автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Анализ и моделирование коммутационных процессов в транзисторных преобразователях

На правах рукописи

ий-""

Лебедев Алексей Геннадиевич

АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРАНЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ

Специальность 05.09.12 - Силовая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

* ' " г-ч ^

Москва 2009

003466726

Работа выполнена на кафедре «Промышленная электроника» Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Недолужко Игорь Германович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Розанов Юрий Константинович

кандидат технических наук Калугин Николай Георгиевич

Ведущее предприятие: ОАО «НЛП ЭлТом», Московская обл.,

Люберецкий р-н, пос. Томилино

Защита диссертации состоится "15" мая 2009г. В 14 часов 00 минут в аудитории Е603 на заседании диссертационного совета Д 212,157.12 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., дом 13.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., дом 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.12

к.т.н., доцент

Буре И,Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования.

Расчет режимов работы компонентов не возможен без анализа коммутационных процессов. Особенно важен этот вид анализа для расчетов пиковых значений токов и температуры и вклада коммутационных потерь в общую мощность потерь. В известных работах по ПУ коммутационные процессы или совсем не учитываются или учитываются с помощью упрощенных формул. В большинстве случаев при записи этих формул считается, что токи и напряжения ключей изменяются линейно, паразитные реактивности не учитываются, а времена переключения считаются не зависимыми от режима и берутся из справочных данных, что не соответствует действительности.

В простых схемах (с одним-двумя силовыми ключами) коммутационный анализ возможен при помощи численно-аналитических методов в математиче-

r-rrtrv Л.Г/.ФП..П" .mrmm.an Л А ( Л Г> ™ ТТ\Г ж.---- „ .„------------

wnviutiuA, jiaiipi-iivivp .nuLiiv.au \ -vi'wy. и mi тл ii j ftumraj ;ацшппшп

анализ возможен только с применением автоматизированных систем схемотехнического моделирования, таких как Multisim, Microcap, Oread и других. Из этих систем Oread является наиболее популярной и эффективной. В состав системы входят модули PSpice (для моделирования схем), Model Editor (для определения параметров моделей компонентов), Optimizer (позволяющий проводить оптимизацию несложных устройств) и другие.

Вместе с PSpice поставляются встроенные модели компонентов, а в библиотеке PSpice приводятся значения параметров этих моделей для большого числа типов компонентов. Можно сформулировать следующие требования к моделям компонентов: наличие методики определения их параметров по справочным или экспериментальным данным, совпадение характеристик, рассчитанных по моделям с соответствующими справочными или экспериментальными, простота (небольшое число параметров). К сожалению, встроенные PSpice модели компонентов обычно не удовлетворяют этим требованиям. Например, в литературе имеются сведения, что эти модели и их значения параметров не всегда адекватно описывают характеристики компонентов. В последние годы фирмы изготовители вместе со справочными данными на свои компоненты стали публиковать в Интернет усовершенствованные Pspice модели в виде подсхем (вместе с набором параметров). В известной литературе нет сведений о том, насколько адекватно такие модели описывают характеристики компонентов и как определять их параметры. Далеко не для всех типов компонентов имеются такие усовершенствованные модели. Поэтому, тестирование моделей, определение их параметров, модификация модели при необходимости или разработка новых моделей являются актуальными задачами.

На коммутационные потери большое влияние оказывают схемы управления ключами, а также цепи формирования траектории рабочей точки (ЦФТРТ) или снаберы, которые широко используются для уменьшения коммутационных потерь в силовых ключах. Если анализу и расчету схем управления в литературе уделяется достаточно много внимания, то этого нельзя сказать о снаберах. Поэтому разработка методики расчета номиналов элементов снабе-ров является актуальной задачей.

При моделировании коммутационных процессов в ПУ нужно учитывать влияние температуры. Зависимости параметров компонентов от температуры среды хотя и заложены в Pspice модели, но значения соответствующих параметров не настроены и методика такой настройки не описана. Также, важно учитывать разогрев компонента собственной мощностью (саморазогрев), для чего необходимо иметь соответствующие модели. Некоторые фирмы (например, Infineon) для отдельных типов своих компонентов дают такие модели, однако для остальных типов нужно определять их параметры или строить свои модели и определять параметры по справочным данным.

В процессе PSpice-моделирования коммутационных процессов в реальных ПУ возникают трудности, связанные с тем, что для получения достоверных результатов необходимо проводить расчеты с шагом много меньшим длительности этапов коммутации. С учетом того, что стационарный (установившийся) режим устанавливается в ПУ за время порядка нескольких десятков периодов коммутации (за много сотен периодов при тепловом моделировании), прямое Pspice моделирование может потребовать недопустимо больших затрат машинного времени и оперативной памяти (десятки минут и сотни мегабайт соответственно). В известной литературе отсутствуют сведения о том, как решать такие задачи.

Таким образом, можно заключить, что анализ и моделирование коммутационных процессов в ПУ, в том числе в транзисторных преобразователях напряжения, является актуальной проблемой.

Целью настоящей работы является анализ существующих моделей силовых компонентов, усовершенствование и разработка новых моделей, разработка методики расчета и моделирования коммутационных процессов в транзисторных преобразовательных устройствах.

Задачи исследования:

• Изучение имеющихся моделей силовых компонентов и выявление их недостатков;

• Исследование возможностей кусочно-линейных моделей и проведение аналитических расчетов с их применением;

• Усовершенствование имеющихся и, при необходимости, разработка новых моделей силовых компонентов, в том числе моделей, учитывающих саморазогрев компонентов выделяющейся мощностью;

• Изучение и разработка методов определения параметров этих моделей, определение параметров моделей всех рассмотренных видов;

• Расчет коммутационных процессов в диодных и транзисторных ключах с резистивной и индуктивной нагрузками, учет влияния паразитных параметров;

• Расчеты коммутационных процессов (в том числе определение потерь мощности) в практических схемах преобразователей напряжения, разработка методики таких расчетов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались следующие методы математического и схемотехнического анализа.

Для определения параметров математических моделей компонентов применялась математическая система MathCad, пакеты Model Editor и Optimizer системы Oread. Использовались также встроенные в МС алгоритмы для решения систем дифференциальных уравнений, использовалось численное обращение операторных выражений для расчета параметров тепловых цепей. При схемотехническом моделировании (в том числе при анализе коммутационных процессов) использовался пакет PSpice системы Oread.

Достоверность полученных результатов определяется применением известных компьютерных систем MathCad и Oread, и подтверждается совпадением расчетных, справочных и экспериментальных характеристик.

Научная новизна работы:

• Проведенный анализ кусочно-линейных моделей позволил разработать методики определения динамических параметров моделей компонентов

гтглт7 гггч»»<-\тттт» ляототт XTotliPiil пл prmounmjtuf vqtnот.-т»тлтт/"«ггт*fo»»'

11^/11 iiuiMuu^ti wiivivmui irAuuivuu nv vn^/uuu tnuiiu ¿vu^uiviw^/nvinnui»j

• Предложена методика определения параметров модели тепловой цепи двумя методами: с помощью системы Mathcad и программы параметрической оптимизации Optimizer;

• Предложена методика численно-аналитического расчета коммутационных процессов в силовых ключах, в том числе с учетом влияния паразитных индуктивностей;

• Усовершенствованы нелинейные модели диода, БТ, МДПТ и БТИЗ. Эти модели использованы для расчетов коммутационных процессов в ключах при помощи системы MathCad.

Практическая значимость работы:

• Предложенные Pspice-модели диода, БТ, МДПТ, БТИЗ позволяют более адекватно проводить схемотехническое моделирование транзисторных преобразователей;

• С помощью установки, созданной на кафедре «промышленной электроники», получены экспериментальные статические и переходные характеристики некоторых экземпляров МДПТ и БТИЗ и предложена методика определения параметров моделей по этим характеристикам;

• Предложенная методика теплового PSpice-моделирования силовых ключей и схем позволяет проводить расчет средней и пиковой температуры с учетом эффекта саморазогрева;

• Разработанная методика определения динамических и статических потерь в компонентах была использована при моделировании двух узлов ключевого источника питания (200W Demoboard фирмы Infineon): стабилизатора напряжения с синхронным выпрямлением и корректора коэффициента мощности.

Внедрение результатов работы. Полученные в ходе диссертационной работы результаты (методики определения параметров моделей силовых компонентов и методики расчетов статических и динамических потерь в компонентах) используются в учебном процессе в дисциплинах «Ключевые источ-

ники электропитания», «Анализ дискретных схем», а также при выполнении студентами курсовых расчетов и дипломных проектов.

Результаты работы (расчет тепловых цепей, методы измерения коммутационных потерь) используются при разработке источников вторичного электропитания на предприятие ООО «НПП ЭлПром» (г. Томилино).

Апробация работы. Основные результаты работы отражены в двух докладах на восьмой и одиннадцатой научно-технических международных конференциях студентов и аспирантов по направлению «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в 2001-2004гг. (МЭИ).

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано девять печатных работ.

