Расширение диапазона рабочих режимов и уменьшение потерь мощных импульсных преобразователей на базе мостовой схемы с фазовым сдвигом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Мохаммед Салех Ватхик Юпис Мохаммад Салех

Расширение диапазона рабочих режимов и уменьшение потерь мощных импульсных преобразователей на базе мостовой схемы с фазовым сдвигом

Специальность 01.04.03 - «Радиофизика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

6 ДЕК 2012

Воронеж — 2012

005056824

005056824

Работа выполнена в Воронежском государственном университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор БОБРЕШОВ Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: БИРЮК Николай Данилович,

доктор физико-математических наук, профессор, Воронежский государственный университет, г.Воронеж, профессор кафедры экспериментальной физики

РУДНЕВ Евгений Анатольевич кандидат физико-математических наук, ОАО "Концерн "Созвездие", Заместитель начальника НТУ

Ведущая организация: Рязанский радиотехнический университет,

г. Рязань

Защита состоится «20 » декабря 2012г. в 17-00 на заседании диссертационного совета Д. 212.038.10 при Воронежском государственном университете по адресу:

394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1, физический факультет, ауд. 428

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан «19 » ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

МАРШАКОВ В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последнее десятилетие значительно выросла потребность в малогабаритных преобразователях с выходной мощностью более 1кВт. Однако увеличение выходной мощности приводит к значительным техническим трудностям, необходимость преодоления которых стимулирует развитие силовой электроники. Можно утверждать, что современные исследования в области транзисторной преобразовательной техники направлены на решение следующих основных проблем: уменьшение выделяемого тепла, уменьшение электромагнитных помех, повышение точности и быстродействия системы регулирования, обеспечение устойчивости во всех возможных режимах работы, повышение рабочей частоты. Причем потери являются основным фактором, сдерживающим увеличение мощности. С одной стороны, увеличение потерь требует решения задачи эффективного отвода тепла от полупроводниковых элементов. С другой стороны, механизмы, обусловливающие рост динамических потерь, в то же время приводят к возбуждению интенсивных помех во время работы.

Основной вклад в бюджет тепловых потерь вносит процесс переключения силовых ключей и выпрямительных диодов.

Уменьшение этих потерь (они называются динамическими) может быть достигнуто увеличением скорости переключения силовых элементов, но это не решает проблему полностью, особенно при большой мощности преобразователя. Более эффективным способом снижения потерь является использование активно исследуемых в настоящее время схем с "мягким" переключением. Такие схемы содержат резонансные цепи, которые формируют диаграммы изменения токов и напряжений на силовых элементах схемы. Переключение происходит в моменты времени, когда токи или напряжения на транзисторных ключах достигают нулевых значений. Тем самым достигается кардинальное снижение динамических потерь.

Следует особо отметить, что большинство известных схем с мягким переключением обладает рядом недостатков, зачастую затрудняющих их применение. Как правило, они не допускают возможности регулирования выходных параметров в широких пределах, их эффективность значительно снижается в режимах малой нагрузки или холостого хода. Это связано с тем, что мягкий режим переключения обеспечивается энергией, накапливаемой индуктивностью рассе-

яния и при малой нагрузке или увеличении паузы схема переходит в жесткий режим работы.

Исследования в указанной области имеют важное прикладное значение и представляют научный интерес. В связи с этим, при выполнении работы, был сделан акцент на исследование схем с мягким переключением, в первую очередь мостовой схемы с фазовым управлением, которая является одной из наиболее перспективных с точки зрения повышения мощности.

Цели и задачи исследования:

1. Исследовать современные виды мощных транзисторных преобразователей и основные факторы, препятствующие увеличению мощности.

2. Выделить наиболее перспективные направления для построения транзисторного преобразователя с повышенной выходной мощностью.

3. Предложить и исследовать новые схемные решения, обеспечивающие уменьшение рассеиваемой мощности, электрических и электромагнитных помех, а также преодоление других факторов, препятствующих увеличению выходной мощности.

Методы исследования. В работе были использованы методы анализа электрических цепей и сигналов, методы численного моделирования. Кроме того, при выполнении работы были использованы методы компьютерного моделирования с применением современных систем автоматизированного проектирования (САПР). Также проведены экспериментальные исследования.

Научная новизна:

1. В результате компьютерного моделирования и анализа структур управления силовыми ключами источников питания, решены задачи снижения уровней динамических потерь и создаваемых электрических и электромагнитных помех.

2. Предложены схемотехнические решения, обеспечивающие гальваническую развязку ключей с помощью трансформаторов, и позволяющие существенно уменьшить влияние паразитных параметров управляющих трансформаторов (индуктивность намагничивания и индуктивность рассеяния), для повышения быстродействия схем управления затворами.

3. Показано, что предложенная мостовая схема с фазовым сдвигом и двумя несимметрично включенными трансформаторами обеспечивает мягкий

режим переключения силовых транзисторов в широком диапазоне изменения нагрузок за счет наличия дополнительного механизма поддержания тока в первичных обмотках трансформаторов во время паузы, не связанного с индуктивностью рассеяния. Обнаруженное свойство схемы позволяет значительно расширить область ее применения.

4. Определены условия и режимы работы мостовой схемы с фазовым управлением источника питания, обеспечивающие отсутствие или значительное снижение динамических потерь.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Комплекс исследований особенностей управления затворами силовых ключей с помощью резонансной схемы.

2. Методика и схемы управления затворами силовых ключей с использованием вспомогательного полевого транзистора и управляющего трансформатора.

3. Рекомендации по использованию двухтрансформаторной мостовой схемы с фазовым управлением с целью расширения диапазона допустимых режимов работы.

4. Результаты схемотехнического компьютерного моделирования преобразователя на базе двухтрансформаторной мостовой схемы с фазовым управлением.

Достоверность. Достоверность результатов, полученных в диссертации, подтверждается соответствием выводов известным фундаментальным теоретическим представлениям, а также соответствием результатов моделирования экспериментальным данным.

Личный вклад автора определяется проведением моделирования с использованием схемотехнических пакетов, эксперимента, а также анализом полученных результатов.

Апробация работы.

Основные материалы по всем разделам диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

— XVIII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2012.

— 9-м Международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 2011.

Внедрение результатов. Научные результаты, полученные в ходе настоящего диссертационного исследования, были использованы в научно-исследовательских работах, выполнявшихся на кафедре электроники Воронежского государственного университета, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (государственный контракт № П1140 и № 14.740.11.1081), а так же в учебном процессе.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах, из них 2 в профильных периодических научных изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 152 страницах машинописного текста, 72 иллюстраций и списка литературы из 92 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели работы, решаемые задачи, приведена структура диссертации.

В первой главе проводится обзор литературы по теме диссертации, анализ параметров и сравнение основных схем построения современных импульсных источников питания, рассмотрены их преимущества и недостатки, а также область применения. Исследование преобразователей с гальванической развязкой показало, что прямоходовые преобразователи превосходят обратноходовые по эффективности, габаритной мощности и ряду других параметров. Среди прямоходовых преобразователей был выделен класс двухтактных преобразователей. Их преимущества обусловлены способностью наиболее эффективно использовать магнитные материалы трансформаторов, а симметричный режим работы исключает необходимость наличия отдельного интервала размагничивания. И, наконец, было показано, что мостовой преобразователь, который относится к двухтактным прямоходовым преобразователям, обладает наилучшим показателем габаритной мощности и является оптимальным решением для мощных источников питания, работающих от сети. Таким образом, была вы-

брана базовая схема для последующего исследования и создания импульсных источников питания с выходной мощностью более 1кВт и улучшенными параметрами.

