Оптимизация переходных процессов в мощных транзисторах с изолированным затвором

Москалев, Александр Витальевич

Оптимизация переходных процессов в мощных транзисторах с изолированным затвором тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Москалев, Александр Витальевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Воронеж МЕСТО ЗАЩИТЫ

2003 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Оптимизация переходных процессов в мощных транзисторах с изолированным затвором»

Автореферат диссертации на тему "Оптимизация переходных процессов в мощных транзисторах с изолированным затвором"

На правах рукописи

МОСКАЛЕВ Александр Витальевич

ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Воронеж -2003

Работа выполнена в Воронежском государственном университете.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор АЛГАЗИНОВ Эдуард Константинович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор ЛУКИН Александр Николаевич

Ведущая организация: федеральное государственное унитарное предприятие

Воронежский научно-исследовательский институт связи

Защита состоится 27 ноября 2003 года в 17°°ч на заседании диссертационного совета Д212.038.10 в Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, В1ГУ, кокфсрскц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан 24 октября 2003 г.

кандидат физико-математических наук, доцент РАДЧЕНКО Юрий Степанович

диссертационного совета

Ученый секретарь

МАРШАКОВ В.К.

Q.&C& -А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В современной силовой электронике широко применяются мощные МДП-транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ), которые по принципу управления удобно рассматривать как один класс мощных транзисторов с изолированным затвором (ТИЗ). В связи с совершенствованием мощных ТИЗ к настоящему времени значительно упростился процесс проектирования и производства таких основных устройств силовой импульсной электроники, как импульсные источники питания, устройства управления электродвигателями, электронные балласты.

Расширение сферы применения силовых импульсных устройств повысило актуальность проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС), связанной с генерируемыми ими помехами. Кроме того, постоянная потребность в снижении массогабаритных показателей радиоэлектронной аппаратуры приводит к необходимости повышения частоты преобразования, что влечет за собой рост коммутационных потерь. Снизить коммутационные потери можно путем увеличения скорости переходных процессов (ГШ) в силовых ключах. В то же время, от длительностей и характера ПП в значительной степени зависит спектр помех, генерируемых указанными устройствами. Таким образом, оптимизация скоростей ПП в мощных ТИЗ по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС является весьма актуальной проблемой. Особый интерес представляет проблема ЭМС в отношении кондуктивных индустриальных радиопомех (КИРП), т.е. помех, распространяющихся по проводам и проводящим конструкциям, рассмотрению которых в настоящее время уделено недостаточно внимания. В рамках данной работы под характеристикой ЭМС силового импульсного устройства подразумевается его совместимость с каким-либо действующим стандартом на уровень КИРП.

Решению задач повышения эффективности работы устройств силовой

электроники и улучшения их характеристик ЭМС на сегодняшний день

посвящено достаточно большое количество публикаций. Однако, влияние

характеристик ПП в существующих м{гтрш.кй* ц тптяшвздии ЭМС-

БИБДИОТЕКА I С.Петербург Д. Л

ОЭ ropwffiTj

характеристик, как правило, не учитывается. Одной из основных причин сложившейся ситуации является следующее: проблема помех, проникающих в сеть, наиболее очевидна на низких частотах, где уровень помех максимален. Поэтому расчет частоты среза входных фильтров базируется, как правило, на первой гармонике частоты переключения. При этом на более высоких частотах рассчитанный фильтр должен обеспечивать ослабление заведомо более , требуемого. В реальности, на высоких частотах становятся существенными паразитные индуктивности соединительных проводников, что может приводить > к ухудшению заявленного ослабления на величину до 10-15 дБ на частотах, начиная с единиц мегагерц. Это обстоятельство в совокупности с постоянно ужесточающимися требованиями ЭМС-стандартов заставляет уделять большее внимание влиянию характера и длительностей ПП на ЭМС-характеристики конечного устройства.

Целью работы является

- анализ влияния режима управления ПП жесткого переключения в мощных ТИЗ на коммутационные потери и спектр генерируемой КИРП.

- оптимизация ПП в мощных ТИЗ с целью снижения коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС.

Для достижения указанных целей в работе решаются следующие основные задачи:

1. Анализ методов снижения коммутационных потерь в импульсных преобразователях на мощных ТИЗ.

2. Разработка математической модели переключения тока мощным ТИЗ, работающим в режиме жесткого переключения при наличии схемы управления

с расширенными возможностями регулирования скорости ПП. ^

3. Исследование влияния характеристик ПП в мощных ТИЗ на характер поведения спектра КИРП, генерируемых импульсными преобразователями на мощных ТИЗ.

4. Разработка методики оптимизации режима управления ПП жесткого переключения в ТИЗ с целью снижения коммутационных потерь и достижения соответствия требованиям ЭМС.

-п-и.::

/ '.Гг !•*..„• ,.1

'!*--» \

5. Расчет оптимального режима управления ГШ в мощных МДП-трашисторах и БТИЗ в схемах жесткого переключения. Разработка рекомендаций по снижению коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС, а также рекомендации по улучшению ЭМС-характеристик при минимуме коммутационных потерь.

Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты, впервые достаточно подробно развитые или впервые полученные в настоящей работе:

- Математическая модель жесткого переключения тока мощным МДП-транзистором, управляемым генератором с расширенными возможностями регулирования скорости ПП;

- Закономерности поведения спектра КИРП, генерируемых импульсными преобразователями на основе мощных ТИЗ, с учетом зависимости от характеристик ПП. Аналитические выражения, описывающие изменение огибающей спектра суммарной КИРП при изменении характеристик ПП;

- Высокоэффективная методика автоматизированной оптимизации ГТП в схемах жесткого переключения с использованием БРЮЕ-совместимых программ, позволяющая выбрать наилучший режим управления ПП;

- Результаты оптимизации ПП в повышающем преобразователе напряжения на основе мощных ТИЗ по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС;

- Рекомендации по снижению коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС, а также рекомендации по улучшению ЭМС-характеристик при минимуме коммутационных потерь для различных режимов работы ТИЗ.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

На основе полученных в работе закономерностей поведения спектра КИРП, генерируемых импульсными преобразователями на основе мощных ТИЗ, работающих в режиме жесткого переключения, а также зависимостей коммутационных потерь от режима управления ПП, можно синтезировать схемы управления, обеспечивающие улучшенные энергетические и ЭМС-характеристики указанных устройств.

Разработанная в диссертации методика оптимизации режима управления ПП позволяет сочетать гибкость существующих SPICE-совместимых программ и высокую скорость вычислений, обеспечиваемую за счет использования аналитических выражений для расчета огибающей спектра генерируемой КИРГТ. Кроме того, предложенная методика позволяет выработать алгоритм адаптивного управления ПП в мощных ТИЗ, коммутирующих ток в схемах с нагрузкой, меняющейся в широких пределах. Это дает возможность существенно улучшить их характеристики ЭМС при минимальном росте 1 мощности, рассеиваемой мощным ТИЗ.

Результаты работы могут найти практическое применение при проектировании импульсных устройств силовой электроники различного назначения с улучшенными характеристиками ЭМС: импульсных источников питания, систем управления электроприводом, электронных балластов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы Москалева A.B. докладывались и обсуждались на

VI, VII, VIII международных научно-технических конференциях "Радиолокация, навигация связь", Воронеж, в 2000 г., в 2001 г. и в 2002 г., соответственно.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, грех разделов и заключения. Работа содержит 133 страницы машинописного текста, 68 иллюстраций на 58 листах и библиографический список из 120 наименований. V

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены его цели и задачи. Представлено краткое содержание работы, показана практическая значимость и научная новизна полученных результатов.

