Введение к работе
Актуальность темы. Решение современных задач науки и техники связано с широким применением радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) различного назначения, генеральным направлением развития которой является всесторонняя'миниатюризация. Экономическая эффективность уменьшения массы и габаритов электронной техники весьма значительна, особенно для автономных объектов.
Неотъемлемой частью РЭА являются источники вторичного электропитания (ЙВЭП), которые вследствие бурного внедрения микроэлектроники в РЭА могут занимать до половины и более общего объема аппаратуры. Поэтому задача .миниатюризации ЙВЭП особенно актуальна. Для решения ее наиболее подходят импульсные ИВЭП (ключевого принципа действия), что объясняется принципиальной возможностью получения достаточно высоких КОД и удельных массогабаритных показателей (до 1000 Вт/дм3 и более). Обычно такой ИВЭП состоит из силовой части, импульсного преобразователя постоянного напряжения (ІШН), и цепей управления.
Реализация отмеченной выше возможности требует исследо
вания режимов работы силовой части и разработки схемотехни
ческих решений, обеспечивающих повышение частоты преобразова
ния и снижение кассы и объема силовых реактивных элементов,
поиска вариантов построения ЙВЭП вцелом, отработки методов
оптимальной компоновки, использования достижений микроэлект
роники. ;
Актуальность темы подтверждается тем, что данная работа выполнялась в.рамках НИОКР "Экзамен-2", "Таймыр-1", "Талисман", "Эликсир-87-2", "Элита-95-Е", проводимых в соответствии е комплексно-целевыми программами по разработке высокоэффективных унифицированных ЙВЭП и обеспечению ими аппаратуры средств связи специального назначения: межотраслевой "Монолит" и отраслевыми "Энергия" и "Зксперимент-90"
Целью диссертационной работы является разработка и исследование однотактных трансформаторных преобразователей постоянного напряжения (ОТП) и построения на их основе ИВЭП с высокими удельными массогабаритными показателями.
При этом ставились и решались следующие задачи: -
- анализ современного состояния способов и технических средств преобразования энергии и оценка перспективности ис-
пользования в ИБЭП однотактных трансформаторных преобразователей постоянного напряжения;
разработка схем и математических моделей высокоэффективных ОТП, исследование режимов их работы и оценка влияния цепей рекуперации энергии на регулировочные характеристики преобразователей;
разработка инженерной методики проектирования ИВЭП с использованием ЭШ;
разработка схемотехнических и конструкторских решений отдельных узлов (схем управления силовыми ключами на основе ОТП, схем широтно-импульсных модуляторов и защиты) для построения ИВЭП с высокими удельными массогабаритными показателями;
- внедрение полученных результатов в промышленности при
создании ИВЭП для бортовой РЭА.
Методы исследования. В основу анализа процессов в ОТП при построении математической модели положен метод переменных состояний. Для решения систем дифференциальных уравнений применен метод численного интегрирования Рунге-Кутта в модификации Мерсона. С целью подтверждения теоретических результатов проводились экспериментальные исследования ОТП, разработанных с учетом основных выводов и результатов диссертационной работы.
Научная новизна.
Разработаны математические модели ОТП различного типа и исследовано влияние параметров элементов на режимы работы ОТП различных типов.
Предложен, исследован и реализован способ улучшения удельных массогабаритных показателей ОТП за счет введения цепей принудительного перемагничивания.
Выполнен анализ влияния цепей размагничивания и перемагничивания сердечника трансформзтора на выходные характеристики преобразователей постоянного напряжения.
Разработаны методы управления биполярными и полевыми транзисторами на основе ОТП, обеспечивающие построение ИВЭП с высокими частотами преобразования.
Практическая ценность.
Предложен ряд практических схем ОТП, реализующих принцип принудительного перемагничивания сердечника трансформатора. Разработаны методика и комплект программ проектирования на
ЭВМ, в которых на этапе предварительного проектирования используются аналитические выразкения для оценки зоны допустимых значений параметров элементов ОТЕ
Предложены оригинальные схемотехнические решения построения узлов защиты по току, управлению биполярными и полевыми транзисторами, схем управления стабилизированными ИВЭП, конструкции силовых трансформаторов ШШ и измерительных трансформаторов тока, которые позволяют значительно повысить частоту преобразования и улучшить "дельные массогабаритные показатели устройств электропитания и стабильность их параметров.
Разработаны ряды высокоэффективных унифицированных ИВЭП различного типа с питанием от сетей постоянного тока 27 В и 270 В для бортовой аппаратуры передачи и обработки информации (АПОИ) специального назначения.
Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, оригинальные схемотехнические и конструкторские решения, рассмотренные в диссертационной работе, положены в основу разработок рядов унифицированных ИВЭП по НИОКР "Таймыр", "Талисман", "Эликсир-87", "Экзамен", "Элита-95", проводимых ВНИИ "Эталон" по КЦНТП "Монолит", "Энергия", "Эксперимент-90". Эти ИВЭП включены в отраслевой "Перечень унифицированных ИВЭП и функциональных узлов, разрешенных для применения при разработке и модернизации специальной аппаратуры передачи и обработки информации (АПОИ)" и широко используются в АЛОЙ, разрабатываемой НПП "Полет".
В работе автор защищает:
принцип построения ОТП с принудительным перемагничивани-ем сердечника трансформатора;
' математические модели и результаты исследований на их основе ОТП;
методику и комплект программ схемно-параметрического проектирования ОТП на ЭВМ;
схемотехнические решения построения узлов защиты по току, схем управления силовыми биполярными и полевыми транзисторами на основе ОТП, схем управления импульсными ИВЭП, конструкции силовых трансформаторов ШШ и измерительных трансформаторов тока для высокоэффективных ИВЭЕ
Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты .диссертационной работы докладывались и обсуадались на- на 3, 4 и Б Всесоюзных научно-технических конференциях
" 5
"Проблемы преобразовательной техники" (г. Киев, 1983г., 1987г. и 1991г.) , 5 и 6 межотраслевых научно-технических конференциях по средствам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры (г. Ленинград, 1987г. и 1990г.); Бсесонвной научно-технической конференции "Силовая полупроводниковая техника и ее применение в народном хозяйстве" Сг. Челябинск, 1989г.); 1-ой Всесоюзной конференции "Силовые электронные системы и устройства маломощной преобразовательной техники (СЭС и УМЇЇТ)" (г. Алма-Ата, 1990г.). семинаре, проводимом подсекцией 'АН СССР по результатам НИР "Стремление-2" (г. Мытищи, 1990г.); ежегодных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электроэнергетики" С г. Горький, 1982 -1988гг.); на семинаре "Опыт разработки, внедрения в аппаратуру и освоения в серийном производстве унифицированных источников вторичного электропитания импульсного типа" (г. Севастополь, 1987г.); семинаре "Импульсные источники вторичного электропитания. Состояние и перспективы развития" (г. Севастополь, 1989г.); семинаре "Устройства передачи и преобразования энергии в автономных системах электропитания" (г. Киев, 1982г.); отраслевом семинаре "Трансформаторы и дроссели (ферромагнитные компоненты) малой мощности" (г. Боровичи, 1983г.), семинаре "Перспективы развития вторичных источников питания для радиоэлектронной аппаратуры" (г. , Севастополь, 1986г.);
Публикации. По результатам работы опубликовано 55 печатных работ, из них 16 авторских свидетельств на изобретения и 8 положительных решений о выдаче авторских свидетельств на изобретения.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 184 наименований. Диссертация содержит 128 страниц машинописного текста, 63 рисунков на 60 страницах, 12 таблиц, 3 приложения.
