автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Разработка многоканальных сильноточных источников питания с ...частотными магнитными ключами

№»"г-лгш оккпетичигли инсгитуг

Ik îufiu.'o; ]>укг.'ПИ"н

.41 КИИ Я1ЛЛИМИР ИРАНОШЧ

«>,ГЛ V11 .'ГсМШЫШХ ПШЮТООШ !!■ "Г^ШИ^В ПИТАНИЯ

ья'лилжми мапшши ключами

ijW'i • • "г:. ! íi i'.: К.' - 1кчлупго1«.отп'-кг>пы>> nn-.ifñ-ftw.iua'ivjm •.«мкггс ■хмюрпш

'i" ' ' Р F 4s К PAT

Г.'Д..ЧН1!" y»R*ti- ¡n iriV'üi'Ii:: l'">CHH,KX.J-CJtX l'ivfc.

Работа выполнена на кафедре "Электрические и электронные аппараты" Московского энергетического института

Научный руководитель -

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Хруслов Л. Л.

Официальные оппоненты -

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор Еременко В. Г. кавдадат технических наук, Алферов Н. Г.

НПО "Прожектор", г.Москва.

Защэта даэсергации состоится " ^ " Л ^ 1993г. в час. С-Р мин. в аудитории 2ПП на заседании

специализированного Совета. Д 063.16.13

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, ¡заверенных печатью, просим направлять по адресу: 106835, ГСП, Москва, Е-250. Красноказарменная ул., дом 14. Учения Совет МЭИ.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан "_11 _199Е. г.

Ученый секретарь спещшшэированного Совета Д 053.16.12

к. т. н. , доц.

Буре И. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

Уровень развития источников вторичного электропитания (ИВЭП) определяется успехами в развшлш всея радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Использование микросхем высокой степени интеграции привело к: згачительному увеличению потребляемых токов и снижению уровней напряжения. Поэтому в последнее время возрос юп'ерес к сильноточным низковольтным ИВЭП. обладающим высокими ¡энергетическими показателями и надежностью. Как частный случая решения данной проблемы - обеспечение параллельной работы нескольких выходных каналов одного многоканального ИВЭП или соответствующж выходных каналов нескольких многоканальных ИВЭП. Под сильноточными ИВЭП здесь и далее подразумеваются высокочастотные (20-100кГц) импульсные источники питания на вводные токи 10-100А и более.

Сильноточные источники электропитания строятся по принципу модульного агрегатирования или параллельной роботы отдельных стабилизаторов. При параллельной работе как полупроводниковых приборов, так н отдельных стабилизаторов возникает необходимость обеспечения равномерного токораспределенга. Неравномерность токораспредэлешм в первом случае обусловлена разбросом характеристик полупроводниковых приборов, во втором - характеристик стабилизаторов. При параллельной работе выходных каналов раз1шх многоканальных ИВЭП возникает проблема параллельной работы высокочастотных преобразователя напряжения. Существующие методы обеспечения параллельной работы высокочастотных преобразователей характеризуются относительной сложностью схемотехммескзЕХ решения.

Один из факторов, определяющих повышенный интерес к многоканальным импульсным ИВЭП, связан с успехами в технологии производства магнитных материалов, появлением принципиально нового класса мапоггомягких материалов - аморфных сплавов. Особенности тсу.1 юлспш, уннкальное сочетание малпттх, олекп--рмеских и механических харшсгерютж аморфных магнитных гаи;а-вов определили тенденцию активного развития техники мзлпгпю-го усиления и преобразования, в частности. высокочастотных однообмогочных быстродействующа магнитных усилителей (ОЬМУ).

Потребность в сильноточных многоканальных импульсных ИВЭП, появление аморфных сплавов, положительные особенности техшжи магнитного усиления и преобразования позволяют сделать вывод об актуальности задачи разработки высокочастотных сильноточных многоканальных импульсных ИВЭП с применением ОБМУ в качесве регулирующих органов в стабилизаторах напряжения и тока. Сильноточные многоканальные ИВЭП должны удовлетворять ряду требования. Это максимально возможный КПД; высокая удельная мощности; высокое качество выходных параметров; устойчивая работа во всем диапазоне изменения токов нагрузок С от холостого хода до номинального значения) как каждого калала в отдельности, так и при параллельной работе одинаковых кадалов; гальваническая развязка между входом и выходом; защита от перегрузок и поренапряженно; предельная простота схемотехнических решений; низкая себестоимость; высокая надежность и др.

Цель работы:

Целью работы является разработка многоканальных сильноточных источников питания с высокочастотными магнитными ключами (МЮ, удовлетворяющих перечисленным требованиям, в частности. разработка высокочастотного транзисторного преобразователя предназначенного для совместной работы с импульсными регуляторами напряжения на МК, обеспечение синхронной и синфазной работы таких преобразователей, обеспечение равномерного токорас-пределения при параллельной работе как диодов выпрямителя, так и импульсных стабилизаторов напряжения на МК.