Первый раздел диссертации состоит из двух частей. Первая часть посвящена общим вопросам функционирования мощных ТИЗ в качестве ключей в силовых импульсных устройствах, что является необходимым базисом для изложения в последующих разделах вопросов, связанных с оптимизацией энергетических и ЭМС-характеристик указанных устройств. А именно, рассмотрены механизмы потерь в мощных МДП-транзисторах и БТИЗ, причины необходимости контроля скоростей нарастания токов и напряжений dV/dt, dl/dt, а также существующие методы повышения эффективности работы мощных ТИЗ в схемах импульсных преобразователей постоянного напряжения и улучшения ЭМС силовых импульсных устройств на их основе. Основные применяемые на сегодняшний день методы можно разделить на два больших класса:

- активные и пассивные методы мягкого переключения;

- жесткое переключение с оптимизированными ПП включения и выключения. В отличие от классических схем жесткого переключения, в схемах мягкого переключения на время коммутации обеспечивается условие равенства нулю напряжения на силовом ключе (или коммутируемого тока) за счет дополнительного резонансного контура. Это позволяет практически полностью исключить динамические потери. Однако практика применения методов мягкого переключения показывает их следующие недостатки:

1) из-за резонансного принципа ключи (диоды, транзисторы) должны выдерживать большие предельные напряжения (токи), что в конечном итоге ведет к большим потерям на сопротивлении открытого канала;

2) большая часть спектра генерируемых КИРП сосредоточена в области НЧ по сравнению со схемами жесткого переключения. Необходимость вариации частоты преобразования усложняет расчет входного ЭМС-фильтра, а также более сложная схема управления является дополнительным источником помех.

Перспективным в этом смысле является использование жесткого переключения с оптимизированными ПП включения и выключения мощного ТИЗ, что достигается применением управляющего генератора (УГ) с расширенными возможностями регулирования скорости 1111. В схемах жесткого переключения ПП включения и выключения тока в транзисторе вносят различный вклад в суммарные коммутационные потери в силу

следующих причин: а) различие между величиной тока включения 1иш и выключения 1ШХ, зависящее от типа преобразователя и режима его работы: б) особенности переходных процессов коммутации, связанные с физикой работы используемых транзисторов (МДП или БТИЗ). В работе рассмотрена структура УГ (Рис.1), позволяющая раздельно задавать скорость как для ГШ включения и выключения, так и для различных этапов ПП включения тока. По сравнению с традиционными схемами построения УГ, это позволяет ограничить скорость выключения мощного диода на этапе нарастания тока стока (коллектора) и

задать оптимальные скорости ПП

гиг

УГ

сШ датчик

■ 1 напр.

61Л

датчик тока

Рис.1

1 п напряжения при включении и выключении ТИЗ. Таким образом, показано, что на современном этапе развития силовой электроники задача оптимизации ПП для импульсных преобразователей с жестким переключением является актуальной.

Во второй части первого раздела рассмотрена задача математического моделирования силовых полупроводниковых приборов, применяемых в импульсных преобразователях напряжения: мощного МДП-транзистора, БТИЗ и мощного диода с р-п переходом. Задача моделирования КИРП подразумевает комплексный анализ исследуемого устройства. Для данной цели хорошо подходит класс 8Р1СЕ-совместимых программ, что связано с удобством их использования для моделирования относительно сложных схемотехнических решений. В результате проведенного анализа механизмов энергетических потерь в ключах и особенностей жесткого режима переключения с точки зрения ЭМС выявлены наиболее критичные физические эффекты, которые должны быть отражены в математических моделях, используемых в процессе моделирования и последуюхцей оптимизации.

Второй раздел, состоящий из двух частей, целиком посвящен теоретическому и экспериментальному исследованию ПП в схемах жесткого переключения на основе ТИЗ.

В первой части раздела предложена математическая модель и проведено теоретическое исследование импульсного переключения тока мощным МДП-транзистором, нагруженным индуктивностью, шунтированной быстродействующим диодом с р-п переходом. Модель основана на параметрических функциях, что позволило установить общие закономерности изменения характеристик ПП в зависимости от значений параметров: амплитуды управляющего напряжения, омического сопротивления в цепи затвора, параметров транзистора, коммутируемого напряжения и тока. Предложенный подход использован при анализе эффективности метода разделения ПП. Получены в явном виде аналитические выражения для динамических потерь включения при управлении ПП включения с временным разделением на 2 этапа, соответствующих нарастанию и спаду коммутируемого тока. Теоретический анализ ПП жесткого переключения показал, что применение усложненной схемы управления ПП включения может обеспечить улучшение энергетических и ЭМС-характеристик преобразователей в жестком режиме в диапазоне больших мощностей (около 1кВт и выше).

Вместе с тем, громоздкость аналитического описания не дает возможности учесть паразитные элементы, существующие в реальных схемах, поэтому в качестве основного средства моделирования и последующей оптимизации энергетических и спектральных характеристик мощного ключа, коммутирующего ток в режиме жесткого переключения, использовалась ЭРГСЕ-совместимая программа. Для моделирования были выбраны БР1СЕ-модели с учетом требований, полученных в первом разделе. Использовалась ЭРЮЕ-модель мощного диода, основанная на кусочно-линейной модели, для мощного МДП-транзистора использовалась модифицированная модель Кордоннье, для БТИЗ использовалась 8Р1СЕ-модель, основанная на модели Хефнера.

Во второй части раздела описана серия экспериментальных исследований ПП в мощных ТИЗ 11^730 (МДП-транзистор) и 11Ю4ВС30\У (БТИЗ), работающих в повышающем преобразователе напряжения. На основе результатов, полученных в экспериментальном исследовании, известных результатов по исследованию ПП в схемах жесткого переключения, а также теоретических результатов, полученных во втором и третьем разделах, была

синтезирована эквивалентная схема (ЭС) повышающего преобразователя, пригодная для численного моделирования ПП в мощных МДП-транзисторах и БТИЗ, а также КИРП, генерируемых преобразователем. Результаты моделирования ПП выключения и включения в мощном МДП-транзисторе показаны на Рис.2а и 26, где кривые 1,2 и 3 соответствуют сопротивлению в цепи затвора ^=5 Ом, 50 Ом, и 130 Ом, соответственно; квадратами,

треугольниками и ромбами, соответственно, показаны результаты эксперимента для тех же значений .

Рис.2

Из Рис.2 видно, что достаточно точно моделируется как длительность, так и характер ПП. В заключительной части раздела, описана разработанная автором практическая реализация метода управления переключением ТИЗ, основанная на вариации скорости ПП за счет изменения эквивалентного выходного сопротивления УГ. Отличие данной реализации состоит в применении обратной связи, отслеживающей скорость коммутации тока в силовой цепи. Третий раздел работы посвящен решению трех основных задач: исследованию характера поведения спектра КИРП в зависимости от характеристик ПП в мощных ТИЗ, разработке методики оптимизации ПП с помощью ЭВМ и, соответственно, решению задачи о нахождении оптимального режима управления ПП.

В первой части раздела анализируются источники и пути распространения КИРП в типичных схемах импульсных преобразователей. В результате теоретического анализа схемы повышающего преобразователя показано, что спектр суммарной КИРП в области высоких частот ([1 -5-30] МГц)

в наибольшей степени определяется синфазной составляющей, обусловленной быстрыми ПП напряжения. Следовательно, уровень суммарной КИРП может быть снижен за счет увеличения длительностей ПП напряжения на силовом ключе. На Рис.За показаны огибающие спектра суммарной КИРП для случаев постоянного сопротивления в цепи затвора Ома (кривая 1) и ^=100 Ом

(кривая 2), а также граничная кривая стандарта ЭМС (кривая 3). Кривые 2 и 3 имеют выраженный максимум на частоте / »13МГц. Из Рис.За следует, что

увеличение позволяет достичь снижения указанного максимума на

величину где N„(112), - максимумы

огибающей спектра суммарной КИРП при соответствующих значениях

постоянного сопротивления в цепи затвора.

