автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Многоканальные источники вторичного электропитания на основе транзисторных однотактных преобразователей постоянного напряжения

МХКОВСКШ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩШ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РГ6 од

2 б ДПР ЙЭЗ "• правах рукописи

СЕРГЕЕВ Борис Сергеевич

МИОГОКАНАЛЬЬШЕ ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ ОДНОТШНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Специальность 05.09.12 - Полупроводниковые преобразователи электроэнергии

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1993г.

Работа выполнена в Уральшюм отделении Всероссийского ордена Трудового Красного Знамени научно-иследовательского института железнодорожного транспорта (г.Екатеринбург).

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Заслуженііш'і деятель науки и техники РОГСР,

Э.М.Роиад

доктор технических наук, профессор Доктор технических наук, профессор

Т. А.Глазенко Ю. К. Розанов

Ведущее предприятие (И! Вычислительных комплексов (г. Москпа)

кэ4«дры ЭПП с 12.00 час. на заседании специализированного Совета Д.053.13.13 при КЬсісоїзсиом ордена Ленина и ордена Ос* тябрьской Революции энергетическом институте.

С диссертацией можно ознакомиться о научно-технической библиотеке ЮН.

Огзшы в двух экземплярах, оаверенкив печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105835, ГСП, К'осізда,

ул.Крпспоказапменная. п. 14. Ученья! Совет !,ОИ.

Защита состоится " " ІКСІЇ Л 1993г. о аудитории

Учений секретарь специализированного Совета Л.053.10.13 к.т.н., доцент

Буре И.Г.

- з -

ОЕЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность проблемы. Развитие злеістроники и микроэ-

лектроники и широкое внедрение их практически во все области человеческой деятельности привели к существенному совершенствовали» средств преобразовательной техники, использующихся для электропитания функциональных узлов, приборов и систем электроники.

■ Практически любые достаточно сложные электронные прибо-

ры содержат источники вторичного электропитания С ИВЭП), которые представляют из себя импульсные полупроводниковые преобразователи, предназначенные для приведения уровня первичного напряжения к требуемым значениям и получения электрической изоляции напряжений. Известно и применяется больаое число транзисторных импульсных преобразователей. В соответствии с принятой терминологией их можно разделить на три основных типа: двухтактные преобразователи постоянного напряжения, одно-тактные преобразователи с прямым включением выпрямительного диода и однотактные преобразователи с обратным включением диода. В настоящее время области применения того или иного типа преобразователя достаточно четко определены как в зарубежной, так и в отечественной литературе, в том числе и в работах автора [1,6,123. . •

Насгоя:цая работа посвящена вопросам исследования и определения оптимальных направлений развитие и разработки рациональных схемотехнических решений одного из названных типов преобразовательных устройств - однотактиого преобразователя с обратным включением выпрямительных диодов (ОШІ), который нашел широкое применение как в бытовой электронике, так и в промышленной, включая системы военной и космической техники. Применение стабилизирующих ОПИ предпочтительно при выходных іющностях от долей, единиц до 100. ..200 Вт при первичных напряжения от единиц до сотен вольт.

Надежность функционирования электронных устройств в значительной степени определяется ИВЭП, элементы которых ра-5огают в тяжелых электрических и тепловых режимах. Зачастую ^асса и габариты ШШ и потребителя (нагрузки) соизмеримы. ■1ТО приводит к функциональным и экономическим диспропорциям. Одновременно с ;ітим, за последнее время происходит сблилгние гі>еОопаниЯ, предъявляемых к Сі.товой аппаратур)? и системам г, ?КНОЙ ТЕХНИКИ. В Пер»}'» ОЧІ'рОДЬ ЧТО ОТНОСИТСЯ к налгл<”'-ти

работы в длительных и циклических режимах или к массогабарит-ним характеристикам, улучшение которых, в частности, приводит не только к удушению эксплуатационных характеристик бытовых приборов, но и. что Оолее важно, - к снижению материалоемкости. Современные тенденции развития экономики диктуют необходимость широкого использования научно-технических достижений предприятий ВПК в отрасли, направленные на обслуживание чело-вена; в этой части имеется определенный вклад автора [1,6,123.

В теорию устройств преобразования электроэнергии и решение практических вопросов создания эффективных преобразователей большй вклад внесли научные школы Ю. И. Конева, Т. А. Гла-аенко, Ю. И. Лрабовича, Е Л. Лабунцова, а также работы О. А. Кос-сопа, Е С. Мошга, Н 11 Лаптева, Ф. II Александрова, Э. М. Рошша, I'. М. Веденеева, Е Ф. Дмитрикова, Л. Е. Смольникова и других ученых и специалистов.

Учитывая специфику относительно маломощных ИВЭП в указанном диапазоне выходных мощностей и первичных напряжений, возникла необходимость разработки вопросов теории и нов!к методов разработки стабилизирующих высокочастотных ОШ и создания на этой основе широкого класса КБЭП для различных применений

Создание класса перспективных, высоконадежных и малогабаритных ИВЭП самого различного нааьлчешш имеет больше народно-хозяйственное значение, заключающееся в снижении материалоемкости изготовления ИВЭП и уменьшении потребляемой мощности. Вместе с этим, обеспечивается государственный приоритет в схемотехнике созданных функциональных узлов ИВЭП

Цель работы - развитие теории, принципов построения и методов проектирования нового поколения надежных, малогабаритных, экономичных и универсальных ИВЭП, их экспериментальные исследования и практическое внедрение, что потребовало решения следующих основных задач.

, 1. Исследование электромагнитных процессов и электри-

ческих характеристик стабилизирующих одкоканальннх и многоканальных ОПН.

2. Исследование характерных режимов работы ОПН и процессов в сглаживающих фильтрах.

3. Исследование коммутационных процессов переключения полупроводниковых приборов в ОПН.

4. Исследование процессов работы силовых ключей на би-

- 5 -

полярных, ВДП и СИТ транзисторах.

• 5. Анализ и синтез систем электропитания для различных

первичных сетей.

. 6. Исследование научно-технических возможностей и нап-

равлений развития схемотехники функциональных и структурных узлов стабилизирующих ИВЭП. Создание оригинальных технических решений.

• 7. Создание большого ряда ИВЭП специальных управляющих

вычислительных комплексов нескольких поколений.

Методы исследования. Для анализа установившихся процессов работы ОГМ использовались классические методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей, операторный метод представления импульсных функций, а для реиения неявновыра-женных трансцендентных уравнений и систем применялись итерационные способы вычислительной математики. При анализе работы сглатлвавдих фильтров применялся метод интеграла Яурье.

Исследование коммутационных процессов переключения полупроводниковых приборов базировалось на решении двух основных видов уравнений: дифференциального уравнения в частных производных (уравнение диффузии) - для выпрямительных диодов, к операторного уравнения (представление транзистора в виде «дели Т. М. Агахачяна) - для силового транзистора. Определение расчетных уравнений для анализа нестационарных эквивалентных :Х(.‘М электронных цепей выполнялось при покоии метода припас-ювываиия.

Экспериментальное исследование с целью проверки корректности полученных теоретических результатов и выводов прово-делось на реальных многоканальных стабилизирующих ОПН, а так-щ подтверждено многолетним опытом серийного изготовления, юпытаний и эксплуатации на объектах.

Основные положения, выносимые 11а защиту.

1. Развитие теории высокоэффективных стабилинирукядох >ПН применительно к определенным эксплуатационным треОовани-м, предъявляемом к ИВЭП различного назначения.

2. Новые схемотехнические решения функциональных и труктурных узлов стабилизирующих ИГОП и направления их рая-ития.

3. Создание ряда сга0или?иру*ав>х ИКЗП самого различного тначения.

Научная новизна.

, 1. Впервые разработаны, с учетом взаимного влияния вы-ходних каналов друг на друга, основы теории многоканальных ОПН, которые включают в себя:

- исследование установившихся процессов одноканальных и многоканальных ОГК]’;

- исследование особенностей работы ОПН при значительных

изменениях первичного лалрякения и в режиме ограничения амплитуды импульса коллекторного тока; . '

- исследование работы сглаживающих фильтров одноканальных и многоканальных ОПН;

- исследование коммутационных процессов переключения полупроводниковых приборов одноканальных и многоканальных ОПН;

- исследование работы биполярных, МДП и СИТ транзисторов в силовых ключах. ■

4. Формулированы новью направления развития ОПН и функциональных узлов стабилизирующих ИВЭП и на основе научно-технического анализа разработан функционально законченный комплекс технических решений, позволяющий реализовать многовариантное проектирование ИВЭП различного назначения. Создано около 80 изобретений СССР.

5. Создан ряд унифицированных стабилизирующих ИВЭП различного назначения.

Практическая ценность.