Положения выносимые на защиту:

• Усовершенствованные Pspice модели диодов, БТ, МДПТ, БТИЗ;

• Методики определения параметров существующих и усовершенствованных моделей;

• Методики расчетов коммутационных процессов на примере практической схемы ключевого источника питания (КИП) «200W_SMPS_DemoBoard».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав с выводами к ним, заключения, списка литературы и пяти приложений. Основной текст работы изложен на 195 страницах машинописного текста и включает' 160 рисунка и 34 таблицы. Список литературы содержит 89 источников. Объем приложений составляет 99 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна работы и практическая ценность проведенных исследований.

В первой главе рассмотрены различные модели диодов и методы определения их параметров. Современные диоды с точки зрения динамики выключения можно разделить на три подгруппы: ШД - диоды Шотки (и подобные им Sic-диоды), РВД - диоды с резким восстановлением обратного сопротивления (кривая 1 на рис. 1), ПВД - диоды с плавным восстановлением обратного сопротивления (кривая 2 на рис. 1). Инерционность ШД характеризуется емкостью перехода и зависимостью ее от напряжения (приводятся в справочных данных). Инерционность РВД и ПВД помимо емкости характеризуется в справочных данных временем восстановления Тгг (рис.1) и зарядом Qrr (площадь до Тгг на рис.1). В справочнике не всегда указывается, к какой группе восстановления относится конкретный тип диода.

Рис.1 Кривая обратного тока диода

Диоды ПВД и РВД описываются различными моделями, поэтому важно определять их группу по приводимым в справочнике параметрам (^гг и Тгг.

Для приближенных и аналитических расчетов в простых схемах применяется однозвенная кусочно-линейная модель диода, описанная в литературе. Эта модель годится для диодов относящихся к группе ШД и РВД. Статические параметры КЛМ определяются сравнительно просто, нелинейная емкость диода описывается степенной аппроксимацией и ее параметры (Ср, М, "У]) также определить не сложно. Трудности возникают при определении динамического параметра "П. Анализ процесса выключения диода при линейно спадающем токе по КЛМ позволил получить формулу (1)

"-(Е + Тгг^ф"

Tt := root

(Tt- Тгг) - Tt exp

TtDidt

,Tt

(1)

Для проверки и определения диапазона применимости КЛМ использовалась нелинейная модель, с помощью которой рассчитывалось выключение. Параметр Тс тот же, что и для КЛМ. Выключение по КЛМ и НМ достаточно хорошо совпадают.

Для моделирования ПВД используются двухзвенные КЛМ и НМ. Следует отметить, что при верно определенных параметрах, двухзвенная модель годится как для диодов относящихся к группе ПВД, так и РВД. Модель позволяет учесть рассасывание заряда после этапа Та на этапе ТЬ, с помощью двух накопителей, обменивающихся зарядами между собой. На основе анализа, проведенного с помощью КЛМ, была разработана методика определения динамических параметров Т1, Т12, Т21 и произведено определение параметров для семи типов диодов, включая обратные диоды МДПТ.

В качестве примера эффективности двухзвенной модели на рис.2 - 3 приведены результаты расчетов параметров выключения диода Ш08ТВ60 (относится к группе ПВД) по однозвенной и двухзвенной КЛМ.

Для моделирования в реальных схемах используются более сложные Рзрюе модели. Встроенная модель описывает диоды Шотки и РВД. Параметры встроен-

и а

ОиЛеь А/м

Рис. 2. Справочный накопленный заряд (<2ге), расчетный по однозвенной модели (Ог), расчетный по двухзвенной модели (0г2)

50

Тгп

G-0 Тг2п

а-э

30-

20'

10

If=8A

'а 0.5 1

Dielten A/ns

Рис. 3. Справочное время восстановления (Тге), расчетное по однозвенной модели (Тг), расчетное по двухзвенной модели (Тг2)

G1

Rs 3

U1

R11

G2.

¥

D1

U2

D2

RI2

Рис.4. Эквивалентная схема двухзвенной PSpice-модвли диода

ной Pspice модели диодов содержатся в стандартных библиотеках поставляемых вместе с Pspice. Характеристики, рассчитанные по параметрам, содержащимся в стандартных библиотеках, как правило, не соответствуют типовым справочным характеристикам. Определение параметров встроенной Pspice модели диодов самостоятельно возможно, например, при помощи вспомогательной программы Model Editor (ME). Эта программа предназначена для определения параметров маломощных диодов, но не годится для определения параметра Tt, поэтому параметр Tt предлагается определять по формуле (1). Для ПВД некоторые изготовители (например, Infineon) приводят свои модели, однако далеко не всегда их характеристики соответствуют справочным, модели слишком сложны и громоздки,

определение параметров при помощи МС затруднительно, а при помощи Model Editor невозможно. Поэтому, на основе двухзвенной нелинейной модели предложена двухзвенная PSpice модель, эквивалентная схема которой показана на рис. 4.

Были рассмотрены четыре тестовые схемы для моделирования выключения диода. Исследования, показали, что измеряемые значения Qrr и Тгг зависят не только от параметров диода, но и от скорости нарастания обратного напряжения, которое зависит от параметров схемы. Была предложена схема, в которой это влияние сведено к минимуму.

На рис.5 на одном периоде коммутации приведены графики тока и энергии переключения диода, рассчитанные по однозвенной и двухзвенной PSpice моделям. Как видно, энергия коммутационных потерь по двухзвенной модели составляет около lOuWs, а для однозвенной модели пренебрежимо мала. Поэтому использование только однозвенных моделей, таких как встроеная в PSpice-модель, приводит к сильному занижению оценки потерь в диодах при переключении.

Во второй главе рассмотрены модели биполярных транзисторов (БТ) и методы определения их параметров. Биполярные транзисторы находят широкое применение в преобразовательной технике, а также модель БТ входит в состав модели БТИЗ, что используется в гл.5.

Рис.5. Диаграммы тока и энергии переключения для диода НРА08ТВ60, рассчитанные по однозвенной и двухзвенной Рэрке моделям

Биполярные транзисторы можно разделить на два вида: низковольтные и высоковольтные. Динамические свойства БТ в справочных листах описывается зависимостями емкостей С1Ь(11), СоЬ(11), коэффициента усиления НГе(1с), полосы пропускания Е1(1с), длительностями этапов переключения в ключе с ре-зистивной нагрузкой 1<1г, й-я, 1з. Рассмотрен процесс переключения ключа с резистивной нагрузкой по КЛМ и получены выражения для расчета времен этапов переключения 1с1г, йб, 1з, гА, на основании чего была предложена методика определения параметров модели ВБ, ВЯ, ТР, ТЯ по справочным данным.

Кусочно-линейная модель непосредственно получается из передаточной нелинейной модели (ПМ).

ТТ------------------,

исрсдсничпал тидшо иишлш)\.

в МС для проверки выражений полученных при помощи КЛМ, кроме того, ПМ содержится в РБрюе. Для динамических параметров ПМ используются значения полученные для КЛМ. Результаты расчетов для транзистора Т1Р41А показывают, что динамические характеристики ПМ совпадают в основном в одной

1с (А)

Рис 6. Т1Р41: Зависимости задержки и времени нарастания коллекторного тока по справочным данным, по модифицированной передаточной модели с дифференциальными параметрами.

точке, для которой определялись параметры. Передаточная модель при расчете времен в точке 1с= 1А дает ошибку менее 10%, однако, при расчете времен переключения в других режимах ошибка может достигать 200%. Чтобы устранить этот недостаток, модель в МС была модифицирована при помощи применения зависимостей ВЩс), ТЩс), Тг(1с). Из графиков (рис. 6-7) видно, что расчет по модифицированной передаточной модели (МПМ) дает совпадение динамических характеристик со справочными в широких диапазонах коллекторного тока.

В системе РБрке имеется более точная встроенная модель Гуммеля-Пуна (ГПМ). Эта модель автоматически упрощается до передаточной модели, если опустить некоторые параметры. Модель Гуммеля-Пуна учитывает зависимости ВГ(1Г), Вг(1г), ис), причем параметры этих зависимостей можно определить в МЕ. Сравнение расчетных характеристик встроенной

|....... II ■ 1 ::

«■«^^■»ц справ очное • ■» » -Ма расчетное Г «1 й справочное

у,

» - -V расчетное (

1

1 ' 1 V 1 1 ; И И

\ 1 , ь

I 1 г 1 ! ^

т!

1с (А)

Рис 7. Т1Р41: Зависимости задержки и времени спада коллекторного тока по справочным данным, по модифицированной передаточной модели

PSpice-модвли БТ с приводимыми типовыми характеристиками показало, что, как правило, расчетные характеристики с применением библиотечных параметров не соответствует справочным. Особенно велики различия расчетных и справочных динамических характеристик trs(Ic), ts(Ic), tfl(Ic).

Подобные результаты получаются и для других типов транзисторов. Наблюдаются количественные, но не качественные расхождения. Для устранения этих расхождений достаточно переопределить параметры модели по типовым характеристикам (или для своего экземпляра транзистора по экспериментальным характеристикам). Определение параметров ГПМ по справочным характеристикам может быть осуществлено с помощью программы ME. Добиться хорошего совпадения введенных точек и расчетного графика на восходящей ветви частоты полосы пропускания Ft(Ic) (по этой характеристике определяется TF, XTF, VTF, ITF) не удается. Результаты проверочных расчетов trs(Ic) и tfl(Ic) на малых токах существенно занижены по сравнению со справочными.

