автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Разработка и исследование однофазных корректоров коэффициента мощности

На правахрукописи

ОВЧИННИКОВ ДЕНИС АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ КОРРЕКТОРОВ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

Специальность 05.09.12 - Силовая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре «микроэлектронных электросистем» Московского государственного авиационного института (технического университета)

Научный руководитель: д.т.н., профессор Малышков Геннадий

Михайлович

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Розанов Юрий Константинович

к.т.н., доцент Климов Валерий Павлович

Ведущая организация - ЗАО «ММП - Ирбис» (г. Москва)

Защита диссертации состоится « Я» МЛЛ 2004 г. в аудитории Е-603 в « АЪ » часов «СО » минут на заседании Диссертационного совета Д 212.157.12 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «]Ъ_» сьл^лтЛ

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 212.157.12 к.т.н., доцент

2004 г.

Буре И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы,. Современная концепция развития устройств электроснабжения - блочно-модульный принцип построения систем, на котором основываются современные распределённые системы вторичного электропитания.

Реализация постоянно возрастающих требований к качеству электроэнергии происходит при строгих ограничениях на устройства преобразования электроэнергии. Одно из возрастающих требований к качеству электроэнергии -качество потребляемого тока.

Повышение требований к коэффициенту мощности и форме потребляемого тока вызваны несколькими причинами. Основная причина - это обеспечение требований пожаробезопасное™, так как существенно нелинейный характер тока потребления приводит к увеличению тока в нейтральном проводе.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) и Европейская организация по стандартизации в электротехнике (CENELEC) приняли стандарты IEC555 и EN60555, устанавливающие ограничения на содержание гармоник во входном токе вторичных источников электропитания и других устройствах.

Один из эффективных способов решения этой задачи - применение корректоров коэффициента мощности (ККМ). На практике это означает, что во входную цепь практически любого импульсного преобразователя необходимо включать специальное устройство, обеспечивающее снижение или полное подавление гармоник тока. Основной стандарт для разработки источников питания с коррекцией коэффициента мощности EN61000-3-2 устанавливает пределы интенсивности гармонических составляющих потребляемого тока со второй по сороковую гармоники. Это ограничение распространяется на все устройства свыше 75 Вт, питающиеся от общей электросети, и использующееся в бытовой аппаратуре. Начиная с января 2001 г, оно обязательно и для коммерческого оборудования. Типовые значения коэффициента мощности: 1 - идеальное значение; 0,95 - хороший показатель; 0,9 - удовлетворительный; 0,8 - плохой; 0,7 - компьютерное оборудование; 0,65 -двухполупериодный выпрямитель.

Прогресс в области разработки данного класса устройств базируется в основном на развитии DC/DC преобразователей, так как они являются основой высокочастотных ККМ. При этом мало внимания уделяется особенностям ККМ, таким как отличные от DC/DC преобразователей условия работы реактивных элементов, более тяжёлые условия для уменьшения динамических потерь в полупроводниковых приборах. Так же очевиден пробел в развитии алгоритмов управления ККМ. С появлением в 90-х годах прошлого века специализированных ШИМ - контроллеров управления ККМ, основанных на принципе перемножения дальнейшее развитие этого направления остановилось, несмотря на недостатки существующих ШИМ - контроллеров. Кроме того, быстрое развитие цифровых принципов управления и появления требований большей интеграции систем электропитания как внутри себя, так и с внешними цифровыми устройствами требует рассмотрения возможности управления ККМ цифровьми методами. В то же время вопросу анализа цифровых систем управления

ГЗС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.Пегс?| 03

переменной структурой уделено мало внимания. Это обусловлено тем, что в последние годы основным методом анализа импульсных устройств как систем автоматического управления является анализ на основе усреднённых моделей как наиболее простой, но достоверный только при определённых условиях.

Решение данных научно-практических проблем на основе применения более современной элементной базы, увеличения эффективности с помощью уменьшения динамических потерь, создания новых методов управления и разработки моделей для анализа и синтеза является актуальным на сегодняшний день.

Цель работы заключается в создании однофазного высокочастотного корректора коэффициента мощности для распределённых систем электропитания на основе теоретического анализа, моделирования и разработки новых алгоритмов управления.

Основные задачи, решаемые в работе для выполнения поставленной цели:

• Теоретические исследования корректора коэффициента мощности (ККМ) как линейной импульсной системы автоматического управления и разработка моделей для анализа и синтеза.

• Построение цифрового алгоритма управления ККМ на основе дискретных фильтров.

• Проведение сравнительной оценки различных вариантов построения выпрямителей с ККМ как с точки зрения этапов преобразования энергии, так и с точки зрения топологии используемых преобразователей.

• Теоретические и экспериментальные исследования увеличения эффективности ККМ на основе повышающего преобразователя с помощью различных способов уменьшения динамических потерь в силовых ключах.

• Теоретические и экспериментальные исследования возможности применения различных магнитных материалов для силового дросселя ККМ.

Методы исследований. Основаны на теоретических и практических вопросах построения импульсных источников вторичного электропитания и в первую очередь ККМ; глубоком анализе рынка современных полупроводниковых приборов, магнитных материалов и средств управления ККМ; современных представлениях в теории управления импульсных систем и технических средствах микропроцессорной техники; экспериментальном исследовании ККМ.

Достоверность научных результатов. Достоверность научных результатов, изложенных в работе, обеспечена корректным применением математических методов, использованием различных способов решения одной и той же задачи, схемотехническим моделированием, а также экспериментальными исследованиями макетных образцов.

Научная новизна.

1. Проведена адаптация теоретического аппарата анализа дискретных систем для анализа ККМ как дискретной линейной системы с переменной структурой.

2. Созданы модели для анализа и синтеза ККМ при реализации цифрового управления такого класса устройств.

3. Предложен алгоритм управления однофазным ККМ на основе интегрирования по периоду коммутации. Разработаны модели для анализа ККМ с классическим и предложенным алгоритмом управления.

4. Разработан выпрямитель с ККМ на основе квазиодноступенчатого преобразования энергии с переключением при нуле напряжения во всех звеньях.

Практическая ценность.

1. Разработанные модели ККМ для применения различных аналоговых алгоритмов управления позволяют проводить детальный анализ разрабатываемых ККМ.

2. Предложенная дискретная модель и цифровой алгоритм управления ККМ дают возможность реализовать большую интеграцию ККМ в составе выпрямителя и получить более универсальную СУ по сравнению с классической СУ.

3. Рассмотренные методы уменьшения динамических потерь позволяют получить максимальную эффективность ККМ как импульсного устройства.

4. Разработанный квазиодноступенчатый выпрямитель обеспечивает минимальные динамические потери по сравнению с двухступенчатым преобразованием энергии.

5. Предложенный алгоритм выбора сердечника позволяет получить большую сходимость расчётных данных с практикой.

На защиту выносится:

1. Математический аппарат анализа корректора коэффициента мощности как импульсной системы с переменной структурой.

2. Алгоритм цифрового управления корректором коэффициента мощности.

3. Алгоритм управления корректором коэффициента мощности с помощью интегрирования по периоду коммутации.

4. Усреднённые и мгновенные модели корректора коэффициента мощности для анализа и синтеза в среде PSpice с различными алгоритмами управления.

5. Квазиодноступенчатый выпрямитель с коррекцией мощности и переключением при нуле напряжения.

