Исследование особых режимов работы импульсных стабилизаторов напряжения

• Автор: Малинин, Григорий Вячеславович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Чебоксары
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Математическое описание импульсных стабилизаторов напряжения
1.1. Уравнения силовой части ИСН понижающего типа в режиме непрерывного тока
1.1.1. Основные допущения, принимаемые при анализе
1.1.2. Уравнения состояния ИСН в физических координатах
1.1.3. Уравнения состояния ИСН в относительных координатах
1.2. Уравнения состояния ИСН повышающего типа в режиме непрерывного тока
1.3. Определение элементов переходных матриц
1.4. Уравнения состояния ИСН в режиме прерывистого тока
1.5. Двухконтурная система управления ИСН с ШИМ
1.6. Возможность исследования ИСН с использованием отображений последования и их графических представлений
1.6.1. Метод отображений и его применение к исследованию ИСН
1.6.2. Графические представления двумерного отображения последования ИСН
1.7. Динамическая модель ИСН понижающего типа в режиме непрерывного тока с новыми переменными состояния
Выводы
2. Анализ неподвижных точек отображения ИСН
2.1. Поиск и анализ неподвижных точек отображения ИСН в режиме непрерывного тока
2.2. Поиск неподвижных точек и исследование бифуркаций ИСН по точной нелинейной динамической модели
2.3. Программный комплекс расчета и анализа неподвижных точек отображения понижающего ИСН
2.4. Годографы корней характеристического уравнения матрицы Якоби и устойчивость ИСН
2.4.1. Исследование понижающего ИСН
2.4.2. Исследование повышающего ИСН
2.5. Анализ устойчивости ИСН с ШИМ-2 с использованием аналитических выражений для длительности открытого состояния регулирующего транзистора
Выводы

3. Исследование особых режимов работы ИСН понижающего типа
3.1. Разложение отображения последования в ряд Тейлора
3.2. Приведение матрицы Якоби к канонической форме
3.3. Нормальная форма отображения в окрестности неподвижной точки
3.3.1. Основные положения по приведению отображения к нормальной форме
3.3.2. Практический способ вычисления коэффициентов нормализующего преобразования и нормальной формы
3.3.3. Вычисление коэффициентов нормализующего преобразования и нормальной формы при бифуркации периодических движений
3.4. Сведение отображения последования на центральное многообразие
3.4.1. Основные положения по сведению отображения на центральное многообразие
3.4.2. Поиск инвариантного многообразия
3.5. Результаты расчета и анализ бифуркаций неподвижной точки
на ЭВМ
Выводы
4. Исследование особых режимов работы ИСН повышающего типа
4.1. Разложение отображения последования в ряд Тейлора
4.2. Каноническая форма матрицы Якоби отображения
4.3. Нормальная форма отображения в окрестности неподвижной точки
4.4. Исследование основного случая бифуркации периодических движений
4.5. Исследование частных случаев бифуркации периодических движений
4.6. Результаты расчета и анализ бифуркаций неподвижной точки ИСН
Выводы
Заключение
Литература
Материалы об использовании результатов работы
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Источники вторичного электропитания (ИВЭП) составляют одну из основ всех средств и систем электропитания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Большинство ИВЭП содержат в своем составе импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСН). Преимущество ИСН состоит в том, что импульсный режим работы позволяет значительно уменьшить мощность потерь в регулирующем элементе и тем самым повысить КПД источника питания, уменьшить его массу и габариты. Поэтому в настоящее время отмечается устойчивый рост спроса на импульсные источники питания [54,55], ужесточение требований к их статическим, динамическим и массогабаритным показателям. На сегодняшний день имеется множество схемотехнических решений построения импульсных ИВЭП, принципы действия и методы проектирования которых достаточно хорошо изучены [4,8,13,30,42,43,67,79,81,83,105].
Существуют три основных схемы ИСН: понижающая, повышающая и инвертирующая [42,43,73,78]. В предлагаемой работе рассматриваются первые два типа ИСН. Повышающий и инвертирующий ИСН, в отличие от понижающего ИСН, в режиме непрерывного тока дросселя (РНТ) относят к системам с переменными параметрами. В качестве фильтрующего элемента в этих стабилизаторах выступает выходной конденсатор, на котором происходит накопление заряда, препятствующего быстрым изменениям выходного напряжения. Топологию повышающего ИСН, равно как и инвертирующего, работающего в РНТ входного дросселя, во многом определяют цепи ограничения сквозных токов во время обратного восстановления диода. Для улучшения динамических показателей схема дополняется пассивными нерассеивающими цепями [ 109,110]. В общем случае, любая из известных схем импульсных преобразователей постоянного напряжения (ИППН) может быть получена из перечисленных выше базовых схем [83].
В зависимости от способа стабилизации выходного напряжения ИСН могут быть отнесены к одной из трех импульсных систем регулирования [43,72]: с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ), релейная система регулирования. На практике широкое применение находят системы с ШИМ (особенно ШИМ-2), которые по сравнению со стабилизаторами других типов обеспечивают высокий КПД и оптимальную частоту

двух переменных хх = /, (xt, х2) и х2 = /2 (х,, х2 ), каждая из которых представляется поверхностью в трехмерном евклидовом пространстве. Рассмотрение проведем для ИСН понижающего типа [19], поскольку для повышающего ИСН графическое представление будет аналогичным.
Алгоритм построения поверхностей /1(х1,х2) и /2 (х,, х2 ) сводится к следующему. При фиксированном значении одной из координат (в нашем случае х2), другая координата х меняется с шагом /ц. При каждом новом значении х+h] происходит обращение к процедуре вычисления координат Xj и х2. Далее координата х2 принимает новое значение x2+/i2 и расчет повторяется. В результате при заданных параметрах системы в памяти ЭВМ формируются массивы значений х, и х2, соответствующих значениям xi и х2. Одновременно рассчитываются точки диагональных плоскостей g, (х1?х2) и g2(xx,x2), описываемые уравнениями Xj =хъ х2 = х2. На рис. 1.8 изображены два сечения поверхности /Дхх,) плоскостями х2 = 0,6 и х2 = 0,686 для режима с параметрами: q = 0,2; Q0 =10; Гф0 = 2,5; Кот = 0; К0=30; и = 0,7; утах=0,8; vx = 1; v2=0. Здесь
Тф0=41с/Т = 1Д/*фТп).
На рис. 1.9 изображена поверхность хх = /1(х1,х2) при указанных выше параметрах схемы. Поверхность f(хх, х2 ) состоит из четырех различных гладких участков, содержащих отдельные участки линий постоянного уровня х2 = const. Плоскость 1 соответствует режиму работы ИСН, при котором транзистор VT включается на максимальное время т0тах = УтахТл (происходит ограничение длительности включенного состояния регулирующего транзистора).