Поэтому был предложен другой метод определения параметров TF, XTF, VTF, ITF по справочным trs(Ic) и tfl(Ic) с применением программы параметрической оптимизации PSpice Optimizer (PSO), которая входит в систему OrCAD. Достоинством этого метода, является его универсальность и формальность: пользователю не обязательно знать, как устроена модель, он может работать с ней как с «черным ящиком» подстраивая параметры модели под заданные характеристики в автоматическом режиме. В диссертации приведены справочные и расчетные зависимости длительностей этапов переключения от тока для транзистора TIP41 А, которые достаточно хорошо совпадают.

Главной особенностью высоковольтных транзисторов является эффект динамического насыщения. При включении транзисторного ключа этот эффект сказывается в затягивании процесса включения при малых напряжениях. Эффект динамического насыщения можно учесть, правильно определив параметры модели транзистора TF, VTF, XTF, ITF, TR. Как показано на примере транзистора MJ16110, это можно проделать в PSO. Для этого требуются значения коллекторного напряжения, которые приводятся в справочнике для нескольких моментов времени.

В третьей главе рассмотрены модели МДП-транзисторов и методы определения их параметров.

Значения параметров и характеристики приборов существенно зависят от конструкции, в частности, сильно зависит вид характеристики Cgd(U), играющей решающую роль в коммутационных процессах.

Динамические свойства МДПТ в справочных листах описывается зависимостями емкостей Crss(U), Ciss(U), Coss(U), проходной и выходной характеристиками, зарядной характеристикой, длительностями этапов переключения в ключе с резистивной нагрузкой tdon, tr, tf, tdoff.

Для приближенных аналитических расчетов коммутационных процессов в ключах на МДПТ применяется кусочно-линейная модель (KJIM). Проведен анализ процесса переключения транзистора по кусочно-линейной модели, получены аналитические выражения для приближенных расчетов времен в типовой схеме в системе MathCad. Для более точных численных расчетов используется нелинейная модель (НМ) с различными аппроксимациями Cgd(Ugd) и Id(Ugs,Uds). Было рассмотрено и предложено несколько функций хорошо аппроксимирующих зависимость емкости Cgd для разных типов транзисторов (степенная, экспоненциальная, на основе арктангенса рис. 8).

Существующая в Pspice модель МДПТ была разработана для пла-нарной конструкции транзисторов, в которой емкость затвор- сток (Cgd) постоянна. Сравнительный анализ расчетных времен переключения встроенной в Pspice модели МДП транзистора и приводимых типовых значений показал, что рассчитанные по библиотечным параметрам времена переключения не соответствует справочным временам переключения, причем, расчетная форма тока встроенной в PSpice-модели (PSM) качественно отличается от реальной в силу большой нелинейности Cgd(U). Также в PSM плохо моделируется характеристика обратного диода, поэтому считать по PSM инверсный режим МДПТ нельзя. Рассмотрены различные способы реализации в PSpice Cgd(Ugd) таких крупнейших производителей, как International Rectifier, OnSemiconductor и Infineon. Отмечены их достоинства и недостатки. Предлагается моделировать емкость Cgd в виде зависимого источника тока между потенциалами g и d (рис. 9), величина которого описывается функцией: Value={ (СО - Cl*Arctan( (V(d,g) + VI)/V2) ) * DDT(V(d,g))} (2) В качестве аппроксимирующей функции может выступать любая подходящая функция (рис. 9). Аппроксимации зависимостей емкости Cgd(U), описанные выше для НМ, используются в модифицированной Pspice модели МДПТ, эквивалентная схема которой изображена на рис. 9. Модифицированная Pspice-модель (MPSM) состоит из «ядра», в качестве которого выступает встроенная PSM, параметры RGG, RDD, RS, CGSO, CGDO которой заданы нулевыми, вокруг ядра имеются дополнительные сопротивления RON, RGG,

U,(V)

РйС. о CïïpâEûHHEH iânïïCHMùC jïi CivïKGCTïï

Cgd для транзистора MTW8N60E и аппроксимации на основе арктангенса н степенной функции

CGSA П RSS

fc-

Рис 9. Модифицированная PSM МДПТ

КББ, постоянная емкость СОБА и зависимый источник тока, играющий роль нелинейной емкости Cgd согласно зависимости (2). В качестве обратного диода используется двухзвенной модель, рассмотренная в первой главе. К модели могут быть добавлены паразитные индуктивности Ьэ, Ьс1,Параметры такой модели определяются частично в МЕ, частично в РБО по типовым характеристикам, приводимым в справочниках. Разработана методика определения параметров на примере одиннадцати типов транзисторов (из них два СООЬМОБ и два низковольтных для синхронного выпрямления).

Следует отметить, что для МДПТ приводится наибольшее число справочных характеристик, что позволяет определять параметры по одним характеристикам (зависимости емкостей, табличные времена переключений), а проверять модель по другим (зарядная характеристика). Показан пример определения параметров модели промышленного образца МДПТ по экспериментальным характеристикам. Результаты расчетов в Р5рюе сопоставлены с осциллограммами. В качестве промышленного образца использовался транзистор В1К91, для него при коммутации резистивной нагрузки с использованием цифрового осциллографа были получены осциллограммы напряжения на затворе и коллекторе транзистора. Параметры модели рассчитывались в РБО по нескольким точкам экспериментальных осциллограмм напряжений стока и затвора при переключении таким образом, чтобы расчетные осциллограммы совпадали с экспериментальными. В качестве проверки был проведен расчет для другого режима нагрузки. Расчетные характеристики в достаточной степени повторили экспериментальные осциллограммы (см. таблица 1).

В силовых системах многие параметры полупроводниковых приборов сильно зависят от температуры. В РБрюе встроены зависимость некоторых характеристик приборов от температуры, однако значения соответствующих параметров не настроены. У МДП транзистора от температуры зависят порог включения, сопротивление канала и крутизна передаточной характеристики, однако в РБрке-модели учтена только температурная зависимость крутизны, причем эта зависимость может не совпадать со справочной. Поэтому необходимо учесть все эти зависимости для модели МДП- транзистора, что было проделано, путем добавления дополнительных элементов, зависящих от потенциала определенного узла (например, у(Т]).)

УЛ(Т]) = Уббо + Ье1а(у(Т]) - 27) (3)

Е_УШ(Т])= Ье1а(у(Т]) - 27) (4)

11(10]) = (а11оп(у(Т])-27)2 + Ы1огг(у(Т])-27) + сЯоп) (5)

1_И(Т]) = 1(Ы1_МЕ88) ((27+273)/(\'(Т1)+273) )к (6)

Таблица 1 Результаты моделирования эксперимента

BUZ91 Id tdon (ns) tr (ns) tdoff (ns) tf (ns) CKO %

PSpice modeling 2 13 7 194 21 9

Experiment data 2 14 8 188 19

PSpice modeling 8.68 14 15 169 17 24

Experiment data 8.68 15 18 156 30

Параметры этих зависимостей определяются при помощи простейших вычислений в МС по упомянутым выше справочным зависимостям.

В четвертой главе рассмотрена работа ключа на МДПТ с токовой (индуктивной) нагрузкой. Для оценки ---- -

Г ' Статические потери | : :

Г:;.....:...!..........

\ ..........

...............

динамических свойств мощных МДП транзисторов в их справочных данных приводятся длительности этапов коммутации в ключе с резистивной нагрузкой. В преобразовательных устройствах рези-стивная нагрузка ключа встречается редко, обычно нагрузка нелинейная и комплексная. При такой

ттп гпяяттрттитл г* П(ж,т-

Рис.10.

энергия

переключения

ЗГНШЧЬиСЛ 10=8, Ь8=1 /п, 1^=6.8

включение Бррцмбосз с горобгба

И (А)

Рис. 11. справочная и расчетные зависимости энергии включения

стивнои, коммутационные потери энергии в транзисторе обычно значительно больше. Транзисторный ключ с индуктивной нагрузкой является главной частью большинства типов преобразователей напряжения (ПН) и исследование такого типа включения представляют больший практический интерес.

Проведен численный анализ коммутационных процессов при работе МДП транзистора на индуктивную нагрузку с использованием рассмотренных ранее нелинейных и кусочно-линейных моделей транзистора и диода в МС и РБрке. Получены приближенные аналитические выражения для расчета энергий переключения.

Проведен анализ известных из литературы аналитических выражений для оценки энергии переключения при индуктивной нагрузке, отмечены недостатки. Получены формулы, позволяющие более точно проводить подобные расчеты, без учета паразитной индуктивности.

