Р.И. Зудов1, В.А. Сороцкий2, А.О. Пергушев3, Н.В. Куликов4

1-4 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1 rzudov@spbstu.ru; 2 sorotsky@spbstu.ru; 3 pergushev.aleksey@mail.ru; 4 allismatrix@gmail.com

Постановка проблемы. Ключевые генераторы (КГ) активно применяются в радиотехнике и преобразовательной технике в качестве высокоэффективных формирователей мощных гармонических колебаний. Поскольку ключевой режим − принципиально нелинейный, надо учитывать, что его использование требует специальных мер, обеспечивающих ослабление высших гармоник в спектре выходного напряжения КГ до допустимого уровня. Одним из эффективных методов решения данной задачи является формирование напряжения ступенчатой формы, параметры которого могут быть определены либо по критерию минимизации коэффициента гармоник, либо, исходя из условия полной компенсации заданного набора гармоник. Однако погрешность установки полученных при теоретическом расчете угловых координат ступеней, обусловленная разбросом параметров транзисторов, снижает эффективность данного метода и приводит к сохранению достаточно высокого уровня гармоник в спектре выходного напряжения, что, в конечном итоге, не позволяет уменьшить избирательность фильтра. Для преодоления указанного негативного эффекта предлагается воспользоваться предыскажением импульсов управления транзисторами.

Цель. Оценить возможность снижения искажений выходного напряжения КГ, появляющихся из-за разброса динамических параметров транзисторов в случае, когда число мостовых ячеек велико.

Результаты. Рассмотрены три стратегии формирования предыскажений. Показано, что, исходя из условия снижения трудоемкости задачи уменьшения искажений с учетом взаимного влияния мостовых ячеек (МЯ), наиболее перспективным является способ, предусматривающий введени е предыскажений для ограниченного числа выбранных (в том числе и случайным образом) мостовых ячеек. Отмечено, что результаты, полученные с помощью разработанной имитационной модели, показали, что корректировка параметров импульсов управления даже 20% ячеек по зволяет снизить уровень второй и третьей гармоник на 5−10 дБ, а при регулировке свыше 50% – не менее, чем на 20 дБ. Ус тановлено, что диапазон, в котором осуществляется поиск скорректированных значений п араметров импульсов управления, может быть выбран ме ́ньше, чем максимальное отклонение от нормы координат ступеней.

Практическая значимость. Представленные результаты дают возможность оценить допустимый разброс параметров элементной базы и сигналов управления, а также необходимое число подстраиваемых ячеек.

Зудов Р.И., Сороцкий В.А., Пергушев А.О., Куликов Н.В. Снижение искажений спектра выходного напряжения ключевого генератора вследствие разброса параметров транзисторов // Радиоте хника. 2026. Т. 90. № 3. С. 150−157. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202603-13

1. Артым А.Д. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств. М.: Радио и связь. 1987. 176 с.
2. Grebennikov A., Sokal N.O., Franco M.J. Switchmode RF and microwave pow er amplifiers. 2nd edition. Amsterdam Boston: Elsevier/AP. Academic Press is an imprint of Elsevier. 2012.
3. Kazimierczuk M.K. RF Power Amplifiers. 2nd edition. John Wiley & Sons Inc. 2014. 688 p.
4. Roy T., Tesfay M.W., Nayak B., Panigrahi C.K. A 7-level switched capacitor multilevel inverter with reduced switches and voltage stresses // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2021. V. 68. № 12. P. 3587−3591.
5. Dash P.S., Das S.P. A single DC source switched-capacitor multilevel inverter for high-frequency AC system // 2022 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Syste ms (PEDES) 2022 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES). Jaipur. India. IEEE. 2022. P. 1−4.
6. Singh A., Lal V.N., Mahanty R. Harmonic minimization in switched-capacitor multilevel invert er using improved grey wolf optimization // 2023 IEEE International Transportation Electrificatio n Conference (ITEC-India) 2023 I EEE International Transportatio n Electrification Conference (ITEC-India). Chennai, India. IEEE. 2023. P. 1−6.
7. Janwar S., Samman F.A., Mekhilef S., Funaki T., Piegari L. Multi-source multilevel inverter with minimum number of power semiconductor switches // 2025 International Future Energy Electronics Conference (IFEEC) 2025 International Future Energy Electronics Conference (IFEEC). Bali. Indonesia. IEEE. 2025. P. 456−461.
8. Bana P.R., Panda K.P., Naayagi R.T., Siano P., Panda G. Recently developed reduced switch multilevel inverter for renew able energy integration and drives a pplication: topologies, comprehe nsive analysis and comparative evaluation // IEEE Access. 2019. V.
9. Recently Developed Reduced Switch Multilevel Inverter for Renewable Energy Integration and Drives Application. P. 54888−54909.
10. Fouda T. Total Harmonic Distortion (THD) analysis of 5-level and 7-leve l cascaded multilevel inverters at different switching frequencies // 2024 25th Internatio nal Middle East Power System Co nference (MEPCON) 2024 25th International Middle East Power System Conference (MEPCON). Cairo. Egypt. IEEE. 2024. P. 1−7. 1
11. Зудов Р.И., Сороцкий В.А., Треймут Н.А., Тетерин П.С. Повышение энергетических и кач ественных характеристик радиопередающего устройства на основе использования нейронных сетей / / ТезисыдокладовVIIIМежд у н а р. н а у ч. - техн и ч. конф. «Радиотехника, электроника и связь». Омск: ОНИИП. 2025. C. 113−115. 1
12. Зудов Р.И., Сороцкий В.А., Уланов А.М. Методы снижения искажений спектр ального состава выходного напря жения ключевых генераторов // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 3. C. 32−41. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202403-04.