Предмет исследования:

Импульсные сильноточные регуляторы и стабилизаторы напряжения и тока с высокачастогными МК, параллельная работа стабилизаторов напряжения на МК, высокочастотные транзисторные преобразователи, синхронная и синфазная их работа, физическое и математическое моделирование процессов в 'основных узлах стабилизаторов.

Научная новизна:

1. Предложена и реализована многоканальная система электропитания с равномерным токораспределешем на базе импульсных стабилизаторов напряжения с высокочастотными МК.

2. Разработал и реализован метод построения сильноточного высокочастотного МК с расщепленной обмоткой.

3. Разработана методика расчета нерегулируемого

'преобразователя ( силового автогенератора) с дросселем насыщения (ДН) в цепи обратной связи по напряжению.

4. Впервые показана возможность синхронной и синфазной работы силовых автогенераторов без введонеия дополнительных элементов. Предложен и реализован метод "магнитного" выравнивания частот параллельно работающее снловых автогенераторов.

5. Впервые показана возможность параллельной работы импульсных стабилизаторов напряхення с равномерным токораспределешюм при наличии в каждом стабилизаторе единственной обратной связи по выходному 1штряжению.

6. Сформуляроваш! условия параллельной работы импульсных стабилизаторов напряжения на магнитных ключах (ИСН на МЮ.

7. Для снижения неравномерности токораспределения при параллельной работе ИСН на МК предложено вести комплектацию магшггопроводов МК с учетом дополнительного параметра.

Практическая ценность:

1. Предложенная многоканальная система электропитания с равномерным токорАспредел>зщ!ем может быть использована для построения вцсок.ос*1х{>ект1тньг.< сильноточных источютсов питания.

'¿. Сильноточный МК с расщепленной обмоткой обеспечивает равномерное распределен)« тока нагрузки между параллельно включенными диодами плеча выпрямителя и одновременно повышает к. п. д. источника гвгганля.

3. Разработанная методика расчета нерегулируемого транзисторного преобразователя позволяет вести расчет по минимуму исходных данных.

4. Предложенный метод "магнитного" выравштания частот параллельно работающих силовых автогенераторов обеспечивает синхронную и синфазную работу нескольких автономных силовых автогенераторов без введения доползштельных элементов.

5. Предложенный метод включения ИСН на МК на параллельную работу обеспечивает практически равномерное распределение тока нагрузки между стабилизаторами при отсутствии обратных связей по току.

6. Предложен дополнительный контрагафуемыя параметр для комплектами магнитопроводов, обеспечивающий мшпмальпую да равномерность тасораепределеиия.

7. Разработанные схемотехнические решения сильноточных регуляторов напряхешта и тока характеризуются высокими

показателями экономичности и эффективности.

Положения выносимые на защиту:

1. Многоканальная система электропитания с равномерным токораспрэделением на базе сильноточных импульсных стабилизаторов напряжения с высокочастотными магнитны)® ключами.

£. Методика расчета нерегулируемого высокочастотного транзисторного преобразователя (силового автогенератора) с дросселем насыщения в цепи обратной связи по напряжению.

3. Метод "магнитного" выравниваяия частот параллельно работающих силовых автогенераторов.

4. Сильноточный высокочастотный МК с расщепленной обмоткой.

5. Условия и способ включения на параллельную работу ИСН на МК.

Реализация результатов работы:

Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в работе, нашли применение при разработке многоканальных сильноточных источников вторичного электропитания микропроцае-сорных устройств вычислительной техники, в регуляторах мощности и стабилизаторах напряжения -системы электроснабжения аппарата "искусственная почка", в источниках питания для устройств радиосвязи.

Апробация работы:

Основные положения работы докладывались и обсуждались на V Межотраслевой научно-технической конференции по средстваам вторичного электропитания РЭА (г.Ленинград, 1987г.). на Всесо- ' юзном научно-техническом семинаре "Социальные аспекты преобразовательной техники" (г.Запорожье, 1990г.), на Международной конференции по интервальным и стохастическим методам в науке и технике ИНТЕРВАЛ-92 (г. Мссква. 1992г), а также на заседаниях кафедры электрических и электронных аппаратов МЭИ.

Публикации:

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, Л из которых патенты на изобретения и 1 автор-асое свидетельство на изобретение. Материалы диссертации вошли в 5 отчетов по научно-исследовательской работе.

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения. списка литературы из У& наименований.

прил- ясния и e< >iy:(wrrj^У'.-гулшп; о .-ионного nf fo-ra и рисунков.