Проведенные исследования показали, что при работе транзистора с небольшими с11/си (менее 2А за Юпэ), влияние типовых (справочных) значений паразитной индуктивности, не оказывает существенного влияния на результаты расчета. Однако, чем

260 \ 200

!"» 100

включение ЗРР11И60С2 с 8СР06860

--- Еоп_крг '— Еоп 1.8=7п 1—Еоп1.за12п - Ео

Рис.12. справочная и расчетные зависимости энергии включения

больше ток и чем более быстродействующий транзистор, тем сильнее становится влияние индуктивности на процессы. Наиболее сильно паразитные индуктивности сказываются на фронтах переключаемого тока, причем самое большое влияние оказывает индуктивность истока Ls. Показано, что для транзисторов семейства COOLMOS, обладающих исключительно короткими фронтами, пренебрегать воздействием паразитных индуктивностей недопустимо. В этом отношение автоматизированная система PSpice имеет большое преимущество перед аналитическими методами, так как учесть любые индуктивности в PSpice не составляет труда. В графическом процессоре Probe модуля PSpice выводится интеграл от мгновенной мощности s(v(d,s)*I(Rd)), который позволяет определить энергию потерь на каждом этапе периода коммутации (рис.10).

В ходе сопоставления расчетных данных с экспериментальными, было показано, что, энергии включения и выключена« (коммутационные потери) зависят от параметров транзистора и диода, паразитной индуктивности в цепи стока и истока (рис. 11, 12), параметров схемы управления и параметров нагрузки. Эти потери существенно больше, чем в ключе с резистивной нагрузкой.

В пятой главе рассмотрены модели биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ).

Динамические свойства БТИЗ в справочных листах описываются зависимостями емкостей Crss(U), Ciss(U), Coss(U), проходной и выходной характеристиками, этапами процессов переключения в ключе с резистивной нагрузкой tdon, tr, tf, tdoff.

Поскольку для БТИЗ паспортным является процесс включения на токовую нагрузку и диаграммы времен переключения и энергии приводятся для этого режима, было проведено кусочно-линейное моделирование переключения БТИЗ токовой нагрузки. Анализ процессов позволил разработать методику определения параметров KJ1M в MC по справочным зависимостям напряжения насыщения Uce от тока коллектора и по зависимости тока коллектора 1с от управляющего напряжения, с учетом известной справочной энергии выключения Eoff, времени спада тока и справочной задержки включения.

Встроенная в PSpice-модель (PSM) БТИЗ компактна и описывается небольшим числом параметров. В библиотеке Pspice приводятся параметры этой модели для многих транзисторов.

В справочниках для БТИЗ приводятся следующие характеристики: проходная характеристика Ic(Uge), выходная характеристика Uce(Ic), зарядная характеристика Ug(Qg), а также времена переключения Tdp, Trs, Tdf, Tf], энергия включения Eon и полная энергия Etotal для типовой схемы.

Статические характеристики, времена переключения и энергии, рассчитанные для встроенной в PSpice-модели БТИЗ в типовой схеме (на примере IRGBC30F) , отличаются от справочных из-за несоответствия значений параметров модели этим типовым характеристикам. Рассчитанные в PSpice статические характеристики и измерения времен переключений и энергии модели с

Таблица 2 Сравнение результатов расчета

Транзистор 11Ш4РС50Р (1с =39А Усс=480 У£е=15 Яв»5) Tdon (ns) 1rs (к) Tdoff (ns) Tf) (ns) Eon (ml) Etolal (mJ)

Справочные бремена и энергии переключения 31 25 240 130 0.37 2.47

Насчет по составной /'¿.V/ с сайта производителя 1КР 56 13.2 653 392 0.201 2.85

Расчет по составной РЭМ с параметрами из РЫО 28 23 219 152 0.45 1.64

Транзистор 11Ю4РС50и (1с -27А Усс=480 Vge=I5 Яег=5) Tdon (ns) 1rs (ns) Tdoff (ns) Tfl (ns) Eon <mJ) Etotal (mJ)

Справочные времена и энергии переключения 32 20 170 88 0.12 0.54

Расчет по встроенной с библиотечными параметрами 13 17 140 469 0.259 1.93

Расчет по составной РБМ с параметрами из Р50 21 15 140 86 0.15 0.54

параметрами из Model Editor (на примере IRGBC30F) также не совпадают со справочными.

Повысить достоверность расчетов можно только при использовании более сложных моделей следующего уровня, являющихся комбинацией PNP биполярного и NPN МДП транзисторов. Обычно такие модели выполняются в виде подсхем (subcircuit) и не поставляются вместе с Pspice, а скачиваются отдельно с сайтов крупнейших производителей. Известны современные модели таких производителей, как International Rectifier, OnSemiconductor и Infineon. Так как все эти модели составлены из моделей МДПТ, БТ и модели обратного диода, будем называть эти модели составными (или комбинированными) PSpice-моделями (CPSM). Отличие их друг от друга, в основном заключается в разных способах моделирования емкости Cgd(U). Для примера рассмотрена модель IRG4PC50F транзистора четвертого поколения фирмы International Rectifier. Подсхема состоит из моделей МДПТ и БТ, обратного диода и цепочки, моделирующей нелинейную емкость затвор-исток МДПТ. Недостаток этой модели в том, что модели МДПТ и БТ содержат большое число параметров, комплексная методика определения которых неизвестна. Модель диода - встроенная (однозвенная) PSM, не моделирует плавное восстановление. Для аппроксимации Cgd(U) при Udg>0 применяется степенная зависимость (барьерная емкость диода D2) что подходит далеко не для всех типов транзисторов. Хотя статические характеристики описываются сравнительно хорошо, динамические характеристики CPSM БТИЗ плохо соотносятся со справочными данными. Поэтому была предложена другая составная модель на основе комбинаций уже рассмотренных ранее моделей (и аппроксимаций) для МДПТ, БТ и диода, и методика определения ее параметров.

Анализ KJIM и нелинейных моделей БТ и МДПТ позволил определять параметры CPSM по справочным характеристикам в МС. Однако, если учитывать зависимости параметров от режима, то аналитически записать выражения для времен переключения и энергии уже не так просто. Кроме того, в аналитическом виде сложно учесть влияние паразитной индуктивности эмиттера, коллектора и затвора. Поэтому был предложен еще один способ определения параметров CPSM без получения аналитических выражений, с учетом паразит-

ной индуктивности и не идеальности фронта генератора, при помощи описанной выше программы параметрической оптимизации PSO. Определены параметры для транзисторов IRG4PC50F, IRG4PC50U.

Как было упомянуто выше, параметры CPSM БТИЗ можно определять по типовым характеристикам и приводимым в справочниках значениях времен переключения и энергий. Если необходимо определить параметры модели для конкретного образца БТИЗ, это можно проделать, сняв экспериментально те же справочные характеристики и найти параметры по одной из описанных выше методик. Можно точнее и проще определять динамические параметры по временным характеристикам Ic(t) и Ug(t), снятым в тестовой схеме. Для этого необходимо получить (с использованием цифрового осциллографа) проходную характеристику и характеристику насыщения, а также осциллограммы напряжения на затворе и коллекторе транзистора при коммутации транзистором резистивной нагрузки (в отличие от справочного режима, где нагрузка токовая). Выбор схемы с резистивной нагрузкой обусловлен ее простотой и наименьшим влиянием паразитной индуктивности. Полное определение параметров БТИЗ по экспериментальным данным возможно и в МС, и в Optimizer.

В качестве проверки, с найденными параметрами модели был просчитан другой режим работы с током 2А. Расчеты сопоставлены с соответствующими экспериментальными осциллограммами, результаты вполне удовлетворительные, имеют место лишь некоторые количественные, но не качественные отклонения. Тем самым подтверждается достоверность рассматриваемой модели и методика определения параметров по экспериментальным данным.

В шестой главе рассмотрены некоторые вопросы практического моделирования транзисторных ключей и ПУ на их основе.

Рассмотрена простейшая RLC-цепь и LCD-цепи двух типов для формирования траектории рабочей точки. Предложена методика расчетов номиналов компонентов ЦФТРТ при помощи многовариантного анализа и программы PSO. Методика имеет общий характер и применима для схем разного типа ПН с ключами на БТ, МДПТ и БТИЗ.

Для оценки температуры перехода полупроводникового прибора в справочниках приводится зависимость динамического теплового сопротивления от времени. Расчет температуры по этой зависимости для большинства практических случаев затруднен. Более эффективным является использование тепловой модели, позволяющей рассчитать изменение температуры перехода во времени для любой формы мощности. Некоторые фирмы приводят параметры таких цепей, однако, в большинстве случаев их параметры не известны.

Поэтому предлагаются два метода определения параметров тепловой модели: при помощи численного обращения Zth(p) и при помощи программы PSO.

Комбинирование тепловой модели с теплозависимой моделью транзистора, рассмотренной в главе 3, позволило получить теплозависмую модель, учитывающую эффект саморазогрева. Рассмотрены примеры применения этой модели.

В последних параграфах главы рассмотрены примеры моделирования двух узлов ключевого источника питания (КИП) «200W SMPS DemonstrationBoard» стабилизатора напряжения (СН) и корректора коэффициента мощности (ККМ). Проведен расчет мощности в ключах и сравнение результатов с приведенными в документации данными. Выбор данного объекта исследования обусловлен тем, что макет КИП выполнен с минимальными паразитными параметрами на печатной плате, в конструкции приближенной к реальной, и используется в лабораторном практикуме на кафедре промышленной электроники.

