь в конденсаторе фильтра.

Величина и форма пульсаций тока дросселя в отличие от пульсаций выходного напряжения практически не зависит от потерь в фильтре.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию влияния пульсаций выходного напряжения ИПН понижающего типа на коэффициент стабилизации выходного напряжения и устойчивость работы ИПН.

Коэффициент стабилизации ИПН определяется значением модуля передаточной функции петлевого усиления на нулевой частоте

^ст=Яу(0)-Яос, (10)

где Яу(0) = К\1Ко - коэффициент передачи сглаживающего фильтра на постоянном токе;

Яос(0) = АлинЛшимЛкл - коэффициент передачи ООС по выходному напряжению "вых(')> гДв -Клин = £*А"у - коэффициент усиления линейной части петли ООС, АГшим - коэффициент усиления ЩИМ-модулятора, А"кл - Увх/£Л - коэффициет передачи регулирующего транзистора по напряжению, г/1 - напряжение логической единицы на выходе ШИМ-модулятора.

Для определения коэффициента усиления ШИМ-модулятора использовался метод, основанный на составлении уравнений в вариациях путем вычитания из уравнений возму-

щенного движения системы ("оипСО и /1) уравнений стационарного движения (иошо(') и /0)-Возмущенным движением системы называется режим, который возникает в результате воздействия возмущений, например, после изменения входного напряжения или сопротивления нагрузки.

Коэффициент усиления ШИМ-модулятора показывает насколько изменяется коэффициент заполнения О при изменении постоянной составляющей сигнала ошибки йош(/) и определяется как:

Т 5-ош(/0 + Д/)-«ош(О' где Д/ = /1 — Го", 1о = А)Г- момент пересечения сигнала ошибки и пилообразного напряжения (стационарное движение системы); ¡1 = 0\Т- момент пересечения сигнала ошибки и пилообразного напряжения при изменении сигнала ошибки (возмущенное движение системы).

На рис. 5 пунктирными линиями показано пересечение пилообразного напряжения «п(г) и сигнала ошибки ыош(') в случае, когда можно пренебречь переменной составляющей сигнала ошибки, т.е. мош(0» йош(0- В данном случае на протяжении всего периода коммутации Т сигнал ошибки остается постоянным, т.е. и0шо(') = "ошоФ о Т) = г7ош (1'0) (стационарное движение системы) и нош 1 (') = иош I '1Т) = (' '1) (возмущенное движение системы). Т.е. получаем, что

Д//(«ош(/0 + ДО-«ош(/„)) = АВ'Г/ДУ^ = Г/г/Ппи . (12)

Теперь, подставляя (12) в (11) получаем выражение для коэффициента усиления ШИМ-модулятора при условии, что йош(г) » йош (г). Назовём его линейным коэффициентом усиления ШИМ-модулятора, т.е.

(13)

В работе показано, что при наличии переменной составляющей сигнала ошибки, по аналогии со случаем отсутствия пульсаций, коэффициент усиления ШИМ-модулятора равен:

Кщш^и^и^ + и^), (14)

где ии^=-Ыошф0Т)/<Ю0

То есть, учет пульсаций сигнала ошибки на входе компаратора равносилен добавлению к пилообразному напряжению Щъпах дополнительного пилообразного напряжения {Угошах или со знаком плюс, или со знаком минус, в зависимости от знака производной сигнала ошибки от коэффициента заполнения.

Для нахождения дополнительного пилообразного напряжения £/пэтах надо взять производную переменной составляющей сигнала ошибки в точке /0 = А>Т по коэффициенту заполнения В.

Определив производную переменной составляющей тока дросселя и переменной составляющей напряжения на емкости по коэффициенту заполнения О в точке г0 = А>7*, получим:

пульсаций сигнала ошибки)

£71 Д/

<Чи(АЛ = _аКу |~(1 _ KoKl)Rií (-/„+2/и 4e-^rsin(c)0 Д0Г+ф,и +Ф,)) +

+K0Kt ("^0 + 2[/иЛ,<Г^вт(ш0О0Г+Фии + ф,))]. Дополнительное пилообразное напряжения (/пэти согласно (14) равно

Формула для расчета коэффициента стабилизации без учета пульсаций

K^=[Kt/K0]-aKyUBX/U^. (16)

Формула для расчета коэффициента стабилизации с учетом пульсаций

tfcr (17)

С использованием формул

(16), (17) рассчитаны коэффициенты стабилизации выходного напряжения в зависимости от коэффициента усиления УГГГ в цепи ООС и от сопротивления потерь reí (рис. 6). Также рассчитаны коэффициенты стабилизации выходного напряжения с использованием импульсных моделей методом замкнутого контура (крестики на рис. 6), который является точным методом. Как видно из рис. 6 коэффициенты стабилизации, рассчитанные с помощью

(17) и с помощью метода замкнутого контура равны.

С ростом га изменяется форма, и растут пульсации выходного напряжения с тактовой частотой и, как следует из рис. 6, с ростом га существенно уменьшается коэффициент стабилизации. Причем большее уменьшение коэффициента стабилизации с ростом reí имеет место в ИПН с фильтром с характеристиками Чебышева. У фильтра с характеристиками Чебышева волновое сопротивление р = 1,1 Ом, у фильтра с характеристиками Баттерворта -р = 2,7 Ом.

С ростом потерь в конденсаторе фильтра существенно (в разы) уменьшается коэффициент стабилизации выходного напряжения, и повышается устойчивость работы преобразователя. Последний эффект вызван появлением дополнительной ООС по току конденсатора, которая увеличивает запас устойчивости по фазе.

Таким образом, пренебрежение потерями в конденсаторе фильтра может привести не только к количественным погрешностям в расчете пульсаций с тактовой частотой и коэффициента стабилизации выходного напряжения, но и к качественным изменениям режима работы (переходу от устойчивого к неустойчивому режиму и наоборот).

Третья глава посвящена исследованию частотных характеристик комплексного сопротивления и структурно-параметрическому синтезу схем замещения электролитических конденсаторов, которые наиболее широко используются в современных источниках питания. Электролитические конденсаторы являются электронными компонентами с наименьшим сроком службы. Так, например, алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы К50-68 220 мкФ х 450 В имеют, срок службы при температуре 85°С всего лишь 1000 часов. С уменьшением температуры срок службы увеличивается. Рабочая температура конденсатора зависит от мощности потерь, которая увеличивается с ростом эквивалентного последовательного сопротивления потерь гс в конденсаторе. От величины гс зависит величина пульсаций выходного напряжения, запасы устойчивости источника питания по амплитуде и

Рис. 6. Зависимость коэффициента стабилизации от потерь в конденсаторе фильтра rci ори /Су -21,5: рассчитанная по формуле (16) - сплошная линия, рассчитанная по формуле (17) - пунктирные линии и рассчитанная истодом замкнутого кошура - крестики

фазе. От величины пульсаций, как показано во второй главе, зависит стабильность выходного напряжения при действии возмущающих факторов. Не менее важное значение для источника питания имеет величина паразитной индуктивности, а также знание структурной схемы замещения конденсаторов в широкой полосе частот от десяти герц до единиц мегагерц.

Отсутствие этих характеристик в технических условиях на отечественные конденсаторы не позволяет рассчитать такие важные характеристики, как мощность потерь в конденсаторах, их рабочую температуру, срок службы, величину выбросов напряжения на транзисторах, диодах, конденсаторов при коммутации силовых транзисторов в импульсных источниках питания, а также величину высокочастотных помех (единицы-десятки МГц), обусловленных переключением транзисторов и наличием высокочастотных паразитных контуров. Величины эквивалентного сопротивления потерь, паразитной индуктивности конденсатора, их схемы замещения зависят от типономиналов, конструкции и типа конденсаторов (алюминиевые оксидно-электролитические, танталовые оксидно-полупроводниковые, танталовые объемно-пористые).

Были измерены частотные зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления алюминиевых оксвдно-электролигических, танталовых оксидно-полупроводниковых, танталовых объемно-пористых конденсаторов в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц.

