Развитие теории устойчивости и электромагнитной совместимости систем электропитания на основе импульсных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.05, кандидат наук Петроченко Александр Юрьевич

• Петроченко Александр Юрьевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Петроченко Александр Юрьевич

Введение

Глава 1. Современное состояние, тенденции и направления развития модулей, агрегатированных приборов и распределенных систем электропитания

1.1 Общие сведения. Структуры современных AC/DC преобразователей. Постановка задачи

1.2 Общие сведения об устойчивости: асимптотически устойчивые системы. Устойчивость линейных и нелинейных систем в "малом" и "целом"

1.3 Определения устойчивости линеаризованных систем. Нейтральные системы, безусловно устойчивые линейные и нелинейные системы. Критерии устойчивости: алгебраические, частотные

1.4 "Локальная" устойчивость и устойчивость в "целом" дискретно-нелинейных стабилизированных преобразователей с ШИМ

1.5 Особенности проектирования фильтра радиопомех и сглаживающего фильтра с учетом их влияния на устойчивость работы и динамические характеристики ИВЭП

1.6 Критерий устойчивости распределенных систем электропитания

1.7 Основные проблемы построения отечественных агрегатированных (сложных, составных) приборов и распределенных систем вторичного электропитания и причина отставания их характеристик от современных зарубежных аналогов

1.8 Исследование устойчивости системы «Фильтр радиопомех помех - импульсный преобразователь напряжения»

1.9 Выводы по первой главе

Глава 2. Проектирование силовых сглаживающих фильтров ИПН с комплексной статической и импульсной нагрузкой

2.1 Исследование пульсаций выходного напряжения с учетом эквивалентного сопротивления потерь конденсатора и дросселя СФ

2.2 Исследование перенапряжений на конденсаторе СФ при работе ИПН на динамическую нагрузку

2.3 Расчет тепловых режимов и сроков службы электролитических конденсаторов СФ

2.4 Методика расчета СФ с учетом требуемых пульсаций, перенапряжения выходного напряжения и срока службы электролитического конденсатора

2.5 Влияние сглаживающих фильтров и вида нагрузки на устойчивость работы и динамические характеристики ИПН

2.6 Анализ частотных и временных характеристик ИПН с резистивной и комплексной нагрузкой в режимах постоянной и импульсной работы источника питания

2.7 Особенности проектирования отрицательной обратной связи (ООС) и силового сглаживающего фильтра DC/DC преобразователя с импульсными нагрузками для приемопередающих модулей активных фазированных антенных решеток (ППМ АФАР) РЛС

2.8 Выводы по второй главе

Глава 3. Расчет и моделирование фильтров радиопомех

3.1 Общие положения

3.2 Элементная база фильтра радиопомех

3.3 Проектирование фильтра радиопомех

3.4 Расчет и моделирование ФРП для сети постоянного тока

3.5 Исследование устойчивости системы "фильтр радиопомех- импульсный преобразователь напряжения"

3.6 Улучшение частотных характеристик ослабления ЭМП на верхних частотах защищаемого диапазона

3.6.1 Включение высокочастотного конденсатора

3.6.2 Включение высокочастотного звена

3.6.3 Увеличение порядка фильтра

3.7 Чувствительность частотных характеристик ослабления симметричных и несимметричных помех ФРП к паразитным параметрам дросселей, конденсаторов

и заземления

3.8 Влияние шунтирования высокочастотными конденсаторами низкочастотных конденсаторов на частотные характеристики ослабления помех

3.9 Выводы по третьей главе

Глава 4. Высокочастотные электрические схемы замещения конденсаторов и дросселей с учетом частотных свойств диэлектрической и магнитной проницаемости диэлектриков и магнетиков

4.1 Введение

4.2 Анализ литературных источников по разработке динамических ВЧ моделей конденсаторов и дросселей с учетом свойств материалов диэлектриков и сердечников

4.3 Физическая модель процессов поляризации в диэлектрике конденсатора под

действием электрического поля

4.4. Физическая модель процессов намагничивания в сердечнике дросселя под

воздействием магнитного поля

4.5 Схемы замещения сердечника дросселя и диэлектрика конденсатора

4.6 Методика расчета схем замещения конденсаторов и дросселей

4.7 Расчет эквивалентной электрической схемы замещения дросселя

4.8 Расчет эквивалентной электрической схемы замещения конденсатора

4.9 Экспериментальные исследования импедансов конденсаторов

4.10 Экспериментальное исследование частотных характеристик сегнетоэлектрика

4.11 Экспериментальные исследования пироэлектриков

4.12 Выводы по четвертой главе

Глава 5. Параллельная работа модулей электропитания

5.1 Введение

5.2 Классификация методов параллельно включенных модулей ИПН

5.3 Влияние перекрестной связи на устойчивость работы параллельно включенных импульсных преобразователей напряжения

5.3.1 Схемы параллельного соединения модулей импульсных преобразователей напряжения понижающего типа с ООС по выходному напряжению и ООС по току

5.3.2 Анализ частотных характеристик ИПН при использовании только контура ООС по выходному напряжению

5.3.3 Влияние перекрестных связей на устойчивость параллельно включенных модулей ИПН

5.4 Влияние разброса элементов сглаживающего фильтра и контура ООС выравнивания токов параллельно включенных модулей ИПН на устойчивость ИВЭП

5.5 Выводы по пятой главе

Глава 6. Эксперимент

6.1 Цели и задачи экспериментального исследования

6.2 Результаты испытания ФРП для сети постоянного тока

6.2.1 Схема ФРП и описание макета

6.2.2 Схема измерений

6.2.3 Результаты измерений вносимого затухания для несимметричных помех

6.2.4 Результаты измерений вносимого затухания для симметричных помех

6.3 Оценка габаритных размеров различных ФРП для сети постоянного тока

6.4 Защита от перенапряжений, ИКП

6.4.1 Структурная схема модуля активного фильтра

6.4.2 Модель активного фильтра

6.4.3 Принципиальная схема активного фильтра (для высоковольтного варианта применения)

6.4.4 Принципиальная схема активного фильтра (для низковольтового варианта применения)

6.5 Выводы по шестой главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список используемых источников

Приложение

6

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие теории устойчивости и электромагнитной совместимости систем электропитания на основе импульсных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией»

Введение

Актуальность темы исследования и степень её разработанности

Современная концепция построения систем вторичного электропитания (СВЭП) индустриального и специального назначения основана на унификации энергетически эффективных импульсных источников питания, использующих транзисторные импульсные преобразователи напряжения (ИНН) различных видов энергии, различных уровней мощности от единиц ватт до десятков-сотен киловатт с различными входными и выходными напряжениями от единиц вольт до нескольких киловольт и т.д. в модульном исполнении. ИНН имеют целый ряд преимуществ перед линейными преобразователями: высокие массогабаритные характеристики, высокое качество выходного напряжения или тока, высокий коэффициент полезного действия (до 95-98%).

