regulationgmail企业邮箱

ВведениеПреобразователипостоянногонапряжения,обеспечивающиепроизвольноесогласованиеуровнейвходногоивыходногонапряженийзасчетвведениявструктурутрансформатора,широкоизвестны[1,2]инаходятприменениевомногихнаправленияхэлектроники,втомчислевсолнечнойэнергетике[3,4].
Вчастности,внашейстранепроизводятсяпопыткиприменениятакихпреобразователейвсистемахэлектропитаниякосмическихаппаратов[5–8],вместоширокоиспользуемыхсистемэлектропитаниянабазебестрансформаторныхпреобразователейпостоянногонапряжения[9,10].
Приэтом,ввидутого,чтосолнечнаябатареянаразныхучасткахвольтампернойхарактеристики(ВАХ)можетиметьсвойствакакисточниОсиповА.
В.
идр.
Обеспечениеблагоприятногопереключениятранзисторовинверторатокав.
.
.
C.
138–145138УДК621.
314ОБЕСПЕЧЕНИЕБЛАГОПРИЯТНОГОПЕРЕКЛЮЧЕНИЯТРАНЗИСТОРОВИНВЕРТОРАТОКАВПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХСОЗВЕНОМПОВЫШЕННОЙЧАСТОТЫОсиповАлександрВладимирович,канд.
техн.
наук,зав.
лаб.
НИИавтоматикииэлектромеханикиприТомскомуниверситетесистемуправленияирадиоэлектроники,Россия,634050,г.
Томск,пр.
Ленина,40.
Email:ossan@mail.
ruШиняковЮрийАлександрович,дртехн.
наук,директорНИИкосмическихтехнологийТомскогоуниверситетасистемуправленияирадиоэлектроники,Россия,634050,г.
Томск,пр.
Ленина,40.
Email:shua@main.
tusur.
ruОттоАртурИсаакович,мл.
науч.
сотр.
НИИкосмическихтехнологийТомскогоуниверситетасистемуправленияирадиоэлектроники,Россия,634050,г.
Томск,пр.
Ленина,40.
Email:ottoai@mail.
ruЧернаяМарияМихайловна,мл.
науч.
сотр.
НИИкосмическихтехнологийТомскогоуниверситетасистемуправленияирадиоэлектроники,Россия,634050,г.
Томск,пр.
Ленина,40.
Email:cmm91@inbox.
ruТкаченкоАлександрАлександрович,канд.
техн.
наук,зав.
отделомНИИавтоматикииэлектромеханикиприТомскомуниверситетесистемуправленияирадиоэлектроники,Россия,634050,г.
Томск,пр.
Ленина,40.
Email:aem@tusur.
ruАктуальностьработыопределяетсянеобходимостьюуменьшениядинамическихпотерьвтранзисторахпреобразователясозвеномповышеннойчастотынаосноверегулируемогоинверторатока.
Цельработы:анализкоммутационныхпроцессовврегулируемоминверторетока,разработкасхемыиспособарегулированиявыходноготока,обеспечивающихбезопаснуютраекториюпереключениясиловыхтранзисторов.
Методыисследованияоснованынаобщихположенияхтеорииэлектрическихцепей,теорииалгебраическихуравнений,вычислительныхметодахииспользованиисовременныхинструментальныхсистемиметодовматематическогомоделирования.
Результаты.
Рассмотреныкоммутационныепроцессыприрезонансномпереключениитранзисторовинверторатокавпреобразователесозвеномповышеннойчастоты.
Показано,чтоблокирующиедиодыинвертораограничиваютамплитудурезонансныхколебанийтокатранзисторовнауровнетокавходногодросселя.
Исключениеблокирующихдиодовивключениеобратныхдиодовтранзисторовприводитквозможностиреверсатокакоммутирующегодросселяисущественномузавышениютокатранзисторов,определяемомувэтомслучаебалансоммощностиреактивныхэлементовкоммутационногоконтура.
Исследованыкоммутационныепроцессытранзисторовинвертораприфазовомрегулированиивыходноготока,приэтомустановлено,чтонаинтервалезакорачиваниявходногоисточникатоктранзисторасостоитизсоставляющейтокасамогоисточникапитанияисоставляющейтока,накопленноговкоммутирующихдросселяхприразрядеконденсаторавключаемоготранзистора.
Показано,чтомаксимальныйтоктранзисторовопределяетсясоотношениемволновогосопротивлениякоммутирующегоконтураисопротивлениянагрузки.
Составленыуравненияэнергобаланса,наосновекоторыхполученысоотношения,позволяющиеопределитьмаксимальныезначенияэлектрическихпараметровтранзисторов.
Сделанывыводы,проведенообсуждениеполученныхрезультатов.
Ключевыеслова:Инвертортока,коммутационныепроцессы,динамическиепотери,коммутирующийрезонансныйконтур,безопасноепереключениетранзисторов.
канапряжения,такиисточникатока,могутприменятьсясоответственнокакинверторынапряжения[7],такиинверторытока[8].
СопоставлениеэнергетическиххарактеристикуказанныхвариантовреализациипреобразователявреальныхдиапазонахизмененияВАХсолнечнойбатареипоказалоэффективностьименносистемнаосновеинверторетока.
Однакоприпостроениисистемынаосновеклассическогоинверторатокавегоключахприсутствуютблокирующиеобратнуюпроводимостьдиоды,существенноувеличивающиестатическиепотерииухудшающиеКПДпреобразователя,чтокрайненежелательноприпостроениисистемэлектропитаниякосмическихаппаратов.
Поэтомуфункциюблокирующихдиодоввпреобразователяхсвыходомнапостоянномтокевыполняютдиодывыходноговыпрямителя[8].
Другимважнымнаправлениемминимизациипотерьвпреобразователеявляетсяуменьшениекоммутационныхпотерьприпереключениитранзисторов,обеспечиваемоепутемихбезопасногопереключения,включенияпринуленапряжения(ZVS)ивыключенияпринулетока(ZCS),реализациянепосредственногопреобразователяповышающеготипасмягкойкоммутациейрассмотренав[11,12].
Впреобразователяхсозвеномповышеннойчастотынаинверторенапряжениядляобеспечениябезопасноговыключениятранзисторовтрадиционноприменяетсяпараллельноевключениеконденсаторов,демпфирующихпроцессвыключениятранзисторов.
Приэтомнаинтервалекоммутационнойпаузыэтиконденсаторывступаютврезонанссиндуктивностьюрассеяниятрансформатора,формируемыеприэтомгармоническиеколебаниянапряженияназакрытомтранзисторевопределенныемоментывремениобеспечиваютусловиядляZVS[13].
Другойспособсостоитвформированииколебанийвдополнительномконтуре[14].
Коммутационныепроцессывинверторетокадлярезонансныхсхемсвыходомнапеременномтокеисследованыв[15–17],дляпреобразователейсвыходомнапостоянномтокеипромежуточнымзвеномвысокойчастотымягкоепереключениеформируетсяспомощьюрезонансныхконтуров[18–20].
Приэтомзначенияпараметровреактивныхэлементоврезонансногоконтураменяютсяпогармоническомузаконуиформируютблагоприятныеусловиядляпереключениялишьвопределенныемоментывремени,чтозатрудняетреализациюплавногорегулированиявыходноготока.
Например,в[19,20]этазадачарешаетсявведениемдополнительноготранзистора,подключающеговтребуемыемоментывременинавходинвертораконденсаторклампиобрывающегоколебательныйпроцесс.
Такимобразом,исследованиекоммутационныхпроцессоввинверторетокаприегоработенавыпрямительиразработкаспособовбезопасногопереключениятранзистороввэтихсхемахявляетсяцельюнастоящейработы.
НерегулируемаясхемаинверторатокаНакоммутационныепроцессывинверторетокаоказываетбольшоевлияниеспецификаегоработы,вчастности,вотличиеотинверторанапряжения,винверторетокакоммутационнаяпаузаформируетсяпутемодновременноговключениявсехтранзисторовинвертора,чтопозволяетзакоротитьвходнойисточник.
ДляминимизациипотерьпривключениипоследовательностранзисторамивводятсякоммутирующиедросселяL1L4,затягивающиефронттоканавключаемомтранзисторе,иконденсаторCр,обеспечивающийформированиерезонансныхколебанийнаинтервалекоммутационнойпаузы(рис.
1,а).
ПринципработысхемыпоясняетсядиаграммамитоковинапряженийтранзисторовинверторатокаскоммутирующимидросселямиL1=L2=L3=L4=1мкГнирезонанснымконденсаторомСр=0,1мкФ,которыеприразныхзначенияхпаузыtpauseпоказанынарис.
1,б,в.
ПривключеннойдиагоналиVT2,VT3ивключениитранзисторовVT1,VT4засчетдросселейпроисходитплавноеувеличениетокавоткрываемыхтранзисторахVT1,VT4иуменьшениевVT2,VT3,чтоприводиткуменьшениювыходноготокаинвертора.
Сменаполярностипоследнегои,соответственно,дальнейшееизменениетоковтранзисторовпроисходитзасчетразрядарезонансногоконденсатора,токкоторогонеможетпревышатьтокавходногодросселя,т.
к.
черезнегопроходитцепьразряда.
Далеепроцессыопределяютсябалансоммощностиреактивныхэлементов.
Вслучае,представленномнадиаграммах,энергиязаряженногоконденсаторапревышаетэнергиюдросселей,поэтомукмоментуравенстватокаконденсатораитокавходногодросселянаконденсатореостаетсянапряжение,котороезапираетдиодытранзисторовVT1,VT4иразряжаетсятокомвходногодросселячерезтранзисторыVT2,VT3.
ВышесказанноеможноотразитьуравнениемгдеIL–токвходногодросселя;Uвых–выходноенапряжение,приведенноекпервичнойобмоткетрансформатора;EC_discharge–энергияконденсатора,сброшеннаявдроссель.