Апробация работы. По результатам диссертации опубликовано двенадцать статей. Основные положения работы докладывались на научных семинарах кафедры «Электрооборудование ЛА» МАИ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, списка обозначений. Содержит 144 стр. основного текста, 72 рисунка. Список литературы содержит 71 наименований на 6 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность работы, сформированы её основные цели, дана аннотация полученных результатов и положений, выносимых на защиту.

В первой главе рассмотрены способы построения однофазных корректоров

коэффициента мощности. Приведена основная классификация данного класса устройств, при этом приведено сравнение двух основных классов ККМ: пассивных ККМ и активных ККМ. Рассмотренная классификация показала, что применение пассивных ККМ возможно только при малых мощностях преобразования энергии, так как требует применения крупногабаритных фильтров. Активные ККМ разделяются на ККМ, ведомые сетью и высокочастотные ККМ. Последний класс устройств наиболее предпочтителен для большинства задач, так как ведомые сетью активные ККМ не дают возможности в значительной степени улучшить удельные характеристики.

Рассмотрены основные варианты высокочастотных выпрямителей с корректорами мощности как наиболее предпочтительных на всех мощностях, кроме малых мощностей, где зачастую целесообразно получить меньшую стоимость при худших характеристиках. Выделены основные преимущества двухступенчатого преобразования энергии с коррекцией коэффициента мощности по сравнению с одноступенчатым преобразованием. Одноступенчатое преобразование энергии позволяет уменьшить стоимость устройства, но имеет ряд недостатков, такие как необходимость применения более высоковольтных полупроводниковых приборов, повышенные пульсации выходного напряжения на частоте 100 Гц, низкие динамические характеристики. Таким образом, одноступенчатые сетевые выпрямители с коррекцией мощности являются альтернативным вариантом выпрямителям с пассивными ККМ на малых мощностях. Среди возможных вариантов силовой структуры ККМ выделена силовая структура на основе повышающего DC/DC преобразователя, так как она позволяет обеспечить непрерывный ток потребления, и имеет наименьший коэффициент загрузки. полупроводниковых приборов по сравнению с другими DC/DC преобразователями с непрерывным током потребления.

Рассмотрены и обоснованы теоретические вопросы наиболее распространённого варианта управления ККМ с перемножением сигнала ошибки по выходному напряжению и сигнала эталонного тока (см. рис.1). Данный алгоритм является типовым решением для серийно выпускаемых ШИМ — контроллеров. За счёт введения обратной связи по квадрату действующего значения напряжения сети алгоритм позволяет, разрабатывать ККМ, работающие от универсальной сети. Однако данный алгоритм имеет несколько недостатков, среди которых необходимо отметить сложность и наличие трёх контуров обратной связи.

Рис.2. Алгоритм управления с интегратором.

Алгоритм основан на следующих соотношениях. Допустим, выпрямитель работает в режиме непрерывного тока, тогда, согласно регулировочной характеристики повышающего преобразователя:

^вх »-О-сО-УоЛвх

где Re - эквивалентное входное сопротивление ККМ, являющееся постоянной величиной, так как ККМ должен обеспечивать форму тока близкую к форме входного напряжения.

Так как •

I.,

'ь-ток дросселя ККМ, то Уо

(1-а).

Яе

Если поставить датчик тока с сопротивлением^, то:

Представленное выше выражение в любой момент времени можно представить как:

О-<*(0)

КСр-Уе^-Яз Яе

где Ve(t)- мгновенное значение выходного сигнала усилителя ошибки по выходному напряжению, Щ^- коэффициент усиления обратной связи по выходному напряжению. Данное выражение описывает ККМ как непрерывную систему управления, где коэффициент заполнения представляет собой непрерывный управляющий сигнал.

Если рассматривать ККМ как усреднённую систему, то в реальном импульсном устройстве данное уравнение управления может быть реализовано следующим способом: правая часть выражения является сигналом с резистивного датчика тока. Левая часть выражения получается путём интегрирования сигнала с усилителя ошибки по периоду коммутации, другими словами, с помощью получения

пилообразного напряжения

■Н)

с отсчётом коэффициента заполнения от

t=0 вправо или пилообразного напряжения К-Уе-— с отсчётом коэффициента за-

Тз

полнения от t=Ts влево. При этом эквивалентное входное сопротивление Re должно учитываться дополнительным усилением сигнала с датчика тока.

Предложенный алгоритм имеет более простую реализацию и не требует перемножителя, при этом ККМ имеет те же характеристики и позволяет работать на универсальную сеть.

Заключительная часть главы посвящена разработанным моделям корректоров коэффициента мощности для анализа с помощью систем моделирования для временного и частотного анализа. При этом предложенные модели для систем управления с перемножителем отражают основные свойства серийно выпускаемых ШИМ - контроллеров управления корректорами коэффициента мощности.

Во второй главе были рассмотрены способы уменьшения динамических по-

терь в корректоре коэффициента мощности на основе повышающего преобразователя. Показана экономичность уменьшения динамических потерь с помощью обеспечения включения силового ключа при нуле тока, так как данный подход предполагает минимальное количество дополнительных пассивных компонентов и отсутствие дополнительных активных компонентов (см. рис.3).

Рис. 3. Повышающий преобразователь с ПНТ и возвратом энергии в нагрузку.

Данный способ уменьшения динамических потерь основан на уменьшении производной обратного тока силового диода с помощью дополнительного дросселя. При этом схема-предполагает также наличие-дополнительных цепей для передачи энергии, накопленной в дополнительном дросселе за время включения транзистора, в нагрузку.

Во втором разделе главы представлены различные способы уменьшения потерь с помощью переключения при нуле напряжения, что позволяет уменьшить потери не только связанные с обратным восстановлением диодов, но и потери при разряде выходных ёмкостей силовых ключей.

Рис. 4. Повышающий преобразователь с переключением при нуле напряжения.

Переключение при нуле напряжения достигается с помощью дополнительного ключа, который включается на небольшое время перед включением основного силового ключа. При этом, как только дополнительный ключ становиться открытым ток через дроссель Lг начинает линейно расти. Как только ток дросселя дос-

тигнет тока основного дросселя L, начинается разряд выходной емкости силового транзистора. При обеспечении необходимого времени задержки для полного разряда выходной ёмкости, силовой транзистор включается при нуле напряжения. После чего выключается дополнительный транзистор. Накопленная в дополнительном дросселе энергия передаётся в нагрузку аналогично схеме ПНТ, за тем лишь исключением, что передача энергии конденсатора Сг начинается при его заряде до выходного напряжения преобразователя. Насыщаемый дроссель необходим для мягкого обратного восстановления диода Dгl, вследствие которого, образовывается резонансный контур между Lг и Сг.

Несмотря на большую стоимость по сравнению с переключением при нуле тока, переключение при нуле напряжения позволяет максимально снизить динамические потери. Также необходимо отметить, что мягкое переключение позволяет снизить уровень помех.

