T. 329, №2 , 2018 г.

Вольтодобавочный последовательный резонансный преобразователь с изменяемой структурой для систем электропитания

Актуальность. Качество геофизических исследований во многом определяется системой электропитания геофизических приборов, которая, в частности, должна гарантировать бесперебойность энергообеспечения за счет питания от аккумуляторной батареи. Особенную актуальность бесперебойность питания имеет при исследовании наклонных и пологих скважин, требующих применения автономных геофизических приборов. Эксплуатация силового преобразователя, питающего геофизический прибор, производится в условиях высоких температур, при существенно затрудненных условиях отвода тепловых потерь, что ставит задачу увеличения КПД преобразования в ряд наиболее актуальных. В этой связи применение вольтодобавочных топологий, преобразующих неполный поток энергии, является энергетически оправданным, так как система энергоснабжения не требует гальванической развязки. Однако жесткая коммутация транзисторов в такой схеме приводит к существенному росту динамических потерь, что делает актуальной разработку резонансного вольтодобавочного преобразователя. Цель работы: создание резонансного вольтодобавочного преобразователя с повышенным КПД и исследование его энергетических и частотных характеристик. Методы исследования: основаны на общих положениях теории электрических цепей, теории алгебраических уравнений, вычислительных методах и использовании современных инструментальных систем и методов математического моделирования. Результаты. Рассмотрен резонансный мостовой DC-DC преобразователь с вольтодобавочным звеном в режиме стабилизации выходного напряжения при питании от аккумулятора и режиме заряда аккумулятора в реверсном режиме. Показана эффективность схемы вольтодобавочного преобразователя при узком диапазоне изменения напряжения аккумулятора. Существенное влияние на характеристики преобразователя оказывает способ регулирования; установлено, что широтно-импульсное регулирование инвертором с частотной подстройкой обеспечивает минимальные значения рабочих токов, а соответственно, максимальное значение КПД. Подстройка рабочей частоты необходима для обеспечения мягкого включения транзисторов, так как формирует необходимое направление тока, отпирающее обратные диоды включаемых транзисторов. При этом коммутационные процессы, протекающие в инверторе и выпрямителе резонансного преобразователя, и условия обеспечения мягкого включения различны. Показана невозможность вольтодобавочной схемы ограничивать выходной ток при перегрузках, для чего предложено изменение структуры вольтодобавочного преобразователя при помощи дискретных ключей. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов, сделаны выводы, обсуждены полученные результаты.

Ключевые слова:

электропитание, геофизические приборы, энергетическая эффективность, резонансные преобразователи, вольтодобавочные преобразователи, мягкая коммутация, электронный ресурс, труды учёных ТПУ

Авторы:

Осипов Александр Владимирович

Ярославцев Евгений Витальевич

Буркин Евгений Юрьевич

Свиридов Виталий Владимирович

Скачать PDF