Во второй главе исследуются схемы управления силовыми транзисторами и решения, обеспечивающие снижение коммутационных потерь за счет уменьшения времени переключения силовых транзисторов. Влияние входных токов в момент переключения на интенсивность потерь обусловлено наличием относительно большой (до 10 нФ) входной емкости транзистора. Так, полевой транзистор с изолированным затвором включает в себя три паразитных конденсатора, Сзи, Сзс и Сен, включенных между выводами прибора.

Таким образом, процесс переключения сопряжен с перезарядом указан-

При этом следует учитывать, что процесс переключения содержит четыре ярко выраженных интервала (рис.1).

Известно, что основная часть динамических потерь приходится на период ^з-Мощность этих потерь определяется по формулам:

Рг = "^г^сивыклу: 0)

Р.} = иСИ выкл у- ®

Общие потери на переключение можно найти как сумму этих двух компонентов: р _ р , р _ ^СИиыкА Ч + ¿з

'переключ ~ Г2~ ГЪ ~ Т '

Аналитические выражения для ^ и _ _ ^ЗИ Миллера ~ ^пор (4)

'32

_ г ^СИ выкл (5)

сз — с/г5<г } I

з3

где Узи Миллера ~ напряжение плато Миллера, ипор - пороговое напряжение транзистора. Из приведенных соотношений очевидно, что коммутационные потери зависят от токов перезаряда входных емкостей, а их снижение может быть достигнуто путем увеличения токов перезаряда. Таким образом, актуальным

пых емкостей.

Рис. 1. Временные диаграммы процесса включения.

остается вопрос поиска оптимальных схемотехнических решений для управления мощными полевыми транзисторами с изолированными затворами.

Анализ процессов, происходящих при переключении силовых транзисторов, а тем более подробный анализ электрических схем, не всегда может быть с достаточной точностью выполнен с помощью аналитических соотношений. С другой стороны, современные программные пакеты схемотехнического моделирования, такие как РЗрюе, содержат адекватные модели современных транзисторов и позволяют производить анализ временных рядов с необходимой точностью. Считается, что используемые в программных пакетах методы численного моделирования способны давать результаты, близкие к результатам натурного эксперимента. С учетом сказанного, программа РЗрюе была выбрана в качестве базового инструмента для исследования схем управления силовыми транзисторами, а также работы силовых контуров.

Известно, что в подавляющем большинстве практических случаев используется простейшая схема, когда затвор подключается к выходному буферу ШИМ-контроллера напрямую или через токоограничивающий резистор. При этом выходной буфер должен обеспечивать требуемый ток для быстрого заряда и разряда емкости затвора (рис.2).

Рис. 2. (а) - Схема прямого управления затвором силового ключа, (б) - временные диаграммы процесса включения и выключения при прямом управлении затвором транзистора.

При этом имеется немного доступных схем, способных обеспечивать импульсный ток более 1А. Этот факт ограничивает ускорение процесса переключения и не позволяет снижать динамические потери. Так, в конкретном рассмотренном случае, динамические потери на каждом из ключей составляли не менее 3.5% от выходной мощности преобразователя.

В работе был исследован ряд схем, позволяющих добиться снижения динамических потерь. Один из способов снижения потерь основан на применении вспомогательных транзисторов, через которые происходит разряд входной емкости ключа. При этом не только обеспечиваются большие токи перезаряда, но и снижается нагрузка на выходные буферы ШИМ-контроллеров (рис.3).

„Цех

о Цупо

Усс ШИМ контроллер

оит

I

(а)

I, А 3

2

1

0

-1

-2

и. В

16

— (б)

с

Т. мкс

(в)

(г)

Рис. 3 (а) - схема управления затвором на биполярном рпр-транзисторе; (б) - ток через выход

схемы-драйвера или ШИМ-контроллера во время переключения при прямом управлении затвором транзистора (кривая а) и при использовании схемы на биполярном рпр-транзисторе (кривая б); (в) - схема управления на полевом транзисторе; (г) - временные диаграммы процесса переключения схемы на биполярном и полевом транзисторах.

При этом наилучший эффект достигается при использовании полевых транзисторов в качестве вспомогательных ключей. К сожалению, в этом случае для управления вспомогательным ключом требуется дополнительный инвертированный выход ШИМ-контроллера, что на практике усложняет схему управления. Тем не менее, применение вспомогательного ключа позволяет снизить динамические потери в 4 — 6 раз.

Для уменьшения времени включения в работе было предложено заменить

токоограничивающий резистор дросселем, который в совокупности с паразитной входной емкостью транзистора образует резонансный ЬС-контур.

Указанный контур позволяет снижать в 2 раза время заряда входной емкости, что значительно уменьшает время включения. При этом среднее значение тока при резонансном способе переключения оказывается большим при одинаковых пиковых значениях тока. Рис.4 иллюстрирует описанный эф' фект.

Как показали результаты схемотехни-Рис. 4. Временные диаграммы токов ческого моделирования, одновременное заряда емкости через резистор и применение дросселя и вспомогательного дроссель. полевого транзистора позволяет снизить ди-

намические потери на ключе вплоть до 0,5% от выходной мощности преобразователя (рис.5).

С и««

,.и/пр :

: I

УСС

шим

ьоитролпер

оит I'

(а)

(б)

Рис. 5. (а) - комбинированная резонансная схема с ускоряющим п-канальным МОП транзистором; (б) - временные диаграммы напряжений на затворах транзисторов для резонансной и нерезонансной схем.

Исходя из особенностей мостовой схемы, выбранной в качестве базовой, необходимо добиться не только снижения динамических потерь, но и обеспечить гальваническую развязку в цепях управления. Это требование может быть достигнуто применением импульсных трансформаторов в схемах управления затворами ключей. Кроме того, в ходе исследования было предложено использовать энергию, запасаемую трансформатором и связанную с индуктивностями

рассеяния и намагничивания, для управления вспомогательным ключом. Так, для открытия полевого транзистора с изолированным затвором требуется зарядить его входную емкость, затратив при этом энергию, равную где Свх -эквивалентная входная емкость вспомогательного ключа, Ш - напряжение на затворе вспомогательного ключа. Расчеты показывают, что необходимая энергия накапливается в индуктивности намагничивания в конце интервала проводимости ключа. В то же время, во время паузы выходные драйверы фактически замыкают выводы первичной обмотки трансформатора, обеспечивая тем самым напряжение на вторичных обмотках, близкое к нулю. Ток намагничивания при этом циркулирует по замкнутому контуру, что затрудняет отбор необходимой энергии. Для того чтобы использовать энергию индуктивности намагничивания для заряда входной емкости вспомогательного ключа во время паузы, была предложена схема, изображенная на рис. 6 (а).

и. в

1Е

Рис. 6. (а) - схема управления затвором транзистора со сниженной нагрузкой на схему-драйвер; (б) - временная диаграмма напряжения на затворе в процессе выключения.

В данной схеме управляющий трансформатор представлен своей схемой замещения. Дроссель Ьц обозначает индуктивность намагничивания, а Ьэ - индуктивность рассеяния трансформатора. Сам трансформатор работает в одно-такгном режиме, а для его управления используется единственный выход ШИМ-контроллера, усиленный п-канапьным МОББЕТ. Такое решение позволяет снизить нагрузку на выходные буферы, что особенно важно для высокочастотных преобразователей. В течение времени, когда силовой ключ ТЗ открыт, к Ьц приложено напряжение, которое в зависимости от используемых типов транзисторов составляет 10-15В. Под действием этого напряжения происходит возрастание тока намагничивания Ьц. При закрытии транзистора Т1 происходит размыкание первичной обмотки трансформатора, под воздействием ЭДС

самоиндукции полярность напряжения на Ьц изменяется, что приводит к открыванию вспомогательного ключа Т2. Другими словами, заряд входной емкости Т2 происходит за счет энергии, накопленной индуктивностью намагничивания. В то же время, индуктивность рассеяния Ьб позволяет организовать рассмотренный ранее способ резонансного включения. Результат моделирования схемы приведен на рис. 6 (б). Как видно из приведенной временной диаграммы, время выключения составляет 166 не, а динамические потери так же составляют 0,5% от выходной мощности преобразователя. В то же время, приведенная схема не требует наличия дополнительных выходных буферов ШИМ-контроллера. Условие постоянства рабочей частоты и коэффициента заполнения дает возможность оптимизировать значение индуктивности намагничивания Ьц, которая должна накопить энергию, достаточную для последующего переключения транзистора Т2.