Сложность моделирования СН заключалась в том, что в выходе 5V использовались синхронное выпрямление, и использовалось сразу несколько типов транзисторов, параметры которых были описаны ранее.

В главе приведено общее описание и принципиальные PSpice схемы, сформулированы некото= рые критерии и признаки установившегося режима, дана методика расчета установившегося режима и анализ влияния параметров расчета на конечный результат. Приведены диаграммы, иллюстрирующие процессы в СН и измерения коммутационных потерь. В приложениях размещена распечатка используемых Pspice программ.

Для ККМ особенностью расчета является то, что ток транзистора в ККМ меняется в течение сетевого периода, и поэтому усреднять потери также необходимо за половину сетевого периода 10ms, а не за период коммутации 5us как в случае стабилизатора, что требует значительных вычислительных мощностей. Процесс установления занимает несколько периодов сети, поэтому применялась та же методика, а именно: упрощенный расчет по усредненной модели для получения начальных условий директивой savebias, а затем загрузка их директивой loadbias и расчет с имитационной моделью.

Описанный метод достаточно громоздкий. Поэтому предложен аналитический метод расчета с использованием аппроксимаций характеристик энергии включения и выключения в зависимости от тока (их можно рассчитать на Pspice, а для SPB11N60C2 и диода SDP06S60 эти зависимости приведены в справочнике).

Рис 13. Сравнение расчетной в Р8р1се и справочной средней мощности потерь в активных элементах КИП

Расчет по данной методике дает полные потери для транзистора 01 Р=4.738\У, из них статических потерь 1.095W, что хорошо совпадает с имитационным расчетом в РБрке (рис. 13).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе решении задач, поставленных в диссертации, получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Проведен анализ существующих моделей силовых компонентов. Показано несоответствие расчетных характеристик типовым справочным характеристикам.

2. В процессе выполнения работы были рассмотрены более 24 моделей компонентов (8 для диодов, 4 БТ, 9 МДПТ, 3 БТИЗ) из них предложена одна новая модель для диода и модифицированы семь моделей для транзисторов, что позволяет более точно проводить расчеты коммутационных процессов в транзисторных ПН.

3. Разработанные на основе кусочно-линейных моделей новые методы определения параметров уже имеющихся и вновь полученных моделей позволяют самостоятельно определять параметры моделей, как по справочным характеристикам, так и по экспериментальным данным.

4. Исследование тепловых моделей и разработка методов определения их параметров, вместе с исследованием теплозависимых моделей компонентов позволило освоить методику теплового моделирования силовых ключей в ПУ на РБрке с учетом эффекта саморазогрева компонентов;

5. Рассмотренные модели позволили провести анализ коммутационных процессов в силовых компонентах СН и ККМ практической схемы макета ключевого источника питания (КИП) «20(Ж_8МР8_ВетоВоагс1». Разработаны два метода расчета коммутационных потерь. Результаты работы могут быть использованы в проектировании, при проведении как предварительного, так и проверочного схемотехнического моделирования преобразовательных устройств.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Лебедев А.Г. Недолужко И. Г. Модели мощных МДП-транзисторов для анализа коммутационных процессов II Вестник МЭИ - М.: МЭИ 2002г. №5, С. 87- 94

2. Воронин П. А. Лебедев А. Г. Недолужко И. Г. Определение параметров PSpice-моделей МДПТ и БТИЗ по экспериментальным характеристикам. // Силовая Электроника. - 2006. - №4. - С. 20-23.

3.Глебов Б. А. Лебедев А.Г. Недолужко И. Г. Расчет с помощью PSpice демпфирующих цепочек для транзисторных ключей ПН. // Силовая электроника -2005,-№4.-С. 78-81.

4. Лебедев. А. Г. Недолужко И. Г. Усовершенствованные PSPICE модели мощных диодов и МДП-транзисторов и определение их параметров. // Практическая силовая электроника. - 2003. - №11. - С. 4 - 10.

5. Лебедев. А. Г, Недолужко И, Г. Модели мощных биполярных транзисторов и определение их параметров. // Силовая Электроника. - 2005. - №1. - С. 12-17.

6. Лебедев А. Г. Недолужко И. Г. Методика определения параметров PSPICE моделей IGBT-транзисторов. Силовая Электроника. — 2005. - №2. - С. 100103.

7. Лебедев А. Г. Недолужко И. Г. Анализ коммутационных процессов в ключе на МДП-транзисторе с индуктивной нагрузкой. // Компоненты и Технология. -2007.-№4.-С. 123-128.

8. Лебедев. А. Г. Анализ коммутационных процессов в МДП-транзисторах // VIII международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов / Вестник МЭИ. Тезисы докладов. -М.: МЭИ, 2001. - С. 195-196.

9. Лебедев А. Г. Расчет тепловых динамических моделей и характеристик мощных транзисторов // XI международная научно-технической конференции студентов и аспирантов / Вестник МЭИ. Тезисы докладов. - М.: МЭИ, 2004. -с. 244-245.

Подписано в печать^Ы^Зак. й Тир. \00 П.л. № Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д.13

Введение.

1. Модели мощных диодов и определение их параметров.

1.1 Однозвенная кусочно-линейная модель диода и определение ее параметров.

1.1.1 Однозвенная кусочно-линейная модель.

1.1.2 Анализ выключения по кусочно-линейной модели.

1.1.3 Определение параметров кусочно-линейной модели.

1.1.4 Расчет характеристик выключения по кусочно-линейной. модели.

1.2. Однозвенная нелинейная модель диода и определение ее параметров.

1.2.1 Однозвенная нелинейная модель.

1.2.2 Определение параметров нелинейной модели.

1.2.3 Расчет выключения по нелинейной модели.

1.2.4 Однозвенная (встроенная) PSpice-модель.

1.2.5 Определение параметров PSpice-модели в Model Editor.

1.3. Двухзвенная кусочно-линейная модель диода и определение ее параметров.

1.3.1 Двухзвенная кусочно-линейная модель.

1.3.2 Анализ выключения по двухзвенной кусочно-линейной модели.

1.3.3 Определение параметров кусочно-линейной модели.

1.4. Двухзвенная нелинейная модель диода и определение ее параметров.

1.4.1 Двухзвенная нелинейная модель.

1.4.2 Расчет выключения по двухзвенной нелинейной модели.

1.5. Двухзвенная PSpice-модель диода и определение ее параметров.

1.5.1 Двухзвенная PSpice-модель.

1.5.2 Двухзвенная PSpice-модель фирмы Infineon.

1.5.3 Расчет выключения по двухзвенной PSpice-модели.

1.5.4 Сравнение энергии выключения по двухзвенной и однозвенной модели.

1.6. Выводы по главе.

2. Модели биполярных транзисторов и определение их параметров.

2.1. Кусочно-линейная модель биполярного транзистора и определение параметров.

2.1.1. Кусочно-линейная модель.

2.1.2. Анализ по кусочно-линейной модели. Включение биполярного транзистора.

2.1.3. Анализ по кусочно-линейной модели. Выключение биполярного транзистора.

2.1.4. Определение параметров кусочно-линейной модели.

2.2 Передаточная модель биполярного транзистора.

2.2.1 Передаточная модель.

2.2.2 Определение параметров передаточной модели.

2.2.3.Характеристики передаточной модели.

2.3. Модифицированная передаточная модель биполярного транзистора и определение параметров.

2.3.1. Описание модифицированной передаточной модели.

2.3.2,Определение параметров модифицированной передаточной модели.

2.3.3. Характеристики модифицированной передаточной модели.

2.4. PSpice-модель биполярного транзистора.

2.4.1 PSpice-модель.

2.4.2. Определение параметров PSpice-модели.

2.4.3.Характеристики модели Гуммеля-Пуна.

2.4.4. Определение параметров PSpice-модели в Optimizer.

2.4.5. Определение параметров PSpice-модели мощного высоковольтного биполярного транзистора.7.

2.5 Выводы по главе.

3.1 Нелинейная модель МДП-транзистора.

3.1.1 Нелинейная модель.

3.1.2 Определение параметров нелинейной модели.

3.1.3 Расчет по нелинейной модели и сопоставление результатов.

3.2 Кусочно-линейная модель МДП-транзистора и определение ее параметров.

3.2.1 Кусочно-линейная модель.

3.2.2 Анализ коммутационных процессов в ключе с резистивной нагрузкой.

3.2.3 Определение параметров кусочно-линейной модели.

3.3 Реализация различных аппроксимаций нелинейной емкости затвор-сток в PSpice.

3.3.1 Встроенная в PSpice-модель.

3.3.2 Модель емкости фирмы Siemens и ее параметры.

3.3.3 Модель емкости фирмы International Rectifier и ее параметры.

3.3.4 Модель емкости фирмы OnSemiconductor и ее параметры.

3.3.5 Модель емкости с применением функции дифференцирования DDT.

3.3.6 Модель емкости фирмы Infineon и определение ее параметров.

3.4. Модифицированная PSpice-модель МДП-транзистора.

3.4.1 Модифицированная PSM МДПТ.

