кандидат технических наук, доцент
Candidate of Sciences (Engineering), Docent
кандидат технических наук, доцент
Candidate of Sciences (Engineering), Docent
преподаватель
Lecturer
кандидат фзико-математических наук, доцент
Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Docent
Проведен анализ современных топологий высокочастотных изолированных преобразователей постоянного тока, включая мостовые схемы с фазовым управлением и резонансные LLC-преобразователи. Выявлены их ключевые недостатки, такие как значительная циркуляционная мощность, узкий диапазон мягкой коммутации и повышенные коммутационные потери в ряде режимов. В качестве перспективного объекта исследования выбрана двухтрансформаторная резонансная топология, преимущество которой заключается в распределении энергетических потоков и подавлении пиковых токов. Моделирование стационарного режима работы преобразователя методом приближения основных гармоник показало, что выходной мощностью можно эффективно управлять с помощью единственного параметра – фазового сдвига между управляющими сигналами полумостов. Исследовано влияние коэффициента трансформации на граничные условия коммутации при нулевом напряжении (Zero Voltage Switching, ZVS). Установлено, что оптимальное соотношение индуктивностей трансформаторов позволяет существенно расширить диапазон нагрузок, при которых сохраняется мягкая коммутация всех силовых ключей, вплоть до режима холостого хода. Разработан метод проектирования преобразователя, включающий алгоритм оптимизации параметров силовой части для минимизации потерь проводимости и расширения ZVS-диапазона. Методика включает поэтапный выбор индуктивности рассеяния, коэффициента трансформации, геометрии магнитопровода и числа витков обмоток, обеспечивающих выполнение заданных требований по эффективности и массогабаритным показателям. Экспериментальные исследования подтвердили высокую энергоэффективность преобразователя с коэффициентом полезного действия (КПД) свыше 96 % в широком диапазоне нагрузок и устойчивое поддержание режима мягкой коммутации.
The paper analyses modern topologies of high-frequency isolated direct current (DC) converters, including phase-controlled bridge circuits and resonant LLC converters. The study defines the following key disadvantages of the aforementioned converters: significant circulating power, narrow soft switching range, and increased switching losses in a number of modes. The scope of the research encompasses a dual-transformer resonant topology, which provides advantages in distributing energy flows and suppressing peak currents. Simulation of the converter's steady-state operation using the fundamental approximation has shown that the output power can be substantively manipulated by means of a single characteristic, i.e. phase-shift of the half-bridges control signals. The authors study the transformer ratio's influence on the limit conditions of zero voltage switching (ZVS). The article establishes that the optimal ratio of transformer inductances significantly expands the load range at which soft switching of all power switches remains unchanged up to the open-circuit. The work develops a converter design method that contains an algorithm for optimizing the power contour characteristics to minimize conduction losses and expand the ZVS range. The technique consists in a sequential selection of the leakage inductance, transformer ratio, magnetic core shape and number of windings' turns, ensuring compliance with the set requirements in terms of efficiency, weight and size. The experiment confirms high energy efficiency of the converter (over 96%) in a wide load range and stable maintenance of the soft switching mode.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.