Третья глава диссертационной работы посвящена исследованию мостовой схемы с фазовым сдвигом и путей улучшения ее параметров.

" г,5 .....................»

Т2 ТЗ I Т4

III 1 К 1-1: I, г'

1 1 г- I г-Н

н—1 I-\ ! *

1 I—I . I—I ::

I-:-П. I О" 1=1

(а) (б)

Рис. 7. (а) - мостовая схема импульсного преобразователя; (б) - алгоритм фазового

управления.

В мостовой схеме, мягкое переключение может быть достигнуто изменением алгоритма управления силовыми транзисторами (Рис. 7), при котором переключение всех транзисторов происходит поочередно в определенной последовательности. Предположим, что во время интервала проводимости открыты Т1 и Т4, то во время паузы закрываются только Т4. В точке Б напряжение меняется на ивх. Выходная емкость транзистора ТЗ разряжается до нуля благодаря току, который поддерживается в первичной обмотке благодаря индуктивности рассеяния, после чего ТЗ открывается при нулевом напряжении. Продолжение работы алгоритма обеспечивает открывание всех ключей схемы с нулевыми потерями.

Рассмотренная схема называется мостовой схемой с фазовым сдвигом. В этой схеме, сдвиг между переключениями Т1,Т2 и ТЗ,Т4 определяет время паузы.

(а) 3кВт

1.25т,

и(аб). В 1. А

550

\

<

0 " 0

(VI) 300Вт

1.25т

Рис. 8. Напряжения сток-исток на одном из ключей при выходной мощности 3 кВт, и

300 Вт.

В работе была построена и исследована численная компьютерная модель мостового преобразователя с фазовым сдвигом.

На рис. 8 приведены результаты численного моделирования диаграмм тока стока и напряжения сток-исток на одном из ключей при выходной мощности 3 кВт (рис. 8 а), и 300 Вт (рис. 8 б). Видно, что в режиме максимальной нагрузки схема обеспечивает мягкий режим работы. При малой мощности ключ работает в жестком режиме, что приводит к значительному ухудшению параметров - росту потерь и создаваемых помех. Анализ показывает, что основной причиной перехода в жесткий режим работы является недостаточное количество энергии, запасенной индуктивностью рассеяния.

Стремясь преодолеть указанный недостаток, мы в процессе исследования увеличили индуктивность рассеяния в 10 раз. Как следует из результатов моделирования (Рис.9), полученная схема обеспечивает мягкий режим при выходной мощности 300Вт. Однако, с увеличением мощности наблюдается снижение выходного напряжения. Связано это с тем, что напряжение на первичной обмотке разделяется на две составляющие. Одна из указанных составляющих падает на индуктивности рассеяния и не может быть трансформирована в нагрузку. Так, в рассмотренном случае увеличение нагрузки до 3кВт приводит к снижению выходного напряжения в 2 раза (Рис. 13 кривая б), то есть с 30 В до 15 В.

и(а«).В

55(1

2

° 2.5 т М1!С

з<юп г

Рис.9. Напряжения сток-исток на одном из ключей при выходной мощности 300 Вт и(аб), В

Следовательно, для того, чтобы сохранить выходное напряжение ЗОВ при выходной мощности 3кВт, требуется увеличить значение коэффициента трансформации также в 2 раза. Однако при снижении нагрузки влияние индуктивности рассеяния на выходное напряжение также снижается, поэтому стабилизация выходного напряжения при увеличенном коэффициенте трансформации достигается благодаря увеличению длительности паузы. Поскольку во время паузы индуктивность рассеяния теряет запасенную энергию, мы наблюдаем переход ключей в жесткий режим работы уже при выходной мощности 600 Вт (Рис. 10).

Таким образом, увеличение индуктивности рассеяния, применяемое зачастую на практике, в общем случае не обеспечивает ожидаемого результата, и требуется поиск других механизмов, обеспечивающих мягкий режим работы при малой нагрузке.

Для решения указанной выше проблемы в работе предложено использовать силовой контур с двумя трансформаторами (Рис. 11). Поскольку каждый из трансформаторов работает в несимметричном режиме, ток намагничивания имеет выраженную постоянную составляющую. А поскольку индуктивность намагничивания имеет в десятки раз больший номинал, чем индуктивность рассеяния, то непрерывность тока в цепи первичной обмотки обеспечивается даже при малой нагрузке.

В работе была построена и исследована численная компьютерная модель мостового двухтрансформаторного преобразователя.

"т..

«ЮВт

Рис.10. Диаграмма напряжений сток-исток на одном из ключей, при выходной мощности 600Вт для схемы с увеличенной индуктивностью рассеяния.

Полученные результаты представлены на рис.12 (а) (двухтрансформаторная схема) и рис. 12 (б) (мостовая схема с фазовым сдвигом). Как видно из рис. 12, двухтрансформаторная мостовая схема функционирует в мягком режиме как при номинальной, так и при малой нагрузке.

Рис. 11. Мостовая двухтрансформаторная схема.

(а) И][

I. А и(ав), в

(б) 100111

Рис.12. Напряжения сток-исток на одном из ключей при выходной мощности 3 кВт, и 300 Вт для двухтрансформаторной схемы.

Рис.13. Экспериментальные зависимости выходного напряжения от мощности преобразователя(а) - двухтрансформаторная схема; (6) - мостовая схема с фазовым

сдвигом.

На рис. 13 приведена зависимость выходного напряжения от нагрузки при

одинаковом значении коэффициента заполнения, близком к 1. При этом двух-трансформаторный преобразователь (кривая а) оказывается практически не подверженным эффекту снижения выходного напряжения, в отличие от стандартной схемы с увеличенной индуктивностью рассеяния (кривая б). Это объясняется тем, что индуктивность намагничивания, как следует из стандартной схемы замещения трансформатора, включена параллельно первичной обмотке. Соответственно, напряжение, приложенное к индуктивности намагничивания, может быть полностью трансформировано в нагрузку.

Заключение

1. Показано, что оптимальными для построения мощных импульсных преобразователей являются мостовые схемы.

2. Предложено использовать резонансный контур в схемах управления затворами, что позволяет уменьшить время включения и снизить при этом пиковые нагрузки на драйвер.

3. Предложено схемотехническое решение, обеспечивающее минимальное время перезаряда входной емкости силовых ключей, а также гальваническую развязку управляющей логики и управляемых затворов. Особенностью решения является способность использовать энергию, накопленную управляющим трансформатором, для включения вспомогательного транзистора и обеспечения резонансного включения силового ключа.

4. Построена компьютерная модель мостового преобразователя с фазовым сдвигом.

5. Показано, что применение силового контура с двумя трансформаторами позволяет обеспечить мягкий режим работы силовых ключей в широком диапазоне изменения нагрузки, а также при увеличении длительности паузы переключения. Отмеченное свойство способно расширить область применения мостовых преобразователей с фазовым сдвигом.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Бобрешов A.M. Схемы управления затворами силовых транзисторов / A.M. Бобрешов, A.B. Дыбой, В.Ю. Мохаммед Салех, М.С. Куропал // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Физика. Математика. — Воронеж, 2010.—№2,—С. 189-197.

2. Бобрешов A.M. Управление полевыми транзисторами в мостовой схеме с фазовым сдвигом без применения нелинейных оптопар в контуре обратной связи/ A.M. Бобрешов, A.B. Дыбой, В.Ю. Мохаммед Салех, C.B. Бабен-

ко//Нелинейный мир. — 2012. — Т. 10. — №6. — С. 395-399.

