Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2021
Идентификатор DOI: 10.18127/j20700784-202108-05
Ключевые слова: MOSFET switching, pulse converter, voltage regulator, power losses, zero-current switching, Zero-voltage switching, MOSFET транзистор, импульсный преобразователь, стабилизатор напряжения, потеря энергии, коммутация при нуле тока, коммутация при нуле напряжения, pspice
Аннотация: Постановка проблемы. Для систем питания постоянного тока классической схемой преобразователя является повышающепонижающий реверсивный импульсный преобразователь (РИП). Максимальный КПД классической схемы РИП, без использования дополнительных механизмов снижения динамических потерь энергии в силовых полупроводниковых ключах (СПК) прПоказать полностьюи их коммутации, составляет около 92%. Повышение КПД достигается за счет обеспечения «мягкой коммутации» транзисторов РИП, т.е. коммутации при нуле тока/напряжения. Эти способы требуют введения вспомогательных звеньев в схему РИП, что негативно отражается на характеристиках РИП. В общем случае это увеличение число используемых компонентов, что ведет к ухудшению массогабаритных характеристик изделия и снижению его надежности. Необходимо рассмотреть новый алгоритм управления транзисторами РИП, при котором коммутации транзисторов при нуле напряжения обеспечивается без дополнительных элементов. По причине относительной новизны этого технического решения процессы энергообмена в реактивных элементах СПК преобразователя изучены недостаточно. Цель. Изучить процессы энергообмена в реактивных элементах СПК преобразователя и использовать полученные результаты для рекомендаций по проектированию повышающе-понижающего РИП. Результаты. Проведены исследования и выявлена рекуперация энергии, накапливаемой в паразитных емкостях сток-исток МДП-транзисторов, выполняющих функции СПК. Практическая значимость. При проектировании РИП учет выявленного явления рекуперации энергии позволит дополнительно повысить его КПД за счет снижения потерь энергии на СПК при их выключении. Для этого следует в РИП применять транзисторы с большой величиной паразитной емкости сток-исток или включать дополнительные конденсаторы параллельно СПК. For DC energy systems there is reversible buck/boost pulse converter (RPC) in the classic converter circuit. The maximum efficiency of the RPC without additional mechanisms to reduce the dynamic energy losses in the power semiconductor keys (PSK) during their commutation is about 92%. Improved efficiency is achieved by providing «soft switching» of the transistors RPC, i.e. in zero current/voltage switching. These methods require the introduction of supporting links in the RPC, which have a negative impact on the performance of reversible buck/boost pulse converter. Due to the increase in the number of components, this leads to degradation of mass-size characteristics of the product and decrease in its reliability. New RPC transistors control algorithm RPC provides an opportunity to use transistors at zero voltage without additional elements. Because of the relative novelty of this technical solution, the energy exchange processes in the reactive elements of power semiconductor devices (PSD) are poorly studied. By reason of insufficient studying of power exchange processes in reactive elements of converter, it seems important to study these processes and use the received results for recommendations about reversible buck/boost pulse converter designing. As a result of research it was found out that the recuperation of energy stored in parasitic capacitance of drain-source transistors acting as PSD. At designing of RPC the account of the revealed phenomenon of energy, recovery will allow additionally to raise its efficiency at the expense of decrease in losses of energy on PSK in shutdown state. For this purpose, it is necessary to use transistors with high value of parasitic capacitance of drain-source or include additional capacitors in parallel with PSK.
Журнал: Успехи современной радиоэлектроники
Выпуск журнала: Т. 75, № 8
Номера страниц: 43-51
ISSN журнала: 20700784
Место издания: Москва
Издатель: ООО "Издательское предприятие редакции журнала "Радиотехника"