Аналіз процесів передачі енергії у підвищуючому імпульсному перетворювачі

Анотація

Вступ. У статті описується аналіз процесів передачі енергії у підвищуючому перетворювачі за умов зміни навантаження. Досліджено лабораторний макет перетворювача при різних формах перехідного процесу, викликаного зміною навантаження. Перехідні струми і напруги виміряно в гармонічних і негармонічних режимах. Проведено оцінку параметрів перехідних режимів. Аналіз процесів переходу енергії здійснено за допомогою двох моделей підвищуючого перетворювача.
Постановка проблеми. Кола підвищуючих перетворювачів використовуються в областях електроніки, де мінімізація втрат енергії є критично важливою. Втрати енергії у підвищуючому перетворювачі залежать від форми перехідних процесів, викликаних зміною навантаження. Мінімізація втрат енергії вимагає точного аналізу процесів передачі енергії, які виникають при зміні навантаження. Запропонована робота описує реакції схеми перетворювача на зміни навантаження вдвічі з чотирма різними режимами перехідного процесу.
Результати. Аналіз процесів передачі енергії здійснюється з використанням двох моделей. Перша модель базується на методиці ітеративного відображення, де струми і напруги кожного періоду сигналу керування затвором транзистора визначаються за параметрами схеми і початковими умовами, заданими попереднім періодом керуючого сигналу. Така модель дозволяє проводити точний аналіз перехідних процесів і пульсацій струму та напруги. Проте, модель ітеративного відображення характеризується похибками числової апроксимації, і вимагає більше часу для виконання обчислень. Друга модель аналітично описує огинаючі перехідних процесів струму і напруги перетворювача. Така модель базується на методі усереднення у просторі станів, що широко використовується для моделювання імпульсних схем. Така модель не враховує форми пульсацій струмів і напруги, але забезпечує більш простий опис перехідних процесів, які корисні для цілей схемотехніки. Результати моделювання, отримані з ітеративного відображення та усереднення у просторі станів, співпадають з експериментальними даними, із відносною похибкою, яка не перевищує 3%.
Висновки. Проведений аналіз показує, що втрати енергії у підвищуючому перетворювачі залежать від перехідного процесу. Протягом перехідного процесу, викликаного зміною навантаження, найменші втрати енергії можуть бути отримані за умови критичної форми перехідного процесу, що розташована між гармонічним та негармонічним режимами. Такий результат отримано експериментально і підтверджено як ітераційним відображенням, так і моделями усереднення стану простору. Аналітичні результати підтверджуються процедурою оптимізації в середовищі MATLAB.