3.4.2 Методика определения параметров средствами PSpice.

3.4.3 Определение параметров MPSM МДПТ по экспериментальным данным.

3.5. Модель МДП-транзистора с теплозависимыми параметрами.

3.5.1. Описание теплозависмой модели МДП-транзистора.

3.5.2. Определение параметров теплозависимой модели.

3.6 Выводы по главе.

4. Работа мощных МДП —транзисторов на токовую нагрузку.

4.1 Численный анализ коммутационных процессов МДП-транзистора при работе на токовую нагрузку по нелинейной и кусочно-линейной моделям.

4.2 Аналитический анализ коммутационных процессов МДП-транзистора при работе на токовую нагрузку по кусочно-линейной модели.

4.3 Анализ коммутационных процессов МДП-транзистора семейства CoolMOS при работе на токовую нагрузку в PSpice.

4.4 Анализ коммутационных процессов в экспериментальной схеме.

4.5 Выводы по главе.

5. Модели биполярных транзисторов с изолированным затвором и определение их параметров.

5.1.1 Встроенная в PSpice-модель БТИЗ.

5.1.2 Составная PSpice-модель БТИЗ.

5.2 Кусочно-линейная модель БТИЗ и определение ее параметров.

5.2.1 Кусочно-линейная модель (KJIM).

5.2.2 Работа БТИЗ на токовую нагрузку.

5.2.3 Определение параметров кусочно-линейной модели.

5.3. Составная PSpice-модель БТИЗ и определение ее параметров.

5.3.1 Определение параметров составной PSpice-модель БТИЗ в МС.

5.3.2 Определение параметров PSpice-модели БТИЗ в Optimizer.

5.3.3. Определение параметров модели БТИЗ по экспериментальным данным.

5.4 Выводы по главе.

6. Практическое применение методов моделирования.

6.1. Расчет цепей формирования траектории рабочей точки транзисторов.

6.2. Расчет параметров моделей тепловых цепей.

6.2.1 Модель тепловой цепи.

6.2.2 Определение параметров тепловой цепи в МС.

6.2.3 Определение параметров тепловой цепи с помощью PSpice Optimizer.

6.3 Применение теплозависимой модели с обратной тепловой связью для расчета пиковой температуры ключа на МДП транзисторе.

6.4. Примеры расчета потерь в компонентах ключевого источника электропитания.

6.4.1 Общее описание КИП.:.

6.4.2 Расчет установившегося режима в стабилизаторе напряжения.

6.4.3 Расчет потерь в силовых компонентах стабилизатора напряжения.

6.4.4 Расчет установившегося режима в корректоре коэффициента мощности.

6.4.5 Имитационный расчет потерь в силовых компонентах корректора коэффициента мощности.

6.4.6 Аналитический расчет потерь в полупроводниковых компонентах корректора коэффициента мощности при помощи справочных зависимостей.

6.5. Выводы по главе.

Актуальность темы.

При анализе и проектировании преобразовательных устройств (ПУ) обычно проводят следующие виды расчетов: расчет статических характеристик (выходных, передаточной, регулировочной), спектральный (гармонический) анализ (спектр входного тока, выходного напряжения); расчет переходных процессов (реакция ПУ на быстрые изменения питания, тока (или сопротивления) нагрузки, процесс выхода на режим; расчет частотных характеристик и анализ устойчивости; расчет режимов работы компонентов (прежде всего силовых электронных ключей, трансформаторов, дросселей), включая расчет коммутационных процессов (процессов переключения силовых транзисторов и диодов) расчет средних, действующих и максимальных значений токов, максимального напряжения, пиковой и средней за период мощности и т.д.; расчет пиковой и средней за период температуры перехода силовых ключей; расчет КПД ПУ.

При необходимости все виды расчетов должны быть проделаны с учетом разброса номиналов параметров (допусков) компонентов и для заданного диапазона температуры окружающей среды и с учетом саморазогрева компонентов (за счет выделяющейся в них мощности).

Расчет режимов работы компонентов не возможен без анализа коммутационных процессов. Особенно важен этот вид анализа на высоких частотах для расчетов пиковых значений токов и температуры и вклада коммутационных потерь в общую мощность потерь. Практически во всех работах по ПУ [6], [35], [37], [38], [39], [40], [42], коммутационные процессы или совсем не учитываются или приводятся упрощенные фо рмулы для коммутационных потерь. В большинстве случаев при записи этих формул считается, что токи и напряжения ключей изменяются линейно, паразитные реактивности не учитываются, а времена переключения считаются не зависимыми от режима и берутся из справочных данных, что не соответствует действительности.

С развитием технологий времена переключения силовых ключей уменьшаются, и в настоящее время скорость изменения токов ключей может достигать единиц и более ампер за наносекунду, а скорость изменения напряжения - десятков вольт за наносекунду. При этом необходимо учитывать паразитные параметры схемы (индуктивности выводов и монтажные емкости), что увеличивает порядок системы решаемых уравнений и сильно затрудняет анализ коммутационных процессов аналитическими методами.

В простых схемах (с одним-двумя силовыми ключами) коммутационный анализ возможен и при помощи численно-аналитических методов в математических системах (МС) например MathCad (MCD). В реальных ПУ коммутационный анализ возможен только с применением автоматизированных систем схемотехнического моделирования, таких как Multisim, Microcap, Oread и др. Из этих систем Oread является наиболее эффективным [19], к тому же туда входит модуль PSpice (для расчетов переходных процессов) Model Editor (для определения параметров моделей компонентов), модуль Optimizer, (позволяющий проводить оптимизацию несложных устройств) и др.

Вместе с PSpice поставляются встроенные модели компонентов, а в библиотеке PSpice приводятся значения параметров этих моделей для большого числа типов компонентов. Однако в литературе [5], [7], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15] имеются сведения, что эти модели и их значения параметров не всегда адекватно описывают характеристики компонентов.

Под моделью следует понимать совокупность математических выражений (систем, уравнений, неравенств) или соответствующая схема с рядом функциональных зависимостей. Под параметрами модели следует понимать численные значения коэффициентов, используемых в этих выражениях. Каждый индивидуальный компонент отличается набором этих параметров. Естественно, что расчетные характеристики определяются как математические зависимостями модели, так и их коэффициентами (параметрами), и чтобы изменить характеристики нужно менять или параметры, или функциональные зависимости, или в отдельных случаях и то и другое.

В последние годы фирмы изготовители вместе со справочными данными на свои компоненты стали выкладывать в Интернет усовершенствованные PSpice-модели в виде подсхем (вместе с набором параметров). В известной литературе [5], [7], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]. нет сведений о том, насколько адекватно такие модели описывают характеристики компонентов и как определять их параметры. Разработка методики определения их параметров является актуальной проблемой.

Некоторые из новых моделей производителей чересчур «физичны», и разобраться в них, с целью подстройки параметров, бывает невозможно [11], [12]. В некоторых случаях расхождения расчетных характеристик с типовыми справочными носят качественный характер. В этих случаях необходимо модифицировать модели, меняя существующие зависимости, или строить новые модели с новыми зависимостями. В настоящее время существует потребность в «гибких» моделях, характеристики которых могут быть достаточно быстро и просто приспособлены под быстро изменяющиеся технологии изготовления полупроводниковых приборов [28], [30].

На коммутационные потери большое влияние оказывают схемы управления ключами, а также цепи формирования траектории рабочей точки (ЦФТРТ) или снабберы, которые широко используются для уменьшения коммутационных потерь в силовых ключах. Если анализу и расчету схем управления в литературе [38, 40, 47, 51] уделяется достаточно много внимания, то этого нельзя сказать о снабберах. Поэтому, разработка методики расчета номиналов элементов снабберов, является актуальной проблемой.

При моделировании процессов в ПУ большой интерес представляет температура перехода, не только средняя (статическая), но и пиковая температура ключей, так как основным критерием работоспособности электронного компонента является нахождение температуры кристалла в пределах максимально допустимой. Зависимости параметров компонентов от температуры среды хотя и заложены в их встроенные PSpice-модели, но значения соответствующих параметров не настроены и методика такой настройки не описана. При расчете пиковой температуры необходимо учитывать разогрев компонента собственной мощностью (саморазогрев), для чего необходимо иметь соответствующие модели. Некоторые фирмы (например, Infineon) для отдельных типов своих компонентов дают такие модели, однако для остальных типов нужно определять параметры этих моделей или строить свои модели и определять их параметры по справочным данным. В работе [13] описана динамическая темпера-турозависимая модель, однако, методика определения тепловых параметров является актуальной и неисследованной проблемой.

При PSpice-моделировании коммутационных процессов в реальных ПУ возникают трудности, связанные с тем, что для получения достоверных результатов необходимо проводить расчеты с шагом много меньшим длительностей этапов коммутации. С учетом того, что стационарный (установившийся) режим устанавливается в ПУ за несколько десятков периодов коммутации (за много сотен периодов при тепловом моделировании), прямое PSpice-моделирование может потребовать недопустимо больших затрат машинного времени и оперативной памяти (десятки минут и сотни мегабайт соответственно). В известной литературе отсутствуют сведения о том, как решать такие задачи.

