О.В. Непомнящий1, И.Е. Сазонов2, А.П. Яблонский3, В.Н. Хайдукова4

1-4 ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (г. Красноярск, Россия)

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) при 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. 

Непомнящий О.В., Сазонов И.Е., Яблонский А.П., Хайдукова В.Н. Повышающе-понижающий реверсивный импульсный преобразователь с высоким КПД // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. T. 75. № 8. С. 43–50.

DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784202108-05

1. Erikson R.W., Maksimovic D. Fundamentals of Power Electronics. Second Edition – Kluwer Academic Publishers. 2001.
2. Balogh L. Design and Application Guide for High Speed MOSFET Gate Drive Circuits. Power Supply Design Seminar, SEM−1400 Topic 2. Texas Instruments/Unitrode Corporation.
3. Carrichi F., Crescimbri F., Napoli A.Di. 20 kW water-cooled prototype of a buck-boost bidirectional DC-DC converter topology for electrical vehicle motor drives. In Proc. IEEE APEC. 1995. V. 2. P. 887–892.
4. Divan D.M., Malesani L., Tenti P., Toigo T. A synchronized resonant DC link converter for soft-switched PWM // IEEE Trans. Ind. Appl. 1993. V. 29. № 2. P. 940–948.
5. Gurunathan R., Bhat A.K.S. Zero-voltage switching DC link single-phase PWM voltage source inverter // IEEE Trans. Power Electron. 2007. V. 22. № 5. P. 1610–1618.
6. Dijkhuizen F.R., Duarte J.L. Pulse commutation in nested-cell converters through auxiliary resonant pole concepts // In Proc. IAS. 2001. V. 3. P. 1731–1738.
7. Solero L., Boroyevich D., Li Y.P., Lee F.C. Design of resonant circuit for zero-current-transition techniques in 100-kW PEBB applications // IEEE Trans. Ind. Appl. 2003. V. 39. № 6. P. 1783–1794.
8. Tsuruta Y., Kawamura A. QRAS and SAZZ chopper for HEV drive application // In Proc. PCC. 2007. Nagoya, Japan. P. 1260–1267.
9. Waffler S., Kolar J.W. A novel low-loss modulation strategy for high-power bidirectional buck + boost converters // In Proc. 7th International Conference on Power Electronics ICPE ’07, 22–26 Oct. 2007. P. 889–894.
10. Waffler S., Kolar J.W. A novel low-loss modulation strategy for high-power bidirectional buck + boost converters // IEEE Trans. Power Electron. 2009. V. 24. № 6. P. 1589–1599.
11. Краснобаев Ю.В., Захаров В.В., Карнаухов М.А. Анализ электромагнитных процессов в повышающе-понижающем преобразователе с возможностью реверса потока энергии и повышенным коэффициентом полезного действия // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета. Красноярск. 2014. Вып. 3 (455). С. 100–107.