Следуетотметить,чтоинтервалсбросаэнергиивдроссельявляетсянаиболееблагоприятнымдлявыключениятранзисторовVT1,VT4,таккакихтокравеннулю(рис.
1,б).
ОднакопривключенныхтранзисторахколебательныйпроцесспродолжаетсясамплитудойнапряжениянаконденсатореUk,соответствующейравенствуэнергииконденсатораикоммутирующихдросселей,токитранзисторовприэтомколеблютсясполнойамплитудойтокавходногодросселя22LL,.
22kkULILUI22L_discharge,22CULIEИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
2015.
Т.
326.
№4139Рис.
1.
Инвертортокасблокирующимидиодамиидиаграммыегоработы:а)схемаинверторатокаскоммутирующимидросселями;б)благоприятноевыключение,паузаtpause=0,6мкс;в)неблагоприятноевыключение,паузаtpause=2,5мксFig.
1.
Currentinverterwithblockingdiodesanddiagramsofitsoperation:a)currentinverterwithswitchingchokes;b)favorableswitchingoff,pausetpause=0,6ms;c)unfavorableswitchingoff,pausetpause=2,5msВданномслучаекоммутационныепотеризависятотмоментавыключения.
Так,например,выключениеприсущественномтоке(рис.
1,в)нежелательно.
Такимобразом,винверторетокаможнореализоватьполностьюблагоприятноепереключениетранзисторов.
Однакостатическиепотеривтакойсхемесущественнывпервуюочередьиззаналичияблокирующихдиодов,установкакоторыхвклассическихсхемахнеобходимадляисключениязакорачиваниянапряжениявыходногоконденсатора.
Вслучаеработыинверторанавыпрямительблокирующиедиодымогутбытьисключеныизсхемы,таккакзакорачиваниювыходногоконденсаторапрепятствуютдиодывыпрямителя.
Схемаинверторатокабезблокирующихдиодовпредставленанарис.
2,а,приотсутствииблокирующихдиодовутранзисторовпоявляетсяобратнаяпроводимостьзасчетработыобратныхдиодов,поэтомукоммутационныепроцессывинверторетокасущественноменяются,диаграммыпредставленынарис.
2,б,в.
Какивслучаесхемынарис.
1,привключениитранзисторовVT1,VT4происходитплавноеперераспределениетоковмеждупарамитранзисторовVT2,VT3иVT1,VT4,однакозасчетобратныхдиодовразрядрезонансногоконденсаторапроисходитполностьюдосниженияегонапряжениядонуля,врезультатечеготоккоммутирующихдросселей,асоответственно,итранзисторовможетсущественнопревышатьтоквходногодросселя.
Такимобразом,амплитудаколебанийнапряжениярезонансногоконденсатораравнаамплитудевыходногонапряжения,приэтомтокколебательногоконтураиззаработыобратныхдиодовопределяетсясоотношениемэнергий,запасенныхвиндуктивностях,поотношениюкэнергиирезонансногоконденсатораИнтервал,накоторомтоккоммутирующихдросселейпревышаеттоквходногодросселя,являетсянаиболееблагоприятнымдлявыключениятранзисторовVT1,VT4,таккакихобратныедиодывэтовремяоткрыты,случайнарис.
2,б.
Однако,еслитранзисторынезапирать,колебательныйпроцесспродолжаетсясамплитудойтокавдросселях,превышающейвходнойтоксоответственноэнергиирезонансногоконденсатора.
Благоприятноговыключенияможнодостичьвмоментыотрицательноготокаключа,т.
е.
приоткрытыхобратныхдиодах(рис.
2,в).
Основнымнедостаткомпредставленныхсхемявляетсяневозможностьреализациирегулированиявыходноготокаинвертора,чтосущественносужаетобластьпрактическогопримененияприведенныхспособовобеспеченияблагоприятнойкоммутации.
ИнвертортокасфазовымрегулированиемПриширотноимпульсномрегулированиивыходноготока,реализуемом,какправило,путемфазовогосдвигауправляющихимпульсовверхнейинижнейпартранзисторов,натактеуправлениякромеинтервалапередачиэнергиивнагрузкуТобразуетсяинтервалзакорачиваниявходногоисточника(1–)Т.
ВыходныепараметрыопределяютсядлительностьюимпульсовтокаL;,UEII22,.
22kkULIIULа/aб/bв/c4,964,98t,мс-30030-30030UCICIVT1,VT4UVT1,VT44,994,97I,АU,I,АU,I,АU,I,АU,Uk4,964,984,97-30030-30030UCICIVT1,VT4UVT1,VT44,99t,мсVT1VT2VT4VT3RHTV1CL1L2L3L4LCPОсиповА.
В.
идр.
Обеспечениеблагоприятногопереключениятранзисторовинверторатокав.
.
.
C.
138–145140Рис.
2.
Инвертортокабезблокирующихдиодовидиаграммыегоработы:а)схемаинверторатокабезблокирующихдиодов;б)благоприятноевыключение,tpause=0,8мкс;в)неблагоприятноевыключение,tpause=2мксFig.
2.