3. Бобрешов A.M. Исследование мощного импуьс-ного преобразователя на основе двухтрансформаторной мостовой схемы с фа-зовым сдвигом / А.М.Бобрешов, A.B. Дыбой, В.Ю. Мохаммед Салех // Радиолокация, навигация, связь : XVIII Междунар. науч.-техн. конф., г. Воронеж, 12-14 апр. 2012 г. — Воронеж, 2012. — Т. 2. — С. 1376-1383.

4. Бобрешов A.M. Применение двухтрансформаторной мостовой схемы с фазовым сдвигом для построения мощного импульсного преобразователя с уменьшеными потерями и улучшенными параметрами ЭМС / A.M. Бобрешов, В.Ю. Мохаммед Салех, A.B. Дыбой, C.B. Бабенко // 9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: тр. симп., 13-16 сент. 2011 г. — СПб., 2011. — С. 49-51.

Подписано в печать 15.11.12. Формат 60x84 ,/Ми Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 1060.

Отпечатано с готового оригинал-макета & типографии Издательско-полиграфического центра Воронежского государственного университета. 394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3

Введение.

Глава 1. Исследование основных видов импульсных преобразователей.

1.1. Импульсные источники питания без гальванической развязки.

1.2. Трансформаторные ИИП.

1.3. Обратноходовые преобразователи.

1.4. Прямоходовые преобразователи.

1.5. Двухтактные преобразователи.

Выводы.

Глава 2. Моделирование схем управления силовыми транзисторами с высоким быстродействием.

2.1. Прямое управление затворам силового ключа.

2.2. Схема резистор-диод.

2.3. Схема с биполярным р-п-р-транзистором.

2.4. Схема со вспомогательным Ы-канальным МОП транзистором.

2.5. Резонансная схема управления затворами.

2.6. Гальваническая развязка в цепях управления.

Выводы.

Глава 3. Разработка мостовой схемы с фазовым сдвигом и путей улучшения ее параметров.

3.1. Процессы переключения в преобразователе с фазовым управлением

3.2. Индуктивность рассеяния и ее влияние на работу преобразователя.

3.3. Двухтрансформаторный мостовой преобразователь с фазовым управлением.

Выводы.

Практически любое электронное оборудование промышленного, военного или гражданского назначения требует использования источника электропитания. Источник питания - это устройство, обеспечивающее постоянное или изменяющееся по определенному закону напряжение или ток [1]. Современные источники питания способны выполнять стабилизацию выходных параметров в широком диапазоне изменения входных напряжений и параметров нагрузки. Зачастую к ним предъявляются противоречивые требования - высокая выходная мощность, низкие потери, минимальное время отклика, соответствие ужесточающимся требованиям электромагнитной совместимости. Одновременное выполнение указанных требований - сложная задача. Например, улучшение динамических характеристик влечет снижение запасов по устойчивости и может приводить к перерегулированию или возникновению автогенерации в определенных режимах работы. В то же время, улучшение динамических параметров полупроводниковых элементов - транзисторов и диодов, имеет следствием не только снижение потерь, но и значительный рост производимых электрических и электромагнитных помех. Можно утверждать, что проектирование современных источников питания, удовлетворяющих всем указанным выше требованиям, представляет сложную научную и техническую задачу [2].

Актуальность темы

На сегодняшний день силовая электроника является одной из наиболее динамично развивающихся областей техники, в рамках которой во всем мире ведутся активные исследования. Каждые 3-4 года происходит смена поколений блоков питания, улучшаются параметры силовой элементной базы, появляются новые схемотехнические решения. О стратегической важности указанного направления говорит то, что Правительство Российской Федерации приняло концепцию развития отрасли производства силовой электроники. Как отметил Министр образования и науки Российской Федерации А. Фурсенко, «.сегодня новейшие разработки в области силовой электроники востребованы и имеют огромное значение для современной российской промышленности». Рынок силовой электроники является крайне привлекательным для производителей и разработчиков. За последнее десятилетие значительно выросла потребность в малогабаритных преобразователях с выходной мощностью более 1кВт, что связано с усложнением радиоэлектронной аппаратуры, а также увеличением общего потребления электрической энергии. Однако, увеличение выходной мощности приводит к значительным техническим трудностям. Начинает критически усиливаться влияние таких факторов, как нагрев и отвод тепла, влияние паразитных элементов схем, возбуждение конструктивных резонансных контуров, образованных элементами монтажа, воздействие электрических и электромагнитных помех на управляющие схемы и т.д. Именно поэтому мощные импульсные источники питания представляют собой хорошо оптимизированные устройства, а их создание требует изменение самого подхода к проектированию и применения специальных, тщательно отобранных технических решений [3,4].

В целом можно утверждать, что современные исследования в области транзисторной преобразовательной техники направлены на решение следующих основных проблем: уменьшение выделяемого тепла, уменьшение электромагнитных помех, повышение точности и быстродействия системы регулирования, обеспечение устойчивости во всех возможных режимах работы, повышение рабочей частоты. Отмеченные параметры, так или иначе, взаимосвязаны, а возможности их улучшения ограничиваются интенсивностью тепловых и электромагнитных процессов, происходящих при переключении силовых элементов схемы [5,6].

Так, выделение тепла обусловливает множество трудностей, связанных с его отводом от полупроводниковых элементов, которые могут работать при температурах, не превышающих 170°С. Повышение температуры полупроводниковых кристаллов приводит к резкому сокращению их срока службы [7,8]. Проблема теплоотвода решается установкой силовых элементов схемы на радиаторы и теплоотводящие поверхности, а также с помощью принудительного воздушного или жидкостного охлаждения. Если в блоках питания малой или средней мощности, к которым относятся, например, источники питания для персональных компьютеров, установка воздушного вентилятора способно полностью решить проблему теплоотвода, то рассеяние мощностей от сотен о более ватт требует применения габаритных и правильно спроектированных радиаторов. Отводимая тепловая мощность во многом определяет стоимость изделия, габариты и массу, его надежность и время безотказной работы. Поэтому КПД является важнейшим критерием при проектировании импульсных преобразователей [9,10].

Основной вклад в бюджет тепловых потерь вносят силовые ключи и выпрямительные диоды. Снижение тепловых потерь в ключах происходит при уменьшении времени их срабатывания. Используются специальные микросхемы-драйверы, которые способны развивать большие импульсные токи для быстрого переключения силовых ключей. Переключение диодов также влечет динамические потери, обусловленные конечным временем обратного восстановления. Увеличение скорости переключения силовых элементов приводит к резкому возрастанию амплитуды импульсных помех. С одной стороны, это сильно затрудняет выполнение современных требований электромагнитной совместимости. С другой стороны, возбуждаемые помехи затрудняют работу аналоговой системы управления, обеспечивающей стабилизацию выходных параметров. Применение демпфирующих цепочек, или "снабберов", решает указанную проблему лишь частично [11,12]. Более эффективным способом снижения динамические потерь является применение активно исследуемых в настоящее время схем с "мягким" переключением. Такие схемы содержат резонансные цепочки, благодаря которым переключение может быть произведено с практически нулевыми потерями. Малая энергетика переключений позволяет не только снизить потери, но и кардинально уменьшить уровень возбуждаемых помех. Применяются специальные управляющие схемы, которые работают с учетом требований к мягкому переключению. Безусловно, разработки современных мощных импульсных источников питания должны базироваться на схемах с мягким переключением с учетом современного уровня исследований в этой области. Следует особо отметить, что большинство известных схем с мягким переключением обладает рядом недостатков, зачастую затрудняющих их применение. Как правило, они не допускают возможности регулирования выходных параметров в широких пределах, их эффективность значительно ухудшается в режимах малой нагрузки или холостого хода. Отчасти, это связано с тем, что схемы с мягким переключением представляют относительно новое направление силовой электроники. Исследования в указанной области имеют важное прикладное значение и представляют научный интерес [13-17]. В связи с этим, при выполнении работы, был выбран акцент на исследование схем с мягким переключением, в первую очередь, мостовой схемы с фазовым управлением, которая является одной из наиболее перспективных с точки зрения повышения мощности.