СОЛКИАНИК ГАГСЛ'Ы

Iii и-/./[-iijui o»i'> мк'рпна четучлыкг.-гь темы. и-лпожена цель

уШЛ'ГЫ, 1:рШ"--Д'ММ И'-ЛОЖ •!»»! Ы!11''»Л1М1«* НЧ -.'.Ч1Ц1ГГУ, гожл'.-лна т H'tynriM I|f .IMÜ'lt'l II Н^ГСТИЧхТК-.чММ Ц< 1)Нч "ГЬ

В IVH«.^. ,ЧНЧЛ1Г.'.Ч CTJ 'УКТУР итап и

ymp<''UlTfli UJTIfilVnr.VjJ9m II JX'I'yj;i!I»iIC-.I!IbI ДЛИ ОКТГеМ ПИГЧСГрОШГГаШЫ ПМ'К^'ДМта! UlihOp ГдЧ Wj] юй СТруКТурМ мш'г'ж.чнчльиого е.!'ли сточного И1011; тина регулирующего

tUK.'M« '1ГГЧ ; IIOIO-.^JDJ ПрЛ1МуЩ'.-СТнг М.ЧГН1П"ЛОГ'"> КЛЮЧ.Ч ПО CTflPHemDO

с Ieis -г"р)ihm; оЬоенопчн рыьор мягшггного материала дня МК.

Геалн-лчция сгр;.гту1,> многок.чшигышх ИГОП с гадноценными СИЛЫ11 УТОЧНЫМИ ш.тхсуц г.ти КЛИ'иШШ, в котор>мх ь клчк^гво гогулируюирто ключевого ¡лпемента ¡twtm&yvTCü силовой 'Пшг.чютор, свягана со мачитсльиммн схемотохшгнчжлми усложнениями. Успехи в области - технологии и проиг-.водггва мапштомш-ких выс-око'ьастстшх аморфных сплавов существенно повлияли на "магнитную" схемотехнику, в том числе на внедрите магнитных ключей в схемы стабилирацш и регулирования. что позволяет создавать простые структур" многоканальных ИГОП с равноценными силъноточннми шк одними каналами.

Магшгпшя ключ представляет собоп коммутационный олемоит на бак? высокочастотного одпообмоточного бнетродопегпуш'.его магнитного усилителя вылолненокного на магшггопрово/р на материала с прямоугольной петлеП гистерезиса (ШП. МК является ключом переменного тока и обладает целым рядом преимуществ по сравнению с трпнгисторным ключей. МК имеет высокий к. п. д. (до 99:0, его дтпмичсские потери снижаются с ростом нагрузки, габарита МК уменьшаются с ростом частоты, он не требует схем гащигм (сам обладает функциями гащнты), о&лада^г выспим копф-Фициентом усиления но току (до 1СШ), пригодмсегыо одного тн-nopa-.wepa маппггощювода для рамшх комбшпциЯ токодннх нарп-Mirrpon стасиипюатора. иимсоИ стоимостью и до. Псхггому для многоканальных сильноточных И'л'слпкоп гпгга}пи предложено »гмюлт-»-аопать следующую Саговую структуру: вксоко'пстотшп тчшглно-

торный преобразователь постоянного напряжения и стабилизаторы (регуляторы) напряжения на МК. Упрощенная принципиальная схема регулятора на МК и диаграммы изменения переменных представлены на рис. 1.

Достоинства высокочастотного МК определются высокими показателями параметров магкитопровода МК при перемагничивании на высокой частоте (20-100 кГц). Основными параметрами являют -ся: малое значение напряженности поля полного перемагничивания Hj^j (10-15 А'м), высокий коэффициент прямоугольностн к^ (0,90,95), большое значение напряжения перемагничивания на один веток U, (1-ZB на частоте 50 кГц).

Во второй глас-» определены требования к высокочастотному транзисторному преобразователю напряжет и для многоканальных ИС11 на. МК; нроведл! анализ транзисторных преобра&оЕ<ателей и методов управления силовым транзистором: разработана методика расчета нерегулируемого преобразогателя (силового автогенератора) с ДН в цепи обратной связи по напряжению; аналиппрсцессов по время-падающем контуре силового автогенерато;а проведон с помощью компьютерного моделирования; предложен метод "мапытного" выравнивания частот силовых автогенераторов при их параллельной работе.