Ы(Г),дБ/мкВ

80 60 40

# > (V П V

Ым, дБ/мкВ 61

0.1

а)

10 ШГЦ Рис.3

60 59 58 57 56 55

Евкл. мкДж

■ _ _

□ * ■ ч< 1

С2 5 ■

а ■ ■ » ^г

а\

V4 \ з

мэ V. •

10 20 30 40 50 ¡¡вкл.Ом б)

45 40 35 30

Применение УГ с расширенными возможностями регулирования скорости ПП удобно рассматривать как источник напряжения с различными значениями эквивалентного выходного сопротивления, равными: Я!0 - для

этапа нарастания тока стока (коллектора), Явкл - для ПП напряжения при включении, Явьпсп - для ПП выключения. Для данного УГ рассчитаны зависимости максимума огибающей суммарной КИРП в области высоких частот и энергии потерь включения Евкл от сопротивления в цепи затвора Явкл при фиксированных значениях Явыкл и (Рис.Зб). Здесь штриховыми

линиями показаны зависимости для МДП-транзистора, сплошными - для БТИЗ. Кривые 1,2 соответствуют полученным теоретическим зависимостям

nu{rbkh) ПРИ RBbmi =4 °M. кривые 3,4 - NM

ВКЛ ) при RBblKn= 32 Ом;

кривые 5,6 - энергия потерь включения Еакл (RBKn). Результаты моделирования в SPICE-программе обозначены заполненными маркерами для МДП-транзистора и пустыми маркерами для БТИЗ. Видно, что наилучшее ослабление суммарной КИРП достигается при одновременном увеличении RBl01 и В.выкл ■ Таким образом, задача оптимизации сводится к нахождению соответствующих оптимальных значений эквивалентного выходного сопротивления, при которых достигается заданное ослабление ДNM при минимуме суммарных потерь в ключе Ez = Евкл + Евыкл + Ес, где Евкл -коммутационные потери включения, Евыкл -. коммутационные потери выключения, Ес - статические потери.

В заключительной части раздела разработана методика оптимизации ПП в схемах жесткого переключения на мощных ТИЗ с целью улучшения их энергетических характеристик при выполнении требований ЭМС. С использованием данной методики проведена оптимизация ПП в схеме повышающего преобразователя для исследуемых ТИЗ с различными нагрузками, т.е. при различных отношениях токов включения и выключения г = 1МАХ / 1иш. В результате получены зависимости относительного роста суммарных потерь в ключе ЬЕг = / Ezo, где Ez - потери при найденных оптимальных значениях, Ez0 - потери при начальных условиях, для ДNM - -ЗдБ, -6дБ и -9дБ, соответственно (Рис.4а). Здесь сплошные кривые соответствуют БТИЗ, штриховые - МДП-транзистору. Из характера данных зависимостей следует, что при больших г (при слабой нагрузке) можно снизить уровень суммарной КИРП на величину до 9 дБ без существенного роста суммарных потерь в ключе. При больших нагрузках возрастание коммутационных потерь становится существенным. При входной мощности преобразователя Р0 -1 кВт (r=l.l), ANM =-6дБ получены значения А£х=33% для МДП-транзистора, 43% для БТИЗ, что соответствует мощности, рассеиваемой транзистором Рт =20Вт и 22Вт, соответственно; при ANM = -9дБ получены значения Рт =47Вт и 48Вт, что превышает предельно допустимые значения для данных приборов. Таким образом, удалось достигнуть снижения

уровня суммарной КИРП в частотной области [ 1 30] МГц на 6 дБ при допустимом росте мощности, рассеиваемой ТИЗ.

На Рис.4б показаны зависимости мощности Рт, нормированной к Р0, где сплошные кривые соответствуют БТИЗ, штриховые - МДП-транзистору. Отметим, что мощность, рассеиваемая транзистором, составляет лишь незначительную часть входной мощности преобразователя, поэтому данное изменение режима ПП приводит к снижению КПД преобразователя на величину не более 1%.

Рис.4

Следовательно, основным фактором в задаче оптимизации является компромисс между выполнением требований ЭМС и мощностью, рассеиваемой транзистором. Таким образом, при наличии резерва по рассеиваемой мощности можно достичь снижения уровня КИРП и наоборот.

Основные результаты и выводы работы

В результате выполнения работы получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ методов снижения коммутационных потерь в импульсных преобразователях на мощных ТИЗ.

2. Разработана математическая модель импульсного переключения тока мощным МДП-транзистором, работающим в режиме жесткого переключения. Исследован характер ПП при наличии схемы управления ТИЗ с расширенными возможностями регулирования скорости ПП.

3. Исследован характер поведения спектра КИРП, генерируемых импульсными преобразователями на основе мощных ТИЗ, с учетом зависимости от характеристик ПП при наличии схемы управления ТИЗ с расширенными возможностями регулирования скорости ПП.

4. Разработана высокоэффективная методика автоматизированной оптимизации ПП в мощном ТИЗ по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС в области КИРП с использованием SPICE-совместимых программ. ''

5. Разработаны рекомендации по снижению коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС, а также рекомендации по улучшению ЭМС-характеркстик при минимуме коммутационных потерь.

На основании результатов, полученных в диссертационной работе, можно сделать следующие выводы:

1. Анализ методов снижения коммутационных потерь в импульсных преобразователях на мощных ТИЗ позволил обосновать актуальность задачи выбора оптимальных режимов ПП в области применения импульсных преобразователей с жестким переключением.

2. Теоретический анализ ПП жесткого переключения показал, что применение усложненной схемы управления ПП включения может обеспечить улучшение энергетических и ЭМС-характеристик повышающего преобразователя в жестком режиме в диапазоне больших мощностей (около 1 кВт и выше).

3. Анализ закономерностей поведения спектра КИРП и требований стандартов ЭМС в области КИРП показал, что критичной областью, зависимой от характера ПП, является область высоких частот ((1-^30) МГц). Показано, что ' доминирующую роль в формировании спектра КИРП повышающего преобразователя в указанной области частот играют синфазные помехи, « обусловленные ПП напряжения на силовом ключе. Получены аналитические выражения, описывающие снижение уровня суммарной КИРП при изменении характеристик ПП.

4. Проведена оптимизация режима жесткого переключения для транзисторов IRF730 и IRG4BC30W с различными нагрузками, т.е. при различных отношениях г = /ЛШ. / / ww. Показано, что для обоих типов приборов применение УГ с расширенными возможностями регулирования скорости ПП

дает наибольший выигрыш по уровню суммарной КИРП в случае малой нагрузки (при г»1): получено снижение уровня КИРП до 6-9 дБ при возрастании суммарных потерь на 2-5%. Показано, что при большой нагрузке основным фактором в задаче оптимизации является компромисс между выполнением требований ЭМС и мощностью, рассеиваемой транзистором: при входной мощности преобразователя Р0 = 1кВт (г=1.1), было получено снижение уровня КИРП на 6дБ при рассеиваемой мощности Рт =20Вт в случае МДП-транзистора и 22Вт в случае БТИЗ. При этом снижение КПД преобразователя составляет менее 1%. Таким образом, при наличии резерва по рассеиваемой мощности можно достичь снижения уровня КИРП и наоборот.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Москалев A.B. Моделирование ключа на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью / A.B. Москалев // Магистрант - 98: Сборник статей магистрантов физического факультета. - Воронеж: ВГУ, 1998.-С. 26-30.

2. Дудкин В.П. Ключ на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью / В.П. Дудкин, A.B. Москалев // VI Международная научно -техническая конференция «Радиолокация, навигация и связь», Воронеж, 25 -27 апреля 2000 г.: Тез. докл. - Воронеж, 2000. - Т. 3. - С. 1982 - 1990.

3. Дудкин В.П. Мощный электронный ключ с активной обратной связью по напряжению / В.П. Дудкин, A.B. Москзлсв // VII Международная научно — техническая конференция «Радиолокация, навигация и связь», Воронеж, 24 -26 апреля 2001 г.: Тез. докл. - Воронеж, 2001. - Т. 3. - С. 1911 - 1916.

4. Дудкин В.П. Ключ на мощном МОП-транзисторе с активной обратной связью / В.П. Дудкин, A.B. Москалев // Твердотельная электроника и микроэлектроника: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 2001. - С. 206 -210.

5. Дудкин В.П. Повышающий преобразователь напряжения на мощном MOSFET с применением активной обратной связи в формирователе управляющего сигнала / В.П. Дудкин, A.B. Москалев // VII -Международная научно - техническая конференция «Радиолокация,

навигация и связь», Воронеж, 23 - 25 апреля 2002; г.: Тез. докл. - Воронеж, 2002.-Т. 3. -С. 2156-2161.

6. Дудкин В.П. Компенсация задержки включения в мощном ключевом каскаде на металл-оксид-полупроводниковом транзисторе с активной параллельной обратной связью по току, управляемой напряжением / В.П. Дудкин, A.B. Москалев // Радиотехника и электроника. - 2002. - Т. 47, №9. - С. 1098 -2000.