Непрерывное расширение областей применения ИНН для различной функциональной радиоэлектронной аппаратуры сопровождается ужесточением требований к их статическим и динамическим характеристикам и параметрам: разработке новых архитектур, разработке агрегатированных (составных, сложных) приборов и распределенных систем электропитания (РСН) с двух- или трехкратным преобразованием электроэнергии и с «шиной» бесперебойного электропитания, запитываемой от основной и резервной сети первичного электропитания.

Наличие большого количества часто противоречивых требований к ИВЭП, приводит к необходимости применять в их структуре широкий набор различных устройств, разрешающих эти противоречия, но и резко усложняющих ИВЭН: это импульсные преобразователи постоянного напряжения одного уровня напряжения в другой (DC/DC) с многоконтурными линейными и нелинейными обратными связями, активные и пассивные сетевые защитные устройства, активные и пассивные фильтры радиопомех (ФРП), корректоры коэффициентов мощности, устройства управления, контроля, диагностики и т.д.

Основной задачей, которую решает система управления импульсными преобразователями напряжения (ИНН) - стабилизация выходного параметра (напряжения или тока) при действии различных возмущающих факторов. Для этого требуется введение отрицательной обратной связи по требуемому параметру.

Стабилизированные ИНН относятся к замкнутым дискретно-нелинейным динамическим системам, при проектировании которых возникают проблемы обеспечения их устойчивости. Экспериментальные исследования показали, что при изменении в широком диапазоне параметров как внешних (нагрузка, температура, входное напряжение), так и внутренних параметров (элементов схемы) ИНН могут возникать различные периодические, квазипериодические, субгармонические и хаотические колебания [1-11]. Возникновение таких

колебаний приводит к электромагнитным помехам (ЭМП), распространяемым в нагрузку (сбивая алгоритм её работы или выводя из строя) или через первичный источник в другую радиоэлектронную аппаратуру, запитываемую от этого источника. Возникшие в результате возбуждения колебания приводят к перенапряжениям и сверхтокам в полупроводниковых элементах и росту тока выходного конденсатора, тем самым снижая срок службы ИПН или выводя его из строя.

На сегодняшний день для проектирования ИПН используется метод усреднения и линеаризации [12-46]. Данный метод позволяет перейти от дискретно-нелинейной системы к непрерывной линейной, получить частотную передаточную функцию разомкнутой петли отрицательной обратной связи (ООС) и с использованием частотных критериев Боде определить: устойчивость системы, полосу подавления низкочастотных пульсаций, коэффициент стабилизации выходных параметров, частоту единичного петлевого усиления с помощью которой определяются динамические характеристики системы [12-24, 32-47].

Основное достоинство метода усреднения и линеаризации - возможность определения частотной разомкнутой петли ООС в аналитическом виде, а, следовательно, возможность реализации синтеза цепи ООС по требуемым амплитудным и фазочастотным характеристикам петлевого усиления ООС ИПН. Передаточная функция замкнутой и разомкнутой петли ООС ИПН зависит от передаточной функции прямого канала усиления (силовой части ИПН, т.е. силового сглаживающего фильтра), а также типа и числа контуров обратной связи и корректирующих звеньев в цепи обратной связи.

Метод усреднения и линеаризации является приближенным. Погрешность возникает как при усреднении, т.е. замене уравнений, описывающих переменные состояния системы на различных интервалах работы ИПН одним непрерывным нелинейным дифференциальным уравнением, так и при линеаризации полученного нелинейного уравнения на этапе усреднения.

Точность метода усреднения и линеаризации зависит от отношения частоты коммутации силовых транзисторов к частоте единичного петлевого усиления ООС, величины пульсаций выходного напряжения, коэффициента заполнения (отношения длительности импульса тока через транзистор ИПН к периоду коммутации), величины возмущений (величины скачка входного напряжения и сопротивления нагрузки) и т.д. [11]. При уменьшении отношения частоты единичного петлевого усиления ООС к частоте коммутации транзисторов ООС при любом типе и параметрах сглаживающего фильтра пульсации выходного напряжения уменьшаются, т.е. импульсная модель приближается к линейной и погрешность расчета метода усреднения уменьшается.

В [11, 31, 48-52] рассмотрен метод эквивалентной замены импульсной нелинейной части ИПН линейным четырехполюсником и сведение импульсной модели ИПН понижающего типа к

линейной модели. Как метод усреднения и линеаризации, так и метод эквивалентной замены импульсной модели на эквивалентную линейную модель [11, 31, 48-52] позволяет определить частотные характеристики (входное сопротивление, выходное сопротивление, передаточную функцию петлевого усиления устройства ООС) ИПН с различными видами ООС и цепями коррекции. Метод усреднения и линеаризации является аналитическим, поскольку использует математические формулы, а метод эквивалентной замены импульсной силовой части (транзистора и диода) на линейный четырехполюсник является схемотехническим, так как использует схемы замещения. Поэтому в зависимости от решаемых задач используется либо один, либо другой метод.

Предложенная в [11] линейная схема замещения ИПН понижающего типа более простая по сравнению с предложенными в [31, 48-52]. Она оперирует только токами и напряжениями. Схемы замещения, рассмотренные в [31, 48-52] более громоздки и требуют перехода от напряжения сигнала ошибки к коэффициенту заполнения.