Таким образом, можно заключить, что анализ и моделирование коммутационных процессов в ПУ, в том числе в транзисторных преобразователях напряжения, является актуальной проблемой.

Цель работы.

Целью работы является анализ существующих моделей силовых компонентов, усовершенствование и разработка новых моделей, разработка методики расчета и моделирования коммутационных процессов в транзисторных преобразовательных устройствах.

Задачи исследования

• Изучение имеющихся моделей силовых компонентов и выявление их недостатков;

• Исследование возможностей кусочно-линейных моделей и проведение аналитических расчетов с их применением;

• Усовершенствование имеющихся и, при необходимости, разработка новых моделей силовых компонентов, в том числе моделей, учитывающих саморазогрев компонентов выделяющейся мощностью;

• Изучение и разработка методов определения параметров этих моделей, определение параметров моделей рассмотренных видов;

• Расчет коммутационных процессов в диодных и транзисторных ключах с резистивной и индуктивной нагрузками, учет влияния паразитных параметров;

• Расчеты коммутационных процессов (в том числе определение потерь мощности) в практических схемах преобразователей напряжения, разработка методики таких расчетов.

Методы исследования.

В процессе исследования применялись следующие методики. Для определения параметров математических моделей компонентов применялась математическая система MathCad, пакет Model Editor системы Oread и пакет Optimizer системы Oread. Использовались также методы Булириш-Штера для решения систем дифференциальных уравнений в МС, использовалось численное обращение операторных выражений для расчета параметров тепловых цепей. При схемотехническом моделировании, (в том числе при анализе коммутационных процессов) использовался пакет PSpice системы Oread в режиме расчета переходных процессов.

Достоверность полученных результатов определяется применением известных компьютерных систем MathCad и Oread, и подтверждается совпадением расчетных, справочных и экспериментальных характеристик. Научная новизна результатов работы состоит в следующем:

• Проведенный анализ кусочно-линейных моделей позволил разработать методики определения динамических параметров моделей компонентов при помощи системы MathCad по справочным характеристикам;

• Предложена методика определения параметров модели тепловой цепи двумя методами: с помощью системы Mathcad и программы параметрической оптимизации Optimizer;

• Предложена методика численно-аналитического расчета коммутационных процессов в силовых ключах с учетом влияния паразитных ин-дуктивностей;

• Усовершенствованы нелинейные модели диода, БТ, МДПТ и БТИЗ. Модели использованы для расчетов коммутационных процессов в ключах при помощи системы MathCad;

Практическая ценность результатов работы состоит в следующем:

• Предложенные Pspice-модели диода, БТ, МДПТ, БТИЗ позволяют более адекватно проводить схемотехническое моделирование транзисторных преобразователей;

• С помощью установки созданной на кафедре промышленной электроники получены экспериментальные статические и переходные характеристики некоторых экземпляров МДПТ и БТИЗ и предложена методика определения параметров моделей по этим характеристикам;

• Предложенная методика теплового PSpice-моделирования компонентов позволяет проводить расчет средней и пиковой температуры с учетом эффекта саморазогрева;

• Разработанная методика определения динамических и статических потерь в компонентах была опробована при моделировании двух узлов ключевого источника питания (200W Demoboard фирмы Infineon): стабилизатора напряжения с синхронным выпрямлением и корректора коэффициента мощности.

Внедрение результатов работы.

Полученные в ходе диссертационной работы результаты (методики определения параметров моделей силовых компонентов и методики расчетов статических и динамических потерь в компонентах) используются в учебном процессе на кафедре промышленной электроники в дисциплинах «Ключевые источники электропитания», «Анализ дискретных схем», а также при выполнении студентами курсовых расчетов и дипломных проектов.

Результаты работы (расчет тепловых цепей, методы измерения коммутационных потерь) используются при разработке источников вторичного электропитания на предприятие ОАО «НЛП ЭлТом» (п. Томилино Моск. обл.).

Апробация работы Основные результаты работы отражены в семи печатных работах и в двух тезисах докладов на восьмой и одиннадцатой научно-технических международных конференциях студентов и аспирантов по направлению «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в 2001-2004гг. (МЭИ). v

13

6.5. Выводы по главе.

1. Предложена методика расчетов номиналов компонентов ЦФТРТ. Методика имеет общий характер и применима для схем разного типа ПН с ключами на БТ, МДПТ и БТИЗ

2. Предложены два независимых метода определения параметров тепловых цепочек в МС и в PSO по характеристике динамического теплового сопротивления.

3. Рассмотрена модель с тепловой обратной связью, позволяющей учесть эффект саморазогрева, рассмотрен пример расчета пиковой температуры в преобразователе напряжения в установившемся режиме.

4. В результате проведенной работы выяснилось, что расчет коммутационных потерь в неустановившемся режиме ведет к большим погрешностям. Предложена методика достижения установившегося режима в схеме СН. Исследовано влияние параметров расчета на конечный результат.

5. Предложены две методики расчета потерь в компонентах в PSpice косвенно-аналитическим путем в МС. Результаты сопоставлены со справочными данными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе решении задач, поставленных в диссертации, получены следующие основные научные и практические результаты

• Проведен анализ существующих моделей силовых компонентов. Показаны несоответствия расчетных характеристик типовым справочным характеристикам.

• В процессе выполнения работы были рассмотрены более 24 моделей компонентов (8 для диодов, 4 БТ, 9 МДПТ, 3 БТИЗ) из них предложена одна новая модель для диода и модифицированы семь моделей для транзисторов, что позволяет более точно проводить расчеты коммутационных процессов в транзисторных ПН.

• Разработанные на основе кусочно-линейных моделей новые методы определения параметров уже имеющихся и вновь полученных моделей позволяют самостоятельно определять параметры моделей, как по справочным характеристикам, так и по экспериментальным данным.

• Исследование тепловых моделей и разработка методов определения их параметров, вместе с исследованием теплозависимых моделей компонентов позволило освоить методику теплового моделирования силовых ключей в ПУ на PSpice с учетом эффекта саморазогрева компонентов.

• Рассмотренные модели позволили провести анализ коммутационных процессов в силовых компонентах СН и ККМ практической схемы макета ключевого источника питания (КИП) "200W SMPS DemoBoard". Разработаны два метода расчета коммутационных потерь. Результаты работы могут быть использованы при проектировании при проведении как предварительного, так и проверочного схемотехнического моделирования преобразовательных устройств.

1. Воронин П. А. Силовые полупроводниковые ключи. Семейства, характеристики, применение. // М.: Изд. дом Додэка-XXI, 2001. -384 с.

2. MOTOROLA TMOS Power MOSFET Transistor Device Data. //Motorola, Inc. 1996.

3. В.П.Дьяконов, И.В.Абраменкова. MATHCAD 7.0 в математике, физике и в Internet. // М: "Нолидж", 2000, -352 с.

4. Разевиг. В. Д. Система проектирования Oread 9.2. // М.: "Солон-Р", 2003.-528 с.

5. Устройства Преобразования Электрической Энергии // Труды Московского Энергетического Института. Тематический Сборник. Выпуск 461. Москва 1980.

6. MOTOROLA Rectifier Device Data. // Motorola, Inc. 1996.

7. Malouyans S. Компьютерные модели SPICE для силовых МОП ПТ., AN-975B. Силовые полупроводниковые приборы. Книга по применению International Rectifier. Перевод с английского под ред. Токарева В. В., // Воронеж. "Элист" 1995.-661 с.

8. Носов Ю.Р. и др. Математические модели элементов интегральной электроники. // М.:Сов. радио. 1976. —304 с.

9. Колпаков. А. Моделирование транзисторов IGBT с помощью PSPICE. // Компоненты и технологии, №8', 2002

10. Dr. P. Turkes, Dr. М. Marz, P. Nance SPICE Models for SIPMOS Components. //Application Note ANJPSMle

11. R. Kraus, P. Turkes, J. Sigg. Physics-Based Models of Power Semiconductor Devices for the Circuit Simulator SPICE. // Application Note ANPSM3e

12. Hancock J. A Hierarchical Cross-Platform Physics Based MOSFET Model for SPICE and SABER. // Application Note ANPSM4e

13. Dr. Marz M., Paul N. Thermal Modeling of Power-electronic Systems. // Application Note mmpneng.pdf

14. О. М. Петраков. Создание аналоговых PSpice-моделей радиоэлементов. // РадиоСофт. Москва. 2004. -208 с.

15. Edmunds L. Heatsink Charachteristics. // International Rectifier, Application Note AN-1057

16. Бачурин В. В. и др. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах. Справочник под ред. Дьяконова В. П. // М. Радио и связь, 1994. -280 с.

17. Хайнеман P. PSPICE. Моделирование работы электронных схем. // ДМК пресс. 2005. -336 с.

18. PSpice и Design Center Ч. 1. Схемотехническое моделирование. Модели элементов. Макромоделирование. // М.: МИФИ, 1996. -272 с

19. Горюнов. Н. Н Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник. //М.: Энергоатомиздат, 1985. -904 с.