7. Дудкин В.П. Мощный ключ на МОП-транзисторе с активной параллельной обратной связью по току, управляемой напряжением / В.П. Дудкин, A.B. Москалев // Известия высш. учеб. заведений. Радиоэлектроника. - 2003. - Т. 46,№8.-С. 75-80.

Заказ № 646 от 22.10 2003 г. Тир. 100 экз. Лаборатория оперативной полиграфии ВГУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Москалев, Александр Витальевич

ВВЕДЕНИЕ.

1.МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ.

1. классификация и эволюция методов снижения потерь и стрессовых нагрузок в импульсных преобразователях на мощных транзисторах с изолированным затвором.

1.1.1 Потери и стрессовые нагрузки в схеме жесткого переключения.

1.1.2 Активные и пассивные методы снижения потерь и стрессовых нагрузок.

1.1.3 Эффективность методов мягкого переключения.

1.2 Моделирование силовых полупроводниковых приборов. ^

1.2.1 Моделирование мощного диода с р-n переходом.

1.2.2 Моделирование мощных МДП - транзисторов.

1.2.3 Моделирование БТИЗ.

Выводы по разделу.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В КЛЮЧАХ НА МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ В РЕЖИМЕ ЖЕСТКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

2.1 Аналитическая модель ПП включения в мощных транзисторах с изолированным затвором.

2.1.1 Математическое описание ПП жесткого переключения во временной области.

2.1.2 Временные аппроксимирующие функции.

2.1.3 Мощность потерь переключения.

2.2 Экспериментальное исследование ПП жесткого переключения в мощных МДП-транзисторах и БТИЗ.

2.2.1 Экспериментальное исследование ПП в повышающем преобразователе на основе МДП-транзистора 1К.Р730.

2.2.2 Экспериментальное исследование ПП в повышающем преобразователе на основе БТИЗ ШХМВСЗОУ/.

2.2.3 Практическая реализация ОС по току в повышающем преобразователе на 11^730.

Выводы по разделу.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ КОММУТАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ И КИРП, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ИМПУЛЬСНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

В РЕЖИМЕ ЖЕСТКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ.

3 1 Теоретическое исследование генерации КИРП в схемах жесткого переключения на мощных транзисторах с изолированным затвором.

3.1.1 Проблемы ЭМС в области силовой электроники.

3.1.2 Распространение КИРП. Синфазные и дифференциальные помехи. 8?

3.1.3. Генератор периодических импульсов с конечными длительностями фронтов как источник помех.

3.2 Разработка методики моделирования КИРП в схемах жесткого переключения на мощных транзисторах с изолированным затвором.

3.2.1 Моделирование КИРП в 8Р1СЕ-совместимых программах. Проблемы.

3.2.2 Методика численного моделирования КИРП в БРЮЕ-симуляторе программного пакета Огсас19.1.

3.2.3 Использование методики для моделирования ЭМС-характеристик повышающего преобразователя с помощью 8Р1СЕ-программы.

3 3 Разработка методики оптимизации ПП в схемах жесткого переключения на мощных ТИЗ с целью улучшения энергетических и ЭМС -характеристик. 10?

3.3.1 Обоснование необходимости учета характера ПП в повышающем преобразователе для исследования его совместимости со стандартами ЭМС в области КИРП.

3.3.2 Связь временных параметров ПП с энергетическими потерями и ЭМС.

3.3.3 Моделирование суммарной КИРП в повышающем преобразователе с неидеальным фильтром питания при различных режимах управления переходными процессами.

3.3.4 Теоретическое обоснование метода оптимизации ПП, использующего соотношение огибающих спектра.

3.3.5 Примеры оптимизации повышающего конвертера.

Выводы по разделу.

Введение диссертация по физике, на тему "Оптимизация переходных процессов в мощных транзисторах с изолированным затвором"

Работа посвящена вопросам оптимизации переходных процессов в мощных транзисторах с изолированным затвором, предназначенных для коммутации тока в реактивной нагрузке (в импульсных источниках электропитания, системах управления электродвигателями, электронных балластах), по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований стандартов на уровень помех, генерируемых указанными устройствами. Основная часть работы посвящена оптимизации переходных процессов в режиме жесткого переключения.

Актуальность темы

За последние два десятилетия силовая электроника стала одной из самых быстроразвивающихся областей науки и техники. Действительно, к настоящему моменту полностью сменилась элементная база силовой электроники: биполярные транзисторы вытеснены более простыми в управлении мощными металл-диэлектрик-полупроводниковыми транзисторами (МДП) и биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ). В связи с этим значительно упростилось проектирование устройств силовой импульсной электроники и, как следствие, сфера применения расширилась на те области, где ранее применение данных устройств было экономически нецелесообразным. Вместе с тем. возрастание объемов применения импульсных устройств силовой электроники порождает новые проблемы. Требование снижения массогабаритных показателей силовых импульсных устройств в промышленной аппаратуре приводит к необходимости уменьшать размеры и массу индуктивных элементов (трансформаторов, дросселей), что достигается путем повышения частоты преобразования. В то же время, с ростом частоты преобразования растут коммутационные потери, доля которых в общей величине энергетических потерь в типичных схемах жесткого переключения может составлять свыше 50% от суммарных потерь. Кроме того, повышенные энергетические потери во время переходных процессов (ПП) коммутации могут привести к перегреву кристалла и выходу из строя прибора. Следовательно, одним из путей повышения КПД преобразования и улучшения теплового режима ключей является снижение длительностей ПП. В то же время, работа импульсных преобразователей связана с генерацией помех, спектр которых в значительной степени зависит от длительностей и характера ПП в силовых ключах. Следовательно, для удовлетворения ограничений современных стандартов (ГОСТ, FCC, CISPR, VDE, EN и т.д.) на уровень генерируемых помех, необходимо контролировать скорость переключения тока в силовых ключах. При этом особый интерес представляет проблема ЭМС в области кондуктивных* индустриальных радиопомех (КИРП), рассмотрению которых в настоящее время уделено недостаточно внимания.

Таким образом, существуют два противоречивых требования с одной стороны, необходимо минимизировать длительности ПП для снижения потерь переключения; с другой стороны, слишком быстрое переключение приводит к росту амплитуды спектральных составляющих в ВЧ-области и возникновению резонансных пиков, вызванных ростом амплитуды паразитных осцилляций. Следовательно, актуальной проблемой является оптимизация ПП в мощных транзисторах по критерию оптимального соотношения потерь переключения и выполнения требований ЭМС в отношении КИРП.

Состояние исследуемой проблемы

Мощные МДП-транзисторы и БТИЗ, широко используемые в современной силовой электронике, по принципу управления удобно кондуктивные - распространяющиеся по проводам и проводящим конструкциям рассматривать как один класс мощных транзисторов с изолированным затвором (ТИЗ). Типичный режим работы для ТИЗ - режим жесткого переключения: при этом транзистор в течение времени ПП, подвергается стрессовой нагрузке и рассеивает энергию, называемую коммутационными потерями [17,29,33,71,72,73]. Современные мощные ТИЗ (МДП-транзисторы и БТИЗ) обладают высокой нагрузочной способностью за счет большой площади кристалла и имеют существенные междуэлектродные емкости, которые оказывают основное влияние на инерционность ГШ в режиме жесткого переключения. Таким образом, критичным узлом становятся мощные управляющие генераторы (УГ), способные коротким импульсом тока зарядить эквивалентную входную емкость прибора • Наличие паразитных компонентов (индуктивностей и емкостей), приводит к паразитным осцилляциям и выбросам как во входной, так и в силовой цепи, что, во-первых, ухудшает параметры ЭМС устройства; во-вторых, может вызвать неустойчивость в работе УГ и привести к выходу из строя всей схемы.