На рис. 7 приведены зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления оксидно-электролитического конденсатора К50-17 (820 мкФ х 400 В) Пунктиром приведены изменения модуля и фазы идеального конденсатора, который обладает только емкостью, и у которого отсутствуют резисгивные потери и паразитные индуктивности. Реальные характеристики модуля и фазы полного сопротивления (рис. 7) отличаются от характеристик идеального конденсатора. С ростом частоты аргумент полного сопротивления вначале увеличивается от -90° до 0° в диапазоне частот от сотни или несколько сотен Гц до сотен кГц в зависимости от типа конденсатора. Такой характер изменения комплексного сопротивления соответствует резистивно-емкостному сопротивлению. При дальнейшем увеличении частоты аргумент полного сопротивления становится больше нуля и возрастает. Такой характер изменения аргумента комплексного сопротивления соответствует эквивалентному рези-стивно-индуктивному сопротивлению. У конденсатора К50-17 (820 мкФ х 400 В) резистив-ное сопротивление гс ~ 65 мОм и несколько увеличивается с ростом частоты, паразитная индуктивность /с = 20 нГн.

Из частотных зависимостей полного комплексного сопротивления, приведенных на рис. 7, следует, что алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы ведут себя как емкость в узком диапазоне частот от нуля до нескольких сотен Гц - одного кГц. Выше этого частотного диапазона они представляют собой резистивно-емкостное сопротивление, а с

частоты выше 10 кГц до сотни или нескольких сотен килогерц они представляют собой ре-зистивное или резистивно-индуктивное сопротивление. В этом диапазоне частот исчезают свойства конденсатора как фильтрующего элемента, величина пульсаций будет определяться не значением емкости и емкостного сопротивления, а значением эквивалентного последовательного сопротивления гс. Использование таких конденсаторов в качестве фильтрующих элементов для уменьшения пульсаций в высокочастотных импульсных источниках выше 20 кГц с низкоомной нагрузкой в пределах от одного до нескольких Ом представляется нецелесообразной.

Из экспериментально измеренных частотных характеристик модуля и аргумента комплексного сопротивления следует, что диапазон паразитных индукгивностей находится от 18нГн у конденсатора К50-17В 820 мкФ х 400 В до 123 нГн у конденсатора К50-15В 4,7 мкФ х 160 В, а диапазон эквивалентных резистивных потерь - от 60 мОм у конденсатора К50-17 820 мкФ х 400 В до 800 мОм у конденсатора К50-15В 4,7 мкФ х 160 В.

Общим свойством алюминиевых оксидно-электролитических конденсаторов являются их низкочастотные фильтрующие свойства от нескольких сотен Гц - до единиц кГц у конденсатора К50-85ИВ, до 40 кГц у конденсатора К50-15 4,7 мкФ х 16 В.

Танталовые оксидно-полупроводниковые конденсаторы К56-65 15 мкФ х 25 В, К53-65 10 мкФ х 32 В, К53-66 22 мкФ х 50 В являются более высокочастотными и могут успешно использоваться на частоте 100 кГц. Их схемы замещения представляют последовательно-параллельный контур. Срок наработки танталовых оксидно-полупроводниковых конденсаторов при температуре окружающей среды +85°С и номинальном напряжении составляет 83000 часов. Однако танталовые оксидно-полупроводниковые конденсаторы более низковольтные по сравнению с алюминиевыми оксидно-электролитическими конденсаторами.

Одна из структурных схем замещения алюминиевых оксидно-электролитических конденсаторов, достаточно хорошо аппроксимирующие частотные зависимости модуля и аргумента комплексного сопротивления в широком диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц приведены на рис. 7. Знание этих схем замещения позволяет учесть влияние всех паразитных элементов конденсаторов (эквивалентного последовательного сопротивления потерь, паразитной индуктивности, сопротивлению! утечки и т.д.) на энергетические и качественные показатели импульсных источников, такие как: величина пульсаций выходного напряжения; величина выбросов напряжения на транзисторах, диодах, конденсаторах при коммутации транзисторов; величина высокочастотных помех, генерируемых источником питания при коммутации транзисторов, и т.д.

При структурно-параметрическом синтезе схем замещения конденсаторов использовался метод, основанный на минимизации суммы квадратов погрешности действительной и мнимой частей сопротивления в т точках частотного диапазона.

Четвертая глава посвящена исследованию транзисторных преобразователей напряжения с непрерывной передачей энергии в нагрузку при включенном и выключенном состоянии регулирующего транзистора (рис. 8). В отличие от преобразователей понижающего, повышающего и инвертирующего типов, у данного преобразователя напряжение на входе сглаживающего фильтра имеет постоянную составляющую и прямоугольные импульсы, коэффициент модуляции которых меньше единицы. Поскольку пульсации сигнала на входе СФ значительно уменьшаются по сравнению с ИПН понижающего, повышающего и инвертирующего типов, это позволяет существенно уменьшить габариты и стоимость СФ при сохранении заданного уровня пульсаций в выходном напряжении.

Для исследования устойчивости, расчета цепей ООС, стабилизации выходного напряжения данный ИПН с однокошурной ООС по выходному напряжению и однозвенным СФ с характеристиками Батгерворта был смоделирован в программе 1:А8ТМЕАЫ.

В диапазоне от 10 Гц до 100 кГц измерены АЧХ и ФЧХ петлевого усиления при сохранении заданного режима работы ИПН.

При коэффициенте усиления операционного усилителя в цепи ООС Ку — 20 система находится в устойчивом состоянии: имеется запас по фазе 22°, значение коэффициента пет-

левого усиления равно 38 дБ на 10 Гц. По сравнению с ИПН понижающего типа, имеются принципиальные отличия АЧХ и ФЧХ. Для ИПН с передачей энергии в импульсе и паузе характерно наличие провала АЧХ и скачка ФЧХ. Такое искажение формы АЧХ и ФЧХ петлевого усиления обусловлено наличием во вторичной обмотке трансформатора конденсатора С2 и индуктивности намагничивания £2, которые образуют вместе с выпрямительным диодом №2 параллельный колебательный контур. В то время как для ИПН погашающего типа характерна форма АЧХ и ФЧХ без каких-либо провалов и скачков.

Исследуемая схема имеет небольшой запас устойчивости по фазе (Дф = 20°). Для повышения запаса по фазе показана необходимость использования двухконтурной ООС. К контуру ООС по выходному напряжению добавлен второй контур ООС по току конденсатора сглаживающего фильтра с коэффициентом усиления К,.

Принципиальное отличие АЧХ и ФЧХ петлевого усиления ИПН с передачей энергии в импульсе и в паузе от аналогичных характеристик ИПН понижающего типа состоит в том, что в рассмотренном ИПН (рис. 8) с ростом К, растёт запас устойчивости по фазе и коэффициент стабилизации. В ИПН понижающего типа с ростом К, растёт запас устойчивости по фазе, но падает коэффициент стабилизации.

Проведенные в данной главе исследования входного и выходного сопротивлений позволили установить следующее: ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку имеет меньшее' входное и большее выходное сопротивления по сравнению с ИПН понижающего типа, что является несомненным недостатком ИН с непрерывной передачей энергии в нагрузку. В значительной мере этот недостаток ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку устраняется использованием двухконтурной ООС по выходному напряжению и току конденсатора, при этом увеличивается входное и несколько уменьшается выходное сопротивление.

Принципиальное отличие частотных характеристик ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку от ИПН понижающего типа - это существешю метшая полоса частот единичного усиления АЧХ, что является его существенным недостатком. Второе принципиальное отличие ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку - увеличение коэффициента стабилизации с ростом коэффициента усиления ООС по току конденсатора К,. Это является его преимуществом. У ИПН понижающего типа с ростом К\ также растет запас устойчивости по фазе, но падает коэффициент стабилизации.

В пятой главе проведено исследовшие устойчивости систем электропитания, содержащих входные ЬС-фильтры - ИПН.

АЧХ

-»-Ю- 5 . -*-Ю« 10 20 5Ь,„.....

Т{

г,

ФЧХ

о —•—К< ' 5 -•—Ю - 10 -*-<>* го ч

'Ь Р1

Рис. 9. АЧХ и ФЧХ петлевого усиления для ИПН с передачей энергии в импуль се и паузе с двухконтурной ООС при Лу = 20 и различных значениях А",

Комплексный коэффициент передачи каскадно-соединенных четырехполюсников Я(/'ш), представляющих собой ИПН, входные фильтры, линейную и нелинейную нагрузки, в общем случае зависит не только от произведения комплексных коэффициентов передачи /Л(/и) и Я2(/со) отдельных четырехполюсников, но и от отношения выходного сопротивления первого четырехполюсника Z{£oí(j<i)) к входному сопротивлению второго четырехполюсника :

Я(» = -

Я,Оо))-Я2(7С))

(18)

При условии, что один из рассматриваемых четырехполюсников является активным, на некоторой частоте ш i возможно, что

(19)

т.е. выполняются амшштудные и фазовые условия самовозбуждения системы, даже если каждый активный четырехполюсник устойчив. В зарубежной литературе выражение (19) используется в формулировке критерия устойчивости Миддлбрука.