В [11] сравниваются приближенные методы: аналитический метод усреднения и линеаризации и схемотехнический метод эквивалентной замены импульсной части ИПН линейным четырехполюсником, т.е. линейной моделью и точным численным методом расчета с использованием импульсных нелинейных моделей с замкнутой петлей ООС, в котором отсутствуют погрешности аналитического метода усреднения и линеаризации и погрешности схемотехнического метода (метода линейной модели ИПН), в котором происходит замена нелинейной силовой части (транзистора и диода) линейным четырехполюсником. В [11] с использованием проведенных расчетов погрешности АЧХ и ФЧХ петлевого усиления линеаризованной модели предложены эквивалентные уточненные линеаризованные модели. Они позволяют более точно осуществить синтез цепи ООС для линейной модели ИПН.

Расчет частотных характеристик ИПН численными методами проводится в следующих программах схемотехнического моделирования [11]:

- Micro-CAP;

- LTspice IV;

- SimOne;

- SIMetrix/SIMPLIS;

- FASTMEAN.

В программе Micro-CAP [11, 57] описана методика расчета частотных характеристик через временные характеристики.

В программе LTspice IV [11] также описаны методика расчета частотных характеристик через временные и, как утверждают производители программы, ориентированы под ключевые схемы.

SimOne от отечественной компании Эремекс кроме обычных численных методов (метод трапеций, метод Гира) используют свой, по их словам, более быстродействующий метод.

SIMetrix/SIMPLIS от компаний SIMetrix Technologies и SIMPLIS Technologies представляют 2 программы: SIMetrix позволяет по словам производителей, используя обычные методы расчета (метод трапеций, метод Гира) быстрее рассчитать схему, а SIMPLIS, используя кусочно-линейную аппроксимацию элементов, быстро рассчитывать ключевые схемы.

Программа схемотехнического моделирования FASTMEAN, разработанная на кафедре «Теория электрических цепей» Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций профессорами Артымом А.Д., Филиным В.А. и к.т.н. Смирновым В.С. [5862], используя кусочно-линейную аппроксимацию элементов; двух численных методов: метода матричного ряда Тейлора в форме рекуррентных уравнений [63], предложенный А.Д. Артымом, и метод матричных экспонент с последовательным удвоением шага [64], предложенной профессором Ленинградского политехнического института Ю.В. Ракитским, а также встроенной функции расчета гармоники в сложном сигнале, позволяющей делать меньше вычислений, позволяют быстрее по сравнению с программами Micro-CAP, LTspice IV вычислять частотные характеристики используя временные характеристики. Программа FASTMEAN с использованием модифицированного метода узловых напряжений составляет систему дифференциальных уравнений Коши в матричной форме:

^ = Dlcxlc + D0x0 (1)

где xLC = [il ис]т - вектор переменных состояния, включающий напряжения на емкостях и токи через индуктивности, х0 = [u0 i0]T - вектор независимых источников тока и напряжения, DLC и D0 - матрицы, описывающие систему. Такая форма записи (в форме Коши) позволяет использовать методы матричного ряда Тейлора и матричных экспонент. То есть в программе FASTMEAN используется кусочно-линейная аппроксимация вольтамперных нелинейных характеристик (ВАХ) элементов (диодов, транзисторов), комбинация методов матричного ряда Тейлора и матричных экспонент с последовательным удвоением шага.

В [11] приведена таблица, где представлены характеристики каждой программы: численный метод расчета, максимальный шаг расчета, время расчета одной точки частотной характеристики, полное время расчета и погрешность рассчитанных характеристик. Как отмечается в [11], за эталон берется рассчитанная ЧХ в программе FASTMEAN с шагом 0,1 мкс, так как она из всех получилась наиболее гладкой.

Исследованию нелинейных динамических процессов импульсно-модуляционных систем посвящены работы многих ученых: Баушев В.С., Белов Г.А., Дмитриков В.Ф., Филин В.А., Шушпанов Д.В., Смирнов В.С., Сергеев В.В., Жуйков В.Я., Жусубалиев Ж.Т., Кобзев А.В., Колоколов Ю.В., Михальченко Г.Я. Михальченко С.Г., Охотник Г.П., Aroudi A.E., Hamill D.C.,

Krein P.T., Angulo F., Avrutin V., Banerjee S., Bernardo M. Di., Chan W.C.Y., Dattani J., Deane J.H.B., Debbat M.B., Flegar I., Orabi M.A. и другие.

Ими проведены исследования электромагнитных процессов отдельных модулей ИПН различного типа (преобразователей постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня DC/DC, переменного напряжение в постоянное AC/DC, постоянного напряжения в переменное - инверторы DC/AC).

Таблица 1.1 - Сравнение программ моделирования электрических схем.

Название программы Метод расчета Шаг расчета Время выборки Время расчета Погрешность в ЛАЧХ, дБ Погрешность в ФЧХ, °

Micro-CAP Гира 0,01 мкс 20 мс 21 мин 0,548 2,1

LTspice IV трапеций 0,1 мкс 20 мс 58 мин 0,8 1

SIMPLIS свой собственный расчет частотных характеристик 10 с 4,8+0,6 3,8

матричных экспонент

FASTMEAN и матричного ряда Тейлора 1 мкс 20 мс 1,45 мин 1,3 1

Но, как отмечалось выше, в настоящее время в различных областях техники гражданского и военного применения широко используются агрегатированные (сложные, составные) приборы и распределенные системы электропитания с «шиной» бесперебойного электропитания, запитываемой от основной и резервной сети первичного электропитания [65-74]. В агрегатированных и распределенных системах электропитания используются каскадно соединенные модули ИПН, имеющие комплексные входные и выходные сопротивления с отрицательной активной (вещественной) составляющей входного сопротивления [65-74]. Также во всех таких системах имеется каскадное соединение пассивного сетевого LC-фильтра радиопомех, включенного на входе ИПН с комплексным входным сопротивлением с отрицательной вещественной составляющей входного сопротивления из-за падающей входной вольтамперной характеристики (ВАХ) ^^^^х). Такие системы, образованные из абсолютно устойчивых модулей с большими запасами устойчивости по амплитуде и фазе, будучи интегрированными в систему, могут возбудиться и выйти из строя [65-74].

