CC BY
11Cистемы 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
Решетневскце чтения
ZCS mode is possible only under the condition AILf < 2Il, where AILf is the ripple-to-ripple output inductor current, IL is the load current (fig. 1, b) [2]. This condition excludes the converter loadless operation, and decreases the light load efficiency. So, the application of this converter in a voltage regulator is possible in a limited load currents range. The wider the range, the higher the output filter inductance value must be. Under this condition (high output inductance) the system response and power density will become worse. The method of solving this problem is to apply a variable inductance choke depending on the current. This choke can be constructed from two put-together cores, which are made of different magnetic materials, for example, as shown in fig. 2, one of the cores should be made of unsaturable material (carbonyl), and the other of a saturable one (ferrite). Such a choke will have a minimum inductance value under the maximum load current and maximum inductance value under the minimum load current. This method allows considerable reduction of the dimensions of the output filter and realization of the ZCS mode in the given voltage regulator in a wide load range.
According to the equivalent circuit (fig. 2) we can propose a formula for calculating choke inductance as:
L =[m • N12 • S1 + M2(H) • N22 • S2 ] , (1)
where l is the magnetic path length of the core; |io the magnetic permeability in vacuum; N1, N2 are the numbers of turns covering the first and second cores; S1, S2 are the sectional areas of first and second cores; ^ is the effective magnetic permeability of first core (unsaturable); ^2(H) is the magnetic permeability function of field intensity H inside the coil [3].
In fig. 3 there are experimental results for the output voltage of ZCS QR buck regulator with PI controller under current load stress. In cases fig. 3, a the output filter with fixed inductance value L = 80 |iHn was applied, in cases fig. 3, b the output filter choke has the nonlinear
characteristic. Other parameters of the inductors are shown in the table:
Fig. 2. Equivalent circuit of a choke with variable inductance
A switch cell based on MOSFET and Schottky diodes was used in the experimental power circuit. The resonant tank parameters are Lr = 1.177 ^Hn, Cr = 47 nF. The maximum and minimum output power are Pmax = 110 W, Pmin = 15 W. Efficiency under maximum power and nonlinear inductor is n = 94 %. The maximum and minimum switching frequency are f max = 180 KHz, f min = 65 KHz. The input voltage is 70 V. The maximum output voltage change is 1 %.
The main result of this work is qualitative evaluation of variable filter inductor application capability for ZCS converter. Variable inductor optimization (i. e. magnetic materials choice, their combination in core, core geometry choice, etc.) is an engineering task and depends on required converter characteristics. It was shown that if we receive such inductor with nonlinear characteristic, which provides with maximum possible damping factor value in all load range, then the dynamic characteristics and stability will improve. The wider the load currents range is, the more effective the application of such inductor is.
References
1. Abu-Qahouq J., Batarseh I. Generalized Analysis of Soft-Switching DC-DC Converters // IEEE Intern. Symp. on Circuits and Systems, 2000. P. 507-510.
2. Erickson R. W. Fundamentals of Power Electronics. New York : Chapman and Hall, 1997.
3. Dixon L. H. Magnetic Field Evaluation in Transformers and Inductors // TI Magnetics Design Handbook in TI Literature. 2004. P. 1-13.
Parameters Weight, gr Toroidal Core dimensions, mm Numbers of turns
Fixed inductor 103.64 D = 44, d = 28, h = 15 23
Nonlinear inductor 65.4 For saturable core: D = 33.35, d = 19.75, h = 6 28
For unsaturable core: D = 33.35, d = 19.75, h = 11.5
a b
Fig. 3. Transient response under step up load current (0.9.. .5,1 A)
Cuстемы управления, космическая навигация и связь
Н. Н. Горяшин, А. А. Соломатова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
НЕЛИНЕЙНЫЙ ВЫХОДНОЙ ФИЛЬТР В КВАЗИРЕЗОНАНСНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕ ТОКА
Рассматриваются различные вопросы работы квазирезонансного преобразователя напряжения с переключением при нуле тока. Предлагается использовать выходной фильтр с переменной индуктивностью, зависящей от тока нагрузки, что позволяет осуществлять регулирование выходного напряжения в широком диапазоне (больше 50 %) токов нагрузки.
© Goryashin N. N., Solomatova А. А., 2011
УДК 621.396.6
А. Н. Дементьев ЗАО «Комплексные электромагнитные системы», Россия, Москва
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ЗАЩИТЫ ЧАСТОТНЫХ ПРИСВОЕНИЙ ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОТ НЕПРЕДНАМЕРЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ СО СТОРОНЫ БОРТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ ПОМЕХ
Проведен анализ проблем защиты приемных устройств космических систем от воздействий со стороны бортовых источников помех. Рассмотрены основы системы международно-правовой защиты. Систематизированы исходные данные для выбора способов защиты. Определены признаки защиты. Рассмотрена система показателей защиты, включая экономическую эффективность. Приведена обобщенная математическая формулировка задачи защиты приемных устройств спутниковых систем и наземных комплексов.
Непреднамеренные помехи представляют собой воздействие нежелательной энергии на прием в системе радиосвязи, вызванное одним или несколькими излучениями, радиациями или индукциями и проявляющееся в любом ухудшении качеств, ошибках или потерях информации, которых можно было бы избежать при отсутствии такой нежелательной энергии [1].
В настоящее время существует ряд факторов, усложняющих проблему обеспечения защиты частотных присвоений радиоэлектронных средств (РЭС) космических систем и комплексов:
1) усложнение электромагнитной обстановки в космическом пространстве;
2) увеличение количества стран, влияющих на формирование технической и юридической политики МСЭ;
3) ограниченность радиочастотного спектра;
4) старение отечественной космической радиоэлектронной аппаратуры;
5) оставление заявленных ранее орбитально-частотных позиций на орбите;
6) уменьшение количества стран, оказывающих поддержку России;
7) отсутствие достаточной координации федеральных органов исполнительной власти.
Основы системы международно-правовой защиты частотных присвоений РЭС космических систем и наземных комплексов. Международно-правовая защита достигается: 1) рациональным использованием норм и правил международного космического права;
2) формированием юридической и технической политики (платформы) в международных радиочастотных органах; 3) разработкой путей и способов, обеспечивающих использование участков геостационарной орбиты и других областей космического пространства и радиочастотного спектра с учетом требований и существующих норм международного права; 4) техническим совершенствованием радиоэлектронной аппаратуры в направлении гибкого сочетания целевых требований и требований, предъявляемых к ней со стороны международных радиочастотных органов.
Систематизация исходных характеристик для выбора способов защиты от непреднамеренных воздействий, создаваемых бортовыми источниками помех. Эффективность обеспечения защиты от непреднамеренных воздействий, создаваемых бортовыми источниками помех, зависит от ряда существенных факторов, основными из которых являются:
1) количественный состав приемных земных станций, их технические характеристики;
2) возможные сценарии воздействия помех;
3) характеристики мест размещения приемных устройств.
Классификационные признаки способов защиты от непреднамеренных воздействий, создаваемых бортовыми источниками помех. Обобщены классификационные признаки и способы защиты частотных присвоений и возможность их реализации для защиты от непреднамеренных помех зарубежных космических систем и комплексов.
