Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами
В работе выполнен расчет электромагнитных процессов энергетических показателей в транзисторных ключах повышающих квазирезонансных импульсных преобразователей (КРИП) с параллельным и последовательным резонансными контурами. Расчеты выполнены с использованием операторного метода и метода припасовыва...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Технічна електродинаміка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135838 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами / Ю.А. Денисов, А.Н. Городний, В.В. Гордиенко, С.А. Степенко, Р.Д. Ершов, Т.М. Тёплая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 4. — С. 44-46. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135838 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1358382025-02-23T20:27:04Z Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами Порівняння втрат потужності в ключах підвищуючих кріп з паралельним і послідовним резонансними контурами Comparison of power losses in switch of boost qrpc with parallel and series resonant circuits Денисов, Ю.А. Городний, А,Н. Гордиенко, В.В. Степенко, С.А. Ершов, Р.Д. Тёплая, Т.М. Перетворення параметрів електричної енергії В работе выполнен расчет электромагнитных процессов энергетических показателей в транзисторных ключах повышающих квазирезонансных импульсных преобразователей (КРИП) с параллельным и последовательным резонансными контурами. Расчеты выполнены с использованием операторного метода и метода припасовывания результатов изменения тока через транзисторный ключ и напряжения на нем. Для каждого интервала коммутации транзисторных ключей получены аналитические выражения, которые позволили оценить энергетические потери на отдельных интервалах, а также общие потери. Результаты исследования позволили сравнить два преобразователя с одинаковыми параметрами питания, силовой части и нагрузки в зависимости от способа подключения резонансного контура. У роботі виконано розрахунок енергетичних показників електромагнітних процесів в транзисторних ключах підвищуючих квазірезонансних імпульсних перетворювачів (КРІП) з паралельним і послідовнним резонансними контурами. Розрахунки виконано з використанням операторного методу і методу припасовування. Для кожного інтервалу комутації отримано аналітичні вирази, які дозволили оцінити енергетичні втрати на кожному інтервалі, а також загальні втрати. Результати дослідження дозволили порівняти два перетворювача з однаковими параметрами живлення, силової частини і навантаження в залежності від способу підключення резонансного контуру. In this work the calculation of energy indicators of electromagnetic processes in power switches of boost quasi-resonant pulse converters (QRPC) with parallel and series resonant circuits is performed. The calculations were performed using the operator method and the method of stitching the results of change of transistor switch current and voltage. For each switching interval the analytical expressions were obtained, which allow to estimate the energy losses at each interval, as well as total losses. The findings made it possible to compare two converters with the same parameters of supply, power stage and load depending on the connection of the resonant circuit. 2016 Article Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами / Ю.А. Денисов, А.Н. Городний, В.В. Гордиенко, С.А. Степенко, Р.Д. Ершов, Т.М. Тёплая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 4. — С. 44-46. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135838 621.316.721 ru Технічна електродинаміка application/pdf Інститут електродинаміки НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Перетворення параметрів електричної енергії Перетворення параметрів електричної енергії |
| spellingShingle |
Перетворення параметрів електричної енергії Перетворення параметрів електричної енергії Денисов, Ю.А. Городний, А,Н. Гордиенко, В.В. Степенко, С.А. Ершов, Р.Д. Тёплая, Т.М. Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами Технічна електродинаміка |
| description |
В работе выполнен расчет электромагнитных процессов энергетических показателей в транзисторных ключах
повышающих квазирезонансных импульсных преобразователей (КРИП) с параллельным и последовательным
резонансными контурами. Расчеты выполнены с использованием операторного метода и метода припасовывания
результатов изменения тока через транзисторный ключ и напряжения на нем. Для каждого интервала
коммутации транзисторных ключей получены аналитические выражения, которые позволили оценить
энергетические потери на отдельных интервалах, а также общие потери. Результаты исследования позволили