Проектирование таких систем, состоящих из каскадно соединенных нелинейных динамических импульсно-модуляционных модулей, из-за взаимного влияния модулей друг на друга существенно усложняется. При проектировании таких систем, как показано в диссертационной работе, необходимо решить две различные проблемы: первая состоит в необходимости проектирования двух отдельных модулей ИПН с запасом устойчивости каждого модуля по амплитуде в пределах 6-8 дБ, а по фазе 45°-55°, вторая состоит в том, чтобы соотношения выходного комплексного сопротивления первого модуля ^ВЫХ(]ю)) ко входному

комплексному сопротивлению второго ИПН (2вх(]ю)) ^ТГ > - 1 было больше минус

гвхОш)

единицы [11, 65-74].

Проектирование системы из последовательно соединенных сетевого фильтра радиопомех (ФРП) и импульсного преобразователя напряжения должны проектироваться с учетом выполнения следующих условий: ФРП должен обеспечить требуемое затухание 40-60 дБ в полосе частот 150 кГц - 30 МГц или 9 кГц - 100 МГц, а проектируемый ИПН должен быть абсолютно устойчив с требуемыми запасами устойчивости по амплитуде и фазе и с требуемыми динамическими характеристиками при изменении сопротивления нагрузки и входного напряжения в заданных пределах [65, 67-70]. Второе условие обусловлено необходимостью обеспечения устойчивости системы «ФРП-ИНН», которая имеет комплексные входные и выходные сопротивления, причем вещественная составляющая входного сопротивления ИПН, как уже отмечалось ранее, есть отрицательная величина. Поэтому для обеспечения устойчивости системы проектирование фильтра радиопомех и импульсного преобразователя напряжения должно вестись не только с учетом обеспечения устойчивости

ИПН с требуемыми запасами, но и обеспечения соотношения 2в Ь1Х фр п0 > — 1 , где Ъ в ых ф р п 0 о )

- выходное комплексное сопротивление ФРП, Ъ в х и п н 0 00)— входное комплексное сопротивление ИПН [67-70].

Следует особо отметить, что проектирование ФРП значительно усложняется тем, что они должны обеспечивать затухания 40-60 дБ в диапазоне частот 0,15-30 МГц с двухсоткратным перекрытием по частоте, а для авиационно-космических систем, надводных кораблей и подводных лодок в диапазоне частот от 9 кГц до 100 МГц, т.е. в диапазоне частот с перекрытием в одиннадцать тысяч раз. При таких больших диапазонах частот необходимо учитывать паразитные параметры дросселей и конденсаторов фильтра [65, 75, 76]. К сожалению, ни отечественные, ни зарубежные производители конденсаторов и дросселей, необходимые для проектирования ФРП эквивалентные электрические схемы замещения дросселей и конденсаторов, т.е. так называемые "поведенческие модели", а также их "паразитные параметры" не представляют. Паразитные параметры конденсаторов и дросселей, как показано в диссертационной работе, резко ослабляют затухание ФРП в высокочастотной части защищаемого диапазона частот и изменяют частотную характеристику ослабления с характеристики фильтра нижних частот (ФНЧ)) на характеристику режекторного фильтра [11, 75, 77].

Таким образом, для проектирования системы «ФРП-ИПН» с учетом обеспечения устойчивости работы системы и электромагнитной совместимости кроме перечисленных задач следует решать важную и актуальную задачу разработки эквивалентной структурно-

параметрической электрической схемы замещения конденсаторов и дросселей с учетом их конструкции и частотно-зависимых характеристик диэлектрической проницаемости диэлектриков конденсаторов и магнитной проницаемости сердечников дросселей [11, 73-75, 77].

В настоящее время при проектировании силового сглаживающего фильтра решается лишь одна задача: ослабления пульсаций выходного напряжения, на тактовой частоте, тогда как проектирование сглаживающего фильтра (СФ) следует производить с учетом целого ряда других крайне важных и актуальных задач, решаемых в диссертации: его влияния на устойчивость работы ИПН, качество переходных процессов, выравнивание токов параллельно включенных модулей, максимальные значения токов через транзисторы, диоды, и конденсаторы СФ. Таким образом, проектирование СФ является многокритериальной и сложной задачей, решаемой в диссертации [72-74, 78].

При разработке отечественной концепции построения устройств и систем электропитания на основе унифицированных модулей в отечественных нормативных документах и ГОСТ не учитывается характер нагрузки. Однако, характер нагрузки, как показано в работах [68, 79, 80], сильно влияет на устойчивость работы, электромагнитную совместимость (ЭМС) и на динамические характеристики ИНН. Отсюда следует вывод о необходимости унификации модулей СВЭП с учетом их работы не на резистивную нагрузку, что имеет место в настоящее время, а на реальную комплексную нагрузку.

Повышенный интерес разработчиков радиолокационных станций (РЛС) к радиолокационным комплексам на основе антенных фазированных активных решетках (АФАР), которые имеют существенные преимущества по сравнению с пассивными решетками привел к необходимости разработки для них особенных ИВЭП. Особенность заключается в большом количестве модулей электропитания - сотни-тысячи штук на полотне антенной решетки. При космическом или авиационном базировании это потребовало резкого улучшения удельных массогабаритных характеристик до 10 кВт на 1 дм за счет использования гибридно-пленочных бескорпусных технологий, проведённой оптимизации схем ИНН, их режимов работы и параметров элементов. Любые пульсации, шумы, нестабильности по питанию из-за линейного режима работы ППМ приводят к амплитудной паразитной модуляции сигнала, а, следовательно, к ухудшению селекции и сопровождению цели. ИВЭП ППМ АФАР работают на импульсную нагрузку, изменяющуюся практически от 0 до 100% с переменной скважностью. Особенность такого режима работы от обычных ИВЭП, непрерывно потребляющих энергию от первичного источника, заключается в переходных процессах, происходящих не только во время включения и выключения источников, но и в начале и конце каждого импульса. Перечисленные отличия и особенности ИВЭП ППМ АФАР от источников питания с непрерывным

потреблением энергии от первичного источника требуют других критериев проектирования силового СФ, накопительного конденсатора, структуры отрицательной обратной связи. Данные актуальные проблемы рассматриваются и решаются в диссертации [79-90].