Этими причинами обусловлен значительный интерес к более экономичным схемам т.н. «мягкого» переключения. Принцип всех подобных методов состоит в наличии дополнительной реактивности, куда на время ПП «откачивается» та часть энергии, которая выделяется в виде тепла при переключении в жестком режиме. При этом достигается переключение тока в транзисторе при нулевом напряжении (ПНН) или переключение напряжения при нулевом токе (ПНТ). Этот принцип может быть реализован как пассивным методом, так и активным (с помощью дополнительных ключей). Общие принципы построения преобразователей с пассивным мягким переключением подробно рассмотрены в [10.19.251 Ф Активные методы [28,30,32,33] предоставляют более гибкие возможности в применении к различным топологиям преобразователей, но в то же время обладают существенным недостатком, связанным с потерями энергии в дополнительных ключах. В работе [24] показано, что далеко не все из ранее предложенных схем активного мягкого переключения дают реальный выигрыш в КПД преобразователей, а только те, где соблюдаются условия мягкого переключения, как для основного, так и для дополнительных ключей. Первый существенный недостаток схем мягкого переключения состоит в повышенных статических нагрузках ключа: так, в случае ПНН необходимо применять транзисторы с напряжением пробоя.минимум вдвое выше необходимого в случае эквивалентной базовой схемы на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ); аналогично, в случае ПНТ транзистор должен выдерживать повышенный ток в течение времени Г1П. Второй существенный недостаток заключается в неуниверсальности применения схем ПНН и ПНТ: так схема ПНН может быть использована в схеме повышающего преобразователя постоянного тока лишь при соблюдении условия: V(m, 2V,,, [31]. И, наконец, при относительно высоких мощностях и напряжениях реализация резонансных элементов, необходимых для достижения условий ПНН (ПНТ), становится нетривиальной. Таким образом, несмотря на очевидные преимущества схем, реализующих мягкое недиссипативное переключение, существуют области применения, где схемам с жестким переключением нет альтернативы.

Среди источников, посвященных оптимизации характеристик ЭМС схем с жестким переключением можно выделить работы [90,92,103,104,105], посвященные оптимизации параметров входных ЭМС-фильтров. В [ЮЗ] показано, что расчет фильтра для удовлетворения требований ЭМС в области низких частот (НЧ) ([10 -г 500] кГц) для синфазной помехи базируется на уровне первой гармоники частоты коммутируемого тока: при этом предполагается, что ослабление фильтра в области высоких частот (ВЧ) ( [0,5 ч-30] МГц ) достаточно для подавления высокочастотного шума, и требования ЭМС в ВЧ-области автоматически выполняются. В реальности, из-за наличия паразитных элементов и неточного согласования импедансов ЭМС-фильтра и питающей сети часто не удается реализовать требуемое подавление при использовании фильтров с достаточным заявленным затуханием в данной области частот [98,99]. Известно, что требования к подавлению в ВЧ-области можно снизить, снижая скорость ПП [93,112]. В существующих публикациях по моделированию помех в ВЧ-области нет достаточно полного теоретического обоснования тех или иных шумовых моделей ПП, а также отсутствуют теоретически обоснованные методики оптимизации ЭМС в ВЧ-области для кондуктивных индустриальных радиопомех (КИРП)[109,110]. В данной работе предлагается подход, позволяющий выработать методику оптимизации ПП по критерию выполнения требований ЭМС в отношении КИРП совместно с минимизацией коммутационных потерь.

Цели работы:

- анализ влияния режима управления переходными процессами жесткого переключения тока в МДП-транзисторах и БТИЗ на коммутационные потери и соответствие требованиям ЭМС.

- оптимизация ПП в мощных транзисторах, управляемых затвором с целью снижения коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС

Для достижения указанных целей в работе решаются следующие основные задачи

1. Анализ методов снижения коммутационных потерь в импульсных преобразователях на мощных ТИЗ;

2. Разработка математической модели переключения тока мощным ТИЗ, работающим в режиме жесткого переключения при наличии схемы управления с расширенными возможностями регулирования скорости ГШ:

3. Исследование влияния характеристик ПП в мощных ТИЗ на характер поведения спектра КИРП, генерируемых импульсными преобразователями на мощных ТИЗ;

4. Разработка методики оптимизации режима управления ПП жесткого переключения в ТИЗ с целью снижения коммутационных потерь и достижения соответствия требованиям ЭМС;

5. Расчет оптимального режима управления ПП в мощных МДП-транзисторах и БТИЗ в схемах жесткого переключения. Разработка рекомендаций по снижению коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС, а также рекомендации по улучшению ЭМС-характеристик при минимуме коммутационных потерь.

На защиту выносятся следующие результаты, впервые достаточно подробно развитые или впервые полученные в настоящей работе:

- Высокоэффективная методика автоматизированной оптимизации ПГ1 в схемах жесткого переключения с использованием БРЮЕ-совместимых программ, позволяющая выбрать наилучший режим управления ПП:

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. В диссертационной работе разработана математическая модель ПП жесткого включения тока в ключевом каскаде на мощном МДП-транзисторе, коммутирующем ток в индуктивной нагрузке, шунтированной быстродействующим диодом с р-п переходом, что позволило установит!, общие закономерности изменения характеристик ПП в зависимости от значений параметров управляющего сигнала, параметров силовой цепи и используемого транзистора.

2. Разработана методика моделирования ПП жесткого переключения в БРЮЕ-совместимых программах, основанная на приближении стационарного режима для макропараметров ключевого каскада на мощном ТИЗ. Результаты моделирования ПП с помощью данной методики проверены на экспериментальном стенде. С помощью данной методики впервые исследованы закономерности поведения спектра КИР11. генерируемых импульсными преобразователями на основе мощных ТИЗ, с учетом зависимости от характеристик ПП при наличии схемы управления ТИЗ с расширенными возможностями регулирования скорости ПП.

3. Впервые предложены высокоэффективная методика и алгоритм автоматизированной оптимизации ПП в схемах жесткого переключения по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований стандартов на уровень КИРП. На их основе проведена оптимизация ПП в повышающем преобразователе для случаев применения в качестве силового ключа мощного МДП-транзистора и БТИЗ при различных нагрузках, а также выработаны рекомендации по снижению коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

Разработанная в диссертации методика оптимизации режима управления ПП позволяет сочетать гибкость существующих 8Р1СЕ-совместимых программ и высокую скорость вычислений, обеспечиваемую за счет использования аналитических выражений для расчета огибающей спектра генерируемой КИРП. Кроме того, предложенная методика позволяет выработать алгоритм адаптивного управления ПП в мощных ТИЗ, коммутирующих ток в схемах с нагрузкой, меняющейся в широких пределах. Это дает возможность существенно улучшить их характеристики ЭМС при минимальном росте мощности, рассеиваемой мощным ТИЗ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех разделов и заключения, Работа содержит 133 страницы машинописного текста и 68 иллюстраций на 58 листах, библиографического списка из 120 наименований на 16 листах.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Выводы по разделу

1. Проведено теоретическое исследование генерации КИРП в схемах жесткого переключения на мощных транзисторах с изолированным затвором. Проведен анализ требований стандартов на ЭМС в области КИРП и показано, что критичной областью, зависимой от характера ПП, является область высоких частот (1ч-30 МГц). Показано, что доминирующую роль в формировании спектра суммарной КИРП повышающего конвертера в указанной области частот играют синфазные помехи.

2. Разработана методика совместного моделирования коммутационных потерь и КИРП в схеме жесткого переключения на основе мощных ТИЗ в 8Р1СЕ-совместимых программах. Установлены основные свойства спектра КИРП, генерируемых импульсными преобразователями на основе мощных ТИЗ, с учетом зависимости от характеристик ПП.

3. Разработана высокоэффективная методика автоматизированной оптимизации ПП в схемах жесткого переключения по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС в области КИРП с использованием 8Р1СЕ-совместимых программ, позволяющая выбрать наилучший режим управления ПП. Приведены примеры использования разработанной методики для оптимизации режима жесткого переключения для транзисторов ГОТ730 и ПЮ4ВС30\У с различными нагрузками. Показано, что для обоих типов приборов применение метода раздельного управления ПП включения и выключения дает наибольший выигрыш по уровню суммарной КИРП в случае малой нагрузки (при большом уровне пульсаций входного тока). Также показано, что существенный выигрыш по коммутационным потерям дает применение разделения ПП включения на 2 временных интервала с раздельным управлением при больших нагрузках (при малом уровне пульсаций входного тока).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе исследовано влияние режима управления ПП жесткой коммутации тока в МДП-транзисторах и БТИЗ на коммутационные потери и соответствие требованиям ЭМС в области кондуктивных индустриальных радиопомех (КИРП). Разработанная методика оптимизации ПП по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований современных стандартов ЭМС в области КИРП позволила провести оптимизацию режима управления ПП в повышающем преобразователе на основе мощных МДП-транзисторов и БТИЗ. На основе результатов проведенной оптимизации можно сделать обоснованный выбор наилучшего режима управления ПГ1 для указанного класса приборов при различных режимах работы импульсного преобразователя с жестким переключением.