сравнить два преобразователя с одинаковыми параметрами питания, силовой части и нагрузки в зависимости
от способа подключения резонансного контура. |
| format |
Article |
| author |
Денисов, Ю.А. Городний, А,Н. Гордиенко, В.В. Степенко, С.А. Ершов, Р.Д. Тёплая, Т.М. |
| author_facet |
Денисов, Ю.А. Городний, А,Н. Гордиенко, В.В. Степенко, С.А. Ершов, Р.Д. Тёплая, Т.М. |
| author_sort |
Денисов, Ю.А. |
| title |
Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами |
| title_short |
Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами |
| title_full |
Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами |
| title_fullStr |
Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами |
| title_full_unstemmed |
Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами |
| title_sort |
сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Перетворення параметрів електричної енергії |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135838 |
| citation_txt |
Сравнение потерь мощности в ключах повышающих крип с параллельным и последовательным резонансными контурами / Ю.А. Денисов, А.Н. Городний, В.В. Гордиенко, С.А. Степенко, Р.Д. Ершов, Т.М. Тёплая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 4. — С. 44-46. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Технічна електродинаміка |
| work_keys_str_mv |
AT denisovûa sravneniepoterʹmoŝnostivklûčahpovyšaûŝihkripsparallelʹnymiposledovatelʹnymrezonansnymikonturami AT gorodnijan sravneniepoterʹmoŝnostivklûčahpovyšaûŝihkripsparallelʹnymiposledovatelʹnymrezonansnymikonturami AT gordienkovv sravneniepoterʹmoŝnostivklûčahpovyšaûŝihkripsparallelʹnymiposledovatelʹnymrezonansnymikonturami AT stepenkosa sravneniepoterʹmoŝnostivklûčahpovyšaûŝihkripsparallelʹnymiposledovatelʹnymrezonansnymikonturami AT eršovrd sravneniepoterʹmoŝnostivklûčahpovyšaûŝihkripsparallelʹnymiposledovatelʹnymrezonansnymikonturami AT tëplaâtm sravneniepoterʹmoŝnostivklûčahpovyšaûŝihkripsparallelʹnymiposledovatelʹnymrezonansnymikonturami AT denisovûa porívnânnâvtratpotužnostívklûčahpídviŝuûčihkrípzparalelʹnimíposlídovnimrezonansnimikonturami AT gorodnijan porívnânnâvtratpotužnostívklûčahpídviŝuûčihkrípzparalelʹnimíposlídovnimrezonansnimikonturami AT gordienkovv porívnânnâvtratpotužnostívklûčahpídviŝuûčihkrípzparalelʹnimíposlídovnimrezonansnimikonturami AT stepenkosa porívnânnâvtratpotužnostívklûčahpídviŝuûčihkrípzparalelʹnimíposlídovnimrezonansnimikonturami AT eršovrd porívnânnâvtratpotužnostívklûčahpídviŝuûčihkrípzparalelʹnimíposlídovnimrezonansnimikonturami AT tëplaâtm porívnânnâvtratpotužnostívklûčahpídviŝuûčihkrípzparalelʹnimíposlídovnimrezonansnimikonturami AT denisovûa comparisonofpowerlossesinswitchofboostqrpcwithparallelandseriesresonantcircuits AT gorodnijan comparisonofpowerlossesinswitchofboostqrpcwithparallelandseriesresonantcircuits AT gordienkovv comparisonofpowerlossesinswitchofboostqrpcwithparallelandseriesresonantcircuits AT stepenkosa comparisonofpowerlossesinswitchofboostqrpcwithparallelandseriesresonantcircuits AT eršovrd comparisonofpowerlossesinswitchofboostqrpcwithparallelandseriesresonantcircuits AT tëplaâtm comparisonofpowerlossesinswitchofboostqrpcwithparallelandseriesresonantcircuits |
| first_indexed |
2025-11-25T04:36:05Z |
| last_indexed |
2025-11-25T04:36:05Z |
| _version_ |
1849735633449254912 |
| fulltext |
44 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016.№ 4
УДК 621.316.721
СРАВНЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В КЛЮЧАХ ПОВЫШАЮЩИХ КРИП
С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСНЫМИ КОНТУРАМИ
Ю.А.Денисов, докт.техн.наук, А.Н.Городний, канд.техн.наук, В.В.Гордиенко, канд.техн.наук,
С.А.Степенко, канд.техн.наук, Р.Д.Ершов, Т.М.Тёплая
Черниговский национальный технологический университет,
ул. Шевченко, 95, Чернигов, 14027, Украина. e-mail: aleksey.gorodny@gmail.com
В работе выполнен расчет электромагнитных процессов энергетических показателей в транзисторных клю-
чах повышающих квазирезонансных импульсных преобразователей (КРИП) с параллельным и последователь-
ным резонансными контурами. Расчеты выполнены с использованием операторного метода и метода припа-
совывания результатов изменения тока через транзисторный ключ и напряжения на нем. Для каждого интер-
вала коммутации транзисторных ключей получены аналитические выражения, которые позволили оценить
энергетические потери на отдельных интервалах, а также общие потери. Результаты исследования позволи-
ли сравнить два преобразователя с одинаковыми параметрами питания, силовой части и нагрузки в зависимо-
сти от способа подключения резонансного контура. Библ. 4, табл. 1, рис. 4.