В третьей части второй главы представлен разработанный квазиодноступенчатый выпрямитель для применения в выпрямителях мощностью до 1000 Вт, позволяющий получить минимальные динамические потери в обоих звеньях преобразования энергии, при использовании переключения при нуле напряжения. Квазиодноступенчатый выпрямитель представляет собой каскадное включение двух преобразователей, при этом первый преобразователь не имеет выходного фильтра, а переключение силовых ключей происходит синхронно, согласно определённому алгоритму. При этом алгоритм управления предполагает обеспечение коррекции коэффициента мощности с помощью первой ступени преобразования энергии, и получения требуемого выходного напряжения с необходимыми динамическими и статическими характеристика с помощью второй ступени преобразования энергии. Предложенный квазиодноступенчатый выпрямитель состоит из повышающей ступени и полумостового несимметричного преобразователя (см. рис. 5), при этом включение всех ключей происходит при нуле напряжения за счёт наличия резонансных пауз между переключениями и введением дополнительных реактивных компонентов.

Рис. 5. ПНН квазиодноступенчатый выпрямитель.

.,, Квазиодноступенчатый ПНН-вьшрямитель работает следующим образом. Ключи М2 и Ml образуют несимметричный полумостовой преобразователь, следовательно если DTs - длительность открытого состояния транзистора М2, то

(1-Б)Т$ - длительность открытого состояния транзистора М1. Ключ М2 выполняет также функцию дополнительного ключа повышающего звена, образованной транзистором МЬ и диодом Б1. Для обеспечения ПНН повышающего звена также служит дроссель Ь2 и диод Б2. ПНН полумостового звена обеспечивается за счёт дросселя Ь3. На рис. 6 представлены диаграммы управляющих напряжений для всех трёх транзисторов.

М2 М1

ЕЛТ« Те ,

МВ

Рис. 6. Диаграммы управляющих напряжений.

В первый момент времени (после небольшой паузы для выполнения собственного ПНН) включается ключ М2, передавая энергию в нагрузку и одновременно разряжая выходную ёмкость МЬ. Как только выходная ёмкость МЬ разрядиться, транзистор повышающего звена включается.

Согласно представленному выше алгоритму управления для корректной работы ККМ в составе квазидноступенчатого выпрямителя необходимо, чтобы коэффициент заполнения ключа М2 был меньше коэффициента заполнения ключа МЬ. В противном случае, при входных напряжениях, близких к амплитудному значению, будет отсутствовать коррекция коэффициента мощности. При таком распределении коэффициентов заполнения необходимо, чтобы выходное напряжение повышающего звена было несколько больше для обычного повышающего звена в составе двухступенчатого выпрямителя. Очевидно, что чем больше ограничение по максимальному входному напряжению, тем выходное напряжение повышающего звена необходимо сделать больше. Для повышающего звена очевидно следующее соотношение:

где ВЬщц,- минимальный коэффициент заполнения повышающего звена. Так, например, для классического ККМ минимальный коэффициент заполнения равен 0. Тогда, если максимальное входное напряжение 265 В (гшв), то коррекция мощности будет во всём диапазоне входных напряжений, если выходное напряжение ККМ будет больше 374 В. Пусть коэффициент заполнения ключа М2 меняется в диапазоне 0...0.25, тогда ОЬщ^ = 0.25. Следовательно, для обеспечения коэффициента мощности во всём диапазоне сетевого напряжения (до 265 В) выходное напряжение повышающего звена должно быть 500 В.

Для квазиодноступенчатого выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности в заключительной части главы представлен алгоритм управления, позволяющий обеспечить переключение при нуле напряжения на всех транзисторах выпрямителя при использовании серийных ШИМ - контроллеров управления ККМ и

DC/DC преобразователями, разработаны мгновенные модели для анализа в среде моделирования PSpice и представлены результаты моделирования (см. рис.7).

Третья глава начинается с рассмотрения основных структур цифровой СУ в составе источника питания с корректором коэффициента мощности. Выделены достоинства и недостатки каждой структуры. Представленные структуры позволяют получить максимально интегрированную систему вторичного электропитания, обладающую максимальной универсальностью и минимальными затратами по настройке. На рис.8, представлена одна из таких структур.

Рис. 8. Схема управления выпрямителем с отдельными процессорами управления звеньями и процессором контроля.

Основная часть главы посвящена анализу повышающего преобразователя как импульсной системы управления. Классическим подходом в анализе ИВЭП, как системы автоматического управления является метод сведения импульсной нелинейной системы к непрерывной линейной системе с помощью следующих этапов:

• Исходная импульсная нелинейная система приводится к нелинейной непрерывной системе путём усреднения систем дифференциальных уравнений, описывающих состояние системы на каждом интервале.

• Находится статическое решение нелинейной непрерывной системы путём исключения дифференциальных составляющих системы уравнений.

• Производится малосигнальное представление каждой переменной состояния и воздействия (сумма установившегося значения и малого отклонения).

• Производится линеаризация системы путём отбрасывания членов высших порядков.

• К полученной системе уравнений применяется преобразование Лапласа.

• С помощью полученной системы линейных алгебраических уравнений определяются передаточные функции системы.

• По полученным передаточным функциям строятся частотные характеристики.

Полученная таким образом линейная и непрерывная модель позволяет проводить анализ и синтез ИВЭП. Однако вследствие того, что непрерывная система может описывать исходную импульсную только в частотах до частоты £$/3 (Ё-частота коммутации) при ШИМ, то при анализе и синтезе ИВЭП приходится ограничивать полосу пропускания системы. Кроме того, непрерывная модель ИВЭП не даёт практической возможности реализовывать цифровые методы управления в полной мере, а даёт возможность только анализировать ИВЭП с цифровым управлением на уровне аналоговых прототипов. Таким образом, необходима адаптация теоретического аппарата анализа импульсных систем для прямого анализа ККМ как импульсного устройства с переменной структурой.

Разработанный алгоритм прямого анализа ККМ как импульсной систем с переменной структурой основан на следующих положениях:

• Нелинейная импульсная система описывается дифференциальными матричными уравнениями на каждом интервале коммутации.,

• Для каждого интервала коммутации находится решение матричных уравнений в общем виде при ненулевых начальных условиях.

• Определяются решения для окончания каждого интервала коммутации, являющиеся граничными условиями для каждого последующего интервала коммутации.

• Определив граничные условия, находится нелинейное разностное уравнения, описывающее систему на ь м периоде коммутации.

• По данному разностному уравнению могут быть построены различные временные характеристики системы и поведение системы на ьм периоде.

• Производится линеаризация разностного уравнения, путём разложения его в ряд Тэйлора и отбрасыванием членов старших порядков.

• Производится переход от линейного разностного уравнения к передаточным функциям в Z-области.

• К передаточным функциям в Z - области применяется билинейное преобразование.

• По полученным передаточным функциям строятся псевдочастотные характеристики.

Несмотря на более сложный алгоритм анализа ИВЭП как импульсной системы, данный подход является наиболее точным и позволяет проводить анализ и синтез ИВЭП во всём диапазоне частот. Кроме того прямой анализ импульсной системы даёт возможность применять цифровые методы коррекции как с помощью аналоговых прототипов, так и без нихг

Сравнение частотных характеристик импульсной и непрерывной модели показало основные недостатки непрерывной модели по сравнению с импульсной моделью, связанные с невозможностью оценить - поведение системы на частотах свыше 1Ъ/3.

В заключительной части главы представлен разработанный алгоритм цифровой системы управления корректором коэффициента мощности при использовании аналоговых прототипов частотной коррекции, представлены модели ККМ с цифровой системой управления для анализа в системе Ма^аЬ и предложена про-

граммная реализация на ПЛИС.

