Врахування параметрів джерела та навантаження при розрахунках характеристик двополярних імпульсних перетворювачів Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Miro, вуглецю, телуру, свинцю та îh. в арсешд1 гал1ю, та ряду ioHiB домшок в шдкладках типу GaP, InP, InAs, InSb, ZnSe, CdS, AsGa(1-x)Alx (рис. 5-9). OêpiM того, розроблена модель дозволяе проводити впровадження ioHiB у багатoкoмпoнентнi та багатoшаpoвi мшеш i по-хибка розрахунку, при цьому, не перевищуе 5-10%.

ПЕРЕЛ1К ПОСИЛАНЬ

1. Аваев H.A., Наумов Ю.Е. Элементы сверхбольших интегральных схем. - М.: Радио и связь, 1986, - 168 с.

2. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 80 с.

3. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. -М.: Висшая школа, 1989. - 320 с.

4. Dutton R.W., Yu Z. Technology CAD. Computer simulation of IC processes and devices. - Boston/Dordrecht/London,Kluwer Academic Publishers, 1993. - 373 p.

5. Росадо P. Физическая электроника и микроэлектроника М.: Высш. шк., 1991. - 351 с.

6. Комаров Ф.Ф., Новиков А.П., Соловьев B.C., Ширяев С.Ю. Дефекты структуры в ионноимплантированном кремнии. -Мн.: Университетское, 1990. - 322 с.

7. Малви Т., Скотт В.Д. и др. Количественный электронно-зон-довый микроанализ Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 352 с.

8. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1975. - 472 с.

9. Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках. Пер.с англ.-М.: Мир, 1974. - 464 с.

10. Майер Дж., Эриксон Л., Девис Дж. Ионное легирование полу-проводников.(Кремний и германий). М.: Мир, 1973. - 296 с.

11. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 344 с.

12. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Ионное травление микроструктур. - М.: Сов. Радио, 1979. - 104 с.

Рисунок 9 - Розподш бору в кремни (E=50KeV, Kiëbêicmb випробуванъ = 10000)

РЕЗУЛЬТАТИ

З допомогою запропоновано!' мoдeлi були проведет розрахунки розподШв юшв фосфору, бору, арсену та сурьми в кремни, берилт, цинку, селену, магшю, кад-

УДК 621.314.12.001.5

ВРАХУВАННЯ ПАРАМЕТРА ДЖЕРЕЛА ТА НАВАНТАЖЕННЯ ПРИ РОЗРАХУНКАХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВОПОЛЯРНИХ 1МПУЛЬСНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧ1В

В.Д.Флора

В радиоэлектронных устройствах как вторичные источники питания постоянным током применяют двухполярные импульсные преобразователи. Получены соотношения для расчета характеристик преобразователя с учетом параметров источника и нагрузки в относительных единицах. Приведен расчет характеристик преобразователя на примере двигателя, питающегося от аккумуляторной батареи.

У радюелектронних пристроях як вторинш джерела жив-лення постшним струмом застосовують двополярт iмпульст перетворювач{. Одержат спiввiдношення для розрахунку характеристик перетворювача з урахуванням параметрiв джерела та навантаження у вiдносних одиницях. Наведено розра-хунок характеристик перетворювача на прикладi двигуна, який живиться вiд акумуляторноЧ батареЧ.

The two-polar pulse converters are used in radioelectronic devices as the direct current secondary power supplies. The ratio for account of the converter characteristics are received in view of source parameters and loading relative units. The calculation of the converter characteristics as an example of the engine working from the storage battery is given.

гмпульсного живлення навантаження

В радюелектронних пристроях як вторинш джерела живлення досить часто застосовуються двополярш iм-пульсш пepeтвopювачi [1]. У загальному випадку з щеальними прямокутними формами iмпульсiв часова дiагpама напруги навантаження може бути подана рис.1.