Currentinverterwithoutblockingdiodesanddiagramsofitsoperation:a)currentinverterwithoutswitchingdiodes;b)favorableswitchingoff,pausetpause=0,8s;c)unfavorableswitchingoff,pausetpause=2sгдеЕ–входноенапряжение,т.
е.
инверторработаетврежимеповышениявыходногонапряжения.
Согласноалгоритмуфазовогорегулированиятранзисторыопережающейпарывключаютсяприненулевомнапряжении,атранзисторыотстающейпарывыключаютсяприненулевомтоке,поэтомутранзисторыопережающейпарыдолжныиметькоммутирующиедроссели,атранзисторыотстающейпары–коммутирующиеконденсаторы,соответствующаясхемаприведенанарис.
3.
Рис.
3.
ИнвертортокасфазовымрегулированиемFig.
3.
CurrentinverterwithphasecontrolРаботасхемыотраженанадиаграммах(рис.
4).
ПриоткрытойдиагоналитранзисторовVT2,VT3токвходногодросселязаряжаетвыходнойконденсатор,поистечениидлительностиимпульсазарядноготока(моментвремениt1)происходитотпираниетранзистораVT1иначинаетсяпроцесснарастаниятокавдросселеL1одновременноспроцессомспадатокавL2.
ПослеспадатокатранзистораVT2донуляивозрастаниятокаVT1дономинальногозначения(моментвремениt2)токнагрузкиравеннулю,конденсаторC4транзистораVT4начинаетразряжатьсяпоцепиVD2–VT1–VT3.
ОткрытоесостояниеобратногодиоданаэтоминтервалесоздаетблагоприятныеусловиядлявыключенияVT2ипереходукрежимуоткрытойстойкиVT1,VT3,т.
е.
транзисторVT2выключается.
ПоокончанииразрядаконденсатораC4транзистораVT4(моментвремениt3)открываетсяобратныйдиодэтоготранзистораинакопленныйвпроцессеразрядаконденсаторатокдросселейL1,L2замыкаетсянакороткопоцепиVT1–VT3–VD4–VD2.
Такимобразом,наинтервалезакорачиваниявходногоисточникатоктранзисторовкоротящейстойкиVT1,VT3имеетдвесоставляющие:составляющуювходноготокаILисоставляющуюрезонансноготокакоммутирующихдросселейIrz+,обусловленнуюразрядомдемпфирующегоконденсаторат.
е.
токтранзисторовпревышаеттоквходногодросселяILнавеличинуIrz+,соответствующуюзапасеннойвконденсаторахэнергии.
Балансэнергиинаэтоминтервалеможетбытьотраженуравнением(1)согласнокоторомунаувеличениетокавдросселяхL1,L2кромеэнергииконденсаторазатрачивается222241VTmaxL2rzL_discharge(),222ULIILIEVTmaxLrz+,IIIILVT1VT2VT4VT3RTVCL1L2C3C4а/aб/bв/cIVT1,VT4UVT1,VT4UCICIk4,964,98t,мс-30030-300304,994,97I,АU,I,АU,I,АU,IVT1,VT4UVT1,VT4IVTmax030-30UCICIk4,964,98t,мс0304,994,97-30I,АU,VT1VT2VT4VT3TV1CL1L2L3L4LCИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
2015.
Т.
326.
№4141энергиявходногодросселяEL_discharge,чтоможновидетьподиаграмменапряжениянавходеинвертораUвх.
Учитывая,чтонаэтоминтервале(t2–t3)энергияконденсатораделитсяпоровнумеждудросселями,таккакнапряжениянанихравны,атоквходногодросселянепротекаетчерездроссельL2,уравнениеможноупроститьИзполученногоуравненияможноопределитьмаксимальноезначениетокавтранзисторахгде=2L/C–волновоесопротивлениекоммутирующегорезонансногоконтураприобменеэнергиеймеждудвумядросселямииоднимконденсатором.
Вэтомсостоянииинверторнаходитсявесьинтервалвремени,соответствующийзакорачиваниювходногодросселя(1–)Т.
ПоокончанииэтогоинтервалавключаетсятранзисторVT4,егообратныйдиодпопрежнемуоткрыт,поэтомувключениеблагоприятноеинадиаграммахизмененийнепроисходит.
ПереходврежимпередачиэнергиивнагрузкупроисходитпривыключениитранзистораVT3(моментвремениt4),приэтомуменьшениединамическихпотерьVT3обеспечиваетконденсаторС3,которыйпослевыключенияначинаетзаряжатьсятокомIС3,накопленнымвиндуктивностяхL1,L2,зарядсопровождаетсяуменьшениемэтихтоков.
ПослезарядаконденсатораС3довыходногонапряжения(моментвремениt5)открываютсядиодывыпрямителяитокначинаетпоступатьвнагрузку.
Процессзарядаконденсатораприпренебрежениизатуханиемтокакоммутирующегоконтураипульсациямивходногодросселяможноотразитьследующимуравнениемэнергобаланса(2)Согласноэтомууравнениюзарядконденсатораосуществляетсякакэнергиейрезонансногоконтура,накопленнойвкоммутирующихдросселях,такиэнергиейвходногодросселяEL_charge.