С учетом сказанного были сформулированы следующие цели работы:

1. Исследовать современные виды мощных транзисторных преобразователей и основные факторы, препятствующие увеличению мощности.

2. Выделить наиболее перспективные направления для построения транзисторного преобразователя с повышенной выходной мощностью.

3. Предложить и исследовать новые схемотехнические решения, обеспечивающие уменьшение рассеиваемой мощности, электрических и электромагнитных помех, а также преодоление других факторов, препятствующих увеличению выходной мощности.

Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из ее целей:

1. Провести анализ основных электрических схем импульсных транзисторных преобразователей с целью выявления специфических особенностей, препятствующих повышению выходной мощности. Определить оптимальное значение (диапазон) мощности для каждой из схем.

2. Выявить схему, по совокупности параметров наиболее пригодную для реализации компактного импульсного преобразователя повышенной мощности.

3. Проанализировать и исследовать режимы работы выбранной схемы. Выявить диапазон допустимых режимов, при которых схема обеспечивает малые тепловые потери и низкий уровень электрических и электромагнитных помех.

4. Предложить и исследовать схемотехнические решения, которые позволяют улучшить основные параметры и расширить диапазон допустимых режимов.

Научная новизна

1. В результате компьютерного моделирования и анализа структур управления силовыми ключами источников питания, решены задачи снижения уровней динамических потерь и создаваемых электрических и электромагнитных помех.

2. Предложены схемотехнические решения, обеспечивающие гальваническую развязку ключей с помощью трансформаторов, и позволяющие существенно уменьшить влияние паразитных параметров управляющих трансформаторов (индуктивность намагничивания и индуктивность рассеяния), для повышения быстродействия схем управления затворами.

3. Показано, что предложенная мостовая схема с фазовым сдвигом и двумя несимметрично включенными трансформаторами обеспечивает мягкий режим переключения силовых транзисторов в широком диапазоне изменения нагрузок за счет наличия дополнительного механизма поддержания тока в первичных обмотках трансформаторов во время паузы, не связанного с индуктивностью рассеяния. Обнаруженное свойство схемы позволяет значительно расширить область ее применения.

4. Определены условия и режимы работы мостовой схемы с фазовым управлением источника питания, обеспечивающие отсутствие или значительное снижение динамических потерь.

Достоверность. Достоверность результатов, полученных в диссертации, подтверждается соответствием выводов известным фундаментальным теоретическим представлениям, а также соответствием результатов моделирования экспериментальным данным.

Личный вклад автора определяется проведением моделирования с использованием схемотехнических пакетов, эксперимента, а также анализом полученных результатов.

Методы исследования. В работе были использованы методы анализа электрических цепей и сигналов, методы численного моделирования. Кроме того, при выполнении работы были использованы методы компьютерного моделирования с применением современных систем автоматизированного проектирования (САПР). Также проведены экспериментальные исследования.

Практическая ценность работы

На сегодняшний день мостовые схемы с фазовым сдвигом обладают наилучшими параметрами габаритной мощности и могут найти широкое применение для питания аппаратуры промышленного и специального применения, а также современных радиоэлектронных комплексов. К сожалению, данная схема обеспечивает наилучшие параметры только при нагрузке, близкой, к номинальной, и стабильном входном напряжении. Так, например, мостовые схемы с фазовым сдвигом редко используются для питания современных радиоэлектронных комплексов, которые характеризуются крайне неравномерным отбором энергии в то же время потребляют большие токи, составляющие десятки и даже сотни ампер [18-20]. Основные усилия в работе были направлены на преодоление указанных факторов. Достигнутые положительные результаты позволят в значительной степени расширить область применения схемы. Можно выделить следующие приоритетные направления, в рамках которых может быть получен положительный эффект от внедрения результатов работы:

Машиностроение. Устройства управления мощными синхронными и асинхронными двигателями, а также приводами станков. Печи и нагреватели различного назначения, требующие регулирования и контроля температуры.

Металлургия. Печи для индукционного плавления.

Химическая и фармакологическая промышленность. Производство органических и неорганических веществ, лекарств и пищевых добавок с помощью электродиализных установок.

Строительство и производство строительных материалов. Промышленные сварочные аппараты, системы осаждения бетона при производстве строительных блоков и укладке фундаментов. Отсутствие систем подогрева бетона существенно затрудняет использование технологии монолитного строительства в холодное время года.

Системы связи военного и гражданского назначения, радиовещание, телевещание, сотовая связь.

Транспорт. В настоящее время активно разрабатываются и внедряются транспортные системы с гибридными приводами. Использование преобразователей с малыми потерями позволит не только снизить расход топлива, но и упростить систему охлаждения. Следует отметить, что технологии создания энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных систем входят в перечень критических технологий Российской федерации.

Жилищно-коммунальная сфера. Системы водоподготовки и кондиционирования воздуха, активно развивающиеся системы освещения на основе свето-диодов.

Питание бортовых систем самолетов, кораблей, ракет, другой гражданской и военной техники. Снижение потерь во многих случаях позволит отказаться от принудительного охлаждения, а значит многократно повысить надежность и время безотказной работы.

Научные исследования в области химии и физики. Например, питание мощных лазерных установок, плазменных установок и т.д.

Кроме того, широкое внедрение устройств силовой электроники рассматривается в настоящее время как одно из основных направлений энергосбережения.

Внедрение результатов. Научные результаты, полученные в ходе настоящего диссертационного исследования, были использованы в научно-исследовательских работах, выполнявшихся на кафедре электроники Воронежского государственного университета, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (государственный контракт №П1140и№ 14.740.11.1081), а так же в учебном процессе.

С учетом указанных целей была выбрана следующая структура работы.

В первой главе представлены основные базовые схемы построения импульсных источников питания, используемые в настоящее время, рассмотрены их свойства, преимущества и недостатки. Отмечено, что преобразователи без гальванической развязки имеют ограниченную область применения. Исследование преобразователей с гальванической развязкой показало, что прямоходо-вые преобразователи превосходят обратноходовые по эффективности, габаритной мощности и ряду других параметров. Среди прямоходовых преобразователей был выделен класс двухтактных преобразователей. Их преимуществам обусловлены способностью наиболее эффективно использовать магнитные материалы трансформаторов, а симметричный режим работы исключает необходимость в отдельном интервале размагничивания. И наконец, было показано, что мостовой преобразователь, который относится к двухтактным прямоходовым преобразователям, обладает наилучшим показателем габаритной мощности и является оптимальным решением для мощных источников питания, работающих от сети. Таким образом, была выбрана базовая схема для последующего исследования и создания импульсных источников питания с выходной мощностью более 1кВт и улучшенными параметрами.

Во второй главе исследуются схемы и решения, обеспечивающие снижение коммутационных потерь за счет уменьшения времени переключения силовых транзисторов. Исследованы временные диаграммы токов и напряжений на затворах силовых ключей и показана их связь с потерями, как в силовом контуре, так и в цепях управления. Предложены и исследованы схемы, обеспечивающие минимальное время выключения силовых транзисторов и снижение динамических потерь. Полезный эффект в указанных схемах достигается благодаря применению вспомогательных транзисторных ключей, включенных в цепи затвор-исток. Для уменьшения времени включения предложено использовать дроссель вместо токоограничивающего резистора. Образующийся при этом резонансный контур способен при правильном подборе элементов обеспечить значительное сокращение времени заряда входной емкости. Наконец, для управления ключами в мостовом преобразователе была предложена схема с высокочастотным разделительным трансформатором, которая не только обеспечивает гальваническую развязку в цепях управления, но также позволяет задействовать ток намагничивания для управления вспомогательным ключом. В то же время, индуктивность рассеяния трансформатора дает возможность организовать резонансное управление затвором. Таким образом, предложенная схема обеспечивает полезное использование тех параметров управляющего трансформатора, которые обычно считаются паразитными и в традиционных схемах затрудняют управление. Гальваническая развязка в цепях управления затворами исключает необходимость в использовании оптопар в контуре обратной связи, что дает возможность обеспечить работу контура обратной связи в линейном режиме и с минимальными временными задержками.