Ui

Ti

4—--►

Рисунок 1 - Часова diaipaMa напруг двополярного

u

j

T

t

t

2

2

T

PAÂIOEËEKTPOHIKA

b^hochí тpивaлocтi xapaктepниx пpoмiжкiв чacy пoзнaчимo

= h = T2 a1 T ' a2 T '

t i t2 0i = ; 02 = ,

(i)

дe Ti , T2 - тpивалocтi пoзитивнoгo тa нeгaтивнoгo iмпyльciв нaпpyги;

ti , t2 - тpивaлocтi пayз пшля пoзитивнoгo та нeгaтивнoгo iмпyльciв. Пepioд визнaчaeтьcя, як

T = Ti + T2 + ti + t2.

oдepжимo

À = a01 + a02 ■

a1 + a2 + À = 1

a1 + a2 = 1

Ucp =

U1a1 ih cp a 3 R дж 1

L

1 + ( 1 - a1 )■

дж 1

U2( 1 - a1) -ih cp( 1 - a1)3Rm 2

1 + a.

cpr L

дж 2

дe Ucp , Ih cp - cepeднi напpyга та cтpyм нaвaнтaжeння;

Rдж 1 , Rдж 2, Laœ 1 , Lдж 2 - ВДп°вда° внУтPiшнi aктивнi oпopи та iндyктивнocтi пepшoгo й дpyгoгo джс-peл живлeння;

Ui , U2 - нaпpyги xoлocтoгo xoдy джepeл;

Lh - ШдуктивШСТЬ нaвaнтaжeння.

Poзмax пyльcaцiй cтpyмy нaвaнтaжeння для цьoгo випaдкy

^н =

(2)

Якщo cпiввiднoшeння (2) poздiлити на Т, тo

ai + a2 + a0i + a02 = 1 , (3)

абo, ввoдячи пoзнaчeння

1

LJ

U1 1

-I

a3 Rдж 1

1 + ( 1 - ai )■

удж 1

н cp

L

1 + (1 - ai )■

дж 1

L

( 1 - a1 ) +

(4)

(5)

U2 (1 - a 1 ) - _ ( 1 - a 1 ) 3 R дж 2 L ■■■■ ■■ н cP L .

1 + a

^дж 2 L ■ ■

1 + a

дж 2 L ■ ■

a.

(8)

дe чаcтoта кoмyтaцil

Звичaйнo À Ф 0 пpи тoчнoмy peгyлювaннi cepeднix та дiючиx нaпpyг нaвaнтaжeння, яю cтaнoвлять чacтки aбo oдиницi вiдcoткiв вiд нaпpyги джepeлa.

Для живлeння eлeктpoдвигyнiв cлiдкyючиx eлeктpo-пpивoдiв, зacтocoвyвaниx y paдioлoкaцiï, paдioнaвiгaцiï, paдioaвтoмaтицi i т. i., звичaйнo такий шиpoкий дiaпaзoн мaлиx виxiдниx нaпpyг пepeтвopювaчa He пoтpiбeн, тим бiльшe, ùo такий cпociб peгyлювaння нaпpyги дeщo yc-кладнюе cиcтeмy кepyвaння пepeтвopювaчeм. Toмy в íh-жeнepнiй пpaктицi в тaкиx випaдкax зacтocoвyють cto^ peгyлювaння, пpи якoмy À = 0 , тобто

z = T.

(9)

^тужн^т^ cпoживaнa пepeтвopювaчeм вiд двox джepeл,

P1 = P11 + P12 ,

(10)

дe Pu , P12 - вiдпoвiднi пoтyжнocтi, cпoживaнi вiд пepшoгo та дpyгoгo джepeлa.

Пoтyжнocтi Pi i мoжливo пiдpaxyвaти за фopмyлoю

(б)

P = U I

1 i гд в^ iд дж '

(11)

У пoдaльшoмy пpидiлимo yвaгy caмe цьoмy випaдкoвi.

Bикopиcтoвyючи мeтoдикy aнaлiзy, виклaдeнy в [1], i мeтoд piвнocтi пyльcaцiй, oпиcaний в [2], та, вpaxoвyю-чи peзyльтaти aнaлiзy oднoпoляpнoгo iмпyльcнoгo ^pe-твopювaчa [3], oдepжимo для cxeми з двoмa джepeлaми живлeння [1]

+ih cpRí(1 - 2ai),(7)

дe Uiд вx , Iiд дж - вiдпoвiднo дiючi напpyга та cтpyм

на вxoдi пepeтвopювaчa для г-гo джepeлa. 3t^ho з [1, 4],

UiR вx = U , (12)

Iia дж ih cpj^-i . (13) 3 ypaxyвaнням (12), (13) з фopмyли (11):

P1 i = UiIH c^T^i . (14)

Toдi зi cпiввiднoшeнь (10), (14):

н

+

н

н

Р1 = к1_11н ср^Т^ + киV1 - а1) -

де

к = н ср , к1 т -

н ср№

1н CрN - ном1нальний середн1й струм навантаження

и2

к_ = и2

Якщо базовою потужн1стю вважати

Рб _11н ср№'

(15) ид = 7иД1 + иД2, (21)

де Цд1 , ид2 - д1юч1 напруги позитивних та негативних

(16)

ид = и1 { и 21+ а1( 1 - а1) + к_ [ и 22+ а1( 1 - а1)]>0- 5,(22)

1мпульс1в.

