CC BY
19Системы управления, космическая навигация и связь
УДК 621.314.1:004.94
А. С. Каржаев, Н. Н. Горяшин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
О СПЕКТРАЛЬНОМ МЕТОДЕ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ИМПУЛЬСНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЯ
Предложены результаты оценки спектрального состава сигналов силовой цепи импульсного преобразователя напряжения (ПН) с переключением нулевых значений тока в сравнении с классическим ПН с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Одной из проблем использования импульсных преобразователей напряжения в системах электропитания различного назначения является то, что такие устройства генерируют электромагнитные помехи (ЭМП) в широком спектре, что создает дополнительные проблемы при электропитании чувствительных к электромагнитному излучению электронных устройств. Импульсные преобразователи могут производить два типа электромагнитных помех. ЭМП, генерируемые непосредственно импульсной работой ключевого элемента (КЭ), и ЭМП, генерируемые паразитными резонансными цепями электрической схемы в моменты отпирания или запирания ключевого элемента КЭ. ЭМП, генерируемые непосредственно импульсной работой КЭ, могут быть проанализированы путем разложения функций сигналов тока и напряжения в ряд Фурье [1]. Класс ПН, использующий резонансные режимы работы КЭ [2], имеет лучшие показатели с точки зрения генерации ЭМП, однако на настоящий момент нет единого подхода к оценке ЭМП для данного класса устройств. В настоящей работе предлагается ввести сравнительный способ оценки ЭМП генерируемой работой КЭ для ПН с резонансным режимом, где за эталон наихудшей формы сигнала в цепи КЭ с точки зрения ЭМП принимается сигнал прямоугольной формы. Таким образом, анализ ЭМП предлагается проводить путем сравнения гармонических составляющих сигналов в цепи КЭ с резонансным режимом с аналогичным в режиме ШИМ «жестким» переключением КЭ при прочих равных условиях, включая элементы выходного фильтра.
Применим предложенный способ для оценки напряжения на входе низкочастотного сглаживающего фильтра понижающего ПН с переключением КЭ при нулевых значениях тока (ПНТ). Далее введем понятие относительного коэффициента, показывающего разницу между амплитудами соответствующих гармоник сигналов ШИМ и ПНТ режимов при прочих равных условиях:
(
U„
= U„
■ 20 log
U
Л
U
(1)
где и„ШИЫ и и„ПНТ - амплитуда напряжения я-ой гармоники сигнала соответствующего режима (ШИМ и
ПНТ). В данной формуле множитель иишим перед логарифмом вводится как некоторый калибровочный коэффициент в целях уменьшения влияния гармоник, значения которых крайне малы ввиду чего логарифм их отношения является очень большим, а реальный вклад этой гармоники в ЭМП малым.
Формы анализируемых сигналов в ПН понижающего типа, где относительный коэффициент заполнения в случае ПН с жестким переключением и ШИМ определен исходя из равенства входного и выходного напряжения в установившемся режиме для обоих типов ПН показаны на рис. 1, а. Эквивалентная электрическая схема реального выходного фильтра с учетом всех паразитных распределенных компонентов представлена на рис. 1, б. Логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) идеального и реального нагруженных LC -фильтров, из чего следует, что фильтрующие свойства с ростом частоты ухудшаются, а это в свою очередь приведет к возрастанию амплитуд высокочастотных гармонических составляющих на выходной шине ПН показаны на рис. 2, а. Участки ЛАЧХ реального и идеального LC-фильтров совмещенные с относительным спектром напряжения в соответствии с (1) для двух приведенных сигналов при прочих равных условиях представлены на рис. 2, б.
Предложенная относительная логарифмическая оценка спектрального состава показывает, что резонансный режим работы КЭ вносит существенно меньший вклад высших гармоник по сравнению с ПН с ШИМ с жестким переключением в частотный спектр сигнала напряжения в цепи ключевого элемента и на входе сглаживающего фильтра.
Библиографические ссылки
1. Characterization and Comparison of Noise Generation for Quasi-Resonant and Pulsedwidth-Modulated Converters / L. Hsiu, M. Goldman, R. Carlsten et al. // IEEE Trans. Power Electron. 1994. Vol. 9. № 4. P. 425-432.
2. Abu-Qahouq J., Batarseh I. Unified Steady-State Analysis of Soft-Switching DC-DC Converters // IEEE Trans. Power Electron. 2002. Vol. 17. № 5. P. 684-691.
Решетневские чтения
Форма напряжения на входе выходного фильтра квазирезонансного преобразователя
Форма напряжения на входе выходного фильтра классического импульсного преобразователя
Rl
L$ C1
L1
Ьс - собственная индуктивность конденсатора
С1 - межвитковя емкость дросселя Яс - эквивалентное сопротивление конденсатора
Ян - сопротивление нагрузки
Яь- сопротивление обмотки дросселя
б
Ce
RC
Lc
Рис. 1. Сигналы напряжения через ключевой элемент для понижающего ПН с разными режимами работы
ио„
дБ
Lm, дБ .
-1601-
1x105
Пе рва J я га рмон шка т а If
f Г Т ........ИИ»
1
Y
f,Гц 1x108
б
Рис. 2. ЛАЧХ выходного фильтра (а) и относительная спектральная характеристика напряжения КЭ (б), где fk частота коммутации соответствующая первой гармонике
A. S. Karzhaev, N. N. Goryashin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
ABOUT SPECTRAL EVALUATION METHOD OF ELECTROMAGNETIC NOISE PRODUCED BY SWITCHING POWER CONVERTERS
The spectrum evaluating analysis of signals in switching power converter operated under zero-current-switching mode in comparison with conventional hard switching pulsed-width modulated converter is presented.
© Каржаев А. С., Горяшин Н. Н., 2012
УДК 629.7.054.82
В. В. Климаков, А. И. Улитенко, М. В. Чиркин Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия, Рязань
А. В. Молчанов
Московский институт электромеханики и автоматики, Россия, Москва
ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ КОЛЬЦЕВЫХ ЛАЗЕРОВ В УСЛОВИЯХ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА ВНУТРИ БЕСПЛАТФОРМЕННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Выполнены оценки предельной температуры кольцевых лазеров вблизи верхней границы температурного диапазона эксплуатации бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС).
Поддержание точности и надежного функционирования БИНС включает задачу ограничения предельных температур моноблоков кольцевых лазеров, изготовленных из стеклокерамики. От ее успешного решения зависит возможность понизить нестабильность масштабного коэффициента лазерного гироско-
па до уровня 1 ppm, для чего необходимо предотвратить переключения кольцевого лазера на соседние продольные моды при тепловом расширении [1]. В настоящей работе проведен сравнительный анализ эффективности отвода тепла от лазерных гироскопов в производимых БИНС с целью поиска путей для реа-
t
а
20
100
1x10
1x10
а