В четвёртой главе рассмотрены основные вопросы практической реализации однофазного корректора коэффициента мощности мощностью 3000 Вт. Несмотря на общую тенденцию в импульсной преобразовательной технике в сторону увеличения частот коммутации, в высокочастотных корректорах коэффициента мощности увеличение частоты свыше 50 кГц нецелесообразно, особенно на мощностях свыше 1000 Вт. Основными причинами целесообразности применения более низкой частоты коммутации в корректорах коэффициентов мощности следует отметить:

• Обеспечение мягкого переключения в повышающем преобразователе увеличивает стоимость, поэтому меньшая частота коммутации обеспечивает меньшие динамические потери в полупроводниковых приборах.

• Меньшая частота коммутации позволяет обеспечить более низкий уровень помех в области частот свыше 100 кГц. При этом требования к уровню помех в частотах менее 100 кГц менее жёсткие.

• Меньшая частота коммутации позволяет уменьшить потери в сердечнике силового дросселя, в то время как использование более высокочастотных материалов ухудшает удельные характеристики устройства.

В первой части главы рассмотрены основные вопросы потерь в силовых полупроводниковых приборах. Теоретически оценены суммарные потери силовых полупроводниковых приборов и рассмотрен вопрос расчёта дополнительного дросселя для обеспечения включения транзистора при нуле тока (см. рис.9).

V

-к.

Транзистор -------- »

V

УЯ

1

Ьт-Ь + И»

Рис.9. Процесс включения транзистора.

Динамические потери в транзисторе и диоде находятся определением интеграла fs- ju(t)-i(t)dt. Тогда динамические потери транзистора при включении определяются следующим соотношением:

р^ _ Vr-Irm2(3+2-S)-fs | Vr-Irm-lL-(S+2)-fs

Динамические потери в диоде (выключение) определяются следующим соотношением:

где Vr=Vo - обратное напряжение на диоде (тр анзисто]Ьш|, - максимальный

обратный ток диода, Il= —-1вх - ток через открытый транзистор (в среднем за

полпериода сети), dip/dt- производная прямого тока транзистора, S - фактор «мягкости» обратного тока диода.

Пусть индуктивность дополнительного дросселя равна Lp, тогда производная

тока:

Максимальный обратный ток диода: Тогда динамические потери транзистора при включении:

Ptd

Vo-trr-fs

6-Lp-(l+S)

Динамические потери диода при выключении:

•[vo-bT-(3+2-S)+3-IL-Lp-(s2+3-S+2|

Pdd =

Vo2-tn2-fs-S

б-Ьр-О + БГ

На рис. 10. представлена зависимость суммарных динамических потерь и потерь каждого прибора при включении транзистора от индуктивности дополнительного дросселя. Необходимо отметить, что данная оценка должна проводится с учётом температурной зависимости йт и S, а также зависимости S от производной тока. Эти зависимости могут быть получены из данных производителя полупроводниковых приборов. Тем не менее, по приведённому ниже графику можно судить, что для обеспечения минимума потерь Р(1<1+Ри1<6 Вт необходимо иметь индуктивность дополнительного дросселя не менее 2,5 мкГн для выпрямителя мощностью 3000 Вт, в качестве диода в котором используется диод STTA3006 фирмы ST.

Рис.10. Динамические потери в зависимости от индуктивности дополнительного

дросселя.

Во втором разделе главы проведён сравнительный анализ магнитных материалов, применение которых возможно в силовом дросселе ККМ. Были рассмотрены три основных группы материалов:

• сердечники с зазором из высокочастотного феррита,

• сердечники с распределённым зазором из порошковых материалов

Iron powder (Micrometals company) Ferrous alloy Kool Mu (Magnetics company)

• разрезные сердечники из железообразованных материалов

Iron-based amorphous alloy (Honeywell company) Silicon steel (Group Arnold company).

Необходимо отметить, что по своим характеристикам ferrous alloy Kool Mu аналогичен порошковому Molypermalloy МРР фирмы Magnetics. Сравнительный анализ проводился по двум основным параметрам: произведение окна и сечения магнитопровода, характеризующее удельные характеристики и по потерям. Результатом анализа оказалось преимущество железообразованных материалов перед всеми остальными, при этом феррит по удельным характеристикам является наихудшим вариантом. Основная причина: дроссель ККМ работает с подмагничи-ванием для частот коммутации, при этом значение подмагничивания значительно и определяется только мощностью (амплитудным значением потребляемого тока). Основными параметрами, которые характеризуют удельные характеристики, является максимальная индукция, которую можно достичь на том или ином материале и габаритный размер (произведение сечения магнитопровода и сечение окна). Высокочастотный феррит имеет самое минимальное значение максимальной индукции, поэтому анализ показал, что ферритовые сердечники можно использовать только на малых мощностях и больших частотах. Очевидно, что с этой точки зрения наиболее приемлемыми являются железообразованные и порошковые мате-

риалы, в табл.1 представлены сравнительные характеристики этих материалов для ККМ мощностью 3000 Вт и коэффициенте пульсаций тока 15%.

Табл.1.

Удельные характеристики Суммарные потери Цена

Iron Powder (Micrometals company) 15 см4 45 Вт Низкая

KOOLMu (Magnetics company) 17 см4 4,5 Вт Высокая

Iron-based amorphous alloy (Honeywell company) 12,3 см4 10 Вт Средняя

Silicon steel (Group Arnold company) 12,7 см4 21 Вт Высокая

Таким образом, самым оптимальным вариантом является сердечник из аморфного железа Iron-based amorphous alloy фирмы Honeywell.

В заключительной части главы представлена методика выбора сердечника с помощью последовательного расчёта ряда сердечников по основным характеристикам (достигаемый минимум пульсаций тока, максимальная индукция, суммарные потери). Представлены экспериментальные результаты для дросселя на аморфном железе фирмы Honeywell в выпрямителе мощностью 3000 Вт.

Основные результаты диссертационной работы.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Предложен алгоритм управления с интегрированием сигнала ошибки по выходному напряжению. Предложенный алгоритм позволяет получить более простую СУ без перемножителя и может быть реализован цифровыми средствами. При этом показаны достоинства и недостатки по сравнению с классическим алгоритмом управления. Разработаны и представлены модели корректоров коэффициента мощности для анализа с помощью систем моделирования для временного и частотного анализа.

2. Предложен квазиодноступенчатый выпрямитель, позволяющий получить минимальные динамические потери в обоих звеньях преобразования энергии. Такое схемное решение для выпрямителей до 1000 Вт имеет ряд преимуществ по сравнению с классическим одноступенчатым или двухступенчатым преоб-

разованием энергии с коррекцией мощности. Разработан и представлен алгоритм управления квазиодноступенчатым выпрямителем, позволяющим обеспечить переключение при нуле напряжения на всех транзисторах выпрямителя.

3. Проведена адаптация теории импульсных систем для частотного анализа ККМ, как импульсной системы автоматического управления с переменной структурой на основе дискретной линейной модели повышающего однотакт-ного преобразователя. Сравнение импульсной и непрерывной модели показало основные недостатки непрерывной модели по сравнению с импульсной моделью. Определены основные структуры цифровой СУ в составе источника питания с корректором коэффициента мощности. Выделены достоинства и недостатки каждой структуры.