Користуючись методикою [3, 4], одержимо

де

(17)

(18)

и 21 = а1 - ктАи 21№( 1 + а^тп-)

(23)

и 22 = 1 - а1 - к1Аи 22н[ 1 + (1 - а1 )3тК ]. (24)

Д1ючий струм навантаження [4]:

то з1 сп1вв1дношень (15), (18) у в1дносних одиницях

Р12 = Л/Рб = + 1 - а1). (19)

Потужн1сть на виход1 перетворювача

Р2 = _д 'ид- (20)

де С/д , Тнд - д1юч1 напруга та струм навантаження. Введемо позначення:

= кТТ„А 1 +

Ат

2 Л 0, 5

нд I н ср N 12 , 2т2

! 12 к1 н ср№

(25)

З формули (25), користуючись сп1вв1дношенням (8) та введеними позначеннями, п1сля перетворень

0, 5

и 21 = 1С ки и 2 2 _с£2 _2 ' -не1 = _1 Тн срN

ХЬн N = 2п/ЬнN , КЬ = Ьн, ЬиN ХЬн = хьн nkь

тЬ н2 = -н е2 , тьн1 = -н е1 , -не1 _1

ХЬн ' ХЬн ' Тн срn

—не2 : _2 —31 = -д ж 1 —32 = - д ж 2

ср N = - н

^^ 2 к 2

тнд = кА ср^ 1 + тн/А 2

де розмах пульсац1й струму у в1дносних одиницях

Агн* = I- =

2 п ,, , = —а1( 1 - а1 )х

Кь

1 - к1Аи 21 ыа2 к_ [ 1 - к1Аи (1 - а1) х. -—---г-+

(26)

дж 1 2

= Ь дж 1 ^ = Ь дж 2

= Ьн ; дж 22 = Ьн

Аи 2_ = , Аи 2^ = 1н ^дж 2 ,

С

и,

1 + (1 - а1)Ьдж 1 + а1 Ьдж 2 )(27)

П1дставляючи з формул (22), (26) у (20), п1сля перетворень

Р2 = к1_11н ср N. [ и 2*1 + а1( 1 - а1) +

Аи 2 1 = ктАи 2 1 , Аи 2 2 = к1Аи 2 2 ,

Тб1 = V

и1 т и2 ; 1б2 = X,

+ к2(и 22 + а1( 1 -а1 ))]хI 1 +

т

2 К 2 ь н1кь л .

12к2 н

0, 5

А- 21 + . (28)

ь н;

ь н;

Або, п1сля перетворень, у в1дносних одиницях

_ср1 , _ср2

середн1 напруги позитивного та

негативного 1мпульс1в;

Хь- ном1нальний 1ндуктивний оп1р навантаження

для основно!' гармон1ки зм1нно'1' складово'1' струму. Д1юча напруга навантаження:

Р22 = кА [и221 + а1 (1 - а1) +

(29)

т

+ к_(и 22 + а1 (1 - а1))] х I 1 +

ККД перетворювача дор1внюе:

2 К2 $ 1 0, 5

г тт Л г

ьн1^ь А . 12к2 н

PAДЮEЛEKTPOШKA

n = ¡¡г = —

¡l p1*

[u2* 1 + a1( 1 - a1) + k"U{u2*2 + a1 (1 - a1 ))] x I 1

m|n1KL

(30) ,0, 5

12k

2 Лн*

'a1 + / - a1

Ucp = U(2al - 1 ) -Iн cp^œK - (1 - al)3J + + Ik cpRn (1 - 2a) ;

= a l ( 1 - a l ) [ 2 U - 1Я cpR^ ( 2 с i - 1 ) ' н = Lf

Toдi ввeдeнi пoзнaчeння змiнюютьcя тaким чинoм:

U

kU 1 ; Rne1 Rne2 Rœ i

н cpn

R

mL н1 = mL н2 = mLK = X X ,

Ln N R

дж

mR = mR = mR = —— ;

R31 R32 R3 R

н

IR

лu * 1n = ^ *2n = лu *n = н % дЖ ; лu * 1 = лu * 2 = k^u * N.

