Математическое моделирование однотактных импульсных преобразователей напряжения для вторичных источников питания автономных транспортных средств

• Автор: Гуляев, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 125 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.Анализ преобразователей постоянного напряжения и

методов их расчета

1Л. Предварительные замечания

1.2. Основные задачи проектирования ВИП

1.3. ИПН и их ключевые элементы

1.3.1. ИПН без гальванической развязки входных и выходных цепей

1.3.2. ИПН с гальванической развязкой входных и выходных цепей.

1.3.3. Ключевые устройства в импульсных преобразователях 34 напряжения

1.4. Математическое моделирование гистерезисных характеристик

магнитных элементов ИПН
1.5 .Вопросы проектирования ВИП
Выводы
ГЛАВА 2. Математическая модель однотактных ИПН
2.1. Основные положения и допущения
2.2. Режимы работы и схемы замещения преобразователей
2.3. Режимы работы реактивных и активных элементов 56 преобразователей
2.4. Уравнения математической модели однотактных 64 преобразователей напряжения
Выводы
ГЛАВА 3. Исследование и расчет однотактных ИПН
3.1. Моделирование динамических процессов в ИПН с помощью 69 ЭВМ
3.2. Применение математических моделей для исследования 72 процессов в однотактных ИПН
3.3 Расчет силовой части преобразователя
Выводы

ГЛАВА 4. Разработка ИПН и их силовых модулей
4.1. Преобразователи с размагничиванием сердечника 88 трансформатора
4.2. Преобразователи с принудительным перемагничиванием 92 сердечника трансформатора
4.3. Оптимизация силовой части преобразователя на ЭВМ
Выводы
Заключение. Основные результаты диссертационной работы
Литература
Приложение 1. Характеристики режимов работы однотактных ИПН 119 Приложение 2. Внедрение результатов диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ
Современное состояние и актуальность темы
В современных условиях основным направлением дальнейшего совершенствования судовых средств вторичного электропитания и высокочастотных транзисторных преобразователей в частности является их комплексная миниатюризация на базе последних достижений техники. Современные тенденции микроминиатюризации источников вторичного электропитания требуют повышения частоты преобразования, что вызывает необходимость использования новых схемотехнических решений силовых цепей статических полупроводниковых преобразователей. В последнее время существует тенденция к разработке оригинальных методов аналитического и экспериментального исследования импульсных преобразователей и их элементов. Однако развитие этих методов связано с рядом трудностей, обусловленных как сложностью решения систем нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих динамические режимы преобразователей, так и недостаточным объемом информации о физической сущности и количественных характеристиках этих режимов. Поэтому задача разработки и физического обоснования математических моделей преобразователей и их элементов является актуальной.
Вопросом разработки и исследования полупроводниковых преобразователей посвящены работы Ф.И.Александрова, Б.Бедфорда, О.Г. Булатова, A.C. Васильева, А.Г. Виленкина, Т.А. Глазенко, В.А.Головацкого, Э.Н. Гречко, Ю.М. Гусяцкого,Ю.И. Драбовича, Ю.К. Захарова, И.И. Кантера, A.B. Кобзева, Ю.И. Конева, О.А.Коссова, В.А. Лабунцова, H.H. Лаптева, В.И. Мелешина, B.C. Мойна, Г.С. Мыцыка, В.Ю. Рогинского, Ю.К. Розанова, Э.М. Ромаша, B.C. Руденко, В.Е. Тонкаля, О.И. Хасаева, В.А. Чванова, В. Шилинга, А.И. Юрченко и других.
В последние годы в литературе все чаще ставится вопрос о необходимости создания электротехнических систем нового типа. При этом имеются в ви-

на выходной вольт-амперной характеристике располагается либо в режиме отсечки (транзистор закрыт), либо в режиме насыщения (транзистор открыт).
В практическом решении проблемы дальнейшего повышения частоты преобразования электроэнергии в транзисторных преобразователях и, как следствие этого, в их дальнейшей миниатюризации важный резерв заложен в переходе от повсеместно используемых в настоящее время мощных биполярных транзисторов и мощных импульсных диодов с р-п-переходом соответственно к мощным МДП-транзисторам и мощным диодам Шоттки. При этом в обоих случаях вопрос стоит о замене полупроводниковых приборов, в которых механизм переноса тока обусловлен инжекцией неосновных носителей в область базы, их накоплением и рассасыванием, полупроводниковыми приборами, в которых механизм инжекции неосновных носителей заряда отсутствует, а ток обусловлен движением только основных носителей.
Существенно меньшая инерционность таких полупроводниковых приборов, их значительно лучшие коммутационные свойства, большое входное сопротивление МДП-транзисторов и низкая мощность их управляющих цепей, малое падение напряжения на открытых диодах Шоттки - все эти положительные свойства характеризуют МДП-транзисторы и диоды Шоттки как более совершенные полупроводниковые ключи и определяют перспективу их использования в высокочастотных преобразователях. В настоящее время известны мощные МДП-транзисторы, которые в открытом состоянии при токе 100 А имеют сопротивление 0,02 Ом и способны работать на частотах коммутации до 500 кГц [37]. Разработаны МДП-транзисторы, выдерживающие до 500 В и более и обеспечивающие частоты коммутации до 1 ГГц, и диоды Шоттки с обратными напряжениями до 200 В, временем восстановления обратного сопротивления не более 2 не и частотой коммутации до 500 кГц [37].
Несмотря на достигнутые успехи, мощные МДП-транзисторы, особенно высоковольтные, еще значительно уступают по сопротивлению канала в открытом состоянии биполярным транзисторам из-за монополярного механизма то-копереноса. В связи с этим ведется интенсивный поиск новых конструктивно-