Для обеспечения устойчивости системы входной фильтр - ИПН необходимо, чтобы в соответствии с (18) выходное сопротивление входного фильтра 2выхОм) было меньше входного сопротивления ИПН Z^ftjto). Однако с уменьшением выходного сопротивления входного фильтра, как показано в работе, ухудшаются его фильтрующие свойства. В данной главе проведено сравнение частотных характеристик передаточных функций, выходного сопротивления, переходных характеристик, массогабаритных показателей однозвенных и двухзвенных фильтров. Показано, что по совокупности частотных передаточных характеристик, выходного сопротивления, временных характеристик и массогабаритных показателей предпочтение следует отдать двухзвенному фильтру с меньшими значениями емкостей и индуктивностей первого звена.

Рассмотрим проблему обеспечения устойчивости системы питания входной фильтр -ИПН. На рис. 10 представлены частотные зависимости выходного сопротивления фильтра. Как видно из рис. 10 модуль выходного сопротивления фильтра имеет резонансный характер с максимальным значением I^blixI^« = 19 Ом на частоте 13,3 кГц. На этом же рисунке пунктиром показана зависимость рассчитанного модуля входного сопротивления ИПН, фаза которого близка к -180°. Таким образом, дая данных параметров системы фильтр - преобразователь выполняются условия генерации на частоте/= 13,3 кГц. Компьютерное моделирование процессов в этой системе подтверждает возникновение автоколебательного режима с частотой/= 13,3 кГц. С целью устранения автоколебаний было уменьшено на 2,3% характеристическое сопротивление р обоих звеньев входного двухзвенного фильтра ИПН.

Помимо частотных характеристик выходного сопротивления, передаточной функции входного фильтра в пятой главе исследовались зависимости входного и выходного сопротивления ИПН с одноконтурной ООС по выходному напряжению и двухконтурной ООС по выходному напряжению и току конденсатора выходного фильтра. Показано, что использование двухконтурной ООС по выходному напряжению и току конденсатора СФ приводит к увеличению модуля входного и уменьшению модуля выходного сопротивления, что способствует повышению устойчивости как распределенной системы электропитания,

так И системы входной фильтр - РИС. ю. Частотные зависимости модуля и фазы

ИПН. выходного сопротивления входного фильтра

В шестой главе описан разработанный и изготовленный унифицированный источник бесперебойного электропитания.

В приложении описаны алгоритм и программа структурно-параметрического синтеза схем замещения различных типов отечественных и зарубежных электролитических конденсаторов с использованием чебышевского критерия близости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа направлена на решение важной научно-технической проблемы по развитию теории и разработке энергетически эффективных транзисторных преобразователей постоянного напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе с улучшенными массогабаритными, динамическими, статическими характеристиками и устойчивостью работы. Решение данной проблемы имеет важное практическое значение, поскольку транзисторные преобразователи используются в многомиллионном количестве в различных областях техники, промышленности и сферах обслуживания. Конкретизация элементов научной новизны приведена в заключительных разделах каждой главы диссертации.

Основные научные н практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Получены аналитические выражения для пульсаций выходного напряжения ИЛИ в переходном и установившемся режимах. Полученные результаты по исследованию величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от резистивных потерь в конденсаторе и дросселе СФ и от коэффициента заполнения импульсов на входе СФ выявили, что с ростом потерь в конденсаторе СФ и коэффициента заполнения от 0 до 0,6 возрастает величина и изменяется форма пульсаций и увеличивается частотный диапазон спектральных составляющих выходного напряжения.

2. Полученные в работе выражения для коэффициента стабилизации выходного напряжения с учетом пульсаций выходного напряжения позволили установить, что с ростом потерь конденсатора фильтра гс существенно (в разы) повышается величина пульсаций выходного напряжения, уменьшается коэффициент стабилизации выходного напряжения и уменьшается устойчивость работы преобразователя.

3. Измерены в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц частотные характеристики модуля и фазы комплексного сопротивления алюминиевых оксидно-электролитических, танталовых объёмно-пористых и танталовых полупроводниковых отечественных и зарубежных электролитических конденсаторов. Рассчитанные эквивалентные последовательные сопротивления потерь гс, паразитные индуктивности конденсаторов и проведенный структурно-параметрический синтез их схем замещения позволяют рассчитать величину перенапряжений на транзисторах, диодах и конденсаторах при коммутации транзисторов, величину электромагнитных помех, генерируемых преобразователем, и КПД преобразователя, а также определить границы частотного диапазона, где гс становится больше емкостного сопротивления, и конденсатор теряет свои фильтрующие свойства.

4. Проведены исследования частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входных и выходных сопротивлений ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку. Полученные характеристики позволяют оценить устойчивость работы ИПН в автономном режиме и в различных системах электропитания.

5. Проведены исследования устойчивости работы системы входной фильтр - ИПН.

Найденные в работе входные и выходные сопротивления ИПН позволяют предсказывать неустойчивость распределенных систем и открывают возможность их рационального проектирования, состоящих из отдельных источников различных типов, работающих на выходные фильтры с различными характеристиками и различным числом контуров обратной связи.

Показано, что ИПН понижающего типа с двухконтурной ООС по выходному напряжению и току конденсатора СФ позволяет не только обеспечить больший коэффициент стабилизации выходного напряжения и больший запас устойчивости в автономном режиме, но и больший запас устойчивости распределенной системы питания, по сравнению с использованием в качестве подсистем ИПН с одноконтурной ОС по выходному напряжению.

6. Проведен сравнительный анализ динамических характеристик и устойчивости систем электропитания, содержащих входной однозвенный и двухзвенный фильтры.

Показано, что применение двухзвенных входных фильтров импульсных источников электропитания позволило:

- обеспечить устойчивую работу системы входной фильтр - ИПН;

- получить ослабление пульсаций с частотой работы ключевого элемента ИПН до величины 60 дБ;

- уменьшить массогабаритные параметры входных фильтров до 4 раз, по сравнению с однозвенными фильтрами.

7. Экспериментальные исследования источника бесперебойного электропитания (ИБП) на основе транзисторных преобразователей с ШИМ с возможностью параллельной работы, питание которого осуществляется от основного фидера (трёхфазное напряжение 380 В, 50 Гц) и резервного фидера (мощная аккумуляторная батарея 175-350 В), с выходной мощностью 2,4 кВт, с выходными напряжениями 12 В, 110 В, 350 В, пульсациями выходного напряжения 30 мВ, стабильностью выходного напряжения 55 дБ, запасами устойчивости по амплитуде 20 дБ и фазе 70°, созданным в СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, подтвердили справедливость:

- полученных результатов исследования пульсаций выходного напряжения, зависимости стабильности и устойчивости ИПН от пульсаций;

- полученных результатов исследования устойчивости системы входной фильтр -ИПН.

8. Данные характеристики ИБП превосходят характеристики существующих отечественных ИБП, что свидетельствует об их перспективности.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. СамылинИ.Н., Шушпанов Д.В, Кобелянский А.Е. Исследование пульсаций выходного напряжения транзисторного преобразователя понижающего типа // Физика и технические приложения волновых процессов, Самара, 2007, том 10, №2. С. 86 - 93. (включен в перечень ВАК)

2. Исаев В.М., Кобелянский А.Е. Влияние пульсаций выходного напряжения импульсного преобразователя на коэффициент стабилизации выходного напряжения // Физика и технические приложения волновых процессов, Самара, 2009, том 12, №1. С. 105 - 112. (включен в перечень ВАК)

3. Кобелянский А.Е., Шушпанов Д.В. Анализ однофазного инвертора напряжения с синусоидальной ШИМ при работе на линейную и нелинейную нагрузки II Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2005. №172. С. 168 - 179.

4. Самылин И.Н., Кобелянский А.Е., Принципы построения децентрализованной системы питания для технологических нужд и связных систем Газпрома // Материалы докладов НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов № 57 / СПбГУТ. СПб, 2005. ,

5. Дмитриков В.Ф., Кобелянский А.Е. Устойчивость работы распределенной системы электропитания при двукратном преобразовании энергии II Электронные компоненты. Москва. 2007. №9 С.

6. Никитин И.Е., Кобелянский А.Е. Основные пути развития и проблемы создания современных систем вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры специального

назначения // 8-я Всероссийская конференция «Состояние и перспективы развития энергетики связи»: сб-к тр. СПб: ПЕТЕРЮН, 2007. С. 48 - 56.

7. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Кобелянский А.Е. Сравнительный анализ частотных, временных и массогабариггных характеристик однозвенных и двухзвенных входных фильтров импульсных преобразователей напряжения // Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы»: Доклады конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Казань, 2007. С. 438 - 439.

8. Кобелянский А.Е., Павлов A.B. Исследование устойчивости импульсных преобразователей напряжения с входными фильтрами // Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы»: Доклады конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Казань, 2007. С. 440 - 441.

9. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Кобелянский А.Е. Исследование устойчивости работы ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку // Материалы докладов НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов № 60 / СПбГУТ. СПб, 2008. С. 78 - 79.

10. Антоневич Н.В., Кондратьев М.В., Кобелянский А.Е. Унифицированный источник бесперебойного электропитания на основе транзисторных преобразователей // Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы»: Материалы конференции «Физика а технические приложения волновых процессов», СПб, 2009. С. 300 - 301

Подписано к печати 18.02.2010 Тираж 80 экз. Объем 1 печ. л. Заказ №20 Тип. СПбГУТ, 191186 СПб, наб. р. Мойки, 61

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Кобелянский, Алексей Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

I. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОНИЖАЮЩЕГО ТИПА.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Анализ переходных и установившихся процессов в импульсных преобразователях напряжения.

1.2.1. Апериодический режим.

1.2.2. Критический режим.

1.2.3. Колебательный режим.

1.3. Исследование тока дросселя и пульсаций выходного напряжения от сопротивления потерь в конденсаторе сглаживающего фильтра и коэффициента заполнения импульсов на входе СФ.

1.4. Выводы.

II. ВЛИЯНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИПН ПОНИЖАЮЩЕГО ТИПА НА КОЭФФИЦИЕНТ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ИПН

2.1. Постановка задачи.

2.2. Вывод выражения для коэффициента стабилизации ИПН

2.2.1. Коэффициент усиления ШИМ-модулятора без учета пульсаций выходного напряжения.

2.2.2. Коэффициент усиления ШИМ-модулятора с учетом пульсаций выходного напряжения.

2.3. Исследование влияния резистивных потерь в конденсаторе СФ с характеристиками Чебышева и Баттерворта на устойчивость и коэффициент стабилизации ИПН.

2.4. Выводы.

III. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Экспериментальное исследование свойств и параметров электролитических конденсаторов.

3.2.1. Отечественные алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы.

3.2.2. Отечественные оксидно-полупроводниковые танталовые конденсаторы.

3.2.3. Отечественные объемно-пористые танталовые конденсаторы

3.2.4. Зарубежные алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы.

3.3. Структурно-параметрический синтез схем замещения конденсаторов.

3.4. Выводы.

IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ИПН С НЕПРЕРЫВНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ЭНЕРГИИ В НАГРУЗКУ ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ И ВЫКЛЮЧЕННОМ СОСТОЯНИИ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНЗИСТОРА.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Принцип работы ИПН с непрерывной передачей энергии при включенном и выключенном состояниях транзистора

4.3. Анализ основных характеристик ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку.

4.4. Исследование устойчивости работы ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку.

4.5. Исследование входного и выходного сопротивлений в ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку.

4.6. Выводы.

V. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

НА ОСНОВЕ КЛЮЧЕВЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Исследование входных и выходных сопротивлений и передаточных характеристик.

5.3.1. Исследование частотных характеристик однозвенного входного фильтра.

5.3.2. Исследование частотных характеристик двухзвенного входного фильтра.

5.3.3. Исследование частотных характеристик импульсного преобразователя напряжения понижающего типа.

5.3. Исследование устойчивости систем электропитания «входной фильтр - ИПН».

5.4. Выводы.

VI. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ИМПУЛЬСНЫХПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ С ШИМ.

Введение 2010 год, диссертация по радиотехнике и связи, Кобелянский, Алексей Евгеньевич

Актуальность темы. Научно - технический прогресс в различных областях радиотехники, радиоэлектроники, системах связи и т.д. связан, с одной стороны, со всё возрастающей степенью использования интегральных технологий: интегральных микросхем, микроконтроллеров, микропроцессоров и т.д., что приводит к резкому снижению массы и габаритов радиоэлектронных системах (РЭС) и её узлов; с другой стороны разработкой и развитием новых принципов энерго- и ресурсосберерегающих методов генерирования электрических колебаний, усиления информационных сигналов и преобразования электрической энергии в системах электропитания, которые являются неотъемлемой частью каждой радиотехнической и связной системы.

Современные РЭС резко ужесточают требования к энергетическим, массогабаритным показателям, экономичности, надежности, качеству вырабатываемой энергии и электромагнитной совместимости систем электропитания. Решение проблем энерго- и ресурсосбережений в устройствах электропитания осуществляется с использованием импульсных (ключевых) режимов работы усилительных приборов в преобразователях напряжения с промежуточным звеном высокой частоты (сотни килогерц — единицы мегагерц), современной элементной базы: мощных транзисторов (MOSFET, IGBT), мощных ультрабыстрых диодов, современных магнитных материалов и конденсаторов и т.д. Ключевые режимы работы усилительных приборов позволяют приблизить электронный КПД устройств к предельно достижимому (100%) путем снижения мощности потерь в усилительных приборах, тем самым увеличить надежность работы импульсного источника питания (ИП); уменьшить массу и габариты ИП путем снижения или полного устранения системы охлаждения усилительных приборов. Преобразование энергии не на промышленной частоте (50 Гц), а на высокой частоте (сотни килогерц -единицы мегагерц) с использованием высокочастотных преобразователей напряжения (ВПН) позволяет в десятки раз снизить объем и массу реактивных фильтрующих устройств и согласующих трансформаторов, которые даже в современных импульсных ИП занимают до 50 - 70% габаритов и веса всей системы.

Наиболее широкое применение получили ИП на основе импульсных преобразователей напряжения (ИПН) с ШИМ, в основу которых положен принцип воспроизведения сигнала с применением широтно-импульсной модуляции параметров электрической энергии. Такие ИПН позволяют снизить загрузку питающих сетей реактивными составляющими мощности.

Точность формирования требуемых значений полезной составляющей и степень подавления пульсирующей составляющей выходного напряжения определяют качество выходного напряжения ИПН.

От степени искажения потребляемого из промышленной сети тока ИПН существенно зависит качество напряжения в сети и величина потерь активной мощности. В свою очередь, от качества выходной энергии ИПН существенно зависит эффективность работы потребителей энергии ИПН, получающих от них энергию. Поэтому повышение качества преобразуемой ИПН энергии и качество используемой из сети электрической энергии является актуальной проблемой.

Импульсные источники питания являются одними из наиболее распространенных радиоэлектронных устройств, и они используются в многомиллионном количестве в различных отраслях науки, техники, промышленности и сферах обслуживания. Непрерывное расширение областей применения импульсных источников питания, постоянное возрастание требований к их характеристикам ставит перед теорией, перед разработчиками новые всё усложняющиеся задачи, выявляет недостаточную проработку ряда важных теоретических проблем.

Всё более жесткие требования, предъявляемые современными РЭС к качеству вырабатываемой электроэнергии: стабилизация выходного напряжения под действием различных возмущающих воздействий до 60 дБ; допустимая величина низкочастотных и высокочастотных пульсаций выходного напряжения десятки-единицы милливольт, что приводит к необходимости обеспечения коэффициента фильтрации 60 - 80 дБ; малая величина перерегулирования (1 - 2%) при скачкообразном изменении входного напряжения и сопротивления нагрузки в больших пределах; необходимость обеспечения больших запасов устойчивости по фазе и амплитуде, приводят к необходимости исследования новых принципов построения и развития теории, методов анализа и синтеза импульсных источников питания.

Одним из основных направлений повышения качества выходного напряжения систем электропитания, разработки высокоэкономичных надежных источников электропитания является их унификация и модульный принцип построения систем.

Принципиальная возможность модульного построения и унификации габаритно-установочных размеров в системах электропитания обусловлена [1]:

- однотипностью выполняемых ими функциональных задач во всех видах радиоэлектронных средств;

- широким применением типовых схемотехнических решений, а также унифицированной элементной базой.

На протяжении ряда лет в научно-технической литературе практически отсутствуют публикации, содержащие углубленный комплексный анализ состояния систем электропитания на основе модулей в первую очередь их устойчивости, динамики, что не способствует привлечению внимания разработчиков к решению накопившихся проблем [2-9].

