Проектирование силового широтно-импульсного модулятора, страница 5

К таким явлениям следует отнести, во-первых, рост динамических потерь на переключение в полупроводниковых приборах и сложность обеспечения безопасной траектории переключения. В ряде случаев, при частотах коммутации 10—20 кГц, применением специальных схемотехнических мер удается сформировать безопасную траекторию переключения. Однако задачи, связанные с рекуперацией энергии, накопленной в этих цепях, ведут к значительному усложнению схемы. С увеличением частоты преобразования эффективность таких цепей падает, так как не удается полностью рекуперировать энергию, что снижает КПД, а также существенно искажается форма импульса тока, что ведет к росту установленной мощности элементов. Большой технологический разброс и температурные изменения параметров силовых полупроводниковых приборов затрудняют обеспечение оптимальных процессов переключения при серийном выпуске преобразователей. Во-вторых, переход на более высокие частоты преобразования связан с уменьшением времени фронта и спада коммутируемого тока, т. е. с использованием более высокочастотной элементной базы. Уменьшение времени переключения приводит к росту уровня высокочастотных паразитных колебаний, что вызывает опасные перенапряжения на полупроводниковых элементах и значительно ухудшает электромагнитную обстановку. Применение специальных высокочастотных фильтров и конструктивных мер, уменьшающих электромагнитные излучения, создаваемые преобразователем, приводит к значительному увеличению (в 1.5... 2 раза) объема и массы преобразователя.

В-третьих, к импульсным преобразователям предъявляются жесткие требования по допустимому уровню пульсаций в диапазоне 0,15... 300 кГц. Частота преобразования находится, как правило, в начале этого диапазона, поэтому необходимо получать быстро затухающий спектр помех. Это особенно важно при работе с радиотехническими системами, преобразующими сигналы в диапазоне несколько сотен герц — несколько сотен килогерц, для которых требуется сверхнизкий уровень пульсаций.

Совместное решение задач повышения надежности полупроводниковых ключей и улучшение электромагнитной совместимости, способствующих повышению удельных показателей, возможно при организации в преобразователях естественных электромагнитных процессов, при которых переключение полупроводниковых ключей будет происходить при токах, равных или близких к нулю.

Реализация процессов, близких к синусоидальным, достигается использованием резонансных свойств LC-цепей, которые являются неотъемлемой частью любого преобразователя. В общем случае такие процессы могут быть обеспечены в традиционных схемах преобразователей включением дополнительных РЭ или использованием уже имеющихся, в том числе и паразитных параметров, например индуктивностей рассеяния. Алгоритм управления полупроводниковыми ключами в таких преобразователях несколько отличается от традиционных. Он должен обеспечивать не только устойчивый колебательный процесс в резонансном контуре, но и коммутацию ключей при токах, близких или равных нулю. В основном в преобразователях с резонансным контуром применяется частотно-импульсное регулирование .

Различный характер потребителей электроэнергии определил весьма значительное многообразие схемных решений преобразователей, с резонансным контуром, но общим признаком является последовательный или параллельный LC-контур, периодически подключаемый полупроводниковыми ключами к источнику питания. Время подключения контура  к источнику обычно не менее половины и не более периода естественного колебательного процесса  контура.

Наряду с положительными качествами преобразователей с резонансным контуром (повышенная надежность и лучшая электромагнитная совместимость) им присущи и недостатки. Большие значения максимальных напряжений и токов определяют выбор элементов с повышенной установленной мощностью, а большие значения тока, протекающего через полупроводниковые ключи, приводят к росту статических потерь. Возможны режимы, при которых энергетические показатели преобразователей с резонансным контуром могут оказаться не лучше, чем в традиционных схемах. Сравнение регулировочных свойств преобразователей с последовательным и параллельным резонансным контуром в которых регулирование выходного напряжения осуществляется изменением частоты, показывает, что диапазон регулирования в преобразователях с параллельным контуром больше. Однако необходимость питания его от практически идеального источника тока и большие значения напряжения на элементах сдерживают их широкое применение. В большинстве случаев первичным источником является источник напряжения, поэтому преобразователи с последовательным контуром получили наибольшее распространение. Этим преобразователям свойственно естественное ограничение тока, что позволяет достаточно просто включать их параллельно на общую нагрузку.