Выбор типа преобразователя сделан исходя из особешостей его работы совместно с ИСК на МК:

- HWjо-чьсая ^Фиктивность МК достигается при симметрчганом пораненном напряжении, которое существует в нерегулируемом преобразователе - с внешним возбуждением или 1 с сшюьозбуж/пкнем;

- в начале каждого рабочего попупериода МК находится в непроводящем состоянии и поэтому включение силового транзистора высокочастотного преобразователя происходит при ауле тега., а выключение - при токе, прег-шиощом его среднее значите;

- при I I'.vïhom шмеиешш тока натруски и допустимая иянеклии напряжения а.ти допускается нестабильность частоты преобразо-ra'irjM п пределах нескольких процентов;

- np>oC if о ».©атель сильноточного ИГОП должен обеспечивать

шгжшкао иь^тяг/ртгику-

1Ï результате анялигс трлтк-ггорных преобразователей для сил? л-точного мыогхсаиг<л>-*юго ИЬ''Н с ИСН на МК выбрей снлоьон

Автогенератор с токовым управлением и о ДН из материала с ППГ в цепи обратной связи по напряжению. Особенностью такого преобразователя является то. что дшггельность полупериода, частоты коммутации силового транзистора определяется временем полного перемагничивания ДН в режиме источника тока при ограничении уровня скорости пйремагничиьания. Уровень скорости перемагничивания ограничен величиной прямого падения напряжения на нескольких включенных последовательно диодах базовых цепей силовых транзисторов.

В работе приведена разработанная методика расчета силового автогенератора.

С помощью разработанной на кафедре электрических и электронных аппаратов МЭИ модифицированной модели Прайзаха произведен анализ процессов во времязадающей ирпи силового автогенератора с учетом динамических эффектов гистерезиса.. На модели определялось влз!яше разброса параметров элементов времязада-ющей цепи на частоту транзисторного преобразователя. Результаты моделирования подтверждают наблюдаемую экспериментально стабильность частоты автогенератора при изменении напряжения питания. Технологический разброс параметров магнитопровода. ДН практически не влияет на стабильность частоты.

Силовой автогенератор содерсыгг всего два транзистора, которые являются силовыми коммутационными элементами. Благодаря бестоковой коммутации и пропорционально-токовому управлению с активным запиранием транзисторов такой автогенератор позволяет создавать многоканальные ШЗЭП 1а мощность до ЭХ) Вт. Удельная мощность таких источников при естественном охлаждении

з

даходитея на. уровне 100-150 Вт/дм в зависимости от количества выходных каналов и их параметров.

Такой преобразователь обладает также рядом ценных положительных качеств:

- высокой стабильностью частоты во всем диапазоне изменения нагрузки и питающего напряжения;

- устойчивым запуском, начинающимся с высокой частоты;

- малым внутренним сопротивлением С<0.1 Ом);

- минимальным числом полупроводниковых элементов;

- шгэкоя себестоимостью.

Выходная мощность одного высокочастотного транзисторного преобразователя ограничена характеристиками суи!ествуюп;1К трап-

зиеторов. Дчя увеличения вводной мощности используют параллельное вкяючешю преобразователей. Высокие показатели параллельно работаюаук преобразователей совместно с ИСТ на МК обеспечиваются при вшолнеша! следующж условий.

- частоты преобразователей во воем диапазоне изменения нлгрузок должны совпадать;

- не должно быть ведомого и ведущего преобразователя;

- не должно быть общего гадающего генератора;

- при отглзс одного из преобразователей работоспособность остальных не должна нарушаться;

- должна сохранится простота схемотехнического решения;

- технологический разброс параметров элементов схемы не должен влиять ia общую работоспособность.

Существующие метода, обеспечена синхрошгой работы преобразователей удовлетворяют лишь некоторым из перечколошшх условий.

Предложено решение. в котором полностью выполняются данные условия. Систем олестротггания состоит из N преобразователей. Каждый преобразователь представляет собой силовой шео-кочастотный автогенератор с дросселем насыщения в цепи обратной связи по напряжению. Синхронная и синфазная работа всех преобразователей достигается за счет того, что обмотки дросселей насыщ«ия в цепи обратной связи по нацряже1шю размещена fia общем магшггопроводе. Пр1 этом перемагничивание магнитопровода. осуществляется от N источников тока, сформированных каждым преобразователем в отдельности, а ограничение уровня скорости перемагничивалия обеспечивается усредне;шнм значением прямого падения напряжения на диодах в базовых цепях силовых транзисторов этих же преобразователей.

В третьей главе рассмотрены особенности построения силовой части импульсных стабилизаторов на магнитных ключам, в том числе обеспечение равномерного токораспределения при параллельной работе диодов выпрямителя, проведен анализ процессов в ИСН на МК, разработана машинная модель ИСН па МК.