Проблема эта усугубляется тем, что на многих предприятиях, в частности, Минсудпрома, связи, Газпрома, в радиоэлектронных системах специального назначения, вооружения и военной техники (ВВТ) и т.д., системы электропитания с двукратным преобразованием энергии; системы, работающие на нелинейные комплексные нагрузки; системы с последовательным и параллельным включением модулей и т.д., используют покупные модули. В таких системах очень часто происходит генерация автоколебаний.

При работе на пассивную комплексную нагрузку генерация системы электропитания происходит на субгармониках тактовой частоты, как правило, второй субгармонике, очень часто эти колебания могут иметь хаотический характер. В системах, использующих входные фильтры, генерация автоколебаний из-за отрицательного дифференциального входного резистивного сопротивления преобразователя обычно возникает на резонансной частоте фильтра, на которой он имеет наибольшее выходное сопротивление.

Одной из основных причин возбуждения систем электропитания, построенных на основе покупных готовых модулей многочисленных зарубежных или отечественных производителей, заключается в том, что все стабилизированные транзисторные преобразователи имеют отрицательную активную составляющую дифференциального входного сопротивления и комплексное выходное сопротивление с изменяющимися по частоте модулем и фазой. Поэтому очень часто при использовании таких модулей, устойчиво работающих в автономном режиме на резистивную нагрузку, в системах, использующих входные LC-фильтры, происходит самовозбуждение системы, нередко сопровождающееся выходом её из строя [10 -16]. Причем самовозбуждение системы наиболее вероятно при параллельном или последовательном соединении модулей, которое сопровождается изменением отрицательного дифференциального входного и комплексного выходного сопротивлений, зависящим от количества включенных модулей.

Основными проблемами при разработке и создании систем электропитания с использованием модульного принципа построения являются:

- электрическая совместимость с источником первичного электропитания [17 -19];

- электрическая совместимость с питаемой радиоэлектронной аппаратурой (РЭА) [16, 20-34];

- совместимость функциональных частей систем вторичного электропитания (СВЭП);

- и, конечно, устойчивость работы системы электропитания.

Понятие совместимость с источником первичного электропитания определяет требования как к защите первичного источника от электромагнитных помех различных видов, поступающих от СВЭП, так и защиту СВЭП от различных импульсно-коммутационных помех в РЭА [35 - 37].

Совместимость функциональных частей СВЭП обусловлена наличием большого количества противоречивых требований к СВЭП, что вынуждает применять в её составе значительный набор специализированных устройств, удовлетворяющих различным требованиям: преобразователей энергии, являющихся сложными дискретно-нелинейными устройствами с отрицательной дифференциальной составляющей входного сопротивления, сетевых защитных устройств, выпрямителей с корректором коэффициента мощности, сложной комплексной линейной или нелинейной нагрузки; устройств управления, контроля, диагностики и т.д.

Для решения перечисленных проблем необходимо в первую очередь осуществить разработку теории системного анализа источников вторичного электропитания (ИВЭП) с учетом схем замещения реальной электрической сети, входных фильтров для защиты ИВЭП от импульсно-коммутационных помех (ИКП), фильтров радиопомех (ФРП), фильтров для сглаживания пульсаций сетевого напряжения и т.д., активного или пассивного корректора коэффициента мощности, преобразователя, являющегося дискретно-нелинейным устройством, и нагрузки, имеющей сложный комплексный линейный или нелинейный характер;

Поэтому исследование устойчивости всех перечисленных систем целесообразно проводить с использованием частотных характеристик, построенных для дискретных нелинейных систем [10,13-15,41-44]. Этот метод основан на введении возмущения в цепь отрицательной обратной связи (ООС) нормально функционирующего устройства, расчете реакции в установившимся процессе на данное возмущение; разложение реакции в ряд Фурье и построение частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) как отношение комплексной амплитуды реакции к комплексной амплитуде воздействия в заданном диапазоне частот при различных амплитудах возмущения [10,13 -15, 42]. При данном методе расчета частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) не используются допущения и упрощения.

Идея метода и методика расчёта была предложена В.Н. Cho и F.C. Lee в 1986 г. Данная методика расчёта петлевого усиления, входного и выходного сопротивлений импульсного преобразователя была развита д.т.н., профессором Филиным В.А., и к.т.н. Смирновым B.C. и полностью автоматизирована ими в программе FASTMEAN.

С помощью метода импульсных моделей и замкнутого контура ООС, используемого при исследовании нормально функционирующих устройств, необходимо рассмотреть неустойчивые режимы работы в ИПН с использованием входных фильтров.

Для абсолютно устойчивой системы необходимо, чтобы модуль выходного сопротивления входного фильтра был меньше модуля входного сопротивления ИПН во всём частотном диапазоне [10, 13 - 15, 41 - 44]. Однако выполнение этих требований приводит к ухудшению ряда характеристик системы. Снижение выходного сопротивления входного фильтра одновременно приводит к снижению избирательности входного фильтра, т.е. уменьшению подавления помех, проникающих от ИСН в первичный источник электропитания, или снижению подавления импульсных помех, проникающих из первичной сети электропитания на вход ИПН.

Поэтому необходимо исследовать возможность обеспечения устойчивой работы системы электропитания, содержащей входной фильтр, без ухудшения их характеристик (снижения избирательности входного фильтра).

Устойчивость работы ИПН типа DC/DC (преобразующих постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого) и, особенно, системы электропитания, содержащей входной фильтр, существенно зависит от величины пульсаций выходного напряжения, параметров и типа характеристик сглаживающего выходного фильтра (СФ). Величина и форма пульсаций существенно влияет не только на устойчивость работы и запасы устойчивости ИПН по амплитуде и фазе, но и на стабильность выходного напряжения под действием возмущающих факторов. Поэтому необходимо исследовать изменение величины и формы пульсаций от параметров СФ и, в первую очередь, от мало исследованных в литературе параметров: паразитных резистивных потерь в дросселях и конденсаторах сглаживающего фильтра.

При анализе процессов в ИПН и, в частности, при расчете пульсаций выходного напряжения в литературе обычно принимают допущение о малости резистивного сопротивления электролитических конденсаторов сглаживающих фильтров по сравнении с их емкостным сопротивлением на тактовой частоте работы силового транзистора ИПН и о малом влиянии на величину пульсаций выходного напряжения, что очень часто не соответствует действительности. Поэтому необходимо произвести измерения модуля и фазы полного (комплексного) сопротивления отечественных и зарубежных конденсаторов в широком диапазоне частот, эквивалентное резистивное сопротивление потерь

ESR) rc, паразитную индуктивность /с; найти эквивалентные схемы замещения конденсаторов и их фильтрующие свойства с учетом паразитных параметров.

В таких случаях представляется целесообразным использовать преобразователи с непрерывной передачей энергии в нагрузку во время включенного и выключенного состояния силового транзистора. У импульсных преобразователей напряжения с непрерывной передачей энергии в нагрузку уменьшается переменная составляющая напряжения на входе СФ по сравнению с ИПН понижающего, повышающего и инвертирующего типов. Поскольку пульсации сигнала на входе СФ у ИПН с непрерывной передачей энергии значительно уменьшаются, это позволяет существенно уменьшить габариты и стоимость СФ при сохранении заданного уровня пульсаций в нагрузке или значительно снизить пульсации выходного напряжения при заданной избирательности фильтра, т.е. при заданных габаритах СФ.

К сожалению импульсные стабилизаторы напряжения с непрерывной передачей энергии в нагрузку не нашли должного освещения в литературе. В литературе не рассматривались возможная глубина ООС, характер АЧХ и ФЧХ коэффициента петлевого усиления, запасы устойчивости по амплитуде и фазе, значение и характер изменения частотных характеристик входного и выходного сопротивлений; изменение коэффициента модуляции импульсов на входе СФ, т.е. отношение амплитуды импульсов напряжения к постоянной составляющей напряжения от коэффициента заполнения импульсов в таких ИПН. Величина коэффициента модуляции на входе СФ определяет требования к избирательности выходного фильтра, т.е. определяет его массогабаритные показатели.

Цель и основные задачи работы. Целью работы является развитие теории и разработка энергетически эффективных транзисторных преобразователей постоянного напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе с улучшенными массогабаритными, динамическими, статическими характеристиками и устойчивостью работы.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих основных задач:

1. Проведение анализа переходных и установившихся процессов в транзисторных преобразователях постоянного напряжения понижающего типа, вывод выражения для пульсаций выходного напряжения с учетом резистивных потерь в конденсаторе выходного фильтра в апериодическом и колебательном режиме.