1. Разработаны структурные схемы построения стабилизирующих ИВЭП и их функциональных узлов, обеспечивающие высокие энергетические, надежностные, массогабаритные и экономические показатели в ИВЭП различного назначения.

2. Полученные теоретические результаты позволили аналитическим путем достоверно определять наиболее тяжелые режимы работы полупроводниковых элементов и находить пути оптимизации их характеристик.

3. Результаты исследований реализованы в виде рекомендаций по выбору оптимальных режимов работы ОПН и элементов.

4. Предложен ряд эффективных способов управления силовыми ключами, защиты преобразователей и формирования управляющих Ик ульсог.

5. Полученные результаты позволяют повысить технический уровень разработки широкого класса с^абилизиругадих ИВЭП.

Реализация результатов работы. Научные результаты и

схемотехнические разработки внедрены при создании Солее, чем ВО типов стабилизируюцих многоканальных ОПН, большая часть из которых изготавливается на серийных заводах и эксплуатируются на объектах.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на отраслевом семинаре "Источники вторичного электропитания на ИС" (Свердловск, 1982г.); 1У,У,У! межотраслевых НТК по средствам вторичного электропитания РЭА (Ленинград: ЦНПО Ленинец,1984,1987,1990г.); семинарах "Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА” (Москва: ВДНТП, 1983,1986,1989г.); НТК "Интенсификация производства й энергетике" (Алма-Ата,1986г.); День радиоинженера "Однотакт-ные преобразователи, проблематика, оптимальные области применения" (Москва: ЩГГП, 1987г.)-, отраслевой семинар "Перспективнее направления развития источников вторичного электропитания РЭА’’ (Севастополь, 1988г.); Республиканский семинар "Устройства энергетической электроники с применением мощных полевых транзисторов” (Киев: РДНТП, 1989г.); I Всесоюзная НТК "Силовые электронные системы и устройства маломощной преобразовательной техники" (Алма-Ата,1990г.); У Всесоюзная НТК. "Проблемы преобразовательной техники" (Чернигов: ГОД АН Украины, 1991 г) и др. '

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в одной монографии, 20 статьях и 75 изобретениях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

1. Историческое развитие и сравнительный анализ различных типов преобразователей. Объест исследования.

Первые транзисторные преобразователи появились одновременно с разработкой и внедрением в практику мощных полупроводниковых приборов.' В литературе начального периода развития транзисторных ИВЭП рассматривались схемы как однотактных, так и двухтактных преобразователей. Так как номенклатура силовых транзисторов и диодов была ограниченной, то делались справе?, ливые выводы о нерациональности широкого применения 01П1

По мере развития электроники и полупроводниковой технологии и с повышением требований к различным параметрами ИКп! менялись и сами ИЮП: появились стабилизирующие прео?[л'' :р.ч-гели импульсным регулированием, существенно улучшили !> >■ , рактери'-тики элементов, розга возросла частота пре*-!"; ч.' ц и:»*»'

Отдельные недостатки стабилизирующих и нестабилизирующих двухтактных преобразователей, не игравшие ранее заметной роли, стали определяющими при практичеасой реализации высокочастотных ИВЭП.

Существовавшие недостатки однотагстмих преобразователей при использовании современной элементной базы перестали играть определяющую роль. Современные силовые транзисторы, обладающие достаточными предельными параметрами по току и напряжению и имеющие малые сопротивления насыщения, лапт возможность реализации ОНИ в широком диапазоне первичного напряжения и выходных мощностей. Разработанные ферромагнитные материалы, например, магнитодиэлектрики МП-60... МП-250 позволяют получать оптимальные силовые трансформаторы ОПН. Характеристики современных керамически/, и электролитических конденсаторов определяют вполне удовлетворительные показатели массы и габаритов ОПН. Более простые и дешевые схемы управления силовым транзистором к принципиальное отсутствие явлений типа "захватывания частоты'* в слолашх системах электропитания определяют перспективность использования 0Ш1 на современном этапе развития преобразовательной техники.

Наиболее значительны-,"! вклад в вопросы анализа и разработки одютактных преобразователей сделан Ф. I! Александровым.

Мировой опыт к отечественная прежтнка показали правомерность выполнении); работ по анализу, исследованию и разработке схем функциональных узлов ОПН, их актуальность, а также достоверность сделанных автором выводов об областях применения рассматриваемых преобразователей.

В диссертационной работе анализируются процессы ОПН в различных системах первичного электропитании, показанных на схемах рис. 1а-г. Здесь система рис. 1а соответствует традиционной, применяемой, например, в бортовых управляющих комплексах военной или космической техники, железнодорожного транспорта и т.п., где первичным является источник постоянного напряжения £п . Система рис. 16 применяется при наличии в качестве первичного источника Ес промышленной сети низкой частоты (50 Гц) с высоковольтным выпрямителем, и используется как в бытово.1 электронике, так и в промышленной. В системе электропитания рис. 1в напряжение питания £п преобразователей ОШ! получается путем выпрямления и снижения при помощи конденсаторно-диодных делителей напряжения КДН. В системе

у \ /

ОПНі

ОПНп —

а)

-«.и

•Чт

-U„t

(3)

У

Еп OHHj

КДН„ ОПИ„

Рио.I

г)

Вход

РАСЧЕТ

(VWm,

РАСЧЕТ

РАСЧЕТ

Д

Л (инк)и

нт

Рио. 2

йых

Р::о. 3

электропитания рис. 1г снижение напряжения осуществляется последовательным конденсатором с последующей стабилизицией постоянного напряжения тиристором с фагоимпульсным управлением.

Объект исследования - многоканальный стабилизирующий ОШІ, приведен на схеме рис. 2. Управление импульсной работой силового транзистора преобразователя осуществляется схемой управления СУ, входным сигналом которой служит одно из выходных напряжений, обычно первое - и,(1 . Количество выходных каналов не ограничено, в практических разработках автора оно достигало 12. Напряжение первичного источника Еп лежит в пределах от единиц до сотен вольт, а диапазон выходных напряжений - от единиц до нескольких десятков вольт. Выходная мощность изменяется от долей до 100.. .. 200 Вт.

2. Исследование установившихся процессов ОГМ. '

Уравнение баланса мощюстей эквивалентной схема объекта исследования рис.2 к представление напряжений на обмотках силового трансформатора в виде импульсных функций дают следующую иеявновыраженнуп систему уравнений С 6], справедливую для режима непрерывных токов (ЯТ) индуктивности намагничивания силового трансформатора ^

где 'А - длительность

открытого и закрытого состояний силового транзистора соответственно. При задании const, что соответствует схеме

рис.2, система (1) статически определима и может быть решена итерационными методами, например, при помощи алгоритма, приведенного на рис. 3. Анализ результатов расчета показывет, что при Ц - const все выходные напряжения UHi не зависят от Еп •

Єі 2.llnjSjj'tg/tj) t (Cjj

(1)

Для уменьшения нестабильности напряжений UjVl при изменении тока нагрузки по всем выходам необходимо уменьшение величин и =* Cl + ( R^j ("^9,0*. . При неиз-

менных нагрузках всех каналов,'кроме первого, их напряжения зависят только от тока Гщ. > что Дэйт возможность при ХМ1 -.«■ const реализовать высокую стабильность всех напряжений.

Определено С 53, что параметры импульса тока коллектора ■и КПД преобразователя соответственно определяются

(2)

(3)

Vj - -----------------------------—------ (4)

2^€iStiSai .

а условие наличия в преобразователе редама ПТ имеет вид

‘ -ru-ii—s.siSA',

(5)

1 В многоканальных ОПП Гб] при наличии режима НТ всего .преобразователя, по отдельным вторичным обмоткам силового трансформатора могут иметь место и г>елимы прерцдистнх токов (ПТ). Условием наличия в с-ом канапе рекима ОТ служит неравенство

г2<2ит/гАМс, (го

где Ь Т гг

т _____________Ч и. п1________

*ЛИ'1 “ , д. , *

И1

Законы изменения токов чнреа диоды имеет вид двух кусочно-линейных функция с изменяющимися начальными условиями

1Л1

' - 12 -Анализ [6] показал, что мовдость, рассеиваемая силовым транзистором ОПН, находится

D т /-Хт ■ ^ w Rg . о у -^t^Go ,

т Ккм' Пт ’ (8)

где Ij_ - средний ток, потребляемый ОІШ от источника ,

А мосшость, рассеиваемая выпрямительным диодом при наличии в І-ом канале режима 1ГГ, определяется

— <V

" і..: Кліі. 1.+ -—

»Оді

Если в 1-ом канале имеет место рехим ПТ при нескольких шло-м'ах функций (?), то мощность в зависимости начальных и коночных условий вычисляется по двум выражениям

pAik .t!fci*!!fotRW)l Ш)

где (11) справедливо при ненулевом конечном значении тока Ідмиим) • а выражение (12) при нулевом значении тока через диод при t < І2.