Третья глава диссертационной работы посвящена исследованию мостовой схемы с фазовым сдвигом и путей улучшения ее параметров. В настоящее время преобразователи на основе «фазосдвигающего моста» обеспечивают наилучшие показатели удельной мощности и высокий КПД при большой выходной мощности. Однако, указанная схема имеет ряд недостагков, которые сдерживают ее широкое применение. Уменьшение коэффициента заполнения, связанное как с регулированием выходного напряжения, так и со снижением выходной нагрузки, приводит к нарушению условий «мягкого» переключения, к резкому возрастаншо потерь, а также излучаемых помех. Как правило, для преодоления указанного фактора производится увеличение индуктивности рассеяния, либо установка дополнительного дросселя последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора. Было показано, что такое решение приводит к ограничению выходной мощности трансформатора. Необходимость поддерживать выходные параметры при большой выходной мощности требует изменения намоточных данных, что приводит к снижению эффективности при малых нагрузках, что, в конечном счете, нивелирует положительный эффект от применения дополнительного дросселя. Вместо этого, в работе предложено для обеспечения мягкого режима работы ключей при малой нагрузке и при снижении коэффициента заполнения использовать силовой контур с двумя трансформаторами, функционирующими в асимметричном режиме. В ходе исследования было продемонстрировано, что указанная схема обладает рядом дополнительных преимуществ перед традиционной схемой моста с фазовым сдвигом, что позволяет использовать ее для построения мощных преобразователей с улучшенными параметрами.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты.

Основные результаты и положения, выносимыми на защиту.

1. Комплекс исследований особенностей управления затворами силовых ключей с помощью резонансной схемы.

2. Методика и схемы управления затворами силовых ключей с использованием вспомогательного полевого транзистора и управляющего трансформатора.

3. Рекомендации по использованию двухтрансформаторной мостовой схемы с фазовым управлением с целыо расширения диапазона допустимых режимов работы.

4. Результаты схемотехнического компьютерного моделирования преобразователя напряжений на базе двухтрансформаторной мостовой схемы с фазовым управлением.

Апробация работы.

Основные материалы по всем разделам диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

XVIII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2012.

9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 2011.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах [58,76,89,90], из них 2 [58,76] в профильных периодических научных изданиях, рекомендуемых Высшей аттестационной комиссией РФ для публикации основных результатов докторских диссертаций.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на

Выводы

Мостовая схема с фазовым сдвигом не обеспечивает режим мягкого переключения силовых транзисторов при малой нагрузке и при малых значениях коэффициента заполнения Б.

Увеличение индуктивности рассеяния или подключение дополнительного дросселя дает возможность обеспечить мягкий режим при относительно малых нагрузках, но приводит к ограничению выходной мощности преобразователя.

Мостовая схема с фазовым сдвигом и двумя несимметрично работающими трансформаторами позволяет обеспечить мягкий режим переключения при изменении нагрузки и коэффициента заполнения в широких пределах. Указанное свойство дает возможность значительно расширить область применения мостовых схем с фазовым управлением.

Заключение

Таким образом, в работе были получены следующие основные результаты:

Показано, что двухтактные прямоходовые преобразователи по сравнению с другими архитектурами импульсных преобразователей обладают преимуществами при построении источников питания с выходной мощностью 1кВт и более. Указанные виды преобразователей обеспечивают большую выходную мощность при схожих параметрах трансформатора. Это связано с тем, что у них отсутствует интервал обратного хода, когда происходит перемагничивание сердечника без передачи энергии в нагрузку.

Мостовой преобразователь по сравнению с другими двухтактными пря-моходовыми преобразователями обеспечивает при одинаковой выходной мощности меньшую нагрузку на силовые ключи и первичную обмотку трансформатора. Мостовые схемы представляют оптимальное решение для построения мощных импульсных преобразователей.

Для снижения динамических потерь на силовых ключах необходимо обеспечить большие кратковременные управляющие токи, значения которых превышают нагрузочную способность выходных буферов большинства ШИМ-когггроллеров. Применение дополнительного транзистора позволяет значительно уменьшить время разряда входной емкости силового транзистора, снизить динамические потери при выключении и уменьшить нагрузку на выход ШИМ-контроллера.

Использование дросселя вместо токоограничивагощего резистора позволяет уменьшить время переключения и снизить при этом пиковые нагрузки на драйвер.

Применение трансформаторов для управления затворами обеспечивает гальваническую развязку и отсутствие дополнительных каналов оперативного питания. Энергия, накопленная индуктивностью намагничивания, может быть использована для включения вспомогательного полевого транзистора в цепи управления затвором.

Изменение алгоритма управления ключами мостовой схемы позволяет обеспечить мягкий режим переключения. Такая схема (мостовая схема с фазовым сдвигом), позволяет значительно повысить КПД и снизить уровень создаваемых электрических и электромагнитных помех. Однако, при малой нагрузке или снижении коэффициента заполнения Б схема переходит в жесткий режим работы. Указанное негативное свойство значительно сужает область применения мостовых схем с фазовым сдвигом, сдерживает их использование для случаев нестабильной нагрузки, меняющихся входных или выходных параметров. Известные меры преодоления указанного надостатка, такие как увеличение индуктивности рассеяния или подключение дополнительного дросселя, не дают значительного эффекта и приводят к ограничению выходной мощности.

Установка двух несимметрично работающих трансформаторов в мостовой схеме с фазовым сдвигом позволяет обеспечить мягкий режим переключения при изменении нагрузки и коэффициента заполнения в широких пределах. Это связано с тем, что мягкий режим переключения обеспечивается энергией, накапливаемой индуктивностью намагничивания, и может быть не сваязан с индуктивностью рассеяния. Указанное свойство, наряду с возможностью компенсации выходных пульсаций, делает двухтрансформаторную мостовую схему с фазовым сдвигом оптимальным решением для построения мощных импульсных преобразователей.

1. Gary Bocock. Power Supply Technical Guied / Gary Bocock // XP power pic. — 2007. — URL: http://www.xppower.com/pdfs/techguide.pdf (дата обращения 26.02.2010)

2. Introduction to power supplies // Texas instruments. —Application note AN556. — May 2004. — URL: http://www.ti.com/lit/an/snva006b/snva006b.pdf (дата обращения 12.02.2010)

3. Раймонд Мэк. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению: Пер. с англ / Раймонд Мэк. — М.: Додэка-XXI. — 2008. — 272 с.

4. George Chryssis. High-frequency switching power supplies: theory and design. Second edition / George Chryssis. —New York: McGraw-Hill. — 1989. — 287 p.

5. SWITCHMODE Power supplies. Reference manual and design guide // ON Semiconductor. — Denver: SCILLC. — Rev. 3B. — 2002. — 62 p.

6. Robert W. Erickson. Fundamentals of Power Electronics / Robert W. Er-ickson, Dragan Maksimovic. Second edition. — New York: Kluwer academic publishers.—2004. —18 p.

7. Kevin F. Brennan. Introduction to Semiconductor Devices: For Computing and Telecommunications Applications / Kevin F. Brennan. — Cambridge: Cambridge University Press. — 2005. — 336 p.

