CC BY
42
Секция «Автоматика и электроника»
УДК 621.314.1
АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В РЕЗОНАНСНОМ КОНТУРЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВЫХ ТОКАХ*
А. Н. Зорин, Н. Н. Горяшин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Исследуются статические потери, вносимые резонансным контуром, в преобразователе напряжения с переключением IGBT транзисторов, выполняющих роль ключевых элементов, при нулевых значениях тока.
Ключевые слова: резонансный преобразователь, повышающий преобразователь напряжения.
ANALYSIS OF LOSS IN RESONANT TANK OF ZERO-CURRENT-SWITCH
BOOST CONVERTER
A. N. Zorin, N. N. Goryashin
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Loss in resonant tank of Zero-Current-Switch Boost Converter with IGBT is analyzed.
Keywords: resonant converter, boost converter.
Увеличение мощности оборудования, находящегося на борту космического аппарата, ставит перед необходимостью повышать удельную мощность и КПД преобразователей, входящих в систему электропитания. Решением этой проблемы является применение методики переключения при нулевом токе или напряжении, 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.
Одним из вариантов преобразователя, работающего в таком режиме, приводится в [1]. Его упрощенная схема показана на рис. 1. Переключение ключевых элементов происходит при нулевом токе благодаря резонансным элементам: Ьр1, Ьр2, Ср. Однако дополнительные элементы увеличивают статические потери. Статическая мощность РК определяется суммой статических потерь на элементах входящих в него: основной ключ K1, вспомогательный ключ K2, встречно-параллельные диоды, диод VD2:
рстат _ рстат . рстат . рстат . рстат . рстат
PPK _ PK1 + PK 2 + PVD1 + PVDK1 + PVDK 2.
Если в качестве ключевых элементов используются биполярные транзисторы с изолированным затвором, выделяемая на них статическая мощность, определяется следующей формулой:
рстат _ 1 _ Ст _ U dt
PK ~ t J Тк U K3dt ,
где IK - ток коллектора; иКЭ - напряжение коллектор-эмиттер.
Для вычисления мощности, была аппроксимирована зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер, полученная из технической документации, формулой вида
I (U)_ a •(ebU -1) (рис. 2).
Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082). Уникальный идентификатор №МБР!57714Х0082.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
Как видно из рис. 3, зависимость потерь в резонансном контуре от Ьр2 имеет экстремальный характер (экстремум показан линией), что позволяет сформировать критерии оптимизации параметров РК, с точки зрения минимума статических потерь.
Ue.
Lb
Lpi
ол
О
VDu
Lp2
\
К1
-ж- \}К2 T
Ф \ Ф
VDki
VDK2
1—
VD2
11
Сф Rh |
= =Ср
Рис. 1. Упрощенная схема повышающего ПНТ преобразователя напряжения с ШИМ
О 1 3 3икэ.В
Рис. 2. Аппроксимация характеристики транзистора irgb4061dpbf
Р.Вт
С,Ф
5x10
- в
1x10
1.5x10
Рис. 3. Зависимость потерь в резонансном контуре от параметров резонансного контура
Библиографическая ссылка
1. Cho B. H. Novel zero-current-switching (ZCS) PWM switch cell minimizing additional conduction loss // IEEE Transactions on industrial electronics. 2002. Vol. 49, No. 1. P. 165-171.
© Зорин А. Н., Горяшин Н. Н., 2015