3. Исследование характерних режимов работ ы ОМ.

В некоторых практических случаях первичное питание стабилизирующего ОПН существенно нестабильно и моиет изменяться в 2. ..30 раз, что имеет место при работе ИВЭП с солнечными батареями, термогенераторами мли ветроэнергетическим установками. Тогда ОПН при изменении Еп будет переходить из редима ЬТ в релии ПГ или наоборот.

Определено til), что амплитуда импульса коллекторного тока силового транзистора описывается следующей составной функцией 9

І^-Т„(П + к)[і+Є/(ГНиУЬ (13)

1„и-гт»Уё.

(14)

- і- - -

її • мл» / '•/, . U ■’ U,, - 'r

тгерлг■ ^jс-гм■;* ' : і > * >' >“ г:!:гоУ‘-:гЯ'',:~>

(33) ч ь ОІГН і,1--г'ч-ям К'. Я> н'ифл-

,;.еаид і!і;га[і'.‘;;0'"Е0 с^сі'і и с гіл .і иго* ”г;г; :Ь--Д.с;і::

ур:\ил;':К'->‘ '1-Я. іі'і Т'р'ї-;и.;• • ;..іе. ;т-нї.чі- ivm-c.' рсснога

'rauHt? v і 3;, С і a j 'їьі . ч-ю :.••*•'< і

'іг'Ь.чл^П’Г.? і;;:;; МиГ'-іЛч' с„ j ;;7,

ооо-г-в,-л;-ті,;ї;і і ■■ а nv»3'.:v ї>: ,v

от . \йрїп:'і:ит -:і• j;;v, .'У'1:., ом :kv’pvs-^тоя >м"нь

КУЛПі: Wi-rn fs,rv( , і'-г. ' C’/fV'''-' -'і - Г 1*1^ Г‘-ї ь^ст ь

Li іїє пі *;t г.(.нп тк;: і:її! чііс' vmm.-, .і рл *;і-ч ю г-СсМ ;;и

С'ИЧГ; iWs*ii Г£(1 ОІГУ’ГГТ^і/^'Г. ЧГ’ " ; ’07:.' !'■•:! fJ'V '■'-■■-ІіЧ 1 .'IPOU-

г )!•'f'Jt

! = ї и І.П ‘ И • І [!•)

і'М1;'л'И.і 2Є(.’г:;иЯГіГ оуіі-.1;.'Л, Ч'Ш мо--ЧООТЬ r:01Vf;b

K'iJi.i ! і'Тоііпо -."ми'Гііі'іК'Гс уодч сп:::'Yp'»;w «отара

Рг - !-< •• ‘ *»ІЛ* Т^ТГГІГ,--'.! • Ш

■ 'V ‘V і .“■) ;< О 7 ( !?)

где обпчч Т'.і'-’ка зтвх урзтаеииЯ сшр;*л?зя;'тея

К ^l^UuKXV( "fo •-..)• fie)

При Содютй величии» Lj. и отсутствии р^.шлч ІГГ, имеем

»V ч‘ ,<.1, і!, к 1 ?1 •*• *0 ■ . (19)

1т ю’яссти, р.’іссеипг^'юй доиямцтедшм лііодом, иисч'м

•\ -H.vil-j-fr-tS'/J- сі)

Ког/гі i-j_ п.»дика и •лоутетвует гожім і;т. то

с;:о)

>л • «дЧ (-2^ - SO

}>даор ^ч?с '?1\ ^гтк (Г::’.1 ?г> ларис^т о? гі ^ •

Гюгчгн-г' 1ум<:;ия лля г:;;ч‘Л’'л*-н>'л полн"»> мп^ип:::ти \г> ■;v мь !. '’лу: д*. ч":; ’^*л

Рис..і

?;;с. 5

ц

Li і

\

\

■ \

\

2.6

• рп »(гд1н {-^[1+- •3(П+и)<«Зх

• *и*пк-^Ч + &л}. <гз>

Рп^дХ^-^С^пк-^У^дЗ. (24)

пример расчета которой приведен на графике рис. 5. Наличие точек пересечения кривых определяет существование экстремумов функции (23) Л24) относительно переменной Г- . Анализ показывает, что, при прочих равных условиях, существует такое значение коэффициента трансформации П(МИН; , при котором потери мощности минимальны. Приближенно модно определить

П1мцй)-УКА/Гс*н- (£5)

При этом б режиме НТ потери моауюсти находятся

НгМйК “ + ^И;н/(?Д ! 'Юд./1 (£6)

Для современных, кремниешк диодов и транзисторов ^м>*иу “ О»?'-ДругоЛ характерней ре.адм работу стаОклиэ мрущего 01Н заключается в реализации нагрузочной характеристики вида рис. б. Она требуется для получения возможности работы преобразователя с пар аллельным наращадашем виходной ттости при непосредственном объединении выходов ИЮ!;. В [1?] Еыполнено исследование работ« ОПН, работ .лмце го по принципу ограничения амплитуды импульса коллекторного тока силового транзистора На основании полученных тоадеств

, 2ЦгчТ _ 1*и1-,0.-В)

(27)

V. 2 п1/иТ . П 1*М 1-1 (1-0

с а --------- — ------------—} С

г ^1км(г+&) Ун

найдено уравнение, опискв-щ!(е<» выходное налря.адние ОГШ в функции «И (тока нагрузки) и тока

и-4"Ет-1*

, где Р(Ч’) - соз (Ч'/З} . '■ '* •.''••• 4 1. и - сЬ(‘Р/3) ,

если со:: ;> 1 , пр1Ч>к:

Уравнение (2П; ьпраисдлине дня рем*/» КТ, Для граннчьего релина, когда Го “ О и •-Ч 1 “ Т* . рес^ние горечь (у.?1

и (£8) даст более простое д-пвкенш?

Для ре.'шмгг щ выходное напряйьнке определяется

0,( > Г*^!/К..*-} Л-. I • («••£)

УСЛОВИЯМИ Р0««« }ГГ МОГуГ слули?ь Г5леДУ»:!ЯИе коуки^четва

<гм й-------—--------------, (яз)

2. г. И, /п 2П]

, ^

их > —гг™ П • ( ^4)

Ь’,, I

Уравнения, связш/адЕде яелкчину амплитуды тока Х*,, с пз-1'<1)№Грами ОПН ДА! реккмоь НГ, гракич! го и ПТ имеют вид

-Ни. / о I '■-*ц > ,

п£п4'"" пс««! '* ап*!-! „„

1км’пь,1 £7сТТии’ {^1

Т л , 7 П' / и Ь П Г

1км - 2 П Ц| ——гг---------* (30)

К И

1км-ииУ^т7Ел7- (37)

Если нормированное значение тога коллектора, при гатором начинается процесс ограничения амплитуды, равно 1^р, , то длл тех те релимоп работы ОПН макксиалькуй ток нагрузки определяется тт 1Т —-

Т» /4 4—

^кми1 пЕп) 2г,Ь1

^НИАКС " ~ , ’ !о8^

т" " 17 "

Т «______ к'м________ • (за)

/м.млкс 2п(и1)м/пЕ„1

1ц.м«с -{1км5гЬ1/2и„Г. (40)

, Уравнения (29),(31) и (32) определяют обе области нагрузочной характеристики.

■ Для получения наибольшей стабильности точки перегиба характеристики при изменении напряжения Еп необходимо выполнение следующих функциональных соотнопений

мщ -[Л^нйц. ЕпТ (41,

П2 Ьп £і1км!-1 >

МІП . (42)

1 п*£п ]

относящихся к выражениям (29) и (31) соответственно.

4. Исследование процессов работы сглаживающие Фильтров. Установлено [5,6), что пульезцни напряжения на выходном конденсаторе С* фильтра одноканального ОПН определяются

лисіС'Ь) “ Л С(с1 ('О ■+ !?гт С-с» +• Йпі 4-і» ? ^ ^З)

где ьЦС1 (.-Ь) - падение напряжения на "идеальном" конденсато-

ре, у которого эквивалентное последовательное сопротивление потерь (ЭИС) Кгн ” О; *-с< - ток через конденсатор на интервале времени ■Ь -Го,...^7 .