З фopмyл (23), (24):

u * 1 = a1 - k^u *N( 1 + a3mR ) ;

*2 = 1 - a1 - k^u *N[ 1 + ( 1 - a1 )3m

R

З фopмyли (19):

P1* = kI^Ja1 + 41 - al)

Пoтyжнicть p„* з фopмyли (29):

P2* = kI. [u^ + 2 a1( 1 - a1 ) +

Poзглянeмo вплив паpамeтpiв джepeлa тa нaвaнтaжeн-ня na xapaктepиcтики iмпyльcнoгo пepeтвopювaчa для бтьш пpocтoгo випaдкy, кoли нaвaнтaжeння (якip дви-гyнa пocтiйнoгo cтpyмy) живитьcя вiд oднie'ï aкyмyля-тopнoï бaтapeï. B тaкoмy paзi мoжливo ввaжaти

U1 = U2 = U , Lдж 1= Lam 2 = 0 , Rдж 1 = Rдж 2 = Rдж .

Toдi з фopмyл (7) тa (8):

2 , mL н1 + u'Jxj 1 + Л .

*2 I 12k 2 н'

0, 5

(37)

Фopмyлa для KKД зi cпiввiднoшeння (30):

m

хн1 . .

, 0,5

(31)

(32)

[ u * 1+ 2 a1( 1 - a1) + u *2 J x \l + —2 Ai^ n = --;=-==-I-— , (38)

Val + 41 - al

дe з виpазy (27): Лг'н* = 2na 1( 1 -a1){2 - k^u *N[a2 - ( 1 - a1 )2J}. (39) B пpактичниx poзpaxyнкax нaйчacтiшe

mf н1

1 + Лi *s 1 12 kI2 н*

Toмy зi cпiввiднoшeння (38) мoжнa oдepжaти набли-жeнy фopмyлy

n=

[u * 1+ 2a1( 1 -a1) + u *2

2 0, 5

, (40)

Ta1 + 41 - al 7a! + V1 - al

дe вiднocна дiючa нaпpyгa нaвaнтaжeння з фopмyли (22) U

= ПЛ = и, 2 -i- ,2 j 05. (41)

u *д = U = [ u 21+ 2 a1( 1 - a1) + u * 2

(33)

(34)

Kpiм тoгo, для cпpoщeння poзpаxyнкiв ввaжaeмo KL = 1 .

B тaкoмy paзi зoвнiшня та peгyлювaльнa xapa^ep^-тики пepeтвopювaчa y вiднocниx oдиницяx пoдaютьcя фopмyлoю

u * = 2a1 - 1 - k^u *N{[a3 - ( 1 - a1 )3J - 1 + 2a1} .(35)

Пpoаналiзyeмo вплив пapaмeтpiв на xapaктepиcтики пepeтвopювaчa (35), (40) на пpиклaдi iмпyльcнoгo жив-лeння дви^на пocтiйнoгo cтpyмy типа MT-2 вщ aкyмy-лятopнoï бaтapeï типу TЖH-250. Ocнoвнi дaнi джepeлa та нaвaнтaжeння, визнaчeнi за пacпopтними даними та eкcпepимeнтaльнo, тaкi: U = 32 B; IR cpn = 80 A;

L„N = 1, 22 • 10-3 Гн; R„N = 0, 043 Oм; R^ = 0, 064 Oi;

(36)

L S 0 пpи poзpaxyнкoвiй тeмпepaтypi 9 = 75° C.

Koмyтaтop пoбyдoвaнo на пoльoвиx тpaнзиcтopax MOSFET, a чacтoтa кoмyтaцiï f = 4000 Гц.

Зoвнiшнi та peгyлювaльнi xapaктepиcтики poзpaxoвaнi за фopмyлoю (35). Peзyльтaти poзpaxyнкiв нaвeдeнo y табл.1.

Cepeдня нaпpyгa нaвaнтaжeння, таким чинoм, змшю-eтьcя в пpoцeci peгyлювaння за вeличинoю та знатам. Дiючa нaпpyгa, poзpaxoвaнa за фopмyлoю (41), змшю-eтьcя за даними табл.2.

u

Таблиця 1 - Результаты розрахунк1в зовшшшх регулювальних характеристик и 2(кр, а^

Таблиця 3 - Результаты розрахунк1в залежност{

П( кр, а1)