При построении сильноточных источников особо вахным является выбор типа выпрямительных диодов и материала магнитоггро-вода МК, которые в значотельноя стешни определяют эффективность стабилизатора. Оценка эффективности ИСН на МК для различных сочетаний материалов магшгтопровода и типов выпрями-

Т1УЛК1Ш ДИОДОВ Г^СЮ-Р-О/ЗУЙСЬ ПО КУЯГЧИНС' НерггуЛ!{р.'/еМСГО угла. В '¿vnrocTH, ¡л. поличину п'.'рогу/тр^-мсго угла влллют прямо-угоглм'Хпъ мггориалг м^ппггопуглюдч Ж. пеягппп обгатного тока и частотные хлри-гтернетик!! пшгрмгрелмао: днсдоп. В работе пропеден янчлнз е!ггимчлмюго соч<.т:йП!я материалов маплгто-проводов И ИХ ПДрПМЧТроВ С ТИПОМ ВЫПрМГГелЬНЫХ диодов для получения минимального нерегулируемого .угла. Наилучшими технико-экономическими показателями облчдчет стабилизатор, в котором в качестве материала магнитоггрояода использован аморфный сплав вЛ КХСР 0,015, а в качестве диодов вкпримителя - высоко-частотше диоды тггга. 2Д213.

При больших значениях выходных токов на практике используют параллельное включение диодов вшряьяггеля. При этом, если не применять сшшплыок мер, необходимо учотшать следующее.

Во-первых. из-за технологического разброса параметров диодов, в частности. прямого падения напряжения и частотных характеристик, ток нагрузки распределяется между параллельно включошшми диодами неравномерно и время восстановления вен-тияьньк свойств плеча выпрямителя определяется тем диодом, через которая протекал наибольший ток и который обладает irnu-худиими частотными характеристиками.

Во-вторых, в выпрямителе, выполненном по схеме со средней точкой (основная схема для сильноточных ИСН на Ж). в начале каждого гталугсериода имеет место режим, при котором в цепи выпрямительных диодов возникает короткозамкнутый С КЗ) контур.

Так, например, при параллельном включении пяти диодов 2Д213 и длительности полупериода частоты коммутации 10мкс при выходном токе на. уровне ЗОА время существования КЗ контура составляет около 4мкс.

Предложено решение, при котором происходит значительное сокращение времени существования КЗ контура (менее 1 мке) за счет равномерного распределения тока нагрузки между диодами выпрямителя. Это достигается тем, что обмотки Ж и соответствующие вторичные обмотки силового трансформатора выполняются расщепленными. Количество жил расщепленных обмоток равно количеству силовых диодов в плече выпрямителя и каждой силовой диод включей на "свою" э. д. с. трансформатора (аналогично рис. 2. ). При атом Физически соединены только катоды выпрямительных диодов (точки 1 и 2 объединены). Цепи управления с

размагничивающими диодами (аналогично УОЗ. рис. 2.) могут быть присоединены к любым жилам обмотки МК. Это позволяет производить управление НК от различных цепей управления. В случае стабилизатора на МК достаточно использовать одну цепь управления, присоед! менную только к одной хиле. £&нную топологию предлохено называть - сильноточный магнитный ключ с расщепленной обмоткой.

Анализ неравномерности токораспределения при расщепленной обмотке (при параллельном включении двух диодов в плече выпрямителя) проведен по эквивалеш'нойя схеме. Рис.2. В этом случае схема состоит из двух источников, включенных на две нагрузки а дроссель насыщения является общим для обоих

источников. Напряжения на нагрузках от каждого источника определяются выражениями

ин, - Е, - 1,гЕ - ид, - 2Г«5АВу1 (1)

и№? - Ег - - и^ - 2ГУБАВуг (2)

где 1г,\г - ток через каждый силовой диод

гг - суммарное омическое сопротивление источника Е, обмотск и диодов (Гд,, Гдд);

11д/,1)^, -.прямое падение напряжения на первом и втором диоде;

лД^.лВ^ ~ изменение индукции в управляющий полупериод каждого ДН.

Так как дроссель насыщения является общим, то ДВу,=лВ\ С учетом г^«?^ неравномерность токорпопределешш Л1=Д11 и определяется выражением

м . На^д! (3)

При обычном параллельном включешш выпрямп^е лмшх диодов, когда их аноды и катоде соединены между собой, не)-лвномернисть токораспределешы и определяется вырахеш^м

Д1 . ел)

д'

Так как (гд) + г^) « 2Р.](. то очевидно, что Л1г « л1г. Таким образом, если принять Гд, =-г^>=г . то неравномерность токораспределешш в установившемся режиме при расщепленная

обмотке уменьшается в раз.

За счет естественно существующей магнитной связи между жилами расщепленной обмотки обеспечивается равномерное распределение тока и в переходных режимах. Поскольку количество витков в жилах расщепленной обмотки одинаковое, то в любой момент времени во всех жилах расщепленной обмотки будет наводится одинаковая э. д. с. и скорости изменения тока в каждой жиле будут равны, т. е. условием равномерного распределения тока в сильноточном МК в переходных режимах является ненулевое значение индуктивности L каждой жилы. В ненасыщенном состоянии МК с магнитопроводом из матер ала с ППГ каждая жила обладает наибольшей индуктивностью, а при насыденнн - наименьшей (индуктивностью насыщения - Ls). Индуктивность насыщения Ls выражается через параметры МК следующим образом

W(l-¡OU,

L = -Л—L_ (S)

где W - количество вэтгсов;

f - частота преобразования;

1 - среди дяина магнитной линии мзлштопровода;

Kj - коэффициент усилеши МК по току.