*2 гг г

Подстановка в (43) значений слагаемых дает следуїсщій зикон изменения напряжения на

(44)

где д ^-1+^2 8=:і/2Тгіі)

'*2 * с2 с г іг

Ы +2^Т) г Тч “ йпі Сі *

Амплитупч пулммикй »>нч-.'г!(!/Го наирялония пдчокиш! но

ГО 01М определяется Г

ШС,М *Др + ^<(тс,+2Г,)]}. (45)

Исследование функции (44) на экстремум показывает, что пульсации напряжения не зависят от емкости С* при условии

<Т" ГГ" .4. ,

С| '‘•г-е! г ’

выполнение которого означает, что амплитуда пульсаций равна

лиС1М <46>

При введении дополнительного 1~4>С2 звена, пульсации на его выходе определяются

Л исг и) - -£• и^СОЗ » (47)

ГДе п . V «•«>•» ч~;/ Коа

'^,г -И/и^С?' *

Амплитуда пульсация ка выходе 1~ч Сг звена находится

^8)

где Лц - (с* соз271 п/ »(Ъ *от2П п/+■<;,'.),

5п- - (рсое2ТСп)'+аип2Ппу- р,), ос. - 0-1, - И1, <• + с!,

пса> '•Тг

Так как емкость конденсатора С» определяется динамикоП тока нагрузки, то величина индуктивности І-® невелика и при частотах преобразования свыше 10...20 кГц составляет 3...10 мкГн.

В С133 выполнен анализ и приведен комплекс уравнений для расчета параметров входного и выходных фильтров одноканального ОПН. Действующие значения переменных токов, протекающих через конденсаторы Сп , С* , Сг и определяющие степень их электрической нагрузки, определяются соответственно следующими выражениями ■

Icn ■

-b^f( i-aZt2fTcni), (49)

. *1 > '

' (50) lea’ Ьисг„/212(К?1г+1/со1с1)- (51)

Амплитуда пульсаций напряжения на входном конденсаторе

^^елм= kn^-lTCcnp / Cn’t< * (52)

Разогрев электролитических конденсаторов, обусловленный наличием ЭГО, определяется активной мощностью

*спс*" knXtRrm+42’Г^7Г^

- (L - e“2t*/T"cr,V), . (53)

см)

”&Uc2m^пг I8iйпг.^lAo*Cs)' . (55)

Если в фильтрах используются керамичрпкие конденсаторы, то для них действующее значение переменного напряжения равно

и=» -ig*i&b+<£ti-&?

4=.- liii'tSftj * гДтт) ’

UCI~ йИсгм• (53)

Реактивная мощность, прикладываемая к керамическим конденсаторам и определяющая степень их электрической нагрузки,

р , 2Ttlfr. -t$зт^пу>, ,[a)

С"Р ЗСп 40Т4Т* AT'Ci 2t,

®^С2Р ” ДТ?с2м /4Т* (5!)

Определено [1,5,6,13], что использование электролитических конденсаторов в сглализаюшях фильтрах имеет определенную специфику, поэтому предложен и обоснован следующий подхо: к рациональному проектированию сглаживающих фильтров ОШ, который в обцем виде может быть применен и для других классе ;■ преобразователей с целью минимизации массы и габаритов фильтров. Нерзмические конденсаторы, например , работают ь \:с-жиме увеличенных пульсаций напряжения, которые сугкогЕ^'ио превышают требуемые для нагрузки. При этом реактивная пгц-ность, определяющая степень их электрической нагрузіаі, находится из выражений (59) и (60). Снижение пульсаций напряхенет. до требуемых норм выполняется дополнительнш ЗВС1.Г.М

Емкость выходного конденсатора, например С я , определяется или из (48), или исходя из заданных норы динамики тога нагрузки.

На графиках рис. 8 и 9 приведены примеры расчета м;.сс,« конденсаторов і 0Сі) и С г, ( &сг) фильтров стабилизирующего ОШ, выполненного по приведенному подходу. Кривы? і И •: соответствуют различным заданным значениям действуввдгс тс;-» (для электролитических конденсаторов типа К52-16) у а: шли уди пульсаций напряжения (для керамических конденсаторов типа И0-47). Видно, что выигрыш в массе конденсаторов гс-дучзэтгя ухе при частотах преобразования Солее 10...20 кГц.

Исследование сглажгааювдх фильтров многокаїи^ьвгя ОШ выполнено 16) по двум направлениям:

- на основе анализа некоторых частных режимов раСої» конденсаторов и вывода достаточного для практики числа упр. -ценных аналитических виражений;

- на основе использования машины* методов

полного объема кусочно-линейных функций токов и лрозі-д. • операций численного интегрирования.

Для первого направления приняты две типовые формі ‘ ■ ’ ; через лпрямигельньв диоды. Одна из них характеризует НТ с начальным значением тока Ідм і и разницей в аппе1;,.:! значениях тока Діді. . Другая форма характеризует регсш Пі с начальнім значением тока Ідмі и спадом его за время

В режим* ЇІТ >«;<>> >и ;;■/ ...ЗМ'" Л

напряжкия ОПреДнЛЧКГСЯ пЫр.С-ЯпИем (44!.. ;,и :*Ло.плІ'7'--коэ'Й!И1Г".*н?ы -’аус;л 'о,

=~~ L,),

•-2

&' ~ ДЇАі/’Іці.к^2'

ГІ' Iі- j ^ !

= celt t -і-- -r <v X(?

t.J >i

'2 “ bn’t- ■> I’i Ы* '

А для >r.>>u<‘Ac‘ ГГГ пупем'ии н: - чя ;'г.'

Л U"iU/--------------і -1),

2 C*t. t" Cii,*

ГД* O-.-L -

?Г»

.w ‘■CvS*-*

,*9'» « 5 £«V*~ . s« ,

-f.. , ^ 5> •> .*• 4 S. '• **.*

L-‘ tA#f * ‘

Л'лЛ.'іитуда пул' счш;л «'-.я:я і;:>

0"і«мма< ;ГГ и ПТ ка>;і,‘,і7ЛС;. • •"с. : v;

A JV І.чі'ҐГ. , І ., 5 tel г, . -(

a L-V. 1ІЧ' Ъг' ~T~ !* —Гг”“Te^ + J

il'-'Jt -- C.J 1 k-3

Д

-CIS

Ъ. cr

МОНійК-.:ь."сра С ,і, r.V!.~

О

'-ЦЯ Л Н'..:

Л ■■ 1

1 ! .-к- ' ' • Л'”1*- * -' ? ^* "

" -.J г,'.:' -:v 1.’ зї.'-*;> !'•!■■ На г.ОНДР> ..4r’V.!".’

йи“‘" ■ ^сД2ГкиУ<а^г*(е'п)г- <*»

где составляющие членов тригонометрического ряда по аналогии с составляющими выражения (48) находятся Ы'-4'и-в'(Ь?-2/пги>1) 4-с(',

л” Л-./^Л

. V4 " ПОО^ “ Т

Второе направление исследования сглаживающих фильтров многоканального ОШ заключается в полном представлении токов через каждый из I конденсаторов С*1 в виде к уравнений

1снк(Н;) - СА1к(+)-Т„с * (71)

где 1д1|<Сб,) определяются выражениями (7). Последовательное интегрирование уравнений (71) позволяет найти зависимость мгно-венних значений напряжения на конденсаторах

Иык(*) +ис<1кС4)> №

п X

или в результате непрерывного расчета интервалов времени х •> “К^к)»*”^1-ОмОЗ иа эвм> и™ в дискретных точках для получения мгновенных значений функции, определяемой кусочно-линейным выражением (71). Умножение текущих или дискретных значений (•сну. на величину дает закон изменения ^апй- Графичес-

кое или аналитическое сложение функций Ц*1Ск и ^япп позволяет найти результирующую зависимость пульсаций напряжения.

Далее известными графоаналитическими методами определяется первая гармоника напряжения С4) и определяются

параметры дополнительного выходного фильтра.

Гх И«2Ледов_а_ние коммутационных процессов переключения.

Р ('ГСП можно выделить три основных этапа коммутационных м; пер-кли'Ч-лши полупроводниковых приборов, изображен-

а") •

них на рис.10. Показывается С 4.6], что первый этап длительностью , определяется инерционностью выпрямительного диода и нахождение его возможно из трансцендентного уравнения

ie" Wl*/Vuta/T/;) +ezfV-u/тл

Ль------------------------------------------ (7t)

Предложен численный градиентный метод его решения на ЭВМ.

Второй этап - рассасывание избыточных зарядов из базы насыщенного силового транзистора равен -tp , определяемый из трансцендентного уравнения

Третий этап - формирование спада тока коллектора, длительность которого

‘^сп "^h ^ Ci ~1кл</VlaipTiisp)*

Получено [б] уравнение для определения средней мощности, рассеиваемой силовым транзистором ггл этапе времени , показанном на рис. 10 "ступенькой” напряжения . '

(76)

Графическое решение его совместно с (73) приведено на рис. 11. Минимальная величина индуктивности рассеяния определяется условиями ограничения амплитуды коммутационного импульса тока коллектора и находится

1-8.мин -'t&Wt+ Й21П») /1П 1о а^д ^ _ т1- (77)

Вместе с этим, любое ограничение тока коллектора на этапе времени 't*. приводит К увеличению МОЩНОСТИ Р*л .