2. Исследование величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от величины потерь в конденсаторе выходного фильтра и коэффициента заполнения импульсов на входе СФ.

4. Исследование частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входного и выходного сопротивления ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку, позволяющие определить стабильность выходного напряжения, запасы устойчивости работы ИПН с ООС по амплитуде и фазе и возможность устойчивой работы ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку, в системах электропитания с двукратным преобразованием энергии, с входными фильтрами, в системах электропитания, работающих на комплексные линейные и нелинейные нагрузки.

5. Исследование устойчивости системы электропитания - входной фильтр - импульсный преобразователь напряжения.

6. Увеличение степени подавления входным фильтром ИПН низкочастотных пульсаций первичной сети электропитания.

7. Увеличение эффективности подавления входным фильтром входных высокочастотных пульсаций ИПН в первичную сеть электропитания.

Основные методы исследования. Теоретические исследования базируются на использовании фундаментальных положений теории электрических цепей, в частности, современного синтеза электрических цепей, функций комплексных переменных. Результаты моделирования импульсных стабилизаторов напряжения, импульсных систем электропитания с двукратным преобразованием энергии и т.д., получены с применением программы FASTMEAN, разработанной на кафедре «Теория электрических цепей» Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Научная новизна и основные научные положения, выносимые на защиту. Наиболее значимые новые научные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

- проведен анализ переходных и установившихся процессов в транзисторном преобразователе напряжения понижающего типа, получены аналитические точные выражения для пульсаций выходного напряжения с учетом резистивных потерь в конденсаторе и дросселе выходного фильтра в апериодическом и колебательном режимах работы ИПН;

- проведено исследование величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от величины резистивных потерь в конденсаторе выходного фильтра и показано, что, в отличие от существующего мнения, резистивные потери в современных электролитических конденсаторах как отечественных, так и зарубежных приводят к существенному росту пульсаций;

- с использованием измерителя частотных характеристик, разработанного на кафедре ТЭЦ СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, проведены измерения модуля и фазы комплексного сопротивления в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц, рассчитаны эквивалентные резистивные сопротивления гс и паразитные индуктивности /с отечественных электролитических конденсаторов ОАО «Элеконд» и зарубежных «Hitano» и проведен структурно-параметрический синтез схем замещения этих конденсаторов. Измеренные гс и /с, найденные схемы замещения необходимы при расчете таких важных параметров как пульсации и стабильность выходного напряжения, величины перенапряжений на транзисторах, диодах и конденсаторах при коммутации транзисторов, величины электромагнитных помех, генерируемых ИПН и т.д.;

- с использованием метода «замкнутого контура» и импульсных моделей проведено исследование частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входного и выходного сопротивлений ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку в режиме их нормального функционирования; полученные частотные характеристики позволяют определить стабильность выходных параметров, устойчивость работы ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку и возможность использования их в различных системах электропитания;

- показана возможность возбуждения систем электропитания, содержащих входной LC-фильтр, при использовании в них транзисторных модулей, устойчиво работающих на резистивные нагрузки;

- проведено сравнение устойчивости работы, массогабаритных показателей и динамических характеристик ИПН с однозвенным и двухзвенным входным фильтром и показано, что по совокупности указанных критериев предпочтение следует отдать ИПН с двухзвенным входным фильтром.

В диссертации защищаются следующие основные научные положения: 1. Полученные точные аналитические выражения для пульсаций выходного напряжения ИПН в переходном и установившемся режимах не в виде бесконечных рядов, а в свёрнутой форме. Аналитическое решение для пульсаций выходного напряжения в свёрнутой форме с учетом резистивных потерь в конденсаторе СФ получено благодаря предложенному в диссертации методу отыскания оригинала по найденному изображению, устраняющему бесконечное число вычетов в изображении искомой функции. Полученные результаты по исследованию величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от резистивных потерь в конденсаторе СФ и от коэффициента заполнения импульсов на входе СФ выявили, что с ростом потерь в конденсаторе СФ возрастает величина и изменяется форма пульсаций. Пульсации имеют ассиметричную форму, что подтверждается экспериментально. В то время как расчет пульсаций, проводимый в литературе (до полученных в работе результатов) по первой гармонике импульсов напряжения на входе СФ, не позволял определить изменение формы и асимметрию пульсаций выходного напряжения с ростом гс.

2. Полученные в работе выражения для коэффициента стабилизации выходного напряжения с учетом и без учета пульсаций выходного напряжения позволили установить, что с ростом потерь конденсатора фильтра гс существенно (в разы) повышается величина пульсаций выходного напряжения, уменьшается коэффициент стабилизации выходного напряжения и уменьшается устойчивость работы преобразователя.

3. Измеренные экспериментально в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц частотные характеристики модуля и фазы комплексного сопротивления отечественных и зарубежных электролитических конденсаторов, рассчитанные эквивалентные последовательные сопротивления потерь гс, паразитные индуктивности конденсаторов и проведенный структурно-параметрический синтез их схем замещения позволяют рассчитать величину перенапряжений на транзисторах, диодах и конденсаторах при коммутации транзисторов, величину электромагнитных помех, генерируемых преобразователем, и КПД преобразователя, а также определить границы частотного диапазона, где гс становится больше емкостного сопротивления, и конденсатор теряет свои фильтрующие свойства.

4. Впервые проведенные исследования и полученные результаты расчета частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входных и выходных сопротивлений ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку. Полученные характеристики позволяют оценить устойчивость работы ИПН в автономном режиме и в различных системах электропитания.

5. Проведены исследования устойчивости системы электропитания входной фильтр - ИСН.

Найденные в работе входные и выходные сопротивления ИПН позволяют предсказывать неустойчивость распределенных систем и, таким образом, открывают возможность их рационального проектирования, состоящих из отдельных источников различных типов, работающих на выходные фильтры с различными характеристиками и различным числом контуров обратной связи.

6. Проведенный сравнительный анализ массогабаритных показателей, динамических характеристик и устойчивости систем электропитания, содержащих входной однозвенный и двухзвенных фильтр.

Теоретическая значимость работы. Диссертационная работа является логическим продолжением комплекса исследований по развитию теории импульсных преобразователей напряжения с ШИМ, сводящихся к дискретно-нелинейным устройствам, и системам электропитания на их основе - в трудах ЦыпкинаЯ.З., Бессекерского В.А., Попова Е.П., Дмитрикова В.Ф., Белова Г.А., Лукина А.В., Поликарпова А.Г., Сергиенко Е.Ф., Мелешина В.И., Александрова В.А., Ромаша Э.М., Коржавина О.А., Колосова В.А., Никитина К.К., Сиверса М.А., Филина В.А., Самылина И.Н., Шушпанова Д.В., Смирнова B.C. Middlebrook R.D., Cuk S.A., Redly R.B., Mitchel D.M., Lee F.C., Чети П. и многих других [45 - 92].

Практическая ценность работы. Проведенные исследования зависимости пульсаций и стабильности выходного напряжения от потерь в конденсаторе выходного фильтра, зависимости устойчивости ИПН от величины пульсаций, измеренные сопротивления потерь и паразитные индуктивности в отечественных и зарубежных электролитических конденсаторах позволяют выбрать тип конденсаторов выходного фильтра, обеспечивающих требуемые пульсации, стабильность выходного напряжения и устойчивость работы ИПН с ООС.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы обсуждались на научных семинарах кафедры ТЭЦ СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, конференции профессорско-преподавательского состава СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 6-й Всероссийской конференции «Состояние и перспективы развития энергетики связи», 5-й и 8-й международных конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов».

Заключение диссертация на тему "Исследование и разработка высокоэффективных импульсных преобразователей напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе"

Выводы

С использованием результатов математического моделирования были спроектированы и изготовлены основной ключевой преобразователь модуля ИБП, ключевой преобразователь резервного фидера модуля ИБП, выпрямительно-коммутационный блок основного фидера и резервного фидера, блок питания схемы управления и модуль ИБП в целом. Изготовленный модуль ИБП отвечает требуемым габаритным размерам. Проверено функционирование и работоспособность как отдельных блоков и узлов, так и всего модуля ИБП при пониженном напряжении питания.

Проведенные экспериментальные исследования ИПН в составе ИБП подтвердили: справедливость полученных результатов по исследованию пульсаций выходного напряжения в зависимости от коэффициентов заполнения импульсов напряжения на входе выходного LC-фильтра, эквивалентных резистивных потерь в конденсаторе СФ, сопротивления нагрузки; исследованию влияния пульсаций выходного напряжения на коэффициент стабилизации; исследованию устойчивости системы электропитания, содержащие входные LC-фильтры и импульсные стабилизированные источники питания.