8. Understanding MOSFET Data // Supertex. — Application Note AN-D15. — URL: http://www.supertex.com/pdf/appnotes/AN-D15.pdf (дата обращения 08.04.2010)

9. Severns, R. MOSFET Electrical Characteristics. MOSPOWER Applications Handbook / R. Severns, J. Armijos // Siliconix, Inc. — 1984, — P. 1-8.

10. Vrej Barkhordarian. Power MOSFET basics // International Rectifier. — URL: http://www.irf.com/technical-info/appnotes/mosfet.pdf (дата обращения 03.04.2010)

11. Philip С. Todd. Snubber circuits: theory, design and application / Philip C. Todd // UN1TRODE Corporation. Texas Instruments Incorporated. — 2001. — URL: http://www.ti.com/lit/an/slupl00/slupl00.pdf (дата обращения 23.06.2011)

12. Blackburn, D.L. Turn-Off Failure on Power MOSFETs / D.L. Blackburn // Power Electronics Specialists Conference Records. — 1985. — P. 429-435.

13. Robert Mammano. Resonant mode converter topologies Additional topics // UNITRODE Corporation. Texas Instruments Incorporated. 2001. —URL: http://www.ti.com/lit/ml/slup092/slup092.pdf (дата обращения 15.08.2011)

14. E. S. Kim. An Improved Soft Switching PWM FB DC-DC Converter for Reducing Conduction Losses / E. S. Kim, K. Y. Joe, M. H. Kye, Y. H Kim and B. D. Yoon. // IEEE PESC. — Vol. I. — 1996. — P. 651-656.

15. Andreycak, B. Zero voltage switching resonant power conversion / B. Andreycak // Unitrode Corporation. Texas Instruments Incorporated. — 1999. — URL: http://www.ti.com/lit/an/slual59/slual59.pdf (дата обращения 27.11.2011)

16. Liu, К. H. Resonant Switches a Unified Approach to Improved Performances of Switching Converters / К. H. Liu, F. C. Lee // International Telecommunications Energy Conference. New Orleans. —1984.

17. Gwan-Bon Koo. New phase shift full bridge converter with wide ZVS ranges and low conduction losses / Gwan-Bon Koo, Tae-Sung Kim, Gun-Woo Moon, Myung-Joong Youn//IEEEISIE. — Vol. 2.—2005,—P. 857-862.

18. Redl, R. Switch transitions in the softswitching full-bridge PWM phase-shift DC/DC converter: analysis and improvements / R. Redl, L. Balogh and D. W. Edwards //IEEE INTELEC. — Vol. 1. — 1993. —P. 350-357.

19. Gwan-Bon Koo. Analysis and design of phase shift full bridge converter with series-connected two transformers / Gwan-Bon Koo, Gun-Woo Moon, Myung-Joong Youn//IEEE Trans. Power Electron.—Vol. 19,—2003.—P. 411-419.

20. Marty Brown. Practical switching power supply design. — London: Academic press, inc. —1990. — 258 p.

21. Chester Simpson. Linear and switching voltage regulator fundamentals. // National Semiconductor. Texas Instruments Incorporated. — URL: http://sva.ti.com/assets/en/appnotes/f4.pdf (дата обращения 09.10.2011)

22. Sanjaya Maniktala. Switching power supplies A to Z. / Sanjaya Maniktala. —Amsterdam: Elsevier Inc. —2006. —503 p.

23. Rudolf P. Severns. MODERN DC-TO-DC SWITCHMODE POWER CONVERTER CIRCUITS / Rudolf P. Severns and Gordon (Ed) Bloom. — New York: Van Nostrand Reinhold Co. — 1985. —342 p.

24. Kaushik Rajashekara. Power Electronics. The Electrical Engineering Handbook / Kaushik Rajashekara, Ashoka K. S. Bhat, Bimal K. Bose // CRC Press LLC.—2000.

25. DC power supply handbook // Agilent Technologies. — Application Note 90B. — URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-4020.pdf (дата обращения 30.05.2011)

26. Abrahm I. Preaaman. Switching Power Supply Design / Abrahm I. Preaaman. — Second edition. —New York: McGraw-Hill. — 1998. — 689 p.

27. Walters, M.M. A High-Density Modular Power Processor for Distributed Military Power Systems / M.M. Walters, W.M. Polivka // APEC Proceedings. — March 1989.—P. 403-412.

28. SMPS AC/DC reference design user's guide // Microchip Technology. — 2008. — URL: http://wwl.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/dsPICSMPS %20ACDC%20Users%20Guide.pdf (дата обращения 18.02.2011)

29. Abhijit D. Pathak. MOSFET/IGBT drivers theory and applications / Abhijit D. Pathak // IXYS Corporation. — APPLICATION NOTE AN0002. — 2001.

30. URL: http://www.ixyspower.corn/images/technicalsupport/Application%20Notes %20By%20Topic/MOSFETs%20and%20IGBTs%20Drivers/lXAN0010.pdf (дата обращения 07.12.2011)

31. Mohan N. Power Electronics: Converters, Applications, and Design / Mohan N., Undeland T.M., Robbins W.P. — 2nd ed. — New York: John Wiley & Sons, Inc. —1995. —802 p.

32. Practical power application issues for high power systems // Fairchild Power Seminar. — 2006. — URL: http://www.fairchildsemi.com/onlineseminars/ practicalpowerhighsystems.pdf (дата обращения 22.05.2011)

33. Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника. / В. И. Мелешин. М: Техносфера. 2005. 632 с.

34. Lloyd H. Dixon. Transformer and inductor design for optimum circuit performance / Lloyd H. Dixon. // Texas Instruments. — URL: http://www.ti.com/lit/ml/slup205/slup205.pdf (дата обращения 22.05.2011)

35. Sangster, S. TC4426/27/28 System Design Practice / S. Sangster // Microchip Technology. — Application Note AN797. — URL: http://wwl .microchip.com/downloads/en/AppNotes/00797a.pdf (дата обращения 15.02.2011)

36. Mweene, L.H. A lkW, 500kHz Front-End Converter for a Distributed Power Supply System / L.H. Mweene, CA. Wright and M.F. Schlecht // APEC Proceedings. — March 1989. — P. 423^132.

37. Sabate, J. Offline Application of the Fixed Frequency Clamped Mode Series-Resonant Converter / J. Sabate, F. C. Lee // IEEE Trans, on Power Electronics.

38. Vol. 6(1).—Jan. 1991.—P. 39-47.

39. Пат. 4415959 США. МКИ Н02Р 1322 Forward Converter Switching At Zero Current/Р. Vinciarelli; заявитель и патентообладатель Vicor Corporation

40. Пат. 5402329 США. МКИ Н02М 3335. Zero voltage switching pulse width modulated power converters / Ernest H. Wittenbreder, Jr.; заявитель и патентообладатель Ernest H. Wittenbreder, Jr.

41. R.L. Steigerwald. A Comparison of Half-Bridge Resonant Converter Topologies // APEC Proceedings. — March 1987. — P. 135- 144.

42. Elton Pepa. Adaptive control of a step-up full-bridge DC-DC converter for variable low input voltage applications. — 2004. — URL: http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-02172004-170238/unrestricted/ Thesisepepa.pdf (дата обращения 25.07.2011)

43. Wei Song. Dual-bridge DC-DC converter: A new topology of no deadtime DC-DC converters / Wei Song, Brad Lehman // ШЕЕ APEC. — 2002. — Vol.2 —P. 1133 1139.

44. Laszlo Balogh. Design and application guide for high speed MOSFET gate drive circuits // Texas Instruments. — URL: http://www.ti.com/lit/ml/slupl69/slupl69.pdf (дата обращения 22.06.2011)

45. Ремнев, A.M. Анализ силовых ключей импульсных источншсов питания / А. М. Ремнев, В. Ю. Смердов // Схемотехника. —2001. -—№6. — С. 811.