Установлено [6], что этап времени -Ьр характеризуется, в отличие от двухтактных преобразователей, отсутствием коммутационных потерь мощности. .

Проанализировано [21] включение двух демпфирующих цепей, первая из которых предназначена для формирования об-

*fc«

f * s-*"t /"Г

,ЇЬ2Р

Рис.ІГ

f.'jvni юпаз'юй оп'зоти (Cf P) 7ра!';шото:''< и опи»?ч!Ы <gm>«.v-таїщояянх г.огорь гоиюсти, втора:! (^1)гСг! - для ограничения амплітуди ко)»!утаііиошюго иіліульса коллекторного напрл»>-ния до уровтг . Показано, что средняя (.явдость, рассек*

нестя счхопич транзистором. находится

P,„ - Tk‘.v,Th /2/<T ci w2,31'ь-гг (73)

Пример регккря (?8) приведен на графике рис. 12. Он показывает СНІМЄИИЄ ЬГОЗДОСТИ Рсп ПРИ уВеЛИЧаНИИ Х(32Р .м емкости Cj Ачятфяругтй цопочки. При вропорционачьиои еоотлпешт м-хду ?мгаш< Тчтд и Inat* Галичина моачссти рс„ иопорие.о-иапьяя кіздрату тока tKM , а яри постоянном знамении токп ■•лгр «злость Рсп пролорци- ‘"ш-на четвертої степени яяличи-j;!J 7-: ка !. ,ьМ.

Риотлн.он аналіз СО,213 процессов июрмированиа тра'четог.'/и двкжшля рабочей точки силового транзистора на этап* зренені* tC!,. В результате получено уравнение для определения тр,-«ктории, и»#;* »;0 ВИЛ ■

•Л.-ТьСХкм-Хк)2/^ | ,2,9 16гг , ....

где UK и 1Ч - координаты принятых аормвровлньих ОЬР. задаваемых обычно в ТУ на транзистора Приведение (79) к относительному виду _ ’

с* > / .

дает позмодность достаточно бметро и точно графоаналитическим метолом произвести сравнение расчетной траектории дрикєния с нормированной. Емкость демпфирующего конденсатор--1 равна

Cl. “ 'l / <i 1-і 21Э ' Vp IsІР ^*>1 f (}i0)

где - безразмерный коэффициент, соответствующий нормированной ОВР транзистора. •

Оп|»едел?ны Г "И основные закономерности формирования KovvyT<iiiMO!iHoro импульса коллекторного налрядания при запирании силового транзистора и энергетические характеристики разряда A»'Mii4v/pynrj5x конденсаторов CL и Сг. У;шшение длл сиг Р^де^-чил амплитуды импульса имеет пил

(rn+[.ОД L^/(Li-* L's?]] »І«гл/‘-ОССі + Сг) » : f\1 )

Г Ли V. _________________________

+1-11-иг + LsitIg.^U + C2)

Если (81) уместить к принести к относительному виду, то

u»„tl-и«„ (8=1

Графическое решение его показано на рис. 13. Наиболее существенной ьлидни^ на анач^ние йцм окапывает величина ток&1*м. накопленного и индуктивности рассеянии ( I- 81 + 1-52 ) силового трансформатора

Гюлученн таю*е ^ыраАекия, определяющие условный КПД1^ = “ Рс ключа дм релимов НТ и ПТ

Ь . 1 г ^ /, , ^5ими*,м

. ^ 1 ^гй;0д-г71«р

+ 2(%^)(Ц,, + ад» (83)

U i т r'c^uiM'UnM . „/©имМ,/. \

lnT l’ivt;[W481 u,)'

(84)

Пример рии^нин (03) приведен на графике рис. 14, где кр -” { ^81 4 '-ЭЕ

ь-и*. - КОНСТРУКТИВНЫЙ КОГ-чЭДиЦИеНТ силового г[: 141 -мч ЛТШ. Наблюдается увеличение ^нт Г,!-1И возрас-

тании. 5Ум нл начальном участке, так как анергия, накопленная и конденсаторах ( С<+ Сг ) при этом увеличивается. Последующее снил-ние 1\ит при увеличении Бим обусловлено влиянием энергии. након.члтюй н конденсаторе . Во?мо*шй максимум Функции ( Р-'Л) Определится соотношением мощностей рсиряда кон-оаГ<Н,о«, у*..ньшение к. р . или, что равносильно, величины и'зг'). прииодит к уи^лич-ни»1 • На графике ри \ 1Г* !НП1!-.-Д“!' ПруI ОЙ 11рИМеР ре[11.-'НИЯ (вЗ) - Ь ФУНКЦИИ М'ЛДНОСТИ Р| , г. ч,р>,'\'1ч"».'й ирсиЛрач'ч-^телем. ОЛЧ, рассчитанный на работу ь Р> *.им" !й И'.' не-м дианаоне изменениР Рц , лагт меньшие анчч*»-ЧКИ у<‘Л"("-о! о КПД

• >!>;»-д“.»-ч : 0! подход к ир нп'Иу'-х'кому анализу коммутаци-

...... < пг : 'О! г многоканальны.4: о!::4’. Найдено, что м"гут

'■V*. ; | '»,)>• С.ПУ'ИН, оХ;,аГЫ‘'а1И!ШХ Г:раК1Ч'!:< '’КИ №•>

... .. . ■ I И |Ыч<;-1 -I. цн- |С ’ ГГУ1!("'Н1 >ДмИл. при'--»!. !>

Я;

ft-sc

' ------ VTr

1

a)

TV'c, |tK

TVg , '

CL>tVTc

П Jl's ^

l-Fi IV ■

I

6)

Prvr I L<vt

n)

РлО.16

"V V

!

І-. -

tbo і i\\\ &ь,<лГц

ion !

0,2 о,ч a*' o,o

?ис.16

r;:c..

одном, наиболее ШЦИОМ какие НО МНОГО рНУ больше, чем в остальных. Этот случай на;Лолуа типичен дли ОЛИ', где осшшш доли мощности преобразуется по одному, обычно, тарному каналу. и тон случае ы>ем,) диада оліл'^елнеї ен и_< {У л,, а ь

177) вм'.’Сїо значьчшя тока коллокгэра I. л и, ШАетайли&тс».'

£<П - ІДОІ І I I 1 •

Если вое шіХиди многоканального ОІІІІ раоогапт в і.«лі»; ІГГ, ю имоетея отнесит«гЛі.иое укеньионпе тока Г^й . Коли ло «а-ломоаш#.* виходи раСотамі в режиме [ГГ, то процосс заі.иран^л диод і по їіиЗ!у‘іО(,<7 ниходу не отличаугсл от одкокана.пі,ноги 011}і ІЬсммішн ирямор іи;іоолїе гилиион для ярактичееких Кії»11

Вгоіюй случаи - все диоди запирается едноврошыю. Это р«;;ко ііпти<чиетсл на .практике, однако, его рассмотрен;!.:: необходимо как предельный р&лим многоканального ОГШ, хараглеризу к:цииоя максимальной токовоЛ нагрузкой силового транзистора. Максимальная амплитуда импульса коммутапииного тока коллектора е ;.'Том случае определяется

Г'1_

•^*.ц Хс ч’\ .1 до) / г '.О • (86)

где отдельные составляю!;»!*.; лд/л. находятся ка еоответетвую-адх уравнений эквивалентны::; схем при X - .

Третий случай - наиболее общий, описывамви! все состояния параметров схемы и диодов. Веледстиии неравенства времен 1^,1 этан ыч>мм.чи !.{•, разбивается на ряд подэтапов, характе-рт-укжх поочередно1"- запирание диодов.

Система из (м1+ I) уравнений, описьтактая выбранное пол.-т ап а, им^ет ел*'» дуитий вял

Р-п + « - Мм О) ^1(2ї С±.) •

Еп * і.V3,■*ипг,.п^ = ли4 (Л) •*- бЦг'г (і) <

ГГ!

ис*с) и ',-л<:о)/яЛ-їо >

1-і

л 1,гс(-' ' г' Ч- ■.1

Для определения наименьшего временя затиранил какого-либо диода необходим расчет m уравнений диффузии. Дня анализа следующих подэтапов требуется новое решение системы (07) у исключением из нее уравнения запертого диода. Ресэнип уравнений дшМузаи на этом и посте дуяггуа подэтапах основивзигея їіа нестационарной распределении зарядов с базе диода. Часть диодов штет оказаться eqe под прямім, но уменьшавши tm.'jh, а по другой части уж протеклет обратный ток. Для перпой г; уппп ДИОДОВ необходимы дополнительнее решения ураСНеНИ'Л Д^»* соответствующие релиму "КОРОТКОГО" Импульса. Для 3T0J*’A r?yt.* пы диодов необходимо аналитическое предстаплеже кусали?? функций рассасывамцно тока Ідгї , коті-род пспо^-п^лсл в граничном условии

bPUo,±) ^ 1 №'

“Qjr—«Тлг.СР.^г^г.

