Схемотехнические способы устранения процесса обратного восстановления встроенного в МДП-ключ диода в квазирезонансном преобразователе напряжения

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

На рис. 2 показана рекуперационная характеристика НУРТ, показывающая зависимость рекуперируемой мощности РРЕК от мощности РНУ, потребляемой нагрузочным устройством. Коэффициент рекуперации, равный отношению рекуперируемой мощности к потребляемой, составляет 85 % и почти линейно зависит от мощности РНУ, потребляемой НУ.

Так как рекуперируемая энергия возвращается сразу в ВИЭП, минуя ПИЭП, от последнего потребляется только энергия необходимая для компенсации потерь в НУРТ и ВИЭП. Например, при требуемой нагрузке в 1,5 кВт, коэффициенте рекуперации 85 % и

КПД вторичного источника 80 % от ПИЭП в установившемся режиме потребляется мощность 600 Вт. Таким образом, разработанная структура НУРТ позволяет существенно снизить потребление мощности от ПИЭП и решает проблему утилизации потребленной от ВИЭП энергии.

Библиографическая ссылка

1. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. М. : Техносфера, 2005.

© Лобанов Д. К., Мизрах Е. А., 2011

УДК 621.314

А. А. Соломатова Научный руководитель - Н. Н. Горяшин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВСТРОЕННОГО В МДП-КЛЮЧ ДИОДА В КВАЗИРЕЗОНАНСНОМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Предложены способы устранения процесса обратного восстановления встроенного в МДП-транзистор диода в высокочастотном квазирезонансном преобразователе напряжения с переключением ключевого элемента при нулевых значениях тока.

Использование резонансных режимов работы регулирующего элемента в импульсных преобразователях напряжения (ПН) позволяет повысить их КПД и удельные энергетические характеристики. Среди высокочастотных резонансных ПН выделяют несколько топологий, обладающих простой, с точки зрения реализации, схемой силовой части. Примером может служить последовательный ПН с переключением ключевого элемента (КЭ) при нуле тока (ПНТ-преобразователь) с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) и полной волной тока резонансного цикла (рис. 1) [1]. Работа рассматриваемого ПН описана в [2].

1

/УУ\

__I II*

Рис. 1. Схема силовой части последовательного ПНТ-преобразователя с ЧИМ с полной волной тока резонансного цикла

В качестве КЭ в ПНТ-преобразователе, как правило, используют МДП-транзистор. Экспериментальный анализ работы данного ПН показал, что следствием резонансного цикла, проходящего в элементах резонансного контура (РК), образованного Ьр и Ср, является процесс обратного восстановления встроен-

ного в МДП-транзистор УТ1 диода УБ1, используемого для обеспечения протекания тока в обратном направлении. На рис. 2 представлены осциллограммы сигналов в цепи РК ПНТ-преобразователя, где 1Ьр(() -ток индуктивности РК; иСр(0 - напряжение на емкости РК; иУТ1(() - напряжение на КЭ; Рдан(0 - динамические потери на КЭ из-за процесса обратного восстановления диода УБ1. С повышением частоты коммутации динамические потери, вызванные указанным эффектом, увеличиваются, что приводит к снижению КПД ПН. Условия эксперимента приведены в таблице, частота коммутации лежит в диапазоне 330-390 кГц, в качестве КЭ УТ1 использован транзистор 1КРВ6Ш15Б, в качестве УБ2 - диод ЫВК20200СТ.

На рис. 3 представлены варианты КЭ, схемотехнически выполненные таким образом, чтобы устранить процесс обратного восстановления встроенного в МДП-транзистор диода.

Для каждого КЭ на рис. 3 были сняты кривые КПД и потерь ПНТ-преобразователя при прочих равных условиях, которые изображены на рис.4. Кривые 1, 2, 3 соответствуют КЭ в, б, а на рис. 3 соответственно, кривая 4 - исходному КЭ рассматриваемого ПН на рис. 1. Из рисунков видно, что обеспечивая протекание обратной полуволны тока резонансного цикла через внешний шунтирующий диод Шоттки, который не имеет диффузионной емкости, в трех предложенных вариантах КЭ, удается значительно повысить КПД ПНТ-преобразователя.

Параметр ивх ивых 1н Lр Ср Lф Сф

Значение 100 В 24±0,1В 2А 1 мкГн 22 нФ 44 мкГн 22 мкФ

Секция «Автоматика и электроника»

_ I 1 1 /Tv 1 1 1 1 1 иСр() Процесс обратного

/ восстановления

— ^ встроенного в —

_ МД11-транзистор_

** диода

/\ JLP(0

— , 1 1 ^т i i i i

1 1

t,

t,

Рис. 2. Осциллограммы сигналов в РК ПНТ-преобразователя

б

Рис. 3. Варианты КЭ ПНТ-преобразователя

н « .

Я а

«г н

ёг

4

л

> /

3 £

2 V -Г

Рн, Вт

а б

Рис. 4. Экспериментальные кривые КПД

а

в

Библиографические ссылки

1. Abu-Qahouq J., Batarseh I. Unified Steady-State Analysis of Soft-Switching DC-DC Converters // IEEE Trans. Power Electron. 2002. Vol. 17. № 5. Pp. 684-691.

2. Анализ режимов работы квазирезонансного преобразователя напряжения / А. А Соломатова,

Н. Н. Горяшин, А. Ю. Хорошко, М. В. Лукьяненко // Приборостроение (Известия вузов). СПб., 2010. Вып. 4. С. 7-13.

© Соломатова А. А., Горяшин Н. Н., 2011