4. Предложен алгоритм цифровой системы управления корректором коэффициента мощности при использовании, как аналоговых прототипов частотной коррекции, так и цифровых фильтров коррекции. По разработанному алгоритму управления построена Ма^аЬ — модель для анализа и синтеза повышающего преобразователя с цифровым управлением. Рассмотрен процесс построения цифровых моделей КЕМ с цифровой системой управления и предложена программная реализация на ПЛИС.

5. Рассмотрены основные вопросы практической.реализации однофазного корректора коэффициента мощности мощностью 3000 Вт. Теоретически оценены суммарные потери силовых полупроводниковых приборов. Представлены экспериментальные результаты уменьшения потерь с помощью включения при нуле тока.

6. Показан сравнительный анализ магнитных материалов, применение которых возможно в силовом дросселе ККМ. Доказано преимущество аморфного железа по соотношению удельных характеристик и потерь для мощностей свыше 600 Вт. Предложена методика выбора сердечника с помощью последовательного расчёта ряда сердечников по основным характеристикам (достигаемый минимум пульсаций тока, максимальная индукция, суммарные потери). Представлены экспериментальные результаты для дросселя на аморфном железе в выпрямителе мощностью 3000 Вт.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Кастров М.Ю, Карзов Б Л., Овчинников Д.А.. Преобразователи с переключением при нуле напряжения. // Практическая силовая электроника. - 2001. - №3. - С. 7-12.

2. Кастров М.Ю., Карзов БЛ., Малышков Г.М., Брюсов СВ., Овчинников Д.А. Входной фильтр преобразователя частоты 400/50 ГЦ. // Практическая силовая электроника. - 2001. - №2. - С. 28-32.

3. Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М., Овчинников Д.А., Герасимов АА. Выбор параметров фильтра нижних частот преобразователя с выходным синусоидальным напряжением. // Практическая силовая электроника. - 2002. -№7. - С. 18-23.

3-8750

4. Кастров М.Ю., Овчинников Д.А., Карзов Б.Н. Однотактный преобразователь с дополнительным ключом (схема Поликарпова). // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8. - С. 2-7.

5. Овчинников Д. А., Кастров М. Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М., Герасимов АЛ. Пассивные корректоры коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника. - 2003. - №9. - С. 12-15.

6. Овчинников Д.А., Кастров М.Ю. Классификация однофазных корректоров коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника. - 2003. - №9. -С.23-26.

7. Овчинников Д.А., Кастров М.Ю., Герасимов АЛ. Однофазные выпрямители с корректором коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника- -2002.-№7.-С. 2-11.

8. Овчинников ДЛ., Кастров М.Ю., Карзов Б.Н. Язык моделирования УЫБЬ-ЛМ8. // Практическая силовая электроника. - 2002. - №5. - С. 14-16.

9. Овчинников ДЛ., Кастров М.Ю., Карзов БЛ., Исаков М.С. Выпрямитель со средней точкой и выпрямитель с удвоителем тока. // Практическая силовая электроника. - 2002. - №5. - С. 17-20.

10. Овчинников ДЛ., Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М. Трехфазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника. - 2002. - №6. - С. 8-15.

11. Овчинников ДЛ., Кастров М.Ю., Лукин Л3., Малышков Г.М., Герасимов АЛ. Моделирование повышающего преобразователя в среде МаНаЪ^тиИпк. // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8. - С. 17-22.

12. Овчинников ДЛ., Кастров М.Ю. Корректоры коэффициента мощности на основе дискретной линейной модели повышающего однотактного преобразователя. // Практическая силовая электроника. - 2003. -№12. - С. 2-11:

Печ. л. _Тираж 1(}6_Заказ /ЦЬ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

Введение.

Глава I. Однофазные выпрямители с ККМ.

Вступление.

Современные системы вторичного электропитания.

Классификация однофазных корректоров коэффициента мощности.

Пассивные ККМ.

Низкочастотные активные ККМ.

Высокочастотные активные ККМ. 22 Реализация алгоритма управления высокочастотным выпрямителем с

Моделирование выпрямителей с ККМ.

Выводы по главе I.

Глава И. Уменьшение динамических потерь в однофазном корректоре коэффициента мощности.

Вступление. 54 Уменьшение потерь на переключение ограничением тока включения ключа. 54 Уменьшение потерь на переключение при переключении при нуле напряжения. 63 Квазиодноступенчатый выпрямитель с корректором коэффициента мощности и мягким переключением на всех ключах.

Выводы по главе II.

Глава III. Применение цифровых средств управления корректорами мощности.

Вступление.

Основные структуры цифрового управления.

Формирование цифрового алгоритма управления. 92 Анализ повышающего преобразователя как импульсной системы автоматического управления. 95 Моделирование и реализация цифрового управления корректором коэффициента мощности.

Выводы по главе III.

Глава IV. Проектирование однофазного корректора коэффициента мощности.

Вступление. 120 Основные этапы разработки однофазного корректора коэффициента мощности.

Силовой дроссель.

Выводы по главе IV.

Актуальность темы. Современная концепция развития устройств электроснабжения - блочно-модульный принцип построения систем, на котором • основываются современные распределённые системы вторичного электропитания.

Реализация постоянно возрастающих требований к качеству электроэнергии происходит при строгих ограничениях на устройства! преобразования электроэнергии. Одно из возрастающих требований к качеству электроэнергии - качество потребляемого тока.

Повышение требований к коэффициенту мощности и форме потребляемого тока вызваны несколькими причинами. Основная причина — это обеспечение требований пожаробезопасности, так как существенно нелинейный характер тока потребления приводит к увеличению тока в нейтральном проводе.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) и Европейская организация по стандартизации в электротехнике (CENELEC) приняли; стандарты IEC555 и EN60555, устанавливающие ограничения на содержание гармоник во входном токе вторичных: источников электропитания и других: устройствах.

Один из эффективных способов решения этой задачи - применение корректоров коэффициента мощности (ЮСМ). На практике это означает, что во входную цепь практически любого импульсного преобразователя? необходимо включать специальное устройство, обеспечивающее снижение или полное подавление гармоник тока. Основной стандарт для разработки источников питания с коррекцией коэффициента мощности EN61000-3-2 устанавливает пределы интенсивности гармонических составляющих потребляемого тока со второй по сороковую гармоники. Это ограничение распространяется на все устройства свыше 75 Вт, питающиеся от общей электросети, и использующееся в бытовой аппаратуре. Начиная с января 2001г, оно обязательно и для коммерческого оборудования. Типовые значения коэффициента мощности: 1 -идеальное значение; 0,95 - хороший показатель; 0,9 - удовлетворительный; 0,8 -плохой; 0,7 - компьютерное оборудование; 0,65 - двухполупериодный выпрямитель.

Прогресс в области разработки данного класса устройств базируется; в основном на развитии DC/DC преобразователей, так как они являются основой высокочастотных ККМ. При этом мало внимания уделяется особенностям ККМ, таким как отличные от DC/DC преобразователей условия работы реактивных элементов, более тяжёлые условия для уменьшения динамических потерь в полупроводниковых приборах. Так же очевиден пробел в развитии алгоритмов управления ККМ. С появлением в- 90-х годах прошлого века специализированных ШИМ - контроллеров управления ККМ, основанных на принципе перемножения дальнейшее развитие этого направления остановилось, несмотря на недостатки существующих ШИМ — контроллеров. Кроме того, быстрое развитие цифровых принципов управления и появления требований большей интеграции систем электропитания как внутри себя, так и с внешними цифровыми устройствами требует рассмотрения возможности управления ККМ цифровыми методами. В то же время? вопросу анализа цифровых систем управления импульсными нелинейными устройствами с переменной структурой уделено мало внимания. Это обусловлено тем, что в последние годы основным методом: анализа импульсных устройств как систем автоматического управления является анализ на основе усреднённых моделей как наиболее простой, но достоверный только при определённых условиях.