при решения урамісішЯ диффузии на всех поеледугких п.ч нэр>лы подэтапах коммутации. .

С. Исследование работы силових купчей.,

Рассмотрен» CU три наиболее дарско npawa'-iocww r.ti.Vs управлення силовими биполярными транзисторами. Схему, ссот-ветствуюше ш еривегеиы на рис. 10, где сха-л 10а - г<с-тонциальимм улраплеішен, рис. 1С6 - с управлением от трансформатора напряжения, рис. Ібв - с иропоршгонаяыга-токовим управлением от трансформатора тока. Введено понятие КПД ключа г,о управляются цепи «>°кл /( РКА * РБ ), где *1 Ч|

р»л - Ji UC 03ct-t. Pi;*4- d-t •

Уравнения для определения КПД схем кляче Я. d рынках Ш и ІГТ соответственно для схем рис. 1Са,б имеют вид

. і/г. 2аЁвКмдс/, . \ч ,лт

■Ы-Г1/ІМ

Что-1/(4-г°Е,|К|'-‘)- <Ю)

ЕпНгп

Л для схемы рис. 16в для обоих релимов работы

^Хчл.у” 1/(1 +иьэКнАс / Иг^э) •

(91)

1!а графиках рис. 17 приведены примеры расчета КГЩ. Кривее 1 и

2 соответствует.' схеме клыча ркс.1бв, а 3,4 и 5 - ключам по схеме рис. 1а,б (при оптимально выбранном напряжении -

3 и&э). Энергетическое превосходство ключей с пропорциоиалыю-токовым управлением неоспоримо в достаточно широком диапазоне изменения напряжения Е„ и коэф^щиента Н21э. В наиболее значительной степени выигрыш ощущагтся при малых величинах И2(э

и Еп. При использовании составных транзисторов, у которых Н21Э “ 50. ..100, и высоких напряжениях Ер имеется возможность без заметкого ухудкения энергетических характеристик отказаться от применений трансформатора тога.

Выполнен анализ шунтирующего влияния трансформатора тока на базовую цепь силового транзистора С2Э. Определено, что при определенных условиях нарушается пропорциональность передачи коллекторного тока. Существует граничная индуктивность намагничивания трансформатора тока

1_т= и,/Е.п(.пибо+ТоР-е)? (92)

при которой, несмотря на увеличение на протяжении импульса тока коллектора, ток базы транзистора остается неизменным. Величина индуктивности намагничивания трансформатора тока, при которой обеспечивается заданный относительно коллекторного тока спад тока базы Д - й.Гь/1»з« можт быть найдена из трансцендентного уравнения ■

А - С93)

а, и Цт»

Численное решение его приведено на графике рис. 18.

Ги основе анализа коммутационных процессов переключения ПОЛУПРОЕОДНИКОЬ'ЫХ приборов определено [1,19,34,38,47,61], что существенного увеличения КЦД силового ключа МОЖНО достичь, если длительности управляющих импульсов будут равны

■Ь*- ’^Ц.вЧ,Ч > 'Ьр’1 1и.й1»!лл.‘ (94)

При мгом минимизируется энергетическая избыточность схемы управления за сч^т исключения влияния временных и частотных характеристик силовых транзисторов на параметрическое формирований длительности импулъсо*?.

Определено С 1,45,бвЗ, что минимумом потерь мощности об-Лл,’д ШГ црилгриион 4ЛЬНО-Т(ЖОЕЫе схеми, у которых исключен источник :»!К'р1'ии для запирания силового транзистора» а ток

і-егрСі) обеспечивается "реверсированием" тэта коллектора, существующего на этапе времени -!с р , причем пропорциональность токов обеспечивается как на этале временя -іц . так іі к р.

Показано, что пропорциональность коллекторного и багот вого токов молно обеспечить беа трансформатора тока [41,443.

Из применяювдхся в Сестранс.іорматоріш ИГЯИ нанбольсей простотой обладает ключи с управлением от базовой обмотки силового трансформатора [13. Определено [24,29,40,81,383. ЧТО достижение наибольшего быстродействия силовых транзисторов возмолзю при использовании базовой обмотки в качестве запира-юерго источника энергии.

Анализ [403 показал, что уменьшения амплитуд» и длительности тшульса тока мотаю достичь введением форси-

рованного запирания выпрямительного ~нпла экврггой демпфирующей цепи. Эту ;пе энергию мояга испо.’ъэог’йть [ССЗ для создания дополнительного прямого базового тока силового транзистора или для других целей [50.53,653.

Выполнен анализ помехоустойчивости силові;* ключей и разработаны практические рекомендации по ее поьжению 11,03,35, 35,38,513.

. Исследование работы МдП транзисторов выполнено в- направлении повьлзения быстродействия за счет уменьшения негативного влияния эффекта йшлс-рз [203. Определено 180.84,871, что да требующегося форсирования управляюггго сигнала з.атгора ю«ю использовать продифференцированный сигнал тока стока или напряжения отої?-исток МДП транзистора.

Влтолнен анализ работы СИТ транзистора И ГЛ, в результате которого сформулированы трзбовзіїия к гипотетическому ’’идеальному" транзистору, которые дают возможность, с одной сторони, определить технологические направления улучшения па-рахетров СИГ транзистора, с другой - определяют перспективные возможности применения его в современных ИВЭП.

7, Анализ и синтез систем электропитания..

Адаптация ИВЭП к существующим системам первичного электропитания вынуждает применять специальные структурные и схемотехнические приемы.

Проанализированы [13 различные способы и системы защиты преобразователей от импульсных напряжений, на основании чего созданы эффективные устройства 160,63,67 , 733, дающие возмож-

- &: -

ность обеспечивать надел.':;'*) работу ИВЭП в широком диапазона импульсних ВОЗДЕЙСТВИЙ. Оячоьременно с эти,», учатьшая критичность Сестрана&орматоркик ИВЭП к процессу заряда конденсаторов высоковольтного Фильтра и первоначальному пуску преобразователя, определены схемотехнические решения, обеспечивающие оптимальные компромиссы при противоречит!* эксплуатационных требованиях I48,55,85,99].

Одной на основных трудностей реализации бестрансформа-торных ИВЭП является С13 выполнение преобразователя на высокие напряжения питания. Созданы конденсаторно-диодные делители напряжения (КДН схемы рис.1в), осуществляющие выпрямление и одновременно с этим снижение постоянного напряжения до требуемого уровня, работа которых основана на заряде последовательно включенных конденсаторов и последующем их параллельном включении при разряде с синхронизацией переключения от промышленной первичной сети. Другой способ получения низкого постоянного напряжения питания, который можно применять . в маломощных ИВЭП, заключается в известном использовании последовательного конденсатора переменного напряжения (схема рис. 1гЭ, и/о со стабилизацией постоянного напряжения тиристором с фазим;:ульсным управлением.

8. Создание оригинальных технических решений..

Созданы следующие технические решения, которые можно функционально распределить следушлм образом.

1. Силовые ключи: '

- с пропорционально токовым управлением: 134,38,41,44,

45,47,52,61,62,68,72,73.75,76,78 И др.3; ■

- с управлением от базовой обмотки силового трансформатора: [24,29,40,56,81,83,88,90 и Др. 3;

- на МДЛ и СОТ транзисторах: [79,80,84,87 и др.];

- с Формированием траектории движения рабочей точки силового транзистора: [42,46,49,50,53,05,66,71,89 И Др.];

- с повышенной помехоустойчивостью: [33,35,36,38,42,51, 58,70 и др. 1;

2. Модуляторы, схемы регулирования напряжения стаОили-

?ируметх СИМ Г Г", 23,25.27,30,31,39, 48,54,55,57,58,59,64,69. 70,74.70,73,8?, Р1' и Др.]; .

3. Алчпт'Г.ич ИГОП и системах электропитания: [20,28,32,

и №. ) ;

-у- т. л-. ряд заявок по принципам црсобразо-

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Выполненная работа представляет из себя научно-техническое обобщение и решение комплекса задач повышения эффективности современных ИВЭП на основе стабилизирующих ОПН.

1. Теоретически и экспериментально исследованы электромагнитные и электрические процессы одноканальных и многока-нальннх ОПН, в результате чего выполнен законченны!} никл работ, позволяющий выполнить разработку практически любого стабилизирующего ОПН по заданным техническим требованиям.

2. Выполнены исследования процессов коммутации полупроводниковых приборов в ОПН, в том числе и многоканальных, которые послужили основой для развития вопросов теории коммутационных процессов ИВЭП.