Очень важное значение при построении систем ИВЭП имеет актуальная проблема параллельного включения модулей ИПН. Основной проблемой при построении таких систем является равномерное выравнивание токов модулей при разбросе параметров силовой части и устройства управления модулей и одновременное обеспечение стабильности выходного параметра. В диссертации показано, что эта проблема обуславливает необходимость в таких системах использовать два контура ООС: контур ООС по выходному напряжению и контур по току дросселя или конденсатора СФ [72-74]. Но, к сожалению, они выполняют противоположные функции. Контур ООС по выходному напряжению обеспечивает стабилизацию выходного напряжения и уменьшение выходного сопротивления ИПН. Последний фактор способствует увеличению разбросов тока выравнивания модулей. Контур с перекрестной ООС по току выравнивает токи модулей, но увеличивает выходное сопротивление модулей, что препятствует стабилизации выходного напряжения при действии возмущающих факторов. Наличие этих двух необходимых контуров ООС и для стабилизации выходного напряжения, и для выравнивания токов противоречит реализации функций каждого и к тому же в дискретно-нелинейных динамических системах, т.е. в ИПН с широтно-импульсной модуляцией, наличие двух таких контуров ООС из-за их взаимодействия приводит к возбуждению системы. В работе рассматриваются принципы и методы решения этой сложной проблемы [72-74].

Целью диссертационной работы является развитие теории устойчивости и электромагнитной совместимости систем электропитания на основе транзисторных преобразователей напряжения с широтно-импульсной модуляцией.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка методики и рекомендаций проектирования системы «ФРП-ИПН» с учетом требуемого ослабления ЭМП и устойчивости работы системы.

2. Проектирование, выбор типа и расчет параметров элементов силового СФ с заданным затуханием на тактовой частоте с учетом его влияния на устойчивость и динамические характеристики, максимальные значения токов через транзисторы, диоды и конденсаторы СФ и выравнивание токов параллельно включенных модулей.

3. Разработка эквивалентных структурно-параметрических электрических схем замещения конденсаторов и дросселей с учетом конструкции обмоток и сердечников дросселей; проводов и металлизации обкладок конденсаторов, а также свойств материала:

частотно-зависимой диэлектрической проницаемости диэлектрика конденсатора и частотно-зависимой магнитной проницаемости сердечника дросселя.

4. Исследование влияния характера нагрузки (резистивная или комплексная; линейная или нелинейная, выпрямитель с емкостью или ЬС фильтром; статическая или импульсная) на устойчивость и динамические характеристики ИПН.

5. Исследование влияния на частотные характеристики ослабления ЭМП, выходное сопротивление ФРП и устойчивость системы «ФРП-ИПН» эквивалентного сопротивления первичного источника и нагрузки (входное сопротивление ИПН).

6. Исследование особенностей проектирования и расчета силовой части накопительного конденсатора и устройства ООС источников питания для ППМ АФАР РЛС.

7. Исследование влияния разброса параметров элементов силовых СФ и устройств управления параллельно включенных модулей ИПН с перекрестной ООС по току между модулями на выравнивание токов модулей и устойчивость их работы.

8. Экспериментальное исследование импульсно-модуляционных систем с целью подтверждения корректности и применимости разработанной теории, методов и методик проектирования и расчета ФРП, эквивалентных структурно-параметрических электрических схем замещения конденсаторов и дросселей с учетом их конструкций и свойств материалов; ИВЭП ППМ АФАР РЛС

9. Внедрение основных результатов диссертационного исследования в практическое проектирование и разработку отечественных устройств и систем электропитания.

Научная новизна работы.

1. Исследовано влияние характера и параметров нагрузки (резистивная или комплексная, статическая или импульсная), типа силового СФ (фильтр Баттерворта или Чебышева) на устойчивость и динамические характеристики импульсно-модуляционных преобразователей напряжения (ИПН).

2. Разработана методика проектирования ФРП для подавления симметричных и несимметричных ЭМП с учетом устойчивости системы «ФРП-ИПН», влияния параметров эквивалента сети и нагрузки (комплексного входного сопротивления ИПН с отрицательной активной составляющей сопротивления) на ЭМС и устойчивость системы «ФРП-ИПН».

3. Разработаны и предложены эквивалентные структурно-параметрические электрические схемы замещения конденсаторов и дросселей ФРП и найдены их паразитные параметры с учетом конструкций обмоток и сердечников дросселей, проводов и металлизации обкладок конденсаторов, а также свойств материала: частотно-зависимой диэлектрической проницаемости диэлектрика конденсатора и частотно зависимой магнитной проницаемости сердечника дросселя.

4. С использованием феноменологических уравнений, описывающих процессы намагничивания сердечника дросселя и поляризации диэлектрика конденсатора, установлена связь паразитных параметров дросселей и конденсаторов с электрофизическими параметрами диэлектрика конденсатора и магнитного материала дросселя, что позволяет улучшить частотные свойства конденсаторов и дросселей.

5. Рассмотрены и выбраны тип и расчет параметров элементов силового сглаживающего фильтра (СФ) не только с учетом обеспечения им заданного затухания на частоте коммутации транзисторов ИПН, как рассматривается в настоящее время в литературе, но также с учетом его влияния на устойчивость, динамические характеристики ИПН, максимальные значения токов через транзисторы, диоды ИПН и конденсатор СФ и выравнивание токов параллельно включенных модулей источника питания. В диссертации показано, что проектирование СФ является многокритериальной задачей. В диссертации даны рекомендации решения данной проблемы и приведены результаты исследований.