Крометого,изначальноэнергия,накопленнаявкоммутирующихдросселях,превышаетэнергию,необходимуюдлязарядаконденсаторанавеличинуEL_discharge(1).
Такимобразом,энергия,накопленнаявкоммутирующихдросселях,превышаетэнергию,затрачиваемуюимидлязарядаконденсаторанавеличинуEL_charge+EL_discharge,азначит,зарядконденсаторадовыходногонапряженияпроизойдетзадолгодополногосбросатокарезонансногоконтурапринекоторомтокеНаследующеминтервалеработы(t5–t6)полученныйизбытокэнергииEL_charge+EL_dischargeпередаетсявнагрузку.
ОпределитьвеличинутокаIVTchargeможно,учитывая,чтополовинуэнергиидлязарядаконденсаторС3получаетотдросселяL1,атаккакнапряжениянанихравны,уравнениеможноупроститьоткудаили(3)т.
е.
токполногозарядаконденсатораравенгеометрическойразноститокатранзисторовкоротящейстойкиитокакоммутирующегорезонансногоконтура.
ПослезарядаконденсатораС3донапряженияпитанияоставшийсявдросселяхL1,L2контурныйтоксбрасываетсявнагрузку,вмоментвремениt6токидросселейуменьшаютсядозначенийIL1=ILIL2=0,чтоприводиткзапираниюобратногодиодатранзистораVT2ипереходуврежимпередачиэнергииотвходногоисточника.
Главнымнедостаткомпредставленногоспособаобеспеченияблагоприятнойкоммутациитранзисторовявляетсязавышениеихмаксимальноготокасогласновыражению(3),котороепоотношениюквходномутокубудетвыглядетьследующимобразомВидно,чтодлямаксимальноготокатранзисторовопределяющимявляетсясоотношениесопротивлениянагрузкикволновомусопротивлениюкоммутационногоконтура.
Выводы1.
Винверторетокаскоммутирующимидросселямиивыходнымконденсаторомнаинтервалекоммутационнойпаузыформируютсярезонансныеколебания,обеспечивающиевыключениетранзисторовпринулетока,причемамплитудаколебанийзависитоттипаключейинвертора.
Вчастности,приключахсблокирующимидиодамиамплитудаколебанийтокаограничиваетсявходнымтокоминвертора,априисполненииключейинверторасобратнымидиодамиопределяетсяэнергиейрезонансногоконденсатора.
2.
Реализацияфазовогорегулированиявинверторетокаменяетрежимыкоммутациитранзисторов,поэтомуобеспечениеихблагоприятногопереключениядостигаетсязасчетрезонансногообменареактивнойэнергиеймеждукоммутирующимидросселямиопережающейпарытранзисторовидемпфирующимиконденсаторамиотстающейпарытранзисторов.
Приэтоммаксимальныйтоктранзисторовпревышаеттоквходногодросселянавеличинуреактивноготокакоммутирующегоконтура,определяемогоеговолновымсопротивлением.
VTmaxHVTmaxLL11.
IURIII2VTchargeLLrez2,IIII22VTchargeVTmaxrezIII2221VTmaxVTcharge3(),42LIIUVTchargeLrez-.
III2322221VTmaxVTcharge2rz+rz-L_charge2()().
22ULIILIIE+VTmax,rzLUUIII2242rz.
42ULIОсиповА.
В.
идр.
Обеспечениеблагоприятногопереключениятранзисторовинверторатокав.
.
.
C.
138–1451423.
Вописанномвработеинверторетокасфазовымрегулированиемвкоммутационныхпроцессахчастьэнергиивходногодросселяпоступаетвнагрузкучерезэлементыкоммутационногоконтура.
Энергияпередаетсявкоммутационныйдроссельпривключениитранзистораопережающейпарысогласно(1)ивдемпфирующийконденсаторпривыключениитранзистораотстающейпарысогласно(2).
Послеполногозарядаконденсатораполученнаяотвходногодросселяэнергияпоступаетвнагрузку.
ИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
2015.
Т.
326.
№4143СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ1.
КобзевА.
В.
Многозоннаяимпульснаямодуляция.
Теорияиприменениевсистемахпреобразованияпараметровэлектрическойэнергии.
–Новосибирск:Наука,1979.
–304с.
2.
РозановЮ.
К.
Полупроводниковыепреобразователисозвеномповышеннойчастоты.
–М.
:Энергоатомиздат,1987.
–184с.
3.
Pushpullconverterforhighefficiencyphotovoltaicconversion/P.
Petit,MAillerie.
,J.
P.
Sawicki,J.
P.
Charles//EnergyProcedia.
–2012.
–V.
18.
–P.
1583–1592.
4.
NewarchitectureforhighefficiencyDCDCconverterdedicatedtophotovoltaicconversion/P.
Petit,A.
Zegaoui,J.
P.
Sawicki,M.
Aillerie,J.
P.
Charles//EnergyProcedia.