Решение данных научно-практических проблем на основе применения более современной элементной базы, увеличения эффективности с помощью уменьшения динамических потерь, создания новых методов управления и разработки моделей для анализа и синтеза является актуальным на сегодняшний день.

Цель работы заключается в создании однофазного высокочастотного корректора коэффициента мощности для распределённых систем электропитания на основе теоретического анализа, моделирования и разработки новых алгоритмов управления.

Основные задачи, решаемые в работе для выполнения поставленной цели:

• Теоретические исследования корректора коэффициента мощности (ККМ) как линейной импульсной системы автоматического управления и разработка моделей для анализа и синтеза.

• Построение цифрового алгоритма управления ККМ на основе дискретных фильтров.

• Проведение сравнительной оценки различных вариантов построения выпрямителей с ККМ как с точки зрения этапов преобразования энергии, так и с точки зрения топологии используемых преобразователей.

• Теоретические и экспериментальные исследования увеличения эффективности ККМ на основе повышающего преобразователя с помощью различных способов уменьшения динамических потерь в силовых ключах.

• Теоретические и экспериментальные исследования возможности применения различных магнитных материалов для силового дросселя ККМ.

Методы исследований. Основаны на теоретических и практических вопросах построения импульсных источников вторичного электропитания и в первую очередь ККМ; глубоком анализе рынка современных полупроводниковых приборов, магнитных материалов и средств управления; ККМ; современных представлениях в теории управления импульсных систем и технических средствах микропроцессорной техники; экспериментальном исследовании ККМ.

Достоверность научных результатов. Достоверность научных результатов, изложенных в работе, обеспечена корректным применением математических методов, использованием различных способов решения одной и той же задачи, схемотехническим моделированием, а также экспериментальными исследованиями макетных образцов.

Научная новизна*

1. Проведена адаптация теоретического аппарата анализа дискретных систем для анализа ККМ как дискретной линейной системы с переменной структурой.

2. Созданы модели для анализа и синтеза ККМ при реализации цифрового управления такого класса устройств.

3. Предложен алгоритм управления однофазным ККМ на основе интегрирования по периоду коммутации. Разработаны модели для анализа ККМ с классическим и предложенным алгоритмом управления.

4. Разработан выпрямитель с ККМ на основе квазиодноступенчатого преобразования энергии с переключением при нуле напряжения во всех звеньях.

Практическая ценность.

1. Разработанные модели ККМ для применения различных аналоговых алгоритмов управления позволяют проводить детальный анализ разрабатываемых ККМ.

2. Предложенная дискретная модель и цифровой алгоритм управления ККМ дают возможность реализовать большую интеграцию ККМ в составе выпрямителя и получить более универсальную СУ по сравнению с классической СУ.

3. Рассмотренные методы уменьшения динамических потерь позволяют получить максимальную эффективность ККМ как импульсного устройства.

4. Разработанный квазиодноступенчатый выпрямитель обеспечивает минимальные динамические потери по сравнению с двухступенчатым преобразованием энергии.

5. Предложенный алгоритм выбора сердечника позволяет получить большую сходимость расчётных данных с практикой.

На защиту выносится:

1. Математический аппарат анализа корректора коэффициента мощности как импульсной системы с переменной структурой.

2. Алгоритм цифрового управления корректором коэффициента мощности.

3. Алгоритм управления корректором коэффициента мощности с помощью интегрирования по периоду коммутации.

4. Усреднённые и мгновенные модели корректора коэффициента мощности для анализа и синтеза в среде PSpice с различными алгоритмами управления.

5. Квазиодноступенчатый выпрямитель с коррекцией мощности и переключением при нуле напряжения.

Апробация работы. По результатам диссертации опубликовано двенадцать статей. Основные положения работы докладывались на научных семинарах кафедры «Электрооборудование ЛА» МАИ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, списка обозначений. Содержит 144 стр. основного текста, 72 рисунка. Список литературы содержит 71 наименований на 6 страницах.

Выводы по главе IV.

1. В данной главе рассмотрены основные вопросы практической реализации однофазного корректора коэффициента мощности мощностью 3000 Вт.

2. В первом разделе рассмотрены основные вопросы потерь в силовых полупроводниковых приборах. Теоретически оценены суммарные потери полупроводниковых приборов фирмы ST. Представлены экспериментальные результаты уменьшения потерь с помощью включения при нуле тока, рассмотренного в предыдущей главе.

3. Во втором разделе проведён сравнительный анализ магнитных материалов, применение которых возможно в силовом дросселе ККМ. Доказано преимущество аморфного железа по соотношению удельных характеристик и потерь для мощностей свыше 600 Вт. Предложена методика выбора сердечника с помощью последовательного расчёта ряда сердечников по основным характеристикам (достигаемый минимум пульсаций тока, максимальная индукция, суммарные потери). Представлены экспериментальные результаты для дросселя на аморфном железе фирмы Honeywell в выпрямителе мощностью 3000 Вт.

Заключение.

Современные системы вторичного электропитания становятся всё более сложными системами преобразования электроэнергии, к которым предъявляются особые требования. К этим требованиям относится обеспечение требуемого коэффициента мощности и коэффициента гармоник потребляемого тока. С каждым годом диапазон мощностей устройств, требующих наличие ККМ, расширяется. В наиболее общем виде по данной работе можно сделать следующие выводы:

1. Предложен алгоритм управления с интегрированием сигнала ошибки по выходному напряжению. Предложенный алгоритм позволяет получить более простую СУ без перемножителя и может быть реализован цифровыми средствами. При этом показаны достоинства и недостатки по сравнению с классическим алгоритмом управления. Разработаны и представлены модели корректоров коэффициента мощности для анализа с помощью систем моделирования для временного и частотного анализа.

2. Предложен квазиодноступенчатый выпрямитель, позволяющий получить минимальные динамические потери в обоих, звеньях преобразования энергии. Такое схемное решение для выпрямителей до 1000 Вт имеет ряд преимуществ по сравнению с классическим одноступенчатым или двухступенчатым преобразованием энергии с коррекцией мощности. Разработан и: представлен алгоритм управления квазиодноступенчатым выпрямителем, позволяющим обеспечить переключение при нуле напряжения на всех транзисторах выпрямителя.

3; Проведена адаптация теории импульсных систем; для? частотного анализа ККМ; как импульсной системы автоматического управления с переменной структурой на основе дискретной линейной модели повышающего однотактного преобразователя. Сравнение импульсной и непрерывной модели показало основные недостатки непрерывной модели по сравнению с импульсной моделью. Определены основные структуры цифровой СУ в составе источника питания с корректором коэффициента мощности. Выделены достоинства и недостатки каждой структуры.