В результате выполнения работы получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ методов снижения коммутационных потерь в импульсных преобразователях на мощных ТИЗ.

3 Исследован характер поведения спектра КИРП, генерируемых импульсными преобразователями на основе мощных ТИЗ, с учетом зависимости от характеристик ПП при наличии схемы управления ТИЗ с расширенными возможностями регулирования скорости ПП. 4. Разработана высокоэффективная методика автоматизированной оптимизации ПП в мощном ТИЗ по критерию минимизации коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС в области КИРП с использованием БРЮЕ-совместимых программ. 5. Разработаны рекомендации по снижению коммутационных потерь при выполнении требований ЭМС, а также рекомендации по улучшению ЭМС-характеристик при минимуме коммутационных потерь.

На основании результатов, полученных в диссертационной работе, можно сделать следующие выводы:

1. Анализ методов снижения коммутационных потерь в импульсных преобразователях на мощных ТИЗ позволил обосновать целесообразность решения задачи выбора оптимальных режимов ПП в области применения импульсных преобразователей с жестким переключением.

3. Анализ закономерностей поведения спектра КИРП и требований стандартов ЭМС в области КИРП показал, что критичной областью, зависимой от характера ПП, является область высоких частот ((] -=-30) МГц). Показано, что доминирующую роль в формировании спектра КИРП повышающего преобразователя в указанной области частот играют синфазные помехи, обусловленные ПП напряжения на силовом ключе. Получены аналитические выражения, описывающие снижение уровня суммарной КИРП при изменении характеристик ПП.

4. Проведена оптимизация режима жесткого переключения для транзисторов 1КТ730 и ГОСМВСЗОХУ с различными нагрузками, т.е. при различных отношениях г-1шхЧМ1к. Показано, что для обоих типов приборов применение УГ с расширенными возможностями регулирования скорости ПП дает наибольший выигрыш по уровню суммарной КИРП в случае малой нагрузки (при г» 1): получено снижение уровня КИРП до 6-9 дБ при возрастании суммарных потерь на 2-5%. Показано, что при большой нагрузке основным фактором в задаче оптимизации является компромисс между выполнением требований ЭМС и мощностью, рассеиваемой транзистором: при входной мощности преобразователя Ра=\кВт (г=1.1), было получено снижение уровня КИРП на 6дБ при рассеиваемой мощности Рт =20Вт в случае МДП-транзистора и 22Вт в случае БТИЗ. При этом снижение КПД преобразователя составляет менее 1%. Таким образом, при наличии резерва по рассеиваемой мощности можно достичь снижения уровня КИРП и наоборот.

Также показано, что существенный выигрыш по коммутационным потерям дает применение разделения ПП включения на 2 временных интервала с раздельным управлением при больших нагрузках (при г» 1). Приведено описание разработанного в процессе исследования экспериментального УГ, позволяющего реализовать указанный метод управления ПП. В рассмотренной схеме повышающего преобразователя, при /^=0,5кВт, при наличии резерва по уровню КИРП в ЗдБ, удалось достичь снижения коммутационных потерь на 9% для БТИЗ и на 20% для МДП-транзистора; суммарных потерь - на 7% и 4%, соответственно.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Москалев, Александр Витальевич, Воронеж

1. Chokhawala, R. Switching voltage transient protection schemes for high current IGBT modules / R. Chokhawala, S. Sobhani // IEEE Trans, on Industry Applications. 1997. - Vol. 33, N6,- P. 1601-1610.

2. Rossetto, L. Conducted EMI Issues in a Boost PFC Design-/ L. Rossetto, S Buso, G. Spiazzi // IEEE Trans, on Industry Applications. 2000. - Vol. 36, N 2, - P. 578-585.

3. Watson, R. New Techniques in the Design of Distributed Power Systems / R Watson / Ph.D. Dissertation, Virginia Polytechnic Institute. Blacksburg. 1998.- 258 p.

4. A Comparative Investigation on the Use of Random Modulation Schemes for DC/DC Converters / K.K. Tse, H.S.H. Chung, S.Y.R. Huí, H.C. So // IEEE Trans, on Industrial Electronics 2000. - Vol. 47, N 2, - P. 245-252.

5. Spectral Characteristics of random carrier frequency switching in off-line switched mode power supply / K.K. Tse, H.S.H. Chung, S.Y.R. Hui, H.C So // IEEE Trans, on Industrial Electronics 2000. - Vol. 47, N 4, P. 139-145

6. Stankovic, A. M. Randomized Modulation of Power Converters via Markov Chains / A. M. Stankovic, G. C. Verghese, D. J. Perreault // IEEE Trans on Control Systems Technology. 1997. - Vol. 5, N 1, - P. 157-166.

7. Simple high performance three-phase boost rectifiers / Y. Jiang, H. Mao, F.C. Lee, D. Borojevic // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Taipei, Taiwan, June 20-25, 1994: Proc. Taipei, 1994. - Vol. 2, P. 1 158 -1164.

8. Chen, J. A New Low-Stress Buck-Boost Converter for Universal-Input PI C Applications / J. Chen, D. Maksimovic, R. Erickson // IEEE Applied Power Electronics Conference, New Orleans, Feb. 6-10, 2001. Proc. New Orleans, 2001.-P. 343 -349.

9. Buso, S. Simplified Control Technique for High-Power-Factor Flyback Cuk and Sepic Rectifiers Operating in CCM / S. Buso, G. Spiazzi, D. Tagliavia // IEEE Trans, on Industry Applications. 2000. - Vol. 36, N 5, - P 13541363.

10. Jovanovic, M.M. A New, Soft-Switched Boost Converter with Isolated Active / M. M. Jovanovic, Y. Jang // IEEE Trans, on Industry Applications. -1999 Vol. 35, N2,- P. 496-502.

11. Perreault, D. J. Design and Evaluation of a Cellular Rectifier System With Distributed Control / D. J. Perreault, J. G. Kassakian // IEEE"Trans. Industrial Electronics. 1999. - Vol. 46, N 3, - P. 495-503.

12. Jovanovic, M.M. A Technique for Reducing Rectifier Reverse-Recovery-Related Losses in High-Power Boost Converters / M.M. Jovanovic // IEEE Trans, on Power Electronics. 1998. - Vol. 13, N 5, - P. 932-941

13. Jovanovic, M.M. A Novel Active Snubber for High-Power Boost Converters M. M. Jovanovic, Y. Jang // IEEE Trans, on Power Electronics. 2000. Vol. 15, N2,- P. 278-284.

14. Smith, K.M., Jr. Properties and synthesis of passive lossless soft-switching PWM converters / K.M. Smith, Jr., K.M. Smedley // IEEE Trans, on Power Electronics. 1999. - Vol. 14, N 5, - P. 890-899.

15. Levy, H. Analysis and evaluation of a lossless turn on snubber / H. Levy, 1 Zafrany, G. Ivensky, S. Ben-Yaakov // IEEE Applied Power Electronics conference, Atlanta, Oct. 5-9, 1997: Proc. Atlanta, 1997. - P. 634-640

16. Reducing IGBT losses in ZCS Series Resonant Converters / G. Ivensky. 1 Zeltser, A. Kats, S. Ben-Yaakov // IEEE Trans, on Industrial Electronics 1997. Vol. 46, N 1,- P. 67-74.

17. Ivensky, G. A soft switcher optimized for IGBT's in PWM topologies / G. Ivensky, D. Sidi, S. Ben-Yaakov // INT. J. Electronics. 1997. - Vol. 83, N 5,- P. 703-716.

18. Jang, Y. A new technique for reducing switching losses in pulse-width-modulated boost converter / Y. Jang and M. M. Jovanovic // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Charleston, SC, June 20-25, 1999: Proc. -Charleston, 1999. P.993-998.

