Исследование повышающего преобразователя напряжения с режимом коммутации ключевого элемента при нулевых значениях тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Решетневские чтения

УДК 621.314.1:004.94

Н. Н. Горяшин, А. Н. Зорин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ С РЕЖИМОМ КОММУТАЦИИ КЛЮЧЕВОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ НУЛЕВЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ТОКА

Исследуется возможность оптимального выбора параметров элементов резонансного контура квазирезонансного преобразователя напряжения с переключением ключевых элементов при нулевых значениях тока с точки зрения минимума статических потерь.

Необходимость увеличения мощностей оборудования, которое входит в космические спутниковые системы, ставит задачу увеличения удельных энергетических характеристик систем электроснабжения космического аппарата. Для увеличения удельной мощности импульсных преобразователей напряжения (ПН) необходимо увеличивать частоту преобразования, что в классических схемах ПН приводит к увеличению мощности потерь на переключение ключевых элементов (КЭ).

Одним из возможных решений этой проблемы яв -ляется применение методики переключения при нулевом токе [1], особенностью которой является снижение потерь мощности при переключении и, как следствие, увеличение КПД, а также возможность увеличения частоты преобразования, что, в свою очередь, увеличивает удельные энергетические характеристики. В литературе, посвященной тематике преобразователей напряжения с резонансными режимами работы КЭ, лишь в небольшой степени рассматриваются практические методики расчета параметров и режимов таких ПН.

В данной работе был проведен анализ стационарных энергетических режимов квазирезонансного ПН, на основе которого разработана методика расчета параметров резонансного контура с точки зрения минимизации статических потерь в резонансном ключевом элементе, состоящем из силовых диодных и транзисторных ключей. Был проведен анализ режимов работы стабилизатора напряжения, построенного на базе исследуемого ПН, при возмущающем воздействии со стороны нагрузки, где закон управления реализован двумя способами: традиционный одноконтурный способ управления с частотным корректирующим звеном (ПИД регулятор) и двухконтурный способ управления с дополнительной обратной связью по среднему зна -чению тока дросселя. При этом в качестве первичного источника электроэнергии была использована модель солнечной батареи. В результате этого анализа было заключено, что оба способа регулирования могут применяться для данного преобразователя напряжения.

Схема исследуемого преобразователя приведена на рис. 1.

Временные диаграммы режимов работы силовой части представлены на рис. 2.

Рис. 1. Схема повышающего преобразователя напряжения с ШИМ

Id-j (О

/ \ V .

/ Isi(t) \ / Usim t /,

/ II •2(0 \ t

/Is. 40 \ V/ Us2(t) t

UsSl 1 t

UjS2 1 t

1

to ti

Í2 ts Í4 ts te Í7 ta

и t

Рис. 2. Временные диаграммы режимов работы силовой части

Зависимость потерь в резонансном контуре (РК) от Ьр 2 имеет экстремальный характер (рис. 3), что позволяет сформировать критерии оптимизации параметров РК с точки зрения минимума статических потерь.

Библиографическая ссылка

1. Cho B. H. Novel zero-current-switching (ZCS) PWM switch cell minimizing additional conduction loss // IEEE Transactions on industrial electronics. Vol. 49, № 1. 2002. P. 165-171.

Cистемы управления, космическая навигация и связь

Р, Вт 2.5-

Ср=20нФ

Ср=

Ср=

16нФ

13нФ

О 510 110 1.510 210

а б

Рис. 3. Семейство зависимостей статических потерь в резонансном цикле от индуктивности резонансного контура при различных значениях резонансной емкости для различных значений входного тока:

а - /вх = 6 А; б -1^ = 2 А

N. N. Goryashin, A. N. Zorin Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

POWER LOSSES ANALYSIS OF ZERO-CURRENT-TRANSITION BOOST CONVERTER

The authors analyse optimal choice of resonant tank parameters method for zero-current-transition boost converter. The method is based on minimum conduction losses search during resonant cycle.

© Горяшин Н. Н., Зорин А. Н., 2011

УДК 621.31

N. N. Goryashin, А. А. Solomatova Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE NONLINEAR OUTPUT FILTER IN ZERO-CURRENT-SWITCH QUASI-RESONANT CONVERTER

Various problems of quasi-resonant half-wave zero-current-switch (ZCS) buck converter operation are observed in this paper. The application of an output filter with variable inductance depending on load current is proposed. This allows improvement of voltage regulation in a wide range (more than 50 %) of load currents.

High frequency soft-switching converters are widely used for direct current regulation. This paper analyzes the zero-current-switch (ZCS) quasi-resonant (QR) buck converter with frequency modulation control [1]. A simplified functional diagram of such a converter

is shown in fig. 1, a. The basic waveforms of zero-current-switch half-wave mode are shown in fig. 1, b. Such a converter is the simplest one for practical application in comparison with other soft-switching DC-DC converters [1].

Fig. 1. Simplified functional circuit of closed-loop ZCS converter (a) and Basic waveforms (b), where ILf (t) - filter inductor current; ILr(t) - tank inductor current; UCr(t) - tank capacitor voltage