кр 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

а1

0 -1 -0,947 -0,893 -0,84 -0,786 -0,733

0,1 -0,8 -0,759 -0,719 -0,678 -0,638 -0,597

0,2 -0,6 -0,571 -0,542 -0,513 -0,484 -0,455

0,3 -0,4 -0,381 -0,363 -0,344 -0,325 -0,306

0,4 -0,2 -0,191 -0,182 -0,173 -0,163 -0,154

0,5 0 0 0 0 0 0

0,6 0,2 0,191 0,182 0,173 0,163 0,154

0,7 0,4 0,381 0,363 0,344 0,325 0,306

0,8 0,6 0,571 0,542 0,513 0,484 0,455

0,9 0,8 0,759 0,719 0,678 0,638 0,597

1,0 1,0 0,947 0,893 0,84 0,786 0,733

Таблиця 2 - Залежшсть и^2(кр, )

кр а1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 1,0 0,947 0,894 0,842 0,791 0,74

0,1 1,0 0,958 0,917 0,876 0,836 0,798

0,2 1,0 0,965 0,931 0,899 0,867 0,836

0,3 1,0 0,971 0,888 0,837 0,789 0,744

0,4 1,0 0,948 0,9 0,853 0,81 0,769

0,6 1,0 0,948 0,9 0,853 0,81 0,769

0,7 1,0 0,971 0,888 0,837 0,789 0,744

0,8 1,0 0,965 0,931 0,899 0,867 0,836

0,9 1,0 0,958 0,917 0,876 0,836 0,798

1,0 1,0 0,947 0,894 0,842 0,791 0,74

кр а1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 1,0 0,947 0,894 0,842 0,791 0,74

0,1 0,79 0,757 0,725 0,693 0,661 0,631

0,2 0,745 0,719 0,694 0,67 0,646 0,623

0,3 0,722 0,701 0,642 0,605 0,57 0,538

0,4 0,711 0,674 0,639 0,607 0,576 0,547

0,6 0,711 0,674 0,639 0,607 0,576 0,547

0,7 0,722 0,701 0,642 0,605 0,57 0,538

0,8 0,745 0,719 0,694 0,67 0,646 0,623

0,9 0,79 0,757 0,725 0,693 0,661 0,631

1,0 1,0 0,947 0,894 0,842 0,791 0,74

При а1 = 0, 5 через навантаження проходить чисто зм1нн1й струм. Тому в даному випадку 1н ср = 0,

к1 = 0 , ид2 = 1 .

Залежн1сть п(кр, ) наведено у табл.3.

При а1 = 0, 5 виникають лише втрати потужност1 на активному опор1 навантаження. Тому в цьому випадку к1 = 0 , п = 0, 707 .

З наведених досл1джень можливо зробити так1 висновки.

1. Одержан! загальн! сп1вв1дношення у в1дносних одиницях для розрахунку напруг, струм1в, потужностей та ККД в залежност1 в1д коеф1ц1ента а1 та в1дносного се-реднього стуму кр з урахуванням параметр1в джерела та навантаження.

2. Середня в1дносна напруга навантаження зм1нюеть-ся в межах в1д "-1" до "+1" 1з зм1ненням величини та знаку.

3. Д1юча напруга навантаження в процес1 регулюван-ня середньо!' напруги зм1нюеться в межах (74 + 100)% з1 зм1ненням а1 та кр.

4. При а = 0, 5 навантаження перебувае п1д д1ючою зм1нною напругою, яка дор1внюе напруз1 джерела. При цьому кр = 0 .

5. При а = 0, 5 в1д джерела споживаеться потуж-

н1сть втрат на активному опор1 навантаження в1д зм1нно-го несинусо1дального струму.

6. Залежн1сть п(а^ однакова при ф1ксованому кр

для 0, 5 < а1 < 1 та 0 < а1 < 0, 5 .

ПЕРЕЛ1 К ПОСИЛАНЬ

1. Флора В.Д. Досл^ження двополярних ¡мпульсних регулято-р1в. // Радюелектрошка, ¡нформатика, управл1ння. - 1999. -№2. - С.48-50.

2. Флора В.Д. Метод р1вност1 розмах1в пульсац1й пер1одично зм1нних величин в ¡нтервалах часу накопичення та витрати енергп. // Електротехн1ка та електроенергетика. - 2000. -№2. - С.45-46.

3. Флора В.Д. Вплив параметр1в джерела та навантаження на характеристики ¡мпульсного перетворювача для зниження напруги. // Радюелектрошка, ¡нформатика, управлшня. 2000. - №2. - С. 26-30.

4. Флора В.Д. Апроксимашя графта не синусоТдно!' функцií за допомогою найпростМих геометричних фiгур та елементар-них функцiй. // Електротехшка та електроенергетика. -1999. - №1. - С. 24-25.