–2011.
–V.
8.
–P.
688–694.
5.
Системаэлектропитаниякосмическогоаппарата:пат.
Рос.
Федерации№2396666;заявл.
29.
06.
2009;опубл.
10.
08.
10,Бюл.
№22.
–8с.
6.
Способэлектропитаниякосмическогоаппарата:пат.
Рос.
Федерации№2488933;заявл.
13.
10.
2011;опубл.
20.
04.
13.
Бюл.
№21.
–7с.
Рис.
4.
Коммутационныепроцессывинверторетокаприфазовомрегулировании.
L1,L2=1мкГн,С3,С4=50нФ,RH=10Ом,Е=30В,=0,7.
а)полныйтактуправления;б)интервалзакорачиванияисточникаFig.
4.
Switchingprocessesinthecurrentinverteratphasecontrol.
L1,L2=1HY,С3,С4=50nF,RH=10Ohm,Е=30V,=0,7.
a)completecontrolcycle;b)sourceshortingintervalа/aб/bγТ(1-γ)ТUупVT2UупVT105UупVT3UупVT405U,U,UVT4UVT3UVT1UVT2II4I34,974,984,99t,мс040040-40040IVT1IVT3IVT4IVT2U,I,АU,I,АU,I,АtpauseU,U,I,АUупVT305UупVT105ILIrz+Irz-IVTchgIVT2I3UVT4UVT1t2t3t4t54,9804,9824,9830400400-4040t,мс4,981U,I,АU,I,АU,UупVT2UупVT3UI4IVT1UVT2IVT4UVT3IVT3t1t6IОсиповА.
В.
идр.
Обеспечениеблагоприятногопереключениятранзисторовинверторатокав.
.
.
C.
138–145144UDC621.
314FAVORABLESWITCHINGOFTRANSISTORSOFTHECURRENTINVERTERINCONVERTERSWITHTHEHIGHFREQUENCYLINKAleksandrV.
Osipov,TomskStateUniversityofControlSystemsandRadioElectronics,40,Leninavenue,Tomsk,634050,Russia.
Email:ossan@mail.
ruYuriyA.
Shinyakov,TomskStateUniversityofControlSystemsandRadioElectronics,40,Leninavenue,Tomsk,634050,Russia.
Email:shua@main.
tusur.
ruArturI.
Otto,TomskStateUniversityofControlSystemsandRadioElectronics,40,Leninavenue,Tomsk,634050,Russia.
Email:ottoai@mail.
ruMariyaM.
Chernaya,TomskStateUniversityofControlSystemsandRadioElectronics,40,Leninavenue,Tomsk,634050,Russia.
Email:cmm91@inbox.
ruAleksandrA.
Tkachenko,TomskStateUniversityofControlSystemsandRadioElectronics,40,Leninavenue,Tomsk,634050,Russia.
Email:aem@tusur.
ruTherelevanceoftheresearchisdeterminedbytheneedtoreducedynamiclossesintransistorsoftheinverterwithhighfrequencylinkbasedonthecurrentadjustableinverter.
Theaimoftheresearchistosynthesizethecurrentinverterschemeandtodevelopthemethodofitsregulation,providingasafeswitchingoftransistors.
Researchmethodsarebasedonthegeneraltheoryofelectricalcircuits,theoryofalgebraicequations,computingmethodsandtheuseofmoderninstrumentalsystemsandmethodsofmathematicalmodeling.
7.
Системыэлектропитаниякосмическихаппаратовнаосноверегулируемыхпреобразователейспромежуточнымзвеномповышеннойчастоты/А.
В.
Осипов,Ю.
А.
Шиняков,А.
И.
Отто,М.
М.
Черная//ИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
–2013.
–Т.
323.
–№4.
–С.
126–132.
8.
Системыэлектропитаниякосмическихаппаратовнаосноверегулируемыхинверторовтока/А.
В.
Осипов,Ю.
А.
Шиняков,А.
И.
Отто,М.
М.
Черная,А.
А.
Ткаченко//ИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
–2014.
–Т.
324.
–№4.
–С.
102–109.
9.
Системыэлектропитаниякосмическихаппаратов/Б.
П.
Соустин,В.
И.
Иванчура,А.
И.
Чернышев,Ш.
Н.
Исляев.
–Новосибирск:ВОНаука,1994.
–318с.
10.
MukundR.
Patel.
Spacecraftpowersystems.
NewYork;Washington,D.
C.
:CRCPress,691p.
URL:http://www.
ereading.
mobi/bookreader.
php/135136/Patel__Spacecraft_Power_Systems.
pdf(датаобращения:15.
01.
2015).
11.
Двухфазныйповышающийпреобразовательсмягкойкоммутациейтранзисторовиособенностиегодинамическихсвойств/Р.
К.
Диксон,Ю.
Н.
Дементьев,Г.
Я.
Михальченко,С.
Г.
Михальченко,С.
М.
Семенов//ИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
–2014.
–Т.
324.
–№4.
–С.
96–101.
12.
ShengYuTs.
,ChihYangHs.