Ключевые слова: резонансный контур, квазирезонансный импульсный преобразователь, транзисторный ключ.
Введение. Современные системы вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры в своем
составе имеют последовательные и параллельные импульсные преобразователи (ИП) с широтно-импульсной
модуляцией (ШИМ) [1]. С ростом частоты работы ИП улучшаются их удельные параметры, однако это снижает
коэффициент полезного действия (КПД) из-за увеличения динамических потерь на транзисторных ключах [2].
Повысить частоту работы и одновременно снизить динамические потери можно в ИП на основе квазирезонанс-
ных импульсных преобразователей, переключаемых при нулевом токе (КРИП-ПНТ), в которых регулирование
выходной мощности происходит за счет частотно-импульсной модуляции (ЧИМ). Основное применение парал-
лельные ИП находят при разработке повышающих стабилизаторов напряжения постоянного тока[1] и коррек-
торов коэффициента мощности (ККМ) [3].
Оценка энергетических потерь в последовательных КРИП-ПНТ и ИП с ШИМ проведена в статье [2].
Метод анализа коммутационных потерь, используемый в этой работе, позволил учесть влияние параметров си-
ловой части преобразователей, транзисторных ключей и нагрузки на потери в этих ключах.
Целью данной работы является оценка энергетических потерь в ключах параллельных КРИП-ПНТ для
оптимизации параметров силовой части и тепловых режимов таких преобразователей.
Расчет энергетических показателей повышающих КРИП-ПНТ с параллельным и последователь-
ным резонансными контурами. На рис. 1 показаны временные диаграммы, которые качественно отображают
работу транзисторного ключа в параллельном КРИП-ПНТ с учетом его паразитных параметров и соответству-
ют теоретическим и экспериментальным данным. На рис. 2 показана схема повышающего КРИП-ПНТ с парал-
лельным резонансным контуром.
Процесс переключения содержит пять интервалов коммутации транзистора: интервал включения (t0-t1);
интервал открытого состояния (t1-t2); интервал открытого состояния, когда ток протекает через обратный диод
D0 (t2-t3); интервал выключения (t3-t4); интервал закрытого состояния (энергия из накопительной индуктивности
L передается в нагрузку) (t4-t0). Условия перехода от одного интервала к другому и, соответственно, от одной
эквивалентной схемы к другой, определяется временными диаграммами работы преобразователей (рис. 1).
На рис. 3 показаны эквивалентные схемы замещения для всех интервалов коммутации: а) интервал
включения; б) интервал открытого состояния; в) интервал проводимости диода D0; г) интервал выключения.
© Денисов Ю.А,. Городний А.Н., Гордиенко В.В., Степенко С.А., Ершов Р.Д., Теплая Т.М., 2016
t
t
t
Рис. 2 Рис. 1
t0 t1 t2 t3 t4
Ucontr(t)
іVT(t)
Uds(t)
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016.№ 4 45
Рис. 3
а б
в г
При расчете потерь пятый коммутационный интервал не учитывался, так как транзистор закрыт, а
мощность потерь при этом стремится к нулю. Для каждой эквивалентной схемы замещения с помощью обоб-
щенного метода узловых напряжений определены токи и напряжения транзистора [4]. После этого получена
мощность потерь на интервалах
∫
−
⋅
−
=
−
n
n
t
t
VTds
nn
n dttItU
tt
P
1
)()(1
1
, (1)
где Uds – напряжение сток-исток; IVT = ILr – ток через транзисторный ключ; n – номер коммутационного интервала.