На частоте преобразования 30 кГц для МК выполненного на маггаггопроводе из аморфного сплава 84 КХСР 0,015 составляет единицы мкГн.

Для анализа процессов в стабилизаторе разработана математическая модель ИСН на МК. Она реализована, с помощью пакета прикладных программ и позволяет производить расчет характеристик и визуализировать процессы в основных элементах схем и. Результаты расчета на модели хороко согласуются с экспериментальными даннамч.

В четвертой гл"ве проведен анализ"существую!!?к способов вклочепня импульсных стабилизаторов напряг.««шя на параллельную работу, предложен и обоснован способ включения на параллельную работу импулюних стабилизаторов напряжения на магшггш« ключах, определит уоловлл такого пклю'л-ння, показана взаимосвязь неравномерности токораспрсд^лсига можду рйатшми стябнлнгато-роми н пзрдлотрамп мзгшгпшх ключей, прог'ЛТлн анализ устойчивости ИСН на МК с'учетом гапуррэлыюя н*.-orrjод.-- лонн.хги пара-

мэтров магнитного ключа.

В предложенном способе пишч.'ши Ю на МК на параллельную работу по сути реализован тот же прмпзт, что и при построении сильноточного МК с расщепленной оемг/псол. ^гот способ обеспечивает равномернее распределение тока напузки между стабилизаторами без введешь» обратных сяяиеН по теку.

На рис. о предетавл!'на окмаллентпая схема параллельного включения двух регуляторов на МК. Ан'ишз нерпьномерпиегш токо-распредолення в схеме рис.. 3 прово/ртж по аналогии cv> схемой рис. 2. В отличие от схемы сильноточного МК с ртчц' 'Шип иЗ-нагкон она содержит два дриах-ля кчещешы T.il н '1V1' п д« разных пресбразователя с параметрами ot, I , и <•-,. 1 }\пя номерного ток:ораагредолеШ1Я между регуляторами [[¡>'*де коего должно быть выполнено. earwoTiseHHOi' дня ошгмютошюго МК. условие et =ел, f^ =fa . &го реализуется с помощью метода "магнитного" выравнивания частот преобразователей каждого регулятора. Из принципа. роботы магнитного ыпочч (üHy( =ЛВ}>1 и ДВу^лЗру) следует, что для равномерного токираеггрод.мклшя должно выполняла условие дВу,=лВуг (в сильноточном МК шлтол-няется пвтиматотески). При ид 'нтншых магшггных характеристиках магмпч.прхжодов его можно выполюггь двумя путями: или обеспечить равенство или устаношггь общее

Р.у для всех параллельно включенных регуляторов на МК. Последенее условие означает, что для всех ИСН общзми должны быть измерительный орган и узел сравнения.

Неравномерность токорйоггределешм между двумя параллельно включенными .регулягороми на МК ¿I-Ig-l, и определяется как

rCWE^fl VioABv.)

.-----, (6)

где I,. - тек нагрузки от каждого регулятора на МК соат-тстшшю.

При теетировалш! магшггопуюводы группируются по основным контролируемым параметрам с пятипрюцеш'ным допух-ком. В отом случае неравномертность Toicopaaipefliviemw составляет единицы процзигов.

Дпя режима бшп.чсого к холостому ходу (лВу 1 Br + Ц^) неравномерность токораспределеши определяется выражением

УК1)(<? - и,,)

д1 = --£.<--(7)

где 11( 1. - напряжение перемаппр-ивания 1а один виток

для первого м второго доосселя насыщения соответственно. Для режима максимальной отдачи ОВу " Е^О-Кд)) выражение (6) приобретает вид

■ -Дг " 1,м) " " и»кп')]- (8)

где к^. к^ ~ коэффициенты прямоутольности первого и второго дросселей насыщения соответственно. Выражение С8) получено при допущении, что параметр II, определялся при изменении индукции ДВ = В действительности ¿В = В,. + Е^. В этом слуае

IV

Д1

(Ц/г - и„> ~ - Ц^/Кд,) ^

(1 * к^)

(9)

Несмотря на то. что расчет неравномерности токорасгтределения по формуле (8) дает несколько завышенный результат, на практике удобно пользоваться этой формулой. Из нее следует, что д]>0 при ип=\)1г и Поэтому при тестировании

магнитопроводов рекомендовано учитывать четвертый параметр -произведение II, к^. В этом слуае обеспечивается минимальная неравномерность токораспределения.

Разброс по параметру Г^ в пределах ±15'/. на равномерности токораспределения не сказывается.