InterleavedstepupconverterwithasinglecapacitorsnubberforPVenergyconversionapplications//InternationalJournalofElectricalPower&EnergySystems.
–2013.
–V.
53.
–P.
909–922.
13.
ИдрисовИ.
К.
Комбинированныйдвухтрансформаторныйпреобразовательсобратнымключомимягкимвключением:автореф.
дис.
…канд.
техн.
наук.
–Томск,2013.
–22с.
14.
ChanuriCh.
,ShahidI.
,SoibT.
ANewSoftSwitchingPWMDCDCConverterwithAuxiliaryCircuitandCentreTappedTransformerRectifier//MalaysianTechnicalUniversitiesConferenceonEngineering&Technology.
–Malaysia,2013.
–P.
241–247.
15.
СилкинЕ.
М.
Применениенулевыхсхеминверторовтокасквазирезонанснойкоммутацией//Силоваяэлектроника.
–2005.
–№3.
–С.
84–87.
16.
Инвертортока:пат.
Рос.
Федерации№2285325;заявл.
28.
04.
2003;опубл.
10.
10.
2006,Бюл.
№28.
–7с.
17.
МуркинМ.
Н.
,ЗеманС.
К.
,ЯрославцевЕ.
В.
Исследованиекоммутационныхпроцессоввинверторетока//ИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
–2009.
–Т.
315.
–№4.
–С.
111–116.
18.
РозановЮ.
К.
,НикифоровА.
А.
Высокочастотнаякоммутацияэлектрическихцепейсрезонанснымиконтурами–перспективноенаправлениепреобразовательнойтехники//Электротехника.
–1991.
–№6.
–С.
20–28.
19.
МелешинВ.
И.
,ЯкушевВ.
А.
,ФрейдлинС.
Анализтранзисторногопреобразователятокасмягкойкоммутацией//Электричество.
–2000.
–№1.
–С.
52–56.
20.
PrasannaU.
,AkshayK.
AnalysisandDesignofZeroVoltageSwitchingCurrentFedIsolatedFullBridgeDC/DCConverter//IEEEElectricalandComputerEngineering.
–2011.
–P.
239–245.
Поступила25.
02.
2015г.
REFERENCES1.
KobzevA.
V.
Mnogozonnayaimpulsnayamodulyatsiya.
Teoriyaiprimenenievsistemakhpreobrazovaniyaparametrovelektricheskoyenergii[Multizonalpulsemodulation.
Thetheoryandapplicationinconversionsystemsofelectricenergyparameters].
Novosibirsk,NaukaPubl.
,1979.
304p.
2.
RozanovYu.
K.
Poluprovodnikovyepreobrazovatelisozvenompovyshennoychastoty[Semiconductorconverterswithhighfrequencylink].
Moscow,EnergoatomizdatPubl.
,1987.
184p.
3.
PetitP.
,AillerieM,SawickiJ.
P.
,CharlesJ.
P.
Pushpullconverterforhighefficiencyphotovoltaicconversion.
EnergyProcedia,2012,vol.
18,pp.
1583–1592.
4.
PetitP.
,ZegaouiA.
,SawickiJ.
P.
,AillerieM.
,CharlesJ.
P.
NewarchitectureforhighefficiencyDCDCconverterdedicatedtophotovoltaicconversion.
EnergyProcedia,2011,vol.
8,pp.
688–694.
5.
KudryashovV.
S.
,ElmanV.
O.
,NesterishinM.
V.
,GordeevK.
G.
,GladushchenkoV.
N.
,KhartovV.
V.
,KochuraS.
G.
,SoldatenkoV.
G.
,MelnikovN.
V.
,KozlovR.
V.
Sistemaelectropitaniyakosmicheskogoapparata[Thepowersupplysystemofthespacecraft].
PatentRF,no.
2396666,2010.
6.
KarplyukD.
S.
,KorotkikhV.
V.
,NestirishinM.
V.
,OpеnkoS.
I.
Sposobelectropitaniyakosmicheskogoapparata[Themethodofthespacecraftsupply].
PatentRF,no.
2488933,2013.
7.
OsipovA.
V.
,ShinyakovYu.
A.
,OttoA.
I.
,ChernayaM.
M.
Sistemyelektropitaniyakosmicheskikhapparatovnaosnovereguliruemykhpreobrazovateleyspromezhutochnymzvenompovyshennoychastity[Thepowersystembasedonspacevehiclescontrolledconverterswithintermediatehighfrequencylink].
BulletinoftheTomskPolytechnicUniversity,2013,vol.
323,no.
4,pp.
126–132.
8.
OsipovA.
V.
,ShinyakovYu.
A.
,OttoA.
I.
,ChernayaM.
M.
,TkachenkoA.
A.
Sistemyelektropitaniyakosmicheskikhapparatovnaosnovereguluruemykhinvertorovtoka[Powersupplysystemsofspacecraftbasedonadjustablecurrentinverters].
BulletinoftheTomskPolytechnicUniversity,2014,vol.
324,no.
4,pp.
102–109.
9.
SoustinB.
P.