Например, для первого интервала коммутации матрица проводимостей, векторы-столбцы искомых на-
пряжений и задающих токов имеют вид
[ ]
1 1 1 0
1 1 1 1 ;
1 10
r
r r
r iVТ r iVT
ds
iVТ iVТ
pC
pL pL pL
Y
pL R pL R
K pC
R R
⎡ ⎤
+ + −⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎢ ⎥
= − + −⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎢ ⎥
− + +⎢ ⎥
⎣ ⎦
[ ]
( )
( )
( )
2
3
4
;
U p
U U p
U p
⎡ ⎤
⎢ ⎥
= ⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎣ ⎦
[ ]
( ) ( )
( )
0
0
0
1
0 .
L
Сr r
ds ds
L i tE U t C
p pL p
I
U t C
⎡ ⎤⋅
⋅ + + ⋅⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎢ ⎥=
⎢ ⎥
⋅⎢ ⎥
⎢ ⎥⎣ ⎦
(2)
С учетом узловых напряжений находим необходимые токи и напряжения для расчета рассеиваемой
мощности на первом интервале
( ) ( ) ( ) ( )3 4 ;Lr RiVT
iVT
U p U p
i p i p
R
−
= =
( ) ( ) ( )2 0 ;L
L
U p E p Li t
i p
pL
− −
=
( ) ( )3 .DSU p U p= (3)
На рис. 4 показана схема по-
вышающего КРИП-ПНТ с последова-
тельным резонансным контуром. Эк-
вивалентные схемы замещения для
этого преобразователя составлялись
Рис. 4
46 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016.№ 4
аналогично предыдущим. Исследова-
лись КРИП-ПНТ с мощностью до 250
Вт, частотой коммутации до 500 кГц,
при экспериментальном исследовании
использовался ключевой карбидо-
кремниевый транзистор SPW17N80C3.
Мощность (P) и энергия (Q) потерь в
транзисторных ключах повышающих
КРИП-ПНТ приведены в таблице.
Проведённые исследования потерь мощности на транзисторе КРИП-ПНТ в процессе переключения позво-
ляют сделать следующие выводы. Статические потери являются основными (82%) в КРИП с параллельным
резонансным контуром, а в КРИП с последовательным контуром преобладают динамические потери (более
82%). Динамические потери можно уменьшить, если устранить влияние паразитного колебательного контура
между Lr и Cds на время выключения. Статические потери уменьшаются при увеличении индуктивности и умень-
шении ёмкости резонансного контура.
1. Войтенко В.П. Этапы алгоритма квазиоптимального регулирования в системе с импульсным преобразователем
// Технічна електродинаміка.. – 2012. – № 3. – С. 125–126.
2. Городний А.Н. Анализ мощности рассеивания транзисторным ключом в последовательных импульсном и квази-
резонансном преобразователях // Технічна електродинаміка.. – 2012. – № 3. – С. 75–76.
3. Шидловський А.К., Жаркін А.Ф., Пазєєв А.Г. Безперервні наближені моделі перетворювачів змінної напруги в
постійну з активною корекцією коефіцієнта потужності // Технічна електродинаміка. – 2011. – № 6. – С. 11–17.
4. Denisov Y., Gorodny A., Gordienko V., Yershov R., Stepenko S., Kostyrieva О., Prokhorova A. Switch operation power
losses of quasi-resonant pulse converter with parallel resonant circuit // Proceedings of the IEEE 36th International Conference on
Electronics and Nanotechnology (ELNANO-2016), April 19-21, 2016, Kyiv, Ukraine. – 2016. – Pp. 327–332.