46. Патанов Д.А. Общие проблемы снижения коммутационных потерь в инверторах напряжения / Д.А. Патанов// Схемотехника. — 2001. —№7. — С. 17-19.

47. IR2110 High and Low Side Driver // International Rectifier. — Data Sheet No. PD-6.011E. — URL: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf (дата обращения 10.03.2011)

48. Application Review and Comparative Evaluation of Low-Side Gate Drivers // Fairchip semiconductor. — Application Note AN6069. — 2007. — URL: http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-6069.pdf (дата обращения 03.12.2011)

49. I-Iussain, A. Driving Power MOSFETs in High-Current, Switch Mode Regulators / A. Hussain // Microchip. — Application note AN786. — 2002. — URL: http://wwl.microchip.com/downloads/en/appnotes/00786a.pdf (дата обращения0711.2010)

50. Mappus, S. Optimizing MOSFET gate drive voltage / S. Mappus // Texas Instruments. — URL: http://www.analogzone.com/pwrtl208.pdf (дата обращения 28.06.2011)

51. Power Supply Engineer's Guide to Calculate Dissipation for MOSFETs in High-Power Supplies / Maxim. — Application note AN 1832. — 2002. — URL: http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN1832.pdf (дата обращения1407.2011)

52. Chey, С. Managing Transients in Control 1С Driven Power Stages / C. Chey, J. Parry. // International Rectifier. — Design Tip DT 97-3. — URL: http://www.irf.com/technical-info/designtp/dt97-3.pdf (дата обращения 29.05.2011)

53. Christophe P. Basso. Switch-mode power supply SPICE cookbook. / Christophe P. Basso. —New York: McGraw-Hill. — 2001. —263 p.

54. Амелина, М.А. Программа схемотехнического моделирования Mi-сго-САР 8. / М.А. Амелина, С.А. Амелин. — М.: Горячая линия Телеком. — 2007. —464 с.

55. Бобрешов, A.M. Схемы управления затворами силовых транзисторов / A.M. Бобрешов, А.В. Дыбой, С. Ватхик, М.С. Куропал // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Физика. Математика. — Воронеж.—2010. — №2.—С. 189-197.

56. Petterteig A. IGBT turn-off losses in hard switching and with a capacitive snubber / A. Petterteig, T. Rogne // EPE Conference. — 1991. — Vol. 0. — P. 203-208.

57. Divan, D.M. Zero switching loss inverters for high power applications / D.M. Divan, G. Skibinski // IEEE-IAS Conference. — 1987. — P. 627-634.

58. W. Marshall Leach. The diode / W. Marshall Leach — Atlanta: Georgia Institute of Technology, School of Electrical and Computer Engineering. —2010. — 5 p.

59. David L. Butler. Low-voltage bandgap reference design utilizing schotlky diodes / David L. Butler — Boise: Boise State University. — 2005. — 51 p.

60. Rick Cory. Schottky Diodes // Microwave Product Digest. Feature article. — February 2009. — URL: http://www.mpdigest.com/issue/Articles/2009/feb/ Skyworks/Default.asp (дата обращения 18.11.2010)

61. John F. Wakerly. BJT: Bipolar junction transistors / John F. Wakerly — New Jersey: Pearson Education, Inc. Fourth Edition. — 2006. — 8 p.

62. D.M. Divan. The resonant DC link converter A New Concept in Static Power Conversion //IEEE-IAS Conference —1986. — P. 648-656.

63. Leo Saro. High-Voltage MOSFET Behavior in Soft-Switching Converter: Analysis and Reliability Improvements / Leo Saro, Richard Redl, Kenneth Dierberger // International Tel-communication Conference. — San Francisco. — 1998.

64. Karlsson, P. Quasi resonant DC link converters analysis and design for a battery charger application / P. Karlsson // Lund: Lund Institute of Technology. — 1999.

65. S. Chen. A passively clamped quasi resonant DC link inverter / S. Chen, T.A. Lipo //IEEE-IAS Conference —1994.—P. 841-848.

66. Kurnia, A. Loss mechanisms in IGBT's under zero voltage switching / A. Kurnia, O.H. Stielau, G. Venkataramanan, D.M. Divan // IEEE-PESC Conference1992,—P. 1011-1017.

67. Mohan, N. Power electronics; converters, applications, and design / N. Mohan, T.M. Undeland and W.P. Robbins. —New York: Wiley. —2nd ed. — 1995.668 p.

68. Sabate, J. A. Design considerations for high-power full-bridge zero-voltage-switched PWM converter / J. A. Sabate, V. Vlatkovic, R. B. Ridley, F. C. Lee, and В. H. Cho // IEEE Applied Power Electronics Conference. — 1990. —P. 275-284.

69. ITV Floating MOS-Gate Driver ICs // International Rectifier. — Application Note AN978. — URL: http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf (дата обращения 27.02.2011)

70. Transformer-Isolated Gate Driver Provides Very Large Duty Cycle Ratios // International Rectifier. — Application Note AN-950. — URL: http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-950.pdf (дата обращения 27.02.2011)

71. Power Transformer Design // Texas instruments. — 2001. — URL: http://www.ti.com/lit/ml/slupl26/slupl26.pdf (дата обращения 19.03.2012)

72. Transformers: Basics, Maintenance, and Diagnostics // Washington: U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation. —April 2005.

73. Milan М. Jovanovic. Zero-Voltage-Switching Technique In High-Frequency Off-Line Converters / Milan M. Jovanovic // IEEE Proceedings of Applied Power Electronics Conference. —1988. —P. 23-32.

74. Per Karlsson. Zero voltage switching converters / Per Karlsson, Martin Bojrup, Mats Alaktila, Lars Gertmar // Lund: Lund University

75. Fluijie Yu. Driver based soft switch for pulse-width-modulated power converters. / Huijie Yu — Blacksburg: Virginia Polytechnic Institute. — 2005. — 169 p.

76. Chuan-Sheng Liu. The Implementation of A Full-Bridge Phase-Shifted Zero-Voltage-Switching Power Converter / Chuan-Sheng Liu, Liang-Rui Chen, B. Z. Li, Z. P. Huang // Power Electronics and Drive Systems Program. — 2009. — P. 1173- 1177.

77. Andreycak, В. Designing a phase-shifted zero-voltage-transition (ZVT) power converter / B. Andreycak // Unitrode Power Design Seminar SEM-900. — 1993. — URL: http://www.ti.com/lit/ml/slupl01/slupl01.pdf (дата обращения 10.04.2011)

78. Yangtaek Jang. A new ZVS-PWM full-brige converter / Yangtaek Jang, Milan M. Jovanovic, Yu-Ming Chang // IEEE transaction on power electronics. — 2003.—Vol. 18(5).—P. 1122-1129

79. Jang, Y. A new ZVS-PWM full-brige converter / Y. Jang, Milan M. Jovanovic // IEEE transaction on power electronics. — 2007. — Vol. 22(3). — P. 987-994

80. Pietkiewic, A. Operation of a high power soft-switched phase-shifted DC-DC converter under extreme conditions / A. Pietkiewic, D. Tollik // IEEE Telecommunications Energy Conference. —1994. —P. 142-147.

81. Jung-Goo Cho. Zero-voltage and zero-current-switching full-bridge pwm converter using secondary active clamp / Jung-Goo Cho, Chang-Yong Jeong, Fred C. Y. Lee // IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS. — Vol. 13(4). — July 1998,—P. 601 -607

82. Гусев Б.А. Транзисторный двухтрансформаторный мостовой преобразователь постоянного напряжения / Гусев Б.А., Овчинников Д.А. // Силовая электроника. — 2005. — №2 — С. 48-52

83. Hwu, К. I. Improvement in efficiency of the phase-shift current-doubler-rectification zvs full-bridge DC-DC converter / К. I. Hwu, Y. T. Yau, Tim-Ho Chen //IEEE.—2007.—P. 991 -997.