19. Mizoguchi, T. A family of single-switch ZVS-CV DC to DC converters / T Mizoguchi, T. Oghai, T. Ninomiya // IEEE Applied Power Electronics Specialists Conf., Orlando, Feb. 13-17, 1994: Proc. Orlando, 1994 Vol.2 -P. 1392 - 1398.

20. Ben-Yaakov, S. Optimization of the auxilary switch components in a flying capacitor ZVS PWM converters / S. Ben-Yaakov, G. Ivensky, O Levitin H IEEE Applied Power Electronics Conf., Dallas, Texas, March 5-9, 1995: Proc. Dallas, 1995,- P. 503-509.

21. Zhang, J. An Improved CCM Single-Stage PFC Converter with a Low-Frequency Auxiliary Switch / J. Zhang, F.C. Lee // IEEE Applied Power Electronics Specialists Conf., Dallas, March 14-18, 1999: Proc. Dallas. 1999 -P. 1392 - 1398.

22. Stein, C.M.O. A True ZCZVT Commutation Cell for PWM Converters / C.M.O. Stein, H. L. Hey // IEEE Trans, on Power Electronics. 2000. - Vol 15, N 1,- P. 185-193.

23. Vilela, M.S. PWM soft-switching converters using a single active switch / M.S. Vilela, E.A.A. Coelho, J.B. Vieira Jr. // IEEE Applied Power

24. Electronics Conference, San Jose, California, March. 3-7, 1996: Proc. San Jose, 1996. -P. 299-304.

25. Choi, HS. Novel Zero-Current-Switching (ZCS) PWM Switch Cell Minimizing Additional Conduction Loss / H.S. Choi, B.H. Cho // IEEE Trans, on Industrial Electronics. 2002. - Vol. 49, N 1, - P. 196-205.

26. Fiel, A. MOSFET Failure Modes in the Zero-Voltage-Switched Full-Bridge Switching Mode Power Supply Applications / A. Fiel, T. Wu // IEEE Applied Power Electronics Conference, Anaheim, California, March 4-8, 2001: Proc Anaheim, 2001. - P. 657-662.

27. Ma, C.L. A simple power diode model with forward and reverse recovery C.L. Ma, P.O. Lauritzen // IEEE Trans. Power Electronics. 2002. Vol. 8. N 2, - P. 342-346.

28. Ma, C.L. Modeling of power diodes with the lumped- charge modeling technique / C.L. Ma, P.O. Lauritzen, J. Sigg // IEEE Trans Power Electronics. 2002. - Vol. 12, N 3, - P. 483-487.

29. Xu, C.H. Modeling and simulation of power MOSFETs and power diodes / C.H. Xu, D. Schroder // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Kyoto, Japan, April 11-14, 1988: Proc.-Kyoto, 1988. P. 650-657.

30. Scott, R.S. An accurate model for power DMOSFET including mterelectrode capacitance /R.S. Scott, G.A. Franz // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Paris, June 10-15, 1990: Proc. Paris, 1990. - P. 192-198.

31. Budihardjo, I.K. Performance requirements for power MOSFET models I.K. Budihardjo, P.O. Lauritzen, H.A. Mantooth // IEEE Trans. Power Electronics. 1997. - Vol. 12, N 1, - P. 361-366.

32. Andersson, M. SPICE Macromodel for Power DMOS transistors / M. Andersson, P. Kuivalainen // I5the Nordic Semiconductor Meeting, June 811, Hameenlinna, Finland, 1992: Proc. Orlando, 1994. - P. 21-26.

33. Budihardjo, l.K. The lumped-charge power MOSFET model, including parameter extraction / I.K. Budihardjo, P.O. Lauritzen // IEEE Trans Power Electronics. 1995. - Vol. 10, N 5, - P. 412-418.

34. Lauritzen, P.O. A Basic IGBT Model with Easy Parameter Extraction / P.O. Lauritzen, G.K. Andersen, M. Helsper // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Vancouver, BC, Canada, June 17-21, 2001: Proc. Vancouver. 2001.-P. 546-551.

35. Sheng, K. A Review of IGBT Models / K. Sheng, S.J. Finney, B.W. Williams // IEEE Trans. Power Electronics. 2000. - Vol. 15, N 6, - P. 1250-1266.

36. IGBT switching losses / K. Sheng, S.J. Finney, B.W. Williams et al. // Second International Conference on Power Electronics and Motion Control, Hangzhou, China, 1997. Proc. -Hangzhou, 1997. Vol.1 - P. 274 - 277.

37. Hefner, A.R. An Investigation of the Drive Circuit Requirements for the Power Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) / A.R. Hefner // IEEE Trans on Power Electronics., 1991. - Vol. 6, N 2, - P. 208-219.

38. Hefner, A.R., Jr. An experimentally verified IGBT model implemented in Saber circuit simulator / A.R. Hefner Jr., D.M. Diebolt // IEEE Trans, on Power Electronics., 1994. - Vol. 4, N 7, - P. 532-542.

39. P. 1578-1585. 55.IRF730 Data Sheet, International Rectifier 56.HFA08TB60 Data Sheet, International Rectifier 57.IRG4BC40W Data Sheet, International Rectifier

40. Liu, Y. Performance Analysis of a Novel Dual-gate IGBT / Y. Liu, A Q Huang // Virginia Center for Power Electronics Systems Seminar. Blacksburg, 2001: Proc.-Blacksburg, 2001.-Vol.1 P. 274-277.

41. Hybrid MOS-Gated Bipolar Transistor Using High-Voltage 4H-SiC, BJT / Y. Tang, T P. Chow, A.K. Agarwal et al. // Virginia Center for Power Electronics Systems Seminar, Blacksburg, 2001: Proc. Blacksburg, 2001. Vol.1 -P. 112-115.

42. Bober, G Ultrafast IGBTs Beats MOS in Switching Applications / G. Bober,

43. B. Arlt, F. Lokuta // International Conference on Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM'97), Nürnberg, Germany, June 27-29, 1997: Proc. Nürnberg, 1997. - P. 319-325.

44. Wheatley, C.F., Jr. Switching Waveforms of the L2 FET: A 5-Volt GateDrive Power MOSFET / C.F. Wheatley Jr., H.R. Ronan Jr. // Power Electronic Specialists Conference, Gaithersburg, Germany, June 19-21, 1984: Proc. Gaithersburg, 1984. - P.238-242.

45. Wheatley, C.F., Jr. Power MOSFET Switching waveforms: A New Insight /

46. C.F. Wheatley Jr., H R. Ronan Jr. // Powercon II, April 1984: Proc. -1984. P. C-3 -C-9.

47. Natarajan, R. Design and Simulation of Integrated DMOS-IGBT/MPS-Rectifier Power Device / R. Natarajan, T P. Chow // Virginia Center for Power Electronics Systems Seminar, Blacksburg, 2002: Proc. Blacksburg. 2002. - P. 480-486.

48. Andersson, M. Simulation of an Electronic Lamp Ballast Circuit / M Andersson, H. Pohjonen // 15th Nordic Semiconductor Meeting, 8-11 June, Hameenlinna, Finland, 1992: Proc. Hameenlinna, 1992. - P. 27-31.

49. Characterisation of dual gate lateral inversion layer emitter transistor / U.N.K. Udugampola, G.F.W. Khoo, K. Sheng et al. // International Conference on Power Electronics Machines and Drives, Bath, U.K., April 2002: Proc. -Bath, 2002. P. 557-561.

50. Udrea, F. A study of the CoolMOS integral diode: analysis and optimisation ' F. Udrea, K. Sheng, G.A.J. Amaratunga // IEEE International Semiconductor Conference (CAS 2001) Piscataway, NJ, USA, 2001: Proc. Piscataway, 2001. - Vol. 2-P. 461-464.

51. Switching Characteristics of NPT- and PT- IGBTs under Zero-Voltage Switching Conditions / B.M. Song, H. Zhu, J.S. Lai, A.R. Hefner, Jr. // IEEE Industrial Application Society, Phoenix, Arizona, Oct. 13-16, 1999: Proc Phoenix, 1999.-P. 125-131.

52. Loss Evaluation of Different Continuous-Conduction-Mode Boosl PFC topologies with Simulation Tool / W. Chen, J. Liu, J. Zhang et al. // Virginia Center for Power Electronics Systems Seminar, Blacksburg, 2001: Proc Blacksburg, 2001 P. 367-370.