Полученные энергетические (КПД более 93% при питании от основной СЭС и более 86% при питании от АБ), динамические (величина перерегулирования выходного напряжения при переходе с основного фидера на резервный и обратно не более 2%), статические (не более 2 мВ псофометрических пульсаций и стабильность выходного напряжения не менее 45 дБ при действии различных возмущающих факторов), запасы устойчивости системы по фазе Аф«70° и амплитуде АА > 15 дБ подтверждают перспективность использования таких ИБП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа направлена на решение важной научно-технической проблемы по развитию теории и разработке энергетики эффективных транзисторных преобразователей постоянного напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе с улучшенными массогабаритными, динамическими, статическими характеристиками и устойчивостью работы. Решение данной проблемы имеет важное практическое значение поскольку транзисторные преобразователи используются в многомиллионном количестве в различных отраслях науки, техники, промышленности и сферах обслуживания. Конкретизация элементов научной новизны приведена в заключительных разделах каждой главы диссертации.

Основные научные и практические результатами диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Получены точные аналитические выражения для пульсаций выходного напряжения ИПН в переходном и установившемся режимах не в виде бесконечных рядов, а в свёрнутой форме. Аналитическое решение для пульсаций выходного напряжения в свёрнутой форме с учетом резистивных потерь в конденсаторе СФ получено благодаря предложенному в диссертации методу отыскания оригинала по найденному изображению, устраняющему бесконечное число вычетов в изображении искомой функции. Полученные результаты по исследованию величины и формы пульсаций выходного напряжения в зависимости от резистивных потерь в конденсаторе СФ и от коэффициента заполнения импульсов на входе СФ выявили, что с ростом потерь в конденсаторе СФ возрастает величина и изменяется форма пульсаций. Пульсации имеют ассиметричную форму, что подтверждается экспериментально. В то время как расчет пульсаций, проводимый в литературе (до полученных в работе результатов) по первой гармонике импульсов напряжения на входе СФ, не позволял определить изменение формы и асимметрию пульсаций выходного напряжения с ростом гс

2. Получены в работе выражения для коэффициента стабилизации выходного напряжения с учетом и без учета пульсаций выходного напряжения позволили установить, что с ростом потерь конденсатора фильтра гс существенно (в разы) повышается величина пульсаций выходного напряжения, уменьшается коэффициент стабилизации выходного напряжения и уменьшается устойчивость работы преобразователя.

3. Измерены экспериментально в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц частотные характеристики модуля и фазы комплексного сопротивления отечественных и зарубежных электролитических конденсаторов, рассчитанные эквивалентные последовательные сопротивления потерь гс, паразитные индуктивности конденсаторов и проведенный структурно-параметрический синтез их схем замещения позволяют рассчитать величину перенапряжений на транзисторах, диодах и конденсаторах при коммутации транзисторов, величину электромагнитных помех, генерируемых преобразователем, и КПД преобразователя, а также определить границы частотного диапазона, где гс становится больше емкостного сопротивления, и конденсатор теряет свои фильтрующие свойства.

4. Проведены исследования и получены результаты расчета частотных характеристик петлевого усиления, комплексных входных и выходных сопротивлений ИПН с непрерывной передачей энергии в нагрузку. Полученные характеристики позволяют оценить устойчивость работы ИПН в автономном режиме и в различных системах электропитания.

5. Проведены исследования устойчивости работы системы входной фильтр — ИПН.

6. Проведен сравнительный анализ массогабаритных показателей, динамических характеристик и устойчивости систем электропитания, содержащих входной однозвенный и двухзвенных фильтр.

Показано, что применение двухзвенных входных фильтров импульсных источников электропитания позволило:

- обеспечить устойчивую работу системы входной фильтр - ИПН;

- получить ослабление пульсаций с частотой работы ключевого элемента ИПН до величины 60 дБ;

- уменьшить массогабаритные параметры входных фильтров до 4 раз, по сравнению с однозвенными фильтрами.

- полученных результатов исследования устойчивости системы входной фильтр - ИПН.

Библиография Кобелянский, Алексей Евгеньевич, диссертация по теме Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

1. Исаев В.М. Основные направления программного развития электроэнергетики в обеспечение повышения качества специальной техники. Научно-технический сборник «Электропитание», вып.5, С.-Петербург, 2005.

2. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Проблемы устойчивости модульных систем электропитания // Труды конференции. Всероссийская научно-техническая конференция «Научно-технические проблемы электропитания», Москва, 2006. С. 25 34.

3. Дмитриков В. Ф., Сергеев В.В., Самылин И.Н. Повышение эффективности преобразовательных и радиотехнических устройств. М.: Радио и связь, 2005. 423 с.

4. Дмитриков В.Ф., Беловицкий О.Н, Шушпанов Д.В., Филин В.А., Калмыков С.В., Самылин И.Н. Устойчивость импульсных источников питания при работе на комплексную нагрузку и в децентрализованных системах питания // Электрическое питание 2006. Вып. 6. С. 4 9.

5. Шушпанов Д.В. Высокоэффективные импульсные преобразователи напряжения с ШИМ и распределенные системы электропитания на их основе.

6. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». СПб. 2005. 244 с.

7. Колосов В.А., Либенко Ю.Н., Парфенов А.В., Бурцев Л.Б., Денисов И.М., Иванова О.В. Расчет сетевого защитного устройства типа B3C-30A-350B / Электропитание. СПб. Вып. 6. 2006. С. 54 60.

8. Колосов В.А., Мухтарулин B.C. Устранение недопустимых воздействий на электронную аппаратуру из сетей электропитания / СТА. №2. 2001.

9. Колосов В.А., Либенко Ю.Н., Парфенов А.В. Технические средства для исследования сетевых помех / Электропитание. СПб Вып. 5. 2005

10. Dan Sheegan Designing a regulator's LC input filter: "Ripple" method prevents oscillation woes // Electronic Design. 1979. #16. P. 102 104.

11. Middlebrook R.D. Input Filter Considerations in Design and Application of Switching Regulators // IEEE Power Electronics Specialists Conference. 1977. P. 36 -57.

12. Mitchell D.M. Power Line Filter Design Considerations for dc-dc Converters 11 IEEE Industry Applications Magazine. November/December. 1999. P. 16 26.

13. Middlebrook R.D. Design Techniques for Preventing Input-Filter Oscillations in Switched-Mode Regulators // Proc. Fifth National Solid-State Power Conversion Conference. 1978. P. A.3.1 A.3.16.

14. Fred C. Lee, Yuan Yu Input-Filter Design for Switching Regulators 11 IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1979. Vol. AES-15. #5. P. 627 -634.

15. Крючков B.B., Соловьев И.Н. Входные фильтры импульсных источников питания // Практическая силовая электроника. 2005. №20. С. 2 5.

16. Jang Y., Erikson R.W. Physical Origins of Input Filter Oscillations in Current Programmed Converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 1991. Vol.7. #4. P. 725 733.

17. Yu Y., Biess J.J. Some design aspects concerning input filters for dc-dc converters I I IEEE Power Electronics Specialists Conference Record (DESC71, Record). 1971. P. 66 76.

18. Kopdicaeuu O.A., Донкеев С.С. Оптимизация входного фильтра импульсных стабилизаторов // Тезисы докладов и сообщений III Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Волгоград. 2004. С. 225 226.

19. Коржавин О.А., Донкеев С.С. Оценка влияния входного фильтра на работу импульсных источников электропитания // Электросвязь. 2005. №10. С. 23 -26.

20. Коржавин О.А., Донкеев С. С. Влияние входного фильтра на систему электропитания // Тезисы докладов и сообщений III Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Волгоград. 2004. С. 195 196.

21. Колосов В.А. «Убийцы» электронной аппаратуры электрические сети. Спецвыпуск «Живая электроника России - 2000», М., 2000.

22. Устройство для защиты от импульсных перенапряжений (УЗИЛ) и помех. Каталог продукции Hakel. 2007. 72 с.

23. Помехозащитные устройства. Каталог продукции ЗАО «ЭМСОТЕХ». 2005. 52 с.

24. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Кобелянский А.Е. Устойчивость работы распределенной системы электропитания при двукратном преобразовании энергии // Электронные компоненты. Москва. 2007. №9 С.

25. Чети П. Проектирование ключевых источников электропитания: Пер. с англ. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 236 с.

