Транзисторные преобразователи напряжения с управляемой внешней характеристикой

• Автор: Хабузов, Василий Арсеньевич
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 176 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1.Современные транзисторные преобразователи напряжения (ТПН)

ЕЕ Классификационный анализ ТПН

1.2. Основные направления развития современных ТПН

1.3. Внешняя характеристика ТПН в статическом и динамическом режимах

2. Математическое моделирование внешней характеристики ТПН

2.1. Влияние параметров элементов на статическую внешнюю характеристику

2.2. Математические модели элементов для оценки динамических параметров ТПН

3.Управление внешней характеристикой ТПН

3.1. Формирование восходящей статической внешней характеристики

3.2. Регулирование крутизны статической внешней характеристики
3.3. Управление динамической внешней характеристикой
4. Модульные ТПН и их элементы
4.1. Основные задачи проектирования модульных ТПН
4.2. Матричные электромагнитные элементы для малогабаритных ТПН
4.3. Параллельное соединение модулей в ТПН
5. Практическая реализация предложенных импульсных ТПН
5.1. Опытные образцы и макеты преобразователей напряжения
5.2. Установки с импульсными ТПН для реализации электрохимических технологий
5.3. Автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс
для контроля параметров ТПН
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Транзисторные преобразователи напряжения (ТИН) с импульсным (ключевым) принципом действия входят в состав многих систем силовой электроники и также находят применение в технологических установках для электрохимической обработки и очистки жидкостей, высокочастотного нагрева, катодной защиты стальных подземных сооружений и коммуникаций, в медицинской аппаратуре и т.п. К рассматриваемым устройствам относятся генераторы, импульсные усилители, в том числе аналоговых сигналов класса Д, преобразователи, регуляторы, стабилизаторы напряжения (тока). Их выходное напряжение чаще всего регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения с прямоугольной формой кривой в цепи переменного тока. Причем повышение частоты этого тока считается наиболее эффективным путем миниатюризации содержащихся в импульсных ТПН электромагнитных элементов (ЭМЭ) - трансформаторов и дросселей фильтров.
Разрабатываемые схемотехнические решения ТПН обеспечивают реализацию главной функции - генерации, усиления или преобразования сигналов. В то же время качество их функционирования, определяемое по соответствию выходных параметров требованиям технического задания, в значительной мере зависит от применяемой элементной базы и, в частности, от ЭМЭ. Возрастающее разнообразие систем силовой электроники, определяющее число возможных потребителей, подключаемых к выходу ТПН, является причиной расширения диапазона требований к их параметрам, среди которых следует выделить уровень выходного напряжения, потребляемую нагрузкой мощность, форму внешней характеристики в статическом и динамическом режимах работы и т.п.
Создание новых ТПН для каждого конкретного типа разнообразных потребителей является достаточно сложной задачей, а их проектирование и производство связано со значительными затратами. Более перспективными можно считать устройства, допускающие управление внешней характеристикой (обес-
печение требуемой ее формы), выбор уровня выходного напряжения и величины мощности, например, за счет перехода к конструкциям, собираемым из набора силовых модулей. Такие ТПН могут быть согласованы по своим параметрам с потребителями различных классов благодаря выполнению относительно простых настроек в схеме и применению моноблочной или модульной конструкций. Следовательно, они обладают расширенными эксплутационными возможностями и позволяют сократить требуемую номенклатуру используемых элементов и конструкций. При явной перспективности серийный выпуск подобных ТПН отсутствует, что обусловлено недостаточной глубиной исследования их свойств и относительно сложной реализацией схемотехнических решений.
В силу изложенного представляется весьма актуальным и необходимым проведение исследований и разработка импульсных ТПН, имеющих управляемые параметры (внешнюю характеристику в статическом и динамическом режимах работы), возможность перехода от моноблочной конструкции к модульной с одновременным обеспечением совместного функционирования модулей в составе единого ТПН. Одновременно таким же важным является создание специальных высокочастотных ЭМЭ с регулируемыми основными параметрами для сокращения требуемой номенклатуры их типономиналов. По результатам исследования должны быть разработаны моноблочные и модульные ТПН с расширенными эксплуатационными возможностями, обладающие требуемым качеством функционирования с разнообразными потребителями в составе систем силовой электроники.
Цель работы - исследование и разработка импульсных ТПН с управляемой внешней характеристикой и расширенными эксплуатационными возможностями.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ влияния внутренних параметров на внешнюю характеристику ТПН.

Цель работы состоит в исследовании и разработке импульсных ТПН с управляемой внешней характеристикой и расширенными эксплуатационными возможностями.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ влияния внутренних параметров на внешнюю характеристику ТПН, а именно:
- определить зависимость крутизны СВХ при высокой частоте коммутации от инерционности ключей и малых индуктивностей силовой цепи ТПН,
- получить возможность упрощенной оценки динамических параметров ТПН с учетом влияния нелинейностей характеристик элементов и блока управления в режимах запуска и сброса-наброса нагрузки.
2. Обеспечить управление внешней характеристикой с расширением эксплуатационных возможностей ТПН, предполагающее
- получение восходящей, жесткой и падающей СВХ с регулированием эквивалентного внутреннего сопротивления,
- изменение формы ДВХ под конкретный тип потребителя.
3. Разработать высокочастотные ЭМЭ с регулируемыми электромагнитными параметрами для сокращения числа типономиналов таких элементов, имеющих планарную конструкцию, способствующую миниатюризации ТПН, и пониженное межвитковое напряжение для повышения надежности изоляции обмоток.
4. Создать макеты и образцы ТПН с улучшенными показателями и аппаратуру для испытания таких устройств.
Технические решения, закладываемые в макеты и образцы, должны позволить:
- регулировать крутизну СВХ и улучшать ДВХ в соответствии с требованиями потребителя,
- повышать частоту коммутации без существенного ухудшения энергетических показателей при увеличении удельной мощности ТПН,