53. Loss mechanisms in IGBTs under zero voltage switching / A. Kurnia, O.H. Stielau, G. Venkataramanan, DM. Divan // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Toledo, Spain, June 29-July3, 1992: Proc. Toledo, 1992. - Vol. 2, P. 1011 - 1017.

54. Numerical Method for Evaluating IGBT Losses, Fairchild Semiconductor, Application Note, AN-7520.

55. A New Adaptive Driving Technique for High Current Gate Controlled Devices / A. Galluzzo, M. Melito, S. Musumeci et al. // IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, Orlando (USA), 1994: Proc Orlando, 1994-P. 480-486.

56. Kuratii, С. А 16А IGBT Gate-Drive ASIC in a 15V, Зцт BiCMOS Technology / C. Kuratli, A. Biber, Q. Huang // Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Athens, July 1995: Proc. -Athens, 1995. P. 491-494.

57. Park, S., A Self-Boost Charge Pump Topology for a Gate Drive High-Side Power Supply / S. Park, T.M. Jahns // IEEE Applied Power Electronics conference, Miami Beach, FL, Feb. 9-13, 2003: Proc. Miami, 2003. - P. 1347-1350.

58. Motto, E.R. Hybrid Circuits Simplify IGBT Module Gate Drive / E.R. Motto // International Conference on Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM'99), Nürnberg, Germany, 1999: Proc. Nürnberg, 1999. - P. 892899.

59. Neascu, D.O. Active Gate Drivers for Motor Control Applications / DO Neascu // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Vancouver, Canada, June 17-22, 2001: Proc. Vancouver, 2001. - Vol. 1 - P I 18 - 128

60. Motto, E.R. Evaluating the Dynamic Performance of High Current IGBT Modules / E.R. Motto // International Conference on Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM'94), Nürnberg, Germany, June 28-30, 1994: Proc. Nürnberg, 1994. - P. 268-271.

61. Агаханян, T.M. Линейные импульсные усилители / T.M. Агаханян. M.: Связь, 1970.-472 с.

62. Park, S. Flexible dv/dt and di/dt Control Method for Insulated Gate Power Switches / S. Park, Т. M. Jahns // Virginia Center for Power Electronics

63. Systems Seminar, Blacksburg, 2001: Proc. Blacksburg, 2001. - Vol l - P.60 66.

64. John, V. Fast-clamped short-circuit protection of IGBT's / V. John, B S. Suh. T.A. Lipo // IEEE Trans, on Industry Applications. 1999. - Vol. 35, N 2, -p. 477-486.

65. Gerster, Ch. Gate-controlled dv/dt- and di/dt-limitation in high power IGBT converters / Ch. Gerster, P. Hofer // EPE Journal 1996. - Vol. 5, N 3/4, P. 11-16.

66. Wu, M.K.W. Development of an Integrated CAD Tool for Switching Power Supply Design With EMC Performance Evaluation / M.K.W. Wu, C. K. Tse, O.B.P. Chan // IEEE Transactions on Industry Applications 1998. - Vol 34, N2,-P. 364-373.

67. Characterization and comparison of noise generation for quasi-resonant and pulse-width modulated converters / L. Hsiu, M. Goldman, A.F. Witulski et al // IEEE Transactions on Power Electronics. 1994. - Vol. 9, N 4, - P. 361367.

68. Albach, M. Conducted interference voltage of AC-DC converters / M. Albach // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Vancouver, Canada, June 20-25, 1986: Proc. Vancouver, 1986. -P. 203 - 212.

69. Albach, M. An AC-DC converter with low mains current distortion and minimized conducted emissions / M. Albach // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Aachen, June 20-25, 1989: Proc. Aachen, 1989. P.457-460.

70. Albach, M. How to avoid filters in off-line power supplies/ M. Albach / IEEE Power Electronics Specialists Conference, Brighton, June 20-25, 1993: Proc. Brighton, 1993. - Vol.3 - P.52-57.

71. Rossetto, L. Boost PFC with 100-Hz Switching Frequency Providing Output Voltage Stabilization and Compliance with EMC Standards / L. Rossetto, G Spiazzi, P. Tenti // IEEE Trans, on Industry Applications. 2000. - Vol. 36, N 1,- P. 657-664.

72. Comparison of EMI performance of PWM and resonant power converters / P. Caldeira, R. Liu, D. Dalai, W.J. Gu // IEEE Power Electronics Specialists

73. Conference, Charleston, June 20-25, 1993: Proc. Charleston, 1993. - Vol. 2 -P. 134- 140.

74. Scheich, R. EMI conducted emission in the differential mode emanating from a SCR: phenomena and noise level prediction / R. Scheich, J. Roudet // IEEE Trans, on on Power Electronics. 1995. - Vol. 10, N 2, - P. 578-585.

75. Ferreira, J.A. Sources, paths and traps of conducted EMI in switch mode circuits / J.A. Ferreira, P.R. Willcock // IEEE Industrial Applications Society Annual Meeting, New Orleans, Oct. 5-9, 1997: Proc. New Orleans, 1997. P. 1584 - 1591.

76. Zhang, W. Integrated EMI/Thermal Design for Switching Power Supplies / W. Zhang / M.S. Dissertation, Virginia Polytechnic Institute. Blacksburg, 1998. - 119 p.

77. Ivensky, G. A Novel Three-Phase Rectifier with Reduced THD / G. Ivensky, S. Ben-Yaakov // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Vancouver, Canada, June 17-22, 2001: Proc. Vancouver, 2001. - P. 672677.

78. Reis, F.S. Determination of EMI emissions in Power factor preregulators by Design / F.S. Reis, J. Sebastian, J. Uceda // IEEE Power Electronics Specialists Conference, Taipei, Taiwan, June 20-25, 1994: Proc. Taipei, 1994,-Vol. 2-P. 1117- 1126.

79. Chiu Computerized Conducted EMI Filter Design System Using Lab VIEW and Its Application / C.N. Chang, H.K. Teng, J.Y. Chen, H.J. // Proceedings of the National Science Council ROC(A). 2001. - Vol. 25, N 3,- P. 185-194.

80. Cochrane, D. Passive Cancellation of Common-Mode Noise in Power Electronic Circuits / D. Cochrane, D.Y. Chen, D. Boroyevich // IEEE Transactions on Power Electronics. 2003. - Vol. 18, N 3, - P. 756-763

81. Grandi, G. Effects of power converter parasitic components on conducted EMI / G.Grandi, U.Reggiani, D. Casadei // 12th International Symposium on EMC (EMC '97) Zurich, February 18-20, 1997: Proc. Zurich, 1997 P. 1489-1494.

82. Popescu, R.M. Power Electronic Converter EMC Analysis Through State Variable Approach Techniques / R.M.Popescu, J. Roudet, J.-C. Crebier // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2001. - Vol. 43, N 2, - P. 229-238.

83. Survey of EMI Reduction Techniques In Switched-mode Power Supplies / C. Bolden, M. Ferdowsi, N. Patel et al. // Virginia Center for Power Electronics Systems Seminar, Blacksburg, 2001: Proc. Blacksburg, 2001 Vol.1 - P. 525-532.

84. Москалев A.B. Моделирование ключа на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью / А.В. Москалев // Магистрант 98: Сборник статей магистрантов физического факультета. - Воронеж: ВГУ. 1998. - С. 26 - 30.

85. Дудкин В. П. Ключ на мощном МОП-транзисторе с активной обратной связью / В.П. Дудкин, А.В. Москалев // Твердотельная электроника и микроэлектроника: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2001. - С. 206-210.

86. Дудкин В.П. Повышающий преобразователь напряжения на мощном MOSFET с применением активной обратной связи в формирователе управляющего сигнала / В.П. Дудкин, А.В. Москалев // VII

87. Международная научно техническая конференция «Радиолокация, навигация и связь», Воронеж, 23 - 25 апреля 2002 г.: Тез. докл. Воронеж, 2002.-Т. 3.-С. 2156 - 2161.

88. Дудкин В.П. Мощный ключ на МОП-транзисторе с активной параллельной обратной связью по току, управляемой напряжением / В.П. Дудкин, A.B. Москалев // Известия высших учебных заведений Радиоэлектроника. 2003. - Т. 46, №8. -С.15- 80.