26. Chetty P.R.K. Closed Loops On Track for Testing Switchers. // Electronic Design. July 7.1983. P. 135 - 140.

27. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Электромагнитная совместимость. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Госстандарт, 1998.

28. Бушуев В.М., Цыганков И.Л. Оценка устойчивости систем электропитания предприятий связи, содержащих импульсные стабилизаторы напряжения и тока//Электросвязь. 1998. №8. С. 30 32.

29. Erickson R. W. Fundamentals of Power Electronics. New York: Chapman and Hall. 1997.

30. Простотин В. В. Устойчивость системы электропитания аппаратуры связи // Электросвязь. 1982. №2. С. 31 35.

31. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника / М.: Техносфера, 2005. 632 с.

32. Балакшина JI.B., Bwiecoe Д.В., Исхаков А.С. Влияние внутреннего сопротивления источника питания на область устойчивости ШИП // Электротехника, 1995, №7, С. 10 -13.

33. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975, 767 с.

34. Букреев С.С., Головацкий В.А. Источники вторичного электропитания // под ред. Ю.И. Конева. М.: Радио и связь, 1993, 280 с.

35. Воловин Г.И. Передаточные функции широтно-импульсных систем с учетом свойств первичного источника питания // Электричество, 1980, №11, С. 65 -68.

36. Глазенко Т.А., Томасов B.C. Состояние и перспективы применения полупроводниковых преобразователей в приборостроении // Изв. вузов. Приборостроение, 1996, №3, С. 5- 12.

37. Губанов Ю.А., Миронов С.Г. Системы централизованного бесперебойного питания корабельных электронных комплексов // VI Международная НТК «Проблемы повышения технологического уровня электроэнергетических систем». СПб, 1998, С. 96.

38. Дэ/сюджи JT., Пели Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. Пер. с англ. М.: Энергоатом-издат, 1983, 400 с.

39. Дмитриев Б.Ф., Пискарев А.Н., Храмшин P.P. Сравнительный анализ двухступенчатых преобразователей переменного напряжения в постоянное / Изв. вузов СССР «Приборостроение», 1986, №8, С. 54 60.

40. Дмитриев Б.Ф., Храмшин P.P. Сравнительный анализ статических характеристик инверсных преобразователей с ШИП. В кн. Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. Чуваш, унив. Чебоксары, 1985, С. 8-12.

41. Дмитриев Б.Ф., Лихоманов A.M., Агуиов А.В. Синтез управления качеством стабилизации и регулирования параметров электрической энергии // Техническая электродинамика. Проблемы современной электротехники. 2000. 4.9. С. 14 -15.

42. Дмитриев Б.Ф., Киреев Ю.Н., Гаврилов И.В. Сравнительный анализ двухступенчатых преобразователей переменного напряжения в постоянное // Судостроение, 1999, №1, С. 38 39.

43. Дмитриев Б.Ф. Анализ статических характеристик ступенчатого преобразователя напряжения // Электротехника, №12, 2000, С. 26 30.

44. Зиновьев Г.С. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники //Новосибирск: НГУ, 1998, 32 с.

45. Злакоманов В.В., Яковлев Б.С. Взаимодействие динамических систем с источниками энергии // М.: Энергия, 1980, 176 с.

46. Казанцев Ю.М. Прямой синтез в преобразовательной технике // Электротехника, 2000, №4, С. 31 36.

47. Кобзев А.В., Лебедев Ю.М., Михальченко Г.Д. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием / М.: Энергоатомиздат, 1986, 238 с.

48. Колосов В.А. Электропитание стационарной РЭА. Теория и практика проектирования. М.: Радио и связь, 1992, 230 с.

49. Коршунов А.И. Анализ динамических свойств замкнутой системы со статическими преобразователями с помощью линеаризованных моделей // Электричество, 1994, №5, С. 30 39.

50. Лнхоманов A.M., Дмитриев Б.Ф., Сытник Г.В. Частотный подход к анализу устойчивости и построению характеристического полинома линейных дискретных систем, описанных в области пространства состояний // Изв. вузов, Электромеханика, 1999, №3, с. 96 97.

51. Макаров В.В., Мелешин В.И. Резонансные транзисторные преобразователи напряжения с подключением нагрузки к конденсатору контура // Электричество, 1993, №6, С. 33 44.

52. Мктрчян Ж.А. Основы построения устройств электропитания ЭВМ // М.: Радио и связь, 1990, 208 с.

53. Мыцык Г.С. Основы структурно-алгоритмического синтеза источников вторичного электропитания // М.: МЭИ, 1989, 32 с.

54. Мыцык Г.С. Улучшение электромагнитной совместимости статических преобразователей повышенной мощности // Электричество, 2000, №8, С. 42 -52.

55. Николенко МП. Исследование параметрических систем управления преобразователями постоянного напряжения с дозированной передачей энергии. Автореферат дисс. на соиск. ученой степни канд. техн. наук. М. 1999, 20 с.

56. Озеров Л.А., Разнополое О.А., Штессель Ю.Б. Дополнительное управление в задаче синтеза инвариантных разрывных систем // Изв. вузов. СССР Приборостроение, 1989, №7, с. 20 24.

57. Петров Г.П., Козловский K.JI. и др. Семейство импульсных источников питания для электронных схем управления // Электротехника, 2000, №4, С. 51 -55.

58. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА // М.: Радио и связь, 1989, 152 с.

59. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Современные методы улучшения качества электроэнергии // Электротехника, 1998, №7, С. 10 17.

60. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Квасюк А.А. Современные методы регулирования качества электроэнергии средствами силовой электроники // Электротехника, 1999, №4, С. 28 32.

61. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники // М.: Энергоатомиздат, 1992, 204 с.

62. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. 2е издание, перераб. и доп. // М.: Высш. Школа, 1980, 424 с.

63. Солодовников В.В., Плотников В.П., Яковлев А.В. Теория автоматического управления техническими средствами: Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 1993, 162 с.

64. Функциональные устройствасистем электропитания наземных РЭА / под ред. В.Г. Костикова. М. Радио и связь, 1990, 169 с.

65. Чаплыгин Е.Е. Параметрическое управление преобразователем с дозированной передачей энергии в нагрузку // Электричество, 1997, №12, С. 32 -38.

66. Чаплыгин Е.Е. Микропроцессорное управление автономными инверторами с ШИМ // Электричество, 1999, №9, С. 18 24.

67. Шидловский А.К. и др. Транзисторные преобразователи с улучшенной ЭМС // Киев, «Техника», 1993, 258 с.

68. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н., Шушпанов Д.В, Кобелянский А.Е. Исследование пульсаций выходного напряжения транзисторного преобразователя понижающего типа // Физика и технические приложения волновых процессов, Самара, 2007, том 10, №2. С. 86 93.

69. Дмитриков В.Ф., Петяшин Н.Б., Сивере М.А. Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний. М.: Радио и связь, 1988. 193с.

70. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление / М.: Физматгиз, 1961. 524 с.

71. Цынкин ЯЗ. Релейные автоматические системы / М.: Наука, 1974. 576 с.

72. Белов Г.А. Динамика импульсных преобразователей / Чебоксары, 2001. 528 с.

73. Зуховицкий С.И., Авдеева Л.И. Линейное и выпуклое программирование / М.: Наука, 1967. 460 с.

74. Ортега Дж., Рейнболдт В. Интегральные методы решения нелинейных систем со многими неизвестными. Пер. с англ. / Под ред. И.В. Коновальцева. М.: Мир, 1975. 558 с.

75. Химмельблад Д. Прикладное нелинейное программирование. Пер. с англ. / Под ред. Быховского М.Л. М.: Мир, 1975. 534 с.

76. Смирнов B.C. Задачи анализа устойчивости импульсных распределённых систем электропитания // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2004. № 170.

77. Бирзниекс JI.B. Импульсные преобразователи постоянного тока. — М.: Энергия, —1974.

78. Хусаинов Ч.И. Расчет входного фильтра импульсного стабилизатора // Полупроводниковая электроника в технике связи / под ред. Николавского И.Ф. — 1977. — Вып. 18. — С. 136-140.

79. Kumaee В.Е., Бокуняев А.А. Расчет источников электропитания устройств связи. — М.: Связь, — 1979.

80. Доморатский О.А., Жерненко А.С., Кратиров А.Д. Электропитание устройств связи. Учебник для ВУЗов. / М.: Радио и связь 1981.

81. Артым А.Д., Филин В.А., Есполов К.Ж. Новый метод расчета процессов в электрических цепях / СПб: ЭЛМОР, 2001.188 с.

Похожие работы

Радиотехника и связь
05.12.00