3. Проведено исследование работы силовых ключей на различных типах транзисторов, определены основные законы оптимального управления для получения высокой надежности работы, повышения энергетической э№экти1шости и быстродействия.

4. Определены основные направления разработки различных

Функциональных устройств ИВЗП - защиты, схем модуляции, • формирования импульсов, управления транзисторами, повышения помехоустойчивости и др. '

5. Перспективность, известность и распространенность созданных технических решений подтверждается тем, что многие из них являются прототипами изобретений других авторов.

7. Создан большой ряд ЖЭП, находящихся в стадии серийного производства и эксплуатации. *

ОСНОВНЫЕ ПУБЛКАШИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сергеев Б. С. Схемотехника Функциональных узлов источников вторичного электропитания, - М.: Радио и связь, 1992. -224с.

2. Сергеев Б. С. Анализ влияния индуктивности трансфор-

матора тока на базовую цепь однотактного преобразователя// Электронная техника в автоматике/ Под ред. К1 И. Конева. - М. : Сов. Радио,1976, вып. 8. - С. 100-106. .

3. Сергеев Б. С. Генератор прямоугольных импульсов// Электронная техника в автоматике/ Под ред. П. И. Конева. - М. :

. - 34 -

Сов. Радио, 1976,вып. 8. - С.216-222. '

4. Сергеев Б. С. Анализ коммутационных процессов в од-

нотактном преобразователе// Полупроводниковая электроника в технике связи/ Под ред. И. Ф. Николаевского. - М.: Связь ,1978,

вып. 19,- С. 169-176.

5. Сергеев Б. С. Расчет фильтра однотактного преобразователя// Полупроводниковая электроника в технике связи/ Под ред. И. ф. Николаевского.- М.: Связь, 1978,вып. 19. - С. 209-216.

6. Сергеев Б. С. Исследование многоканальных источников

вторичного электропитания на основе транзисторных однотактных преобразователей постоянного напряжения: Дисе... канд. техн.

наук. - Л: ЛИТШ, 1983.- 247с. ' . -

7. Дюрягин В. Р. .Сергеев Б. С. .Трошкина Е Я. Влияние не-

симметрии на спектральные составляющие выходного напряжения и рехымы работы ' 5>аз в многофазных импульсных стабилизаторах напряжения// Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА: Материалы семинара МДНГЕ - М. , 1S83. -

С. 152-155. '

8. Сергеев Б. С. Схемы пропорционально-токового управления силовым транзистором// Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА: Материалы семинара МДНТЕ

- М. ,1986.- С. 113-118.

9. Сергеев Б. С. Формирование ОБР силовых транзисторов//

У Межотраслевая ОТК по средствам вторичного электропитания РЭА: Тез. ДОКЛ. - Л: ЦНГО Ленинец, 1987. - С. 172-173. .

Ю. Орехов R И., Сергеев В. С. , Павлов Е. П. Исследование многоканальных источников вторичного электропитания на основе транзисторных однотактных преобразовтелей постояного напряжения// У Межотраслевая НТК по средствам вторичного электропитания F3A: Тез. докл. - Л.: ЦНГО Ленинец, 1987. - С. 287-288.

11. Сергеев Б. С. Анализ однотактных преобразователей при значительных изменениях напряжения первичной сети// Элек-тросинзь. - 1987,- N8,- С. 55-57.

12. Сергеев Б. С. .Талипов В. Г. Однотактный преобразователь напряжения с обратным включением диода// Полупроводниковая электроника в технике связи/ Под ред. И. Ф. Николаевского. -М.: Радио И связь, 1988, выи. 27. - С. 196-202.

13. Сергеев F. С. Сглаживающие фильтры однотактного пре-«''рапователи// Радиотехника. - 1989.- N3.- С. 86-89.

14. Сергеев К. г. .Колосов В. А. Оптимизация пуска трал-

, ' - 35 -

зисторных преобразователей// Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭЛ: Материалы семинара

ШШТП. - М. ,1989. - С. 142-145. •

15. Колосов КА. .Сергеев Б. С. Применение СИТ транзистог ров в источниках вторичного электропитания// Устройства энергетической электроники с применением мощных полевых транзисторов: Тез. докл. Респ. семинара. - Киев: РДНШ,1989. - С. 75-77.

16. Сергеев Б. С. Резонансные преобразователи// УІ Межотраслевая НТК по средствам вторичного электропитания РЭА:

Л.: ЦНГО Ленинец. 1990. - С. 24-25.

17. Сергеев Б. С. , Локтюхов С. С. Однотактные преобразователи с ограничением коллекторного тока// Электросвязь. -

1990. - N4. - С. 39-40.

18. Сергеев Б. С. Трансформаторы тока в однотактных преобразователях// Полупроводниковая электроника в технике связи/ Под ред. И. Ф. Николаевского. - М.: Радио и связь,1990, вып.

28. - С. 178-183.

19. Сергеев Б. С. Схемотехнические способы повышения на-

дежности ИВЭП// Силовые электронные системы и устройства маломощной преобразовательной техники: Материалы I Всесоюзной НТК..- М. .Алма-Ата, 1990. 4.2. - С. 118-129. . '

20. Сергеев Б. С. Поло дательная . обратная связь в МДП транзисторах// У Всесоюзная НТК "Проблемы преобразовательной техники": Тез. докл. - Киев: ИЭД АН Украины.- 1991, Ч. ІУ. -

С. 185-187.

21. Сергеев Б. С. Анализ работы демпфирующих цепей сило- . вого транзисторного ключа// Техническая электродинамика. -

1991. - N6. - С. 36-42. *

Изобретения.

22. А. с. 473283 СССР. МКИ НОЗК 3/281. Мультивибратор/

Б. С. Сергеев. - 2с.

23. А. с. 481122 СССР, МКИ ЮЗК 3/281. Управляемый муль-

тивибратор/ Б. С. Сергеев. -2с.

24. А. с. 492981 СССР, МКИ Ю2М 3/32. Одногактный тран-

зисторный инвертор/ Б. С. Сергеев. - 2с.

25. А. с. 496661 СССР, МКИ НОЗК 3/281. Управляемый мультивибратор/ Б. С. Сергеев. - 2с.

26. А. с. 506012 СССР, МКИ (305Р 1/56. Ключевой стабилиза-

- 36 - ■

тор постоянного напряжении/ В. С. Сергеев, Г. к Хохлачев. - 2с. '

27. А. с. 515263 СССР, МКИ НОЗК 5/01. їормирователь четырехфазной последовтельностн импулісов/ Б. С. Сергеев,!!. С. Фридман.- Зс.

28. А. с. 532.944 СССР, МКИ Н02М 3/335. Стабилизированный конвертор напряжения/ С. С. Локтюхов. Б. С. Сергеев. - Зс.

29. А. с. 555522 СССР, МКИ Н02М 3/335. Однотактный транзисторный инвертор/ Б. С. Сергеев. - 2с.

30. А. с. 558379 СССР, МКИ НОЗК 3/02. Генератор прямоугольных импульсов/ К С. Сергеев,С. С. Локтюхов. - 2с.

31. А. с. 568125 СССР, МКИ Н02М 3/335. Стабилизированный транзисторный конвертор/ С. С. Локтюхов,Б. С. Сергеев. - 2с.

32. А. с. 582507 СССР, МКИ (305Р 1/56. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения с двухпоэидаонным регулированием/ Б. С. Сергеев, С. С. Локтюхов,Н. А. Печеркина. - 2с.

33. А. с. 658678 СССР, МКИ Н02Ы 3/335. Однотактный транзисторний конвертор/ Б. С. Сергеев. - Зс.

34. А. с. 708475 СССР, ’МКИ Н02М 3/335. Конвертор/ Б. С. Сер-ееъ.О. С. Локтюхов,В. Т. Усов. - Зс.

85. А. с. 731525 СССР, МКИ Н02М 3/335. Однотактный транзисторный конвертор/ Б. С. Сергеев. - Зс.

30. А. с. 782080 СССР, МКИ Ю2М 3/335. Однотактный транзисторний конвертор/ Б. С. Сергеев. - Зс. ■

37. А. с. 883883 СССР, МКИ (305Г 1/56. Стабилизированный источник питания/ Б. С. Сергеев. - Зс.

38. А. с. 911670 СССР, МКИ Ю2М 3/335. Однотактный транзисторний конвертор/ Б. С. Сергеев. - 5с. .

?9. А. с. 979686 СССР, МКИ ГО2РЗ/04. Способ формирования импульсов системы зажигания и устройство для его осуществления/ Б. С..Сергеев, В. А. Поль,Е. С. Кузнецов. - 5с.

40. А. с. 1003277 СССР, МИ! Н02М 7/537. Однотактный тран-

зисторний преобразователь постоянного напряжения/ Ю. М. Карда-полчь, Ь. і.’. Сергеев. - Зс. .

