Автономные преобразователи

1. Автономные преобразователи

Целью дисциплины является изучение схемотехники и методов расчёта
автономных силовых преобразовательных устройств для последующего их
использования в проектировании.
Задачи дисциплины:
•изучить схемные решениями современных автономных преобразовательных
устройств;
•изучить современную элементную базу автономных преобразователей и
перспектив её развития;
•приобрести навыки принятия конкретных обоснованных технических
решений при конструировании силовых электронных устройств..
1

2. Преобразователи электроэнергии

Электромашинные
Статические
Ключевые
преобразователи
Автономные
Преобразователи постоянного
напряжения (DC-DC), с
потенциальной развязкой и без
развязки
Линейные
стабилизаторы
Ведомые сетью
Инверторы (DC-AC)
2

3. Принцип импульсного (ключевого) регулирования

Мощность, выделяющаяся в ключе:
Мощность, выделяющаяся в ключе:
3

4. Литература:

1. Справочник по силовой электронике / Ю. К. Розанов, П. А. Воронин, С. Е. Рывкин, Е.
Е. Чаплыгин; ред. Ю. К. Розанов. – М. : Изд. дом МЭИ, 2014 .
2. Силовая электроника : учебник для вузов по направлению "Электроника,
электромеханика и электротехнологии" / Ю. К. Розанов, М. В. Рябчицкий, А. А.
Кваснюк . – М. : Изд. дом МЭИ, 2007.
3. Воронин, П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики,
применение. Изд. 2е, перераб. и доп. / П.А. Воронин. — М.: Издательский дом ДодэкаXXI, 2005.
4. Чаплыгин, Е.Е. Инверторы напряжения и их спектральные модели. Учебное
пособие / Е.Е. Чаплыгин. – М.: Издательство МЭИ, 2003. – 64с.
5. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника – Техносфера, 2005.
6. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи – М.:
Энергоатомиздат, 1986.
4

5. Тема I

Транзисторный ключ
5

6. Принципиальная схема устройства

d – сток (drain)
s – исток (source)
g – затвор (gate)
Eg – источник
импульсного
напряжения
6

7. Этапы переключения

7

8. Нарастание напряжения затвора: t0-t1

Ug – напряжение затвора:
– постоянная времени
Приближенная замена вида ex 1 + x + x2/2! + x3/3! +… :
8

9. Нарастание тока стока: t1-t3

I – ток стока:
9

10. Потери энергии на интервале t1-t3

p(t)=I(t)·Uds(t) – мгновенная мощность.
Интегрируя ее на этом интервале,
можно получить выделившуюся энергию:
10

11. Спад напряжения сток-исток: t3-t4

действует эффект Миллера
– напряжение затвора практически не меняется
Udg – напряжение сток-затвор:
11

12. Потери энергии на интервале t3-t4

12

13. Нарастание напряжения Ug: t4-t5

Ug – напряжение затвора –
асимптотически стремится к Ug+
13

14. Спад напряжения Ug: t6-t7

14

15. Нарастание напряжения сток-исток: t7-t8

Нарастание напряжения стокисток: t7-t8
15

16. Потери энергии на интервале t7-t8

16

17. Спад тока стока t8-t9

17

18. Потери энергии на интервале t8-t9

18

19. Спад напряжения Ug: t9-t10

19

20. Транзистор в состоянии насыщения: t5-t6

Фактически, транзистор находится в области
насыщения от момента t4 до момента t7.
Но можно пренебречь длительностью t4-t5 и t6-t7
по сравнению с t5-t6
(в реальных масштабах по времени).
Ключ находится в состоянии проводимости,
поэтому соответствующие потери называются
потерями проводимости:
20

21. Потери мощности на интервале t5-t6

Вольт-амперная характеристика:
например, для биполярного транзистора с
изолированным затвором (БТИЗ):
21

22. Потери мощности на интервале t5-t6

Более общий случай:
Аналогично вычисляется энергия потерь
и мощность потерь:
Удобно использовать действующий и
средний токи стока:
22

23. Суммарные потери

Включение:
Часто верно, что
Выключение:
Часто верно, что
Динамические потери:
Суммарные потери:
23

24. Область безопасной работы

Траектория рабочей точки:
ОБР (пример):
24

25. Расчет режима работы транзисторного ключа

В итоге, из сказанного выше следует, что для расчета режима работы
транзистора, примененного в качестве силового ключа, необходимо знать:
Действующий ток ключа (стока или коллектора):
Средний ток ключа (стока или коллектора):
Коммутируемый ток и напряжение:
Параметры самого транзистора:
J, E
(возможно, различные для
включения и выключения)
S, Vg0, Cgs, Cdg, Cds
25

26. Пояснение: восстановление блокирующей способности диода

Ia – ток анода
Qrr – заряд, который выводится
из диода (“reverse recovery”)
tr – время обратного восстановления
Id – максимальный обратный ток
диода
Если (например, из справочника) известен заряд Qrr и скорость изменения
тока
, то можно найти максимальный обратный ток:
, следовательно:
Скорость изменения тока можно в данном случае найти из формулы для I(t)
для интервала t1-t3 .
26