УДК 621.316.721
ПОРІВНЯННЯ ВТРАТ ПОТУЖНОСТІ В КЛЮЧАХ ПІДВИЩУЮЧИХ КРІП З ПАРАЛЕЛЬНИМ І ПОСЛІДОВ-
НИМ РЕЗОНАНСНИМИ КОНТУРАМИ
Ю.О.Денисов, докт.техн.наук, О.М.Городній, канд.техн.наук, В.В.Гордіенко, канд.техн.наук,
С.А.Степенко, канд.техн.наук, Р.Д.Єршов, Т.М.Тепла
Чернігівський національний технологічний університет,
вул. Шевченка, 95, Чернігів, 14027, Україна. e-mail: aleksey.gorodny@gmail.com
У роботі виконано розрахунок енергетичних показників електромагнітних процесів в транзисторних ключах підвищуючих
квазірезонансних імпульсних перетворювачів (КРІП) з паралельним і послідовнним резонансними контурами. Розрахунки
виконано з використанням операторного методу і методу припасовування. Для кожного інтервалу комутації отримано
аналітичні вирази, які дозволили оцінити енергетичні втрати на кожному інтервалі, а також загальні втрати. Результа-
ти дослідження дозволили порівняти два перетворювача з однаковими параметрами живлення, силової частини і наван-
таження в залежності від способу підключення резонансного контуру. Бібл. 4, табл. 1, рис. 4.
Ключові слова: резонансний контур, квазірезонансний імпульсний перетворювач, транзисторний ключ
COMPARISON OF POWER LOSSES IN SWITCH OF BOOST QRPC WITH PARALLEL
AND SERIES RESONANT CIRCUITS
Yu.О.Denysov, О.М.Gorodniy, V.V.Gordienko, S.A.Stepenko, R.D.Yershov, Т.М.Tepla
Chernihiv National University of Technology,
Shevchenka str., 95, Chernihiv, 14027, Ukraine. e-mail: aleksey.gorodny@gmail.com
In this work the calculation of energy indicators of electromagnetic processes in power switches of boost quasi-resonant pulse con-
verters (QRPC) with parallel and series resonant circuits is performed. The calculations were performed using the operator method
and the method of stitching the results of change of transistor switch current and voltage. For each switching interval the analytical
expressions were obtained, which allow to estimate the energy losses at each interval, as well as total losses. The findings made it
possible to compare two converters with the same parameters of supply, power stage and load depending on the connection of the
resonant circuit. References 4, table 1, figures 4.
Key words: resonant circuit, quasi-resonant pulse converter, transistor switch
1. Voitenko V.P Algorithm stages of quasi-optimal regulation in system with a pulse converter // Tekhnichna elektrodynamika. –
2012. – No 3. – Pp. 125–126 (Rus.).
2. Gorodnyi A.N. Analyzing of transistor switch dissipation power in sequential type switched-mode and quasi-resonant zero current
switch converters // Tekhnichna elektrodynamika. – 2012. – No 3. – Pp. 75–76 (Rus.).
3. Shydlovskyi A.K., Zharkin A.F., Pazieiev A.G. Continuous approximate model of AC/DC converters with active power factor cor-
rection // Tekhnichna elektrodynamika. – 2011. – No 6. – Pp. 11–17 (Ukr.).
4. Denisov Y., Gorodny A., Gordienko V., Yershov R., Stepenko S., Kostyrieva О., Prokhorova A. Switch operation power losses of
quasi-resonant pulse converter with parallel resonant circuit // Proceedings of the IEEE 36th International Conference on Electronics
and Nanotechnology (ELNANO-2016), April 19-21, 2016, Kyiv, Ukraine. – 2016. – Pp. 327–332.
Надійшла 22.01.2016
Остаточний варіант 26.05.2016
КРИП-ПНТ с параллельным
контуром
КРИП-ПНТ с последова-
тельным контуром
Интервалы P, Вт Q, мкДж Q, % P, Вт Q, мкДж Q, %
Включения 0.360 0.002 0.20 0.120 0.001 0.07
Открытого состояния 5.888 0.650 64.48 1.010 0.257 17.15
Открытого состояния
транзистора и диода 1.753 0.180 17.86 0.045 0.007 0.46
Выключения 0.641 0.176 17.46 0.880 1.234 82.32
Всего 2.061 1,008 100 0.670 1.499 100
|