20. Горюнов. Н. Н Полупроводниковые приборы: Диоды. Справочник. //М.: Энергоатомиздат, 1985

21. Влах И., Сингхал К., Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. // М.: Радио и Связь. 1988. -304 с

22. Бочаров JI. НПолевые транзисторы. // М.: Радио и связь. 1984.

23. Лебедев А.Г. Недолужко И. Г. Усовершенствование моделей мощных диодов и МД11-транзисторов и определение их параметров // МПМ-Ирбис Практическая силовая электроника 2003г. №11, Стр. 4—10

24. PSpice/ Reference Guide/ Includes PSpice A/D, PSpice A/D Basics, and PSpice. Copyright 1985-2002. Cadence Design Systems, Inc. Releuse 9.2.3.

25. Омаров Б., Башкиров В. Оптимизированные комплекты мощных полупроводниковых приборов для повышения эффективности корректоров коэффициента мощности. // Электронные Компоненты, Издательский дом Электроника, 1 апреля 2005

26. Лебедев. А. Г., Недолужко И. Г. «Анализ коммутационных процессов в МДП-транзисторах.» Восьмая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы. Доклад. В З-ч // М: Издательство МЭИ, 2001 г. T.l.-c. 195.

27. Лебедев. А. Г., Недолужко И. Г. Усовершенствованные PSpice-модели мощных диодов и МДП-транзисторов и определение их параметров. // Практическая силовая электроника №11 2003 Москва МПМ-Ирбис

28. Лебедев. А. Г., Недолужко И. Г. Модели мощных биполярных транзисторов и определение их параметров. // Силовая Электроника. №1 2005

29. Лебедев А. Г., Недолужко И. Г. Методика определения параметров PSpice-моделей IGBT-транзисторов. // Силовая Электроника. №2 2005.

30. Ануфриенко. А. Мощные транзисторы коммерческого и общепромышленного назначения производства ЗАО «ФМЗТ». //Электронные компоненты №2,3,4. 2001 г.

31. Лебедев А. Г. Расчет тепловых динамических моделей и характеристик мощных транзисторов, 11-ая международная научно-технической конференции студентов и аспирантов по направлению «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2005

32. Степаненко. И П. Основы теорий транзисторов и транзисторных схем. // М. Энергия. 1977

33. Агаханян Т. М. Основы транзисторной электротехники // М. Энергия. 1974

34. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах. Справочник. Под редакцией В. П. Дьяконова. // Москва. Радио и Связь. 1994

35. Воронин П. А., Лебедев А. Г., Недолужко И. Г «Определение параметров PSpice-моделей МДПТ и БТИЗ по экспериментальным характеристикам.». // Силовая Электроника. №4 2006.

36. Clemente S. Характеристики запуска затвора и требования к мощным МОП транзисторам. AN-937B. Силовые полупроводниковые приборы. Книга по применению International Rectifier. Перевод с английского под ред. Токарева В. В. //Воронеж. "Элист"1995. 661 с

37. Andreycak. В. Practical considerations in high performance mosfet, igbt and met gate drive circuits. // U-137 Application Handbook Unitrode.

38. Andreycak. B. New Drivers ICs Optimize high speed power mosfet switching characterics. // U-l 18 Application Handbook Unitrode.

39. Колпаков A. NPT, Trench, SPT. что дальше? // Силовая Электроника, №3 2006

40. Мелешин В. И. Транзисторные преобразователи напряжения. // Техносфера 2005. -632 с

41. Лебедев А. Г., Недолужко И. Г. Анализ коммутационных процессов в ключе на МДП-транзисторе с индуктивной нагрузкой. // Компоненты и Технология №4 2007.

42. Разевиг В. Д. Применение программ PSpice для схемотехнического моделирования, // М. Радио и связь, 1992.

43. Дьяконов В. Simulink 4. Специализированный справочник. // Спб. Питер. 2002. -528с.

44. Уильяме Б. Силовая электроника. Приборы, применение, управление, справочное пособие. Пер с английского В. В. Попова. // М. Энергоатомиздат, 1993,-240с

45. Болдырев, В.Г. Бочаров В.В. Транзисторные преобразователи электрической энергии. М.: Изд-во МАИ, 2001.

46. Болотовский Ю., Таназлы Г. Некоторые аспекты моделирования систем силовой электроники. // Силовая электроника, 2006, № 4

47. Болотовский Ю., Таназлы Г. Способ определения значений ряда опций, задающих параметры численных методов в OrCad. // Силовая электроника, 2005, № 3

48. Глебов Б.А., Лебедев А.Г. Недолужко И. Г. «Расчет с помощью PSpice демпфирующих цепочек для транзисторных ключей ПН», Силовая электроника 2005, №4

49. Лебедев А.Г. Недолужко И. Г. Модели мощных МДП-транзисторов для анализа коммутационных процессов // Вестник МЭИ 2002г. №5, Стр. 87- 94

50. Розанов Ю. К. Основы силовой электроники// Москва. Энергоатомиздат, 1992.-296 с

51. А. И. Колпаков. Особенности теплового расчета импульсных силовых каскадов // Компоненты и технологии. 2002. No 1.

52. Роберт Хайнеман Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE. // Пресс. 2008 -336 с

53. Болотовский Ю. И., Таназлы Г. И. ORCAD 9.x. ORCAD 10.x : практика моделирования. // СОЛОН-ПРЕСС, 2008, -207 с

54. Иосиф Златин Моделирование на функциональном уровне в OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2000. No 10.

55. Ю. Б. Болотовский, Г. И. Таназлы OrCAD. Моделирование. "Поваренная" книга// Солон-Пресс, 2005, -200 с.

56. Р. Антипенский, А. Фадин Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств // Техносфера 2007, 128 с

57. В. Д. Разевиг Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7 // Горячая Линия Телеком, 2003 г. -368 с.

58. А. С. Уваров. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств. // Горячая Линия Телеком, 2004 г. —760 с.

59. Архангельский А. Я. PSpice и Design Center, ч. 1. Схемотехническое моделирование. Модели элементов. Макромоделирование.// М.: МИФИ, 1996.

60. Butchers D. DirectFET™ Thermal Model and Rating Calculator // International Rectifier, Application Note AN-1059

61. Edmunds L. Heatsink Charachteristics. // International Rectifier, Application Note AN-1057

62. Ровдо А.А. Полупроводниковые диоды и схемы с диодами // ДМК Пресс, 2000 г. 288 стр.

63. Савелов Н.С., Лачин В.И. Электроника // Феникс, 2007 г. 448 стр.

64. Забродин Ю.С. Промышленная электроника / Москва "Высшая школа", 1982 г.-500 стр.

65. Хасиев В. Кулаков А. Расчет и схемотехника повышающих DC/DC преобразователей напряжения высокой мощности // Силовая электроника №4'2008

66. Жданкин В. Транзисторные DC-AC преобразователи напряжения: характеристики, структурные схемы, рекомендации по применению // Силовая электроника №2'2004

67. Крогерис А., Рашевиц К., Рутманис Л. и др. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии / Под ред. А. Крогериса. // Рига: Зинатне. 1969. 532с

68. Ланцов В. Эраносян С. Компоненты интеллектуальной силовой электроники: вчера, сегодня, завтра // Силовая электроника №1'2006

69. Полищук А. Схемотехника современных мощных источников питания // Силовая электроника №2'2005

70. Полищук А. Высоковольтные диоды Шоттки из карбида кремния в источниках питания с преобразованием частоты // Компоненты и технологии. № 5'2004.

71. Васильев А., Худяков В., Хабузов В. Анализ современных методов и технических средств коррекции коэффициента мощности у импульсных устройств // Силовая электроника. № Г2004.

72. Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. JL: Энергоатомиздат. 1991. — 176 стр.

73. Беленький Б. П. Новые разработки и производство конденсаторов для источников и систем вторичного электропитания в ОАО НИИ ГИРИКОНД //Электрическое питание. № 4'2005.

74. Каталог Симметрон-2005 / Пассивные компоненты

75. Жданкин В. Некоторые методы уменьшения габаритов и повышения эффективности источников питания AC/DC // Силовая электроника. № 4'2008.

76. Колпаков А. Схемотехника мощных высоковольтных преобразователей напряжения // Силовая электроника №2'2007

77. Болотовский Ю. Танзалы Г. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2 Часть I // Силовая электроника №1'2004

78. Болотовский Ю. Танзалы Г. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2 Часть II // Силовая электроника №2'2004

79. Болотовский Ю. Танзалы Г. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2 Часть III // Силовая электроника №2'2005

80. Болотовский Ю. Танзалы Г. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2 Часть IV // Силовая электроника №4'2005

81. Болотовский Ю. Танзалы Г. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2 Часть Y // Силовая электроника №1'2006

82. Болотовский Ю. Танзалы Г. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2 Часть VI // Силовая электроника №2'2006

83. Болотовский Ю. Танзалы Г. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2 Часть VII // Силовая электроника №3'2008

84. Громов В. Подход к решению проблем разработки планарных структур высоковольтных биполярных транзистров IGBT // Силовая электроника №1'2005

85. Ланцов В. Эраносян С. Компоненты силовой электроники для мощных импульсных источников питания // Силовая электроника №2'2006