Основные параметры магнитопроводов МК принадлежат некоторым интервалам и их разброс влияет на общий коэффициент усиления стабилизатора. В работе проведена оценка усгойчзюости ИСН т М!С методом, позволяющим учесть интервальную нейпределен-ноетъ параметров исследуемой системы. Установлено, что разброс параметров магнитопроводов. регламентированный ТУ на МК, не

X

- 1G -

нарушает устойчивее™ стабилизатора.

Решенные и дошел работе вопросы позволяют создавать ис-точшки из ыкодшо токи 1ГПЛ и более по структурной схеме прнведенш >и на рп>\ 4. Удельная мпщнктгь таких источников превышает 10ГО]"'д-г' при ICO/ изменении тока нагрузки Увеличение выходной мощности ой-спошп-лется включешюм ИСН ма МК на параллельную работу по предложенному методу, а необходимая при ¡этом синхронная (синфазная) работа нерегулируемых преобразователен (силовых авто^нераторогО достигается "малптшм" выравниванием частот.

Влмго«_rjiajte рассматриваются разработанные сильноточные

многоканальные источзшки втортиого ^электропитания, в выходных каналах которых применяются сильноточные МК, а в качестве высокочастотного транзисторного преобразователя используечся нерегулируемый ггреобр&зователь с ДН в цепи обратной связи по напряжению. Представлены особенности, связашше с включением ИСН на МК на параллельную работу, а также с испальзованигм МК в конкретных устройствах стабилизации и регулирования, приводятся сДособы организации защиты по току и напряжет») в схемах данного типа.

Для нитания мтропрюцоссорноп техники был разработан стабилизатор с выходными параметрами 5В, 50А. Для получения сильноточного выхода, попользуется параллельная работа двух ИСН на МК с выходными параметрами SB, 25А. Удельная мощность одного ИСН на МК при естественном охлаждении составила 4Û0 Вг'дм" . При атом общая нестабильность находилась в продолах 1'Л,, а уровень пульсаций не превысил 20мВ. Возможно использоваше данного источника как двух полиостью гальванически развязанных стабилизаторов на токи до 25А.

Изложенные в работе принципы построения сильноточных многоканальных ИВЭП были использованы при разработке системы онсргоснабхения аппарата, "искусственная почка". В зависимости от концетгроции мочевины в кроки больного для поддержания реакции в электролизере с заданной скоростью требуются различные уровни токов. Поотому основной канал представляет собой регулятор мощности, выполненный на базе сильноточных МК и обеспечивает изменешю выходного тока от ОА до 18А при напряжении 10-17В.

По данному алгоритму построен и функционирует и вторхзй

тз

ш

Ж Ю2

УЭ

и,

в»

Ц*

Ш

4

в,

Т51

№1

\П>2 ТЗ.2

н Ф

М<

Г^П 1 2 г-И-г

А VDЗ

1

<а

Т Т

д

--в (

уц^й'

©

Рис.1. Базовая схема Ш (а) я диаграммы изменения переыента (б,в).

Рис.3. К объяснению неравномерности токо-распределенпя меяцу параллельно включенными регуляторами на МК.

Ряс.2. К объяснению неравномерности токо-

распределения медцу параллельно вклачеы-шки даодада.

узе/1

срчЬкв- "и

иия

Рис.4. Многоканальная сисгема электропитания с равномерный токораспределением.

-с

- то -

канал с выходил«! параметрами ?ЛР. \?А. предназначенный для питания теплообметпка и стабилизации температуры в системе.

Для питания насоса предназначен стабилизированный канал с выходными параметрами "ЛЬ. РА. Остальные каналы питают мжропроцесесрную систему управления СУВ. ВА и два выхода 1.5А). они роали-.'овзны на МК.

Разработаны многоканалыше импульсные ИЮП для гаггания рь№ устрюпсть родиое!даи. Их агличаот высокое качество выходного напряжения (уровень пульсация < 20мВ) и низкий уровень алекгр:м.чгшггш1х помех.

В ВЫХмДШ'М НМЦИЖМНП! ИСП НЧ МК Пр^КТИЧ'^КИ Отсутствует нтж.г.ча-ототнал сс»?шиымцля Пч«тчму в таких пшиках Дипус-кз^ггя t4.i0.jpi емкос-ги кмотчттсгик »ч-пчюгн «{итл}* У'~

ломы подчилешм ни'.5Кл>чаот*;'ПМ1 о.-'ггаклммцеИ пи нмхпду, д но. уот л>1ы маы ч талы к л д< ■пустим' >и » ч < ',ч< .■1Ш14) '~та п/мипри ьипрым-ЛеНН'.'Го амчлтллы И» емки Я'И. №;»*>яя и-.'. ¡-.клнлултацип

данного кчндси'атсч л IV» ТУ. Т:»к при нг^кипл^ •кчнии в схемах ИП1 на МК коцщ'нелтои'н тнт К 00-Г7 «шусянмч И|Х4Г.Ч«'Я1ГГЬ мя>">р 1*>лнчш<й емкехтп и:1, улиты - 1 мк'!1 емкекгш >1'ШП.Т|<1 на Шг вы-ходрюи мощности (вм'хгго доя ИЮП. в которых низкочас-

тотная составляющая «лт«1лты1лется по выходу).