41. А. с. 1023585 СССР, МКИ Н02М 3/335. Одноїактнный тра-и:»иоторт»Д преобразователь постоянного напряжения/ Б. С. Серге-г!<. ‘ 3

42. д. г. 102С’.'>№ есер, МКИ но:;м 3/335. Однотактннй ир*-

і. '![•. /ь ч.чгрлъ'ния/ Г>. С. • Зо.

і.' А. і I СС’іЛ , МЧ;; і?ссм я/00. Стм5или.<іиі-'ч>анньг£1

- 37 -

44. А. с. 1106238 СССР. МК11ГО2М 3/335. Однотактный транзисторный преобразователь/ Б. С. Сергеев. - Зс.

45. А. с. 1181080 СССР, ЫКИ ГО2М 3/335. Преобразователь

напряжения/ Б. С. Сергеев. - 5с. .

46. А. с. 1192067 СССР, МКИ ГО2М 3/335. Однотактный пре-

образователь постояного напрядания/ Б. С. Сергеев,Л. А. Бережная. - Зс.

47. А. с. 1197022 СССР, МКИ Ю2М 3/335. Преобразователь напряжения/ ЕС. Сергеев, Л. А. Бережная. - Зс.

48. А. с. 1198690 СССР, МКИ Н02М 3/335. Преобразователь

постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев. - Зс.

49. А. с. 218763 СССР, МКИ Н02М 3/335. Преобразователь

напряжения/ Б. С. Сергеев.

50. А. с. 1198693 СССР. МКИ 1Ю2Ы З/ЗЗП. Однотактный пре-

образователь постоянного напряженно/ В. С, Сергеем. - Зс.

51. А. с. 1201982 СССР. МКИ 1ГО2М 3/335. Одпотактний пг>г> -

образователь постоянного напряжения/ В. С. л»ргет>н. - Зс.

52. А. с. 1229915 СССР.. МКИ И02М 3/335. Преобразователь

напряжения/ Б. С. Сергеев. - 4с.

53. А. с. 1252875 СССР. МКИ ГО2М 3/335. Преобразователь

постоянного напряжения/ Б. С, Сергеев. - Зс. , ’

54. А. с. 1252932 СССР. МКИ ГОЗК 7/03. Трансформаторный

широтно-импульсный модулятор/ Б. С. Сергеев,$. И. Головин. - 5с.

55. Л. с. 1257788 СССР, МКИ Ю2М 7/538. Преобразователь

постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев, В. И. Головин, С. Л. Максимов. - Зс.

56. Л. с. 1267509 СССР. МКИ 1Ю2М 7/538. Преобразователь напряжения/ Б. С. Сергеев, Е И. Головин, А. Й. Солалеев. - Зс.

57. А. с. 1277316 СССР, МКИ 1Ю2М 3/335. Однотактный пре-

образователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев, В. И. Головин, В. А. Гасилов. - 4с. ■

58. А. с. 1282282 СССР, МКИ 1Ю2М 3/335. Стабилизированный

однотактный преобразователь/ Б. С. Сергеев,В. И. Головин, А. И. Гале ев. - 5с.

59. А. с. 1283905 СССР, МКИ Н02М 3/335. Устройство для

регулирования выходного напряжения однотактнсго транзисторного преобразователя/ Б. С. Сергеев, Е И. Головин. - 4с.

. 60. А. с. 1288808 СССР, МКИ ГО2Н 3/20. Способ зашиты пот-

ребителя от импульсных перенапряжений/ Б. С. Сергеев,В. И. Головин, И Г. Кутыев. - 5с.

61. А.с. 1290508 СССР, МКИ ЮЗК 17/60. Транзисторный' ключ/ Б. С. Сергеев. - 5с.

62. А. с. 1292134 СССР, МКИ Ю2М 3/335. Преобразователь напряжения/ Б. С. Сергеев,Е И. Головин. - Зс.

63. А. с. 1295476 СССР, МКИ ГО2Н 7/12. Способ эавдти преобразователя, снабженного демпфирующим конденсатором, от импульсных переренапряжений/ Б. С. Сергеев,В. И. Головин. Ю. Г. Куты-мь. - 4с.

Г>4. А. с. 1304145 СССР, МКИ Н02М 3/335. Однотактный пре-

обра^ончтель постоянного напряжения в постоянное/ Б. С. Сергеев, В. И. Головин, В. Г. Талипов. - Зс. .

05. А. с. 1316080 СССР, МКИ ГОЗК 17/60. Транзисторный

ключ/ Б. С. Сергеев, Б. И. Головин. - Зс.

60. А. с. 1325037 СССР, МКИ Н02М 3/335. Однотактный пре-

образователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев, Е И. Головин. - Зс.

67. А. с. 1330690 СССР, МКИ Н02Н 3/20. Устройство для защиты потребителя от перенапряжений/ Б. С. Сергеев, В. И. Головин, а Г. Кутиев. - 6с.

68. Л. с. 1336172 СССР, МКИ Ю2М 3/335. Однотактный пре-

образователь напряжения/ Б. С. Сергеев, В. И. Головин. - Зс.

69. А. с. 1337976 СССР, МКИ Н02М 3/335. Устройство управ-

ления стабилизированным однотактный преобразователем постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев,Е И. Головин. - 4с. '

70. А. с. 1383475 СССР, МКИ ЮЗК 7/08. Трансформаторный

широтно-импульсный модулятор/ Б. С. Сергеев, В. И. Головин. - Зс.

71. А. с. 1396204 СССР, МКИ Ш2Н 7/10. Устройство для защиты силового транзистора/ Б. С. Сергеев,R А.Солдатов. - 4с.

72. д. с. 1413693 СССР. МКИ ГО2М 3/335. Однотактный пре-

обрагователь напряжения/ Б. С. Сергеев. - Зс.

73. А. с. 1444934 СССР. МКИ ЩЗК 17/60. Магнитно-тран-

зисторный ключ/ Б. С. Сергеев,В. И. Головин. - Зс.

74. л. с. 1473039 СССР, МКИ Н02М 3/337. Однотактный пре-

образователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев,В. Я. Головин. - Зс.

7Г>. А. с. 1430112 СССР, МКИ ЮЗК 17/60. Транзисторный

tin.:1!/ Б. (\ Гергиев, Б. А. Солдатов. - 4с.

76. А. с. ика94? СССР, МКИ Ш2М 3/337. Однотактный прес »:ч'М ut-ль цоскаднного напряжения/ Б. С. Сергеев, В. И. ГОЛОВИН. 4.'.

- 39 -

77. Л. с. 1527665 СССР, МКИ Н02М 7/537. Преобразователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев,В. И. Головин. - 4с.

78. А. С. 1536490 СССР. МКИ ГО2М 3/335. Однотактный пре-

образователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев, Е Я Головин.

- 8с.

79. Л. с. 1557645 СССР, МКИ Ч02М 3/335. Однотактный пре-

образователь постоянного напряжения/ Е Л. Колосов, В. С. Сергеев, - Зс.

80. Л. С. 1633480 СССР, МКИ НОЗК 17/04. Полено»] тран-

зисторный ключ/ Е С. Сергеев. - Зс.

81. А. с. 1653093 СССР, МКИ П02М 3/а35. Однотактный тран-

зисторный преобразователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев. - 4с. .

82. А. с. 1658326 СССР, МКИ Н02М 3/335. ОлнотактныЯ пре-

образователь постоянного иапрялзмия/ Б. 0. Ооргееп. - ?.п.

83. А. с. 1661030 СССР, МКИ И02М 3/335. Олнотактннй пре-

образователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев, В.!!. Головин. - 5с. .

84. А. с. 1734205 СССР, МКИ НОЗК 17/687. Полевой тран-

зисторный ключ/ В. С. Сергеев, К Я Головин. - 5е.

. 85. А. с. 1739451 СССР, МКИ Н02М 3/335. Источник, вторич-

ного электропитания/ 3. С. Сергеев. - Зс. .

8С. А. с. 1741241 СССР, МКИ Н02М 3/335." Однотактный преобразователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев, А. Ч Кондратьев. - 5с.

87. А. с. 1750050 СССР, МКИ НОЗК 17/687. Полевой тран-

зисторный ключ/ Б. С. Сергеев. - Зс.

88. А. с. 1758796 СССР, ЖИП02К у/&7. Однотактный пре-

образователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев. - 5с.

89. А. с. 1700629 СССР. ЮШ НОЗК 17/687. Транзисторный

клич/ В. С. Сергеев. - 4с. .

90. А. с. 1767649 СССР, МКИ 1Ю2М 3/335. Однотактный пре-

образователь постоянного напряжения/ Б. С. Сергеев, А. Л Кондратьев. - 9с.