Предложен алгоритм цифровой системы управления корректором коэффициента мощности при использовании, как аналоговых прототипов частотной коррекции, так и цифровых фильтров коррекции. По разработанному алгоритму управления построена MatLab — модель для анализа и синтеза повышающего преобразователя с цифровым управлением. Рассмотрен процесс построения цифровых моделей ККМ с цифровой системой управления и предложена программная реализация на ПЛИС.

Рассмотрены основные вопросы практической реализации однофазного корректора коэффициента мощности мощностью 3000 Вт. Теоретически оценены суммарные потери силовых полупроводниковых приборов. Представлены экспериментальные результаты уменьшения потерь с помощью включения при нуле тока.

Показан сравнительный анализ магнитных материалов, применение которых возможно в силовом дросселе ККМ. Доказано преимущество аморфного железа по соотношению удельных характеристик и потерь для мощностей свыше 600 Вт. Предложена методика выбора сердечника с помощью последовательного расчёта ряда сердечников по основным характеристикам (достигаемый минимум пульсаций тока, максимальная индукция, суммарные потери). Представлены экспериментальные результаты для дросселя на аморфном железе в выпрямителе мощностью 3000 Вт.

1. Белов Г.Н. Динамика импульсных преобразователей // изд. Чувашского университета / Чебоксары, 2001.

2. Бибило П.Н. Основы VHDL языка. // Москва, Солон-Р, 2000 г.

3. Герман Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. MatLab 6.0. // Санкт-Петербург, 2001 г.

4. Жданкин В.К. Коррекция гармоник входного тока в маломощных сетевых источниках питания // Современные технологии автоматизации, 1998, № 1. С. 110-112.

5. Зиновьев Г.С. Основы преобразовательной техники. 4.1. Системы управления вентильными преобразователями // НЭТИ.- Новосибирск, 1971. 86 с.

6. Зиновьев Г.С. Основы преобразовательной техники. 4.2. Выпрямители с улучшенным коэффициентом мощности // НЭТИ.- Новосибирск, 1971. 79 с.

7. Зиновьев Г.С. Основы преобразовательной техники. Ч.З. Методы анализа установившихся и переходных процессов в вентильных преобразователях // НЭТИ. Новосибирск, 1975. - 91 с.

8. Зиновьев Г.С. Основы преобразовательной техники. 4.4. Опыт системного подхода к проектированию вентильных преобразователей // НЭТИ.-Новосибирск, 1981. 115 с.

9. Зиновьев Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей.// Новосибирск: Изд-во НГУ, 1990. -220 с.

10. Зиновьев Г.С. Вентильные компенсаторы реактивной мощности, мощности искажений и мощности несимметрии на базе инверторов напряжения / Современные задачи преобразовательной техники // ч.2- Киев, Изд-во АН УССР, 1975.

11. Кастров М.Ю, Карзов Б.Н., Овчинников Д. А. Преобразователи с переключением при нуле напряжения. // Практическая силовая электроника. -2001. -№3.- С. 7-12.

12. Кастров М.Ю., Карзов Б.Н., Малышков Г.М., Брюсов С.В., Овчинников В.А. Входной фильтр преобразователя частоты 400/50 ГЦ. // Практическая силовая электроника. 2001. - №2. - С. 28-32.

13. Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М., Овчинников Д А., Герасимов А.А. Выбор параметров фильтра нижних частот преобразователя с выходным синусоидальным напряжением. // Практическая силовая электроника. 2002. -№7.-С. 18-23.

14. Кастров М.Ю., Овчинников ДА., Карзов Б.Н. Однотактный преобразователь с дополнительным ключом (схема Поликарпова). // Практическая силовая электроника. 2002. - №8. - С. 2-7.

15. Колосов В.А., Лукин А.В., Сергеев Б.С. Схемотехника высокочастотных преобразователей напряжения. // Справочное пособие./ Под ред. В.А. Колосова. -М.: АОВТ и ПЭ, 1993. 150 с.

16. Конев Ю.И. Технико-экономическая эффективность микроэлекгронных электросистем. // ЭтвА / Под ред. Ю.И. Конева. М.: Сов. радио, 1980, Вып.11. -С. 3-7.

17. Конев Ю.И. Некоторые проблемы развития, источников вторичного электропитания. // Электропитание / Под ред. Ю.И. Конева. М.:, Ассоциация «Электропитание», 1993, № 1. - С. 5-14.

18. Конев Ю.И. Компенсаторы мощности искажений // Электропитание / Под ред. Ю.И. Конева, 1993, №1.

19. Лабунцов В.А., Чаплыгин Е.Е. Компенсаторы неактивной мощности на вентилях с естественной коммутацией. // Электричество, №9,1996.

20. Лабунцов В.А., Чжан Дайжун. Однофазные полупроводниковые компенсаторы пассивной составляющей мгновенной мощности // Электричество, №12, 1993!

21. Лукин А.В. Распределённые системы электропитания; // Практическая силовая электроника. 2001. - №1. - С. 4-9.

22. Мелёшин В.И., Мосин В.В., Опадчий Ю.Ф. Формирование динамических свойств устройств вторичного электропитания с ШИМ-2 // Электронная техника в автоматике, №16, изд. «Радио и связь», 1985.

23. Мелёшин В.И: Динамические свойства преобразователей с ШИМ-2 в режимах прерывистого и непрерывного тока // Электронная техника в автоматике, №17, изд. «Радио и связь», 1986.

24. Мелёшин В.И., Нечагин М.А. Проектирование однофазных выпрямителей скоррекцией коэффициента мощности. // Электротехника, №3, 1998.

25. Овчинников ДА., Кастров М.Ю., Карзов Б.Н., Исаков М.С. Выпрямитель со средней точкой и выпрямитель с удвоителем тока .И Практическая силовая электроника. 2002. - №5. - С. 17-20.

26. Овчинников ДА., Кастров М.Ю., Карзов Б.Н. Язык моделирования VHDL-AMS. // Практическая силовая электроника. 2002. - №5. -С. 14-16.

27. Овчинников Д. А., Кастров М. Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М., Герасимов А.А. Пассивные корректоры коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника. 2003. - №9. - С. 12-15.

28. Овчинников Д.А., Кастров М.Ю. Классификация однофазных корректоров коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника. 2003. - №9. -С. 23-26.

29. Овчинников ДА., Кастров М.Ю., Герасимов А.А. Однофазные выпрямители с корректором коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника. -2002.-№7.-С. 2-11.

30. Овчинников Д.А., Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М. Трехфазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности. // Практическая силовая электроника. 2002. - №6. - С. 8-15.

31. Овчинников Д.А. Корректоры коэффициента мощности на основе дискретной линейной модели повышающего однотактного преобразователя. // Практическая силовая электроника. 2003. -№12. - С. 2-11.

32. Овчинников! Д.А., Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М., Герасимов А.А. Моделирование повышающего преобразователя в среде Matlab-Simulink. // Практическая силовая электроника. 2002. - №8. - С. 17-22:

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

34. Чаплыгин Е.Е. Микропроцессорное управление автономными инвертораминапряжения с ШИМ. // Электричество, № 3, 1994.

35. Чаплыгин Е.Е. Вопросы управления вентильными компенсаторами пассивной мгновенной мощности. // Электричество, №11, 1993.

36. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. // Ленинград, Энергия, 1975.

37. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. //Справочник. Москва / Издательский дом «Додека», 2001. 608 с.