,IvanchuraV.
I.
,ChernyshevA.
I.
,IslyaevSh.
N.
Sistemyelektropitaniyakosmicheskikhapparatov[Spacecraftpowersupplysystem].
Novosibirsk,NaykaPubl.
,1994.
318p.
10.
MukundR.
Patel.
Spacecraftpowersystems.
NewYork;Washington,D.
C.
:CRCPress,691p.
Availableat:http://www.
ereading.
mobi/bookreader.
php/135136/Patel__Spacecraft_Power_Systems.
pdf(accessed15January2015).
11.
DiksonR.
K.
,DementevYu.
N.
,MikhalchenkoG.
Ya.
,MikhalchenkoS.
G.
,SemenovS.
M.
Dvukhfaznypovyshayushchypreobrazovatelsmyagkoykommutatsieytranzistoroviosobennostiegodinamicheskikhsvoystv[Dynamicpropertiesofatwophaseboostconverterwithsoftswitchingtransistorstechnology].
BulletinoftheTomskPolytechnicUniversity,2014,vol.
324,no.
4,pp.
96–101.
12.
ShengYuTs.
,ChihYangHs.
InterleavedstepupconverterwithasinglecapacitorsnubberforPVenergyconversionapplications.
InternationalJournalofElectricalPower&EnergySystems,2013,vol.
53,pp.
909–922.
13.
IdrisovI.
K.
Kombinirovannydvukhtransformatornypreobrazovatelsobratnymklyuchomimyagkimvklyucheniem.
Kand.
Diss.
[Combinedtwotransformerinverterwithreversekeyandsoftswitching.
Dis.
Kand.
nauk].
Tomsk,2013.
22p.
14.
ChanuriCh.
,ShahidI.
,SoibT.
ANewSoftSwitchingPWMDCDCConverterwithAuxiliaryCircuitandCentreTappedTransformerRectifier.
MalaysianTechnicalUniversitiesConferenceonEngineering&Technology.
Malaysia,2013.
pp.
241–247.
15.
SilkinE.
M.
Primenenienulevykhskheminvertorovtokaskvazirezonansnoykommutatsiey[Applyingazeroinvertercircuitcurrentwithquasiresonantswitching].
Silovayaelectronika,2005,no.
3,pp.
84–87.
16.
SilkinE.
M.
Invertortoka[Thecurrentinverter].
PatentRF,no.
2285325,2006.
17.
MurkinM.
N.
,ZemanS.
K.
,YaroslavtsevE.
V.
Issledovaniekommutatsionnykhprotsessovvinvertoretoka[Studyingswitchingprocessesincurrentinverter].
BulletinoftheTomskPolytechnicUniversity,2009,vol.
315,no.
4,pp.
111–116.
18.
RozanovYu.
K.
,NikiforovA.
A.
Vysokochastotnayakommutatsiyaelectricheskikhtsepeysrezonansnymikonturami–perspektivnoenapravleniepreobrazovatelnoytekhniki[Highfrequencyswitchingofelectriccircuitswithresonantcircuitsisapromisingdirectionintransformativetechnology].
RussianElectricalEngineering,1991,no.
6,pp.
20–28.
19.
MeleshinV.
I.
,YakushevV.
A.
,FreydlinS.
Analiztranzistornogopreobrazovatelyatokasmyagkoykommutatsiey[Analysisofthetransistorcurrentconverterwithasoftswitching].
ElectricalTechnologyRussia,2000,no.
1,pp.
52–56.
20.
PrasannaU.
,AkshayK.
AnalysisandDesignofZeroVoltageSwitchingCurrentFedIsolatedFullBridgeDC/DCConverter.
IEEEElectricalandComputerEngineering,2011.
pp.
239–245.
Received:25February2015.
ИзвестияТомскогополитехническогоуниверситета.
2015.
Т.
326.
№4145Results.
Thepaperconsidersswitchingprocessesincaseofresonantswitchingoftransistorsofthecurrentinverterintheconverterwiththehighfrequencylink.
Itisshownthatblockingdiodesoftheinverterrestrictamplitudeofresonanceoscillationsofcurrentoftransistorsatthelevelofcurrentoftheinputchoke.
Theexceptionofblockingdiodesleadstoessentialupratingofcurrentofthetransistors,definedbybalanceofpowerofreactiveelementsofaresonantcircuit.
Theauthorshavestudiedtheswitchingprocessesoftransistorsoftheinverterincaseofphaseregulationofanoutputcurrent.
Itwasascertainedthatontheintervalofinputsourceshortcircuitthetransistorcurrentconsistsofthesourcecurrentcomponentandcurrentcomponentaccumulatedinswitchingchokesincaseofthecapacitordischarge.
Theauthorsderivedtheenergybalanceequations.
Theywerethebaseforobtainingtheratioswhichallowdefiningthemaximumvaluesofcurrentintransistors.
Theauthorsmadeconclusionsanddiscussedtheresults.
Keywords:Currentinverter,switchingoperations,dynamiclosses,switchingresonantcircuit,safeswitchingoftransistors.