Осногоше результаты рпботм следующие:

1. Предложена и ргализыйна многоканальная система олектропнгашы с ршчюм'-рнмм токорасщл'Д'-лени'М на (хазе импульсных отабшшлчтироп напуотаения на магнитных ключах.

Z. Показано, что для построения многоканальных сильноточных ИГШ наио. уил? приемлема структура нер^гулируемнп прсч.^-озниатель н нмпульсныо стабилизатор« напряжения на магнитных ключах.

3. В качество щч.'оьро^иатуля целесообраяно использовать нерггулир^мшт преисч азокатель с дрстлзелом насыщения в цепи обратная связи по юнрьтжению.

4. йгоргше показана возможность еннхронной и еннфазноп

работы силовых автогенероторов без владения дополшгтельнкх

0ЛСМО1ГГОВ.

3. Предложен сильноточный магнитный ключ с расщепленной обмоткой, обоспечитавдш гярном»рноо токораспределешк? между параллельно включенными ди'.'дчми иыл£мм1гт,"-ля.

6. Вперяые пок/п-лля пршщшппльняя ьмзможнссть и огтред'лены условия »т»" л ¡я ¡гпиюиириого т^кораслр^делешга без введения обратных сеягч-П по току при пчрпллельной работе импулюных стабилизатора нллгьтк пия на мчгниткнх ключах.

7. Оп) едел^но влияние ге^пметр.'П мчгтггопрлподов на равномерность тегсорчлпр^дел-ния

8. Предложен дополнительный контр'.лиру^мый ичрпмчтр для комплектации магмггоцглводпв, обеспечиваклций минималиста неравномерность токорвелроделетия.

9. Определен диапазон устойчивой работы импульсных стабилизаторов напряжения при параллельной работе с учетом разброса параметров магнитного ключа.

10. Разработан ряд многоканальных сильноточных ИВЗП для питания устройств радиосвязи, медицинской и микропроцессорной техники.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях:

1. Хруслов Л. Л., Ситников В. Ф. . Яськив В. И. Особенности режимов перемагничивания магнитного клоча повшенной частоты // Тр. Моск. онерг. ин-та. -1991. Вып. 647. - С. 38-41.

2. Хруслов Л. Л. , Яськив В. И. . Радченко В. В. Аморфные сплавы '.и тенденции развития магнитной преобразовательной техники // Тез. докл. Всес. научн. -техн. семинара "Социальные аспекты преобразовательной техники". - Запорожье, 1990. С. 03-36.

3. Мжельская В. А. , Яськив В. И., Хруслов Л. Л. Анализ устойчивости импульсного стабилшмтора напряяения на мапипак ключах с учетом интервальной неопределенности параметров маплггного ключа. // Международная конференция по шггервальннм и стохастическим методам в науке и технике (ИНТЕРВАЛ-92). - Москва. 1992. - С. 104-106.

(

4, 'Д:;н::,ор Ъ К. , Я nja» R И. . Какминпаа) M Я. 'К-игии.нма имнулим!*;;. тъцгаыъ ;ллострогг,ггэашя

/' Tf». д kv: V MiiïK п-< ■ ¡ <-л •• ¡им шс.и'чтл-о («леетрслпггшия

R--A Лгаьпс i-ад. 1Ш7. -'iL' ■ Г :t¡ х/

'.i Ичт.чгг 1 TV'TÄJH. i ';"if-!L:¡,•..•(:;• iiviihî.u is Ti ¡uhíu. iiariïMteiniH

п.т-п.иш тока 7 1(>у J' i- i¡ У: , ('»пил -и Р i., iicbraíD В И.,

I; V иг !'.(«.• c...ui;:mi.iíi ои.ггтч iarn-uuw с

р»м» ¡»'И.'.-ч roKOfti.чij< :)-i';:1 >■ - К( /.vi-л j¡ M . Я"1!.kiü< il И

\ --- \l\irmi I T'l! 1-. . Ii. ,П'|1>:» И;'Г"-II Ii'1:

!!г;*.пт 17:'77o!. Mi:•< к:.'. •, - !-ома. turn mu . Xi •>< м. i J:. . >!c.i .1 Í !-' Í'

и inj :iti 'in и и-;« -¡voller. >."■ - 'i'-.;..' v. - :: .': 'it ; P !! .

.4- •! ; i-."!- - Unyto: i- i i!. i '. • < . '.< i