38. Adar D., Rahav G. and Ben-Yaakov S. A Unified Behavioral Average Model Of SEPIC Converters With Coupled Iinductors. // Ben-Gurion University of the Negev, ISRAEL, 2000.

39. Adar D. and Ben-Yaakov S. Generic Average Modeling and Simulation of Discrete Controllers. // IEEE Applied Power Electronics Conference APEC 2001.

40. Al-Naseem O., Erickson R.W., Carlin P. Prediction of Switching Loss Variations by Averaged Switch Modeling. // IEEE Applied Power Electronics Conference APEC 1998.

41. Chen J., Chin Chang. Analysis and Design of SEPIC Converter in Boundary Conduction Mode for Universal-line Power Factor Correction Applications. // Philips Research, 1999.

42. Choudhury S. Implementing Triple Conversion Single-Phase On-line UPS using TMS320C240. // Application Report, Texas Instruments, 1999.

43. Dewan S.B. Optimum input and output filters for single-phase rectifier power supply. // IEEE Trans, on Industry Applications, vol. IA17, no. 3, pp. 282-288, May/June 1981.

44. Erickson R.W. Fundamentals of Power Electronics. // University of Colorado, Accompanying material for instructors, 1997.

45. Fu Minghua, Chen Qing. A DSP Based Controller for Power Factor Correction (PFC) in a Rectifier Circuit. // IEEE Applied Power Electronics Conference APEC 2001.

46. GarcHa O., Alou P. Converter For Telecom And Datacom Compatibility. // IEEE Applied Power Electronics Conference APEC 2001.

47. Kolar J. W., Ertl H. Status of the Techniques of Three phase Rectifier Systems with Low Effects on the Mains. // Vienna University, INTELEC, June 6-9,1999.

48. Levy H., Zafrany I., Ivensky G. and Ben-Yaakov Sam. Analysis and Evaluation of a Lossless Turn-On Snubber. // IEEE APEC Record, 1997.

49. Maksimovic' D. and Erickson R. A New Low-Stress Buck-Boost Converter for Universal-Input PFC Applications. // IEEE Applied Power Electronics Conference APEC 2001.

50. Marcos J De. The economic use of clamps in flyback converters. // PCIM magazine, 7/2000, pp 46-49;

51. Moriconi U. Designing a high power factor switching preregulator with the L4981 continuous mode. // STMicroelectronics application note, 2002.

52. Petersen L., Andersen M. Two-Stage Power Factor Corrected Power Supplies: The Low Component-Stress Approach. // IEEE Applied Power Electronics Conference APEC 2002.

53. Qiao C., Smedley K.M. Three-phase Unity-Power-Factor VIENNA Rectifier with Unified Constant-frequency Integration Control. // IEEE IAS, 2000.

54. Redl R. Power Factor Correction: Why and how? // Power Supply Design Course, Nbrnberg, Germany, 26-28 November 1991;

55. Sicon L. S., Dierberger K., Redl' R. High-Voltage MOSFET Behavior in SoftSwitching Converters: Analysis and Reliability Improvements. // Advanced Power Technology Application Notes, apt9804, INTELEC, 1998. :

56. Smith К. M. Jr. and Smedley К. M. Properties and Synthesis of Passive, Lossless Soft-Switching PWM Converters. // 1 st International Congress In Israel on Energy Power & Motion Control, 1997 (EPMC '97)

57. Smith К. M. Jr. and Smedley К. M. A Comparison of voltage-mode soft-switching methods for PWM converters.// IEEE Trans. Power Electronics, March 1997, vol.12.

58. Spiazzi G., Buso S. Comparison Between two Single-Switch Isolated Flyback and Forward High-Quality Rectifiers for Low Power Applications. // IEEE Applied Power Electronics Conference APEC 2002;

59. Sum К. K. Improved: valley-fill passive power factor correction current shaper approaches IEC specification limits. // PCIM Magazine, Feb. 1998, pp. 42-51.

60. Vorperian V., Ridley R. B. A simple scheme for unity power factor rectification for high frequency ac buses. // IEEE Trans, on Power Electronics, vol. 5, no. 1, pp. 77-87, Jan: 1990.

61. FAN4822. ZVS Average Current PFC Controller. // Fairchild product datasheet, 2001.

62. FLEX 8000 Programmable Logic Device Family Data Sheet. // Altera® Literature Department, 2001.

63. Kool Мц® Powder Cores. // Magnetics company, datasheet.

64. Power Conversion & Line Filter Application. Iron Powder Cores. // Micrometals company, anniversary edition, ISSUE J, January 2001.

65. PowerLite Metglas Cut Cores. // Metglas-Honeywell company, datasheet, 2001.

66. STTA3006CW/CP, TURBOSWITCHE ULTRA-FAST HIGH VOLTAGE DIODES. // datasheet, STMicroelectronics, 2000.

67. STW45NM50FD. // datasheet, STMicroelectronics, 2000.

68. TMS320C240, TMS320F240, DSP CONTROLLERS. // Data sheets, Texas Instruments, 1996.

69. Wound magnetics. // National-Arnold Magnetics catalog, Group Arnold, 2001.1. Условные обозначения:

70. PF- коэффициент мощности; S- полная мощность; Ф сдвиг фаз тока и напряжения;

71. THD- суммарный коэффициент гармонических искажений;

72. Vbx- входное напряжение преобразователя;1вх- входной ток преобразователя;

73. Re- эквивалентное сопротивление выпрямителя;

74. V}- среднее значение напряжения;v(t) мгновенное значение напряжения;

75. CLF- коэффициент загрузки компонента;1. Р- потребляемая мощность;1. Рн- мощность нагрузки;

76. Vo- выходное напряжение преобразователя;1о- ток нагрузки;

77. М- коэффициент передачи преобразователя;

78. Um-напряжение на выходе диодного моста в выпрямителе с корректором мощности;со циклическая частота;

79. D, d- коэффициент заполнения импульсов;fs- частота коммутации силовых ключей;1. Ts- период коммутации;iL- ток дросселя выпрямителя (фильтра);

80. AIl- пульсации тока дросселя (фильтра);iLmaxJLmin- максимальное (минимальное) значение тока дросселя;

81. Ч™ >1 пш -действующие значения тока и напряжения;

82. Ue- напряжение на выходе усилителя ошибки;

83. Rs- сопротивление токового датчика;

84. Vref- опорное напряжение усилителя ошибки;

85. Vp- пилообразное напряжение;

86. Pts суммарные статические потери в транзисторах;

87. Pds- суммарные статические потери в диодах;

88. Р^- коммутационные потери в транзисторах;

89. Pdd- коммутационные потери в диоде;

90. Роп- суммарные потери при включении транзистора;1.r- среднее значение тока дросселя ККМ;кр- коэффициент пульсаций тока дросселя ККМ;

91. St поверхность теплоотвода;fd- частота квантования цифровой системы;

92. Wpl, Wp2, Kl, К2 матрицы постоянных коэффициентов силовой части;п- целое число, характеризующее момент съёма;дуп малое отклонение от величины в п — момент съёма;

93. Wsili передаточная функция силовой части (ток дросселя по управлению);

94. Wsilu передаточная функция силовой части (выход по управлению);

95. Vp- амплитуда пилообразного напряжения;

96. Wu- передаточная функция управления (контура напряжения);

97. Wi- передаточная функция управления (контура тока);