6. На основании проведенного исследования влияния разброса параметров элементов силового сглаживающего фильтра и устройств управления параллельно включенных модулей ИПН с активным выравниванием токов, с помощью перекрестной ООС по току между модулями установлено:

- с увеличением разброса параметров элементов СФ уменьшается глубина перекрестной ООС по току между модулями, при которой устройство работает устойчиво и увеличивается разброс токов;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Петроченко Александр Юрьевич, 2022 год

Список используемых источников

1. Михальченко С.Г. Бифуркационный анализ нелинейных динамических систем полупроводниковых преобразователей модульного типа. Дисс. доктора техн. наук. -Томск, 2012.

2. Белов Г.А. Исследование колебаний в импульсном стабилизаторе напряжения вблизи границы устойчивости. // Электричество, 1990, №9 - С. 44-51.

3. Белов Г.А., Картузов А.В. Колебания в импульсном стабилизаторе // Электричество. -1988 - №7 - С. 53-56

4. Белов Г.А. Реверсивный импульсный преобразователь с параллельной коммутацией // Известия вузов. Электромеханика - 1979 - №7. - С. 647-654.

5. Гелиг А.Х., Чурилов А.Н. Колебания и устойчивость нелинейных импульсных систем. -СПб.: изд-во С.-Петербургского ун-та, 1993 - 268 с.

6. Гелиг А.Х., Чурилов А.Н. Периодические режимы в широтно- импульсных системах с переменной структурой линейной части // Автоматика и телемеханика. - 1990 - №12 -С. 94-104.

7. Гелиг А.Х. Устойчивость асинхронных импульсных систем со случайными возмущениями параметров. // Автоматика и телемеханика. - 1998 - №5 - С. 181-184.

8. Зотин Д.В. Динамические режимы функционирования электропривода с импульсной модуляцией // Проблемы автоматизации энергосберегающих технологий: Межвуз. сб. науч. тр., Брянск: Изд-во БГТУ, 1998 - С. 43-46.

9. Косчинский С.Л. Закономерности возникновения недетерминированных процессов в автоматизированных тяговых электроприводах постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией // Автореферат дисс. канд. техн. наук. - Орел, 1998 - 24 с.

10. Малаханов А.А. Математическое моделирование импульсно-модуляционных систем с коррекцией коэффициента мощности. Дисс. канд. техн. наук. - Брянск, 2007.

11. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость и электромагнитная совместимость устройств и систем электропитания / М.: Горячая линия - Телеком, 2018. 540 с.

12. Cho B.H., Lee F.C. Measurement of loop gain with the digital modulator. // IEEE Trans. Power Electron. Vol. PE1. №1, January. 1986. P. 55 - 62.

13. Wildrick C.M. Stability of distributed power supply systems // Master's thesis / Virginia Polytechnic Institute and State University. Blacksburg, 1993. 90 p.

14. Ridley R.B., Cho B.H., Lee F.C. Analysis and interpretation of loop gains of multiloop -controlled switching regulators. // IEEE Trans. Power Electron. Vol. 3. № 4, October. 1998. P. 271 - 280.

15. Шушпанов Д.В. Высокоэффективные импульсные преобразователи напряжения с ШИМ и распределенные системы электропитания на их основе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». СПб. 2005.

16. Дмитриков В.Ф., Сергеев В.В., Самылин И.Н. Повышение эффективности преобразовательных и радиотехнических устройств / М.: Радио и связь, 2005. 424 с.

17. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н. Влияние комплексной нагрузки на устойчивость работы и динамические характеристики импульсных источников питания // Практическая силовая электроника. 2006. Вып. 21. С. 15 - 18.

18. Самылин И.Н. Развитие теории, принципов построения транзисторных преобразователей напряжения и распределенных систем электропитания на их основе. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Специальность: 05.12.04 -«Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». СПб. 2006. 434 с.

19. Смирнов В.С. Эквивалентные частотные характеристики транзисторных ключевых устройств с отрицательной обратной связью. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». СПб. 2007. 261 с.

20. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н., Устойчивость импульсных преобразователей в распределенных системах электропитания // Электронные компоненты. 2006. Вып. 4. С. 12 - 15

21. Дмитриков В.Ф., Коржавин О.А., Шушпанов Д.В. Устойчивость распределенной системы электропитания с учетом промежуточных фильтров // Практическая силовая электроника. 2010. №4. Вып. 40. С. 28 - 35.

22. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н. Исследование устойчивости работы импульсных преобразователей повышающего типа // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2005. №12. С. 25 - 30.

23. Дмитриков В.Ф., Беловицкий О.И., Калмыков С.В., Сергеев В.В. Исследование устойчивости импульсных преобразователей с ШИМ // Межвузовский сборник научных трудов / СПбГТУРП. СПб, 2002. С. 237 - 249.

24. Беловицкий О.И., Самылин И.Н., Шушпанов Д.В. Исследование динамических и статических характеристик импульсного преобразователя повышающего типа с корректирующими звеньями // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2004. №2. С. 42 - 52.

25. Белов Г.А. Динамика импульсных преобразователей // Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2001 - 448 с.

26. Белов Г.А. Импульсные преобразователи с системами управления на серийных микросхемах // Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2015 - 330 с.

27. Белов Г.А. Теория импульсных преобразователей // Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2016 - 330 с.

28. Дмитриков В.Ф., Тонкаль В.Е., Гречко Э.Н., Островский М.Я. Теория и методы анализа преобразователей частоты и ключевых генераторов // Киев: Наук. Думка, 1988. - 312 с.

29. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника // Техносфера, 2005 - 632 с.

30. Севернс Р. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания // Энергоатомиздат. 1988 - 294 с.

31. Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания // Энергоатомиздат. 1990 - 240 с.

32. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н., Филин В.А., Шушпанов Д.В. Исследование устойчивости и коэффициента стабилизации импульсных преобразователей напряжения повышающего типа // Известия Высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, 2004 - №1.

33. Дмитриков В.Ф., Коржавин О.А., Шушпанов Д.В. Устойчивость распределенной системы электропитания с учетом промежуточных фильтров // Практическая силовая электроника, 2010 - №4 (40).

34. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н. О влиянии комплексной нагрузки на устойчивость работы и динамические характеристики импульсных источников питания // Практическая силовая электроника, 2006 - №1 (21).

35. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Капралов Г.Н., Петроченко А.Ю. Устойчивость и электромагнитная совместимость устройств и систем электропитания // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2017 - Т. 20 - №3

36. Дмитриков В.Ф., Беловицкий О.И., Самылин И.Н. Исследование статических и динамических характеристик импульсных преобразователей понижающего типа при использовании фильтров с различными характеристиками // Известия высших учебных заведений России / Радиоэлектроника. 2004. №3. С. 39 - 49.

37. Калмыков С.В., Самылин И.Н. Исследование импульсного преобразователя напряжения повышающего типа с П-образным ^С-фильтром. // Практическая силовая электроника. 2004. Вып. 14. С. 26 - 35.

38. Коржавин О.А. Динамические характеристики импульсных полупроводниковых преобразователей и стабилизаторов постоянного напряжения / М.: Радио и Связь, 1997. 300 с.

39. Самылин И.Н. Исследование и разработка импульсных преобразователей напряжения с широтным регулированием с улучшенными динамическими и массогабаритными характеристиками. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». СПбГУТ, им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2001, 252 с.

40. Дмитриков В.Ф., Беловицкий О.И., Калмыков С.В., Шушпанов Д.В. Исследование динамических характеристик импульсного преобразователя напряжения с различными фильтрами и контурами обратной связи // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2002. № 168, С. 309 - 316.

41. Самылин И.Н., Шушпанов Д.В., Сайко Н.Ю. Оценка погрешности метода усреднения и линеаризации для импульсного преобразователя напряжения понижающего типа с обратной связью по выходному напряжению // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2005. №173. C. 199 - 211.

42. Middlebrook R.D. Input Filter Considerations in Design and Application of Switching Regulators // IEEE Power Electronics Specialists Conference. 1977. P. 36 - 57.

43. Mitchell D.M. Power Line Filter Design Considerations for dc-dc Converters // IEEE Industry Applications Magazine. November/December. 1999. P. 16 - 26.

44. Middlebrook R.D. Design Techniques for Preventing Input-Filter Oscillations in Switched-Mode Regulators // Proc. Fifth National Solid-State Power Conversion Conference. 1978. P. A.3.1 - A.3.16.

45. Lee F.C., Yu Y. Input-Filter Design for Switching Regulators // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1979. Vol. AES-15. #5. P. 627 - 634.

46. Кобелянский А.Е. Исследование и разработка высокоэффективных импульсных преобразователей напряжения с ШИМ и систем электропитания на их основе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». СПбГУТ, им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2010, 217 с.

47. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Приближенный расчет пульсаций выходного напряжения в импульсном преобразователе понижающего типа // Труды XII международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП - 2014) 2-4 октября 2014 г. - Новосибирск, 2014. т.7. С.189 -193.

48. Basso C.P. Switch-Mode Power Supply Spice Cookbook / McGraw-Hill Companies, Inc., 2001. 263 p.

49. Basso C.P. Switch-Mode Power Supplies. SPICE Simulations and Practical Designs / McGraw-Hill Companies, Inc., 2008. 889 p.

50. Vorperian V. Simplified Analysis of PWM Converters using the Model of the PWM Switch // IEEE Trans. on Aerospace and Electronics Systems. 1990. Vol. 26. №3.

51. Vorperian V. Fast Analytical Techniques for Electrical and Electronic Circuits / Cambridge University Press, 2011. 476 p.

52. Ridley R.B. Power Supply Design. Volume 1: Control / Ridley Engineering, Inc. 2012. 166 p.

53. http://ridleyengineering.com/design-center.html: Design Center Library: [58] Audiosusceptibility Measurements and Loop Gains.

54. Middlebrook R.D. Measurement of loop gain in feedback systems // Int. J. Electronics, vol. 38, pp. 485-512, Apr. 1975.

55. Wester G.W., Middlebrook R.D. Low Frequency Characterization of Switched DC-DC Converters. - IEEE Trans. Aerospace and Electronic Systems, vol. AES - 9, May 1973. - p. 376-385.

56. Самылин И.Н., Филин В.А., Шушпанов Д.В., Исследование устойчивости работы двухтактных импульсных стабилизаторов с использованием частотных характеристик передачи по петле ООС методом замкнутого контура // Практическая силовая электроника. 2005. Вып. 18. С. 2 - 11.

57. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-CAP. Версии 9, 10 / Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2012. 617 с.

58. Самылин И.Н., Смирнов В.С., Филин В.А. Сравнительный анализ частотных характеристик передачи по петле ООС для импульсной и линейной моделей преобразователей с ШИМ понижающего типа // Практическая силовая электроника. 2005. Вып. 18. С. 19 - 27.

59. Самылин И.Н. Исследование устойчивости импульсных преобразователей понижающего типа методом замкнутого контура. // Практическая силовая электроника. 2005. Вып. 19. С. 26 - 33.

60. Смирнов В.С. Задачи анализа устойчивости импульсных распределенных систем электропитания // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2004. №170. С. 102 -112.

61. Артым А.Д., Есполов К.Ж., Смирнов В.С., Филин В.А. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002610191 от 15 февраля 2002 г. «Автоматизированная компьютерная программа быстрого расчета и оптимизации переходных и стационарных процессов в электрических цепях радиотехнических и телекоммуникационных устройств» (FASTMEAN).

62. http://www.fastmean.ru. Официальный сайт программы FASTMEAN.

63. Филин В.А. Развитие теории и численных методов анализа переходных процессов в электрических цепях радиотехнических устройств // диссертация на соискание ученой степени д.т.н. // СПбГУТ - СПб, 1998.

64. Ракитский Ю.В., Устинов С.М., Черноруцкий И.Г. Численные методы решения жестких систем. - М.: Наука, 1979.

65. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Исаев В.М., Шушпанов Д.В. Особенности проектирования сетевых фильтров радиопомех в широком диапазоне частот с учетом эквивалентных схем замещения конденсаторов и дросселей // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2020. Т. 23. № 4. С. 85-96.

66. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Алексеев М.А. Проблемы устойчивости при создании агрегатированных и распределенных систем вторичного электропитания // Электротехника. 2020. № 2. С. 35-42.

67. Petrochenko A. Yu., Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V., Alekseev M.A. Stability Problems In Designing Aggregated And Distributed Systems Of Secondary Power Supplies // Russian Electrical Engineering. 2020. Т. 91. № 2. С. 108-114.

68. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф. Проблемы унификации модулей источников вторичного электропитания с учетом комплексной нагрузки // Электрическое питание. 2020. №1 С. 31-36.

69. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Капралов Г.Н., Замышляев Е.Г., Алексеев М.А., Шушпанов Д.В. Разработка унифицированных модулей фильтров электромагнитных помех в цепях вторичного электропитания с функциями защиты от импульсных токов и перенапряжений // Электропитание. 2018. № 2. С. 45-63.

70. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Капралов Г.Н. Устойчивость и электромагнитная совместимость устройств и систем электропитания // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. Т. 20. № 3-1. С. 87-94.

71. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Алексеев М.А., Особенность проектирования силового сглаживающего фильтра транзисторного преобразователя напряжения при работе на динамическую нагрузку // Практическая силовая электроника. 2016. № 4 (64). С. 14-20.

72. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Ким С.М., Ягубов З.Г., Маракулин В.В. Исследование влияния разброса параметров элементов различных типов сглаживающих фильтров на устойчивость работы параллельно включенных модулей импульсных преобразователей напряжения // Практическая силовая электроника. 2016. № 1 (61). С. 17-28.

73. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Ким С.М., Зайцева З.В. Влияние перекрестной связи на устойчивость работы параллельно включенных импульсных преобразователей напряжения // Практическая силовая электроника. 2015. № 3 (59). С. 12-19.

74. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Ким С.М., Влияние разбросов параметров в канале прямой передачи и канале обратной связи на устойчивость параллельно включенных импульсных преобразователей напряжения при наличии перекрестных ООС // Электропитание. 2015. № 2. С. 32-40.

75. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Фрид Л.Е, Беляев А.Е., Зайцева З.В. Разработка высокочастотных электрических схем замещения конденсаторов и дросселей с учетом частотных свойств диэлектрической и магнитной проницаемости диэлектриков и магнетиков // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2020. Т. 23. № 2. С. 55-69.

76. Petrochenko A. Yu., Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V., Alekseev M.A., Zaytseva Z.V. The condition of self-oscillation in distributed power supply systems. Low-level and high-level excitation signal modes // International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM EDM 2018 - Proceedings. 2018. С. 602606.

77. Petrochenko A. Yu., Dmitrikov V.F., Frid L.E., Belyaev A.E., Zaytseva Z.V. Synthesis Of Equivalent Circuits For Chokes And Capacitors In A Wide Range Of Frequencies Taking Into Account Dynamic Processes In Dielectric And Magnetic Materials // 20th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM-2019 Novosibirsk State Technical University, IEEE Russia Siberia Section. 2019. С. 532-540.

78. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Алексеев М.А., Минимизация массогабаритных характеристик сглаживающего фильтра транзисторного преобразователя при работе на переменную нагрузку // Электропитание. 2016. № 3. С. 20-23.

79. Петроченко А.Ю., Дмитриков В.Ф., Розанов А.А. Особенности проектирования отрицательной обратной связи и силового сглаживающего фильтра DC/DC преобразователя с импульсными нагрузками для приемопередающих модулей активных фазированных антенных решеток РЛС. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2021. Т. 24. № 1. С. 78-88.

80. Petrochenko A. Yu., Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V., Zaytseva Z.V. Designing DC/DC Converters with Impulse Loads for Secondary Supply Systems of Transmit/Receive Modules

for Active Phased Array Antennas of Radars // 21st international conference on micro/nanotechnologies and electron devices EDM 2020 C. 331-339.

81. Павлов С., Филиппов А. Антенные фазированные решетки. Обзор компонентной базы для реализации приемо-передающих модулей. // Компоненты и технологии. 2014. №7

82. Ефремов В. Компонентная база для АФАР: высокочастотные соединители // Компоненты и технологии. 2014. №9

83. Кириенко В.П. Регулируемые преобразователи систем импульсного электропитания // ЧГУ им. И.Н. Ульянова. 2008г.

84. Кушнерев Н.А., Шумов М.А. Система электропитания активных фазированных антенных решеток // Радиотехника. 2007. №12

85. Доминюк Я.В., Левитан Б.А. Система электропитания активной фазированной антенной решетки импульсного действия // Радиотехника. 2012. №11

86. Хватов С.В. Электромагнитные процессы в системе питания передающих устройств РЛС. НГТУ им. Р.У. Алексеева. 2011

87. Никитин М. Высоконадежные DC/DC-преобразователи для применения в военной и транспортной технике // Компоненты и технологии. 2011. №1

88. Никитин М. Mil-COTS DC/DC-преобразователи компании SynQor - достойная замена гибридным DC/DC-преобразователям в ответственных приложениях с ограниченным бюджетом Высоконадежные преобразователи для применения в военной и транспортной технике // Компоненты и технологии. 2011. №5

89. Негреба О. Некоторые аспекты организации систем электропитания АФАР часть 2. Нужно ли усреднять импульсную нагрузку на источник электропитания? // Силовая электроника 2018 №6

90. Гончаров А.Ю. Особенности построения матричных систем распределенного электропитания для АФАР // Компоненты и технологии 2016. № 12 (185) С. 100-104.

91. Андронов А.А., Вит А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний в теоретической радиотехнике // М.: Наука, 1981. 568 с.

92. Неймарк Ю.И., Ланда П.С. Стохастические и хаотические колебания // М.: Наука 1987. 424 с.

93. Неймарк Ю.И. Метод точечных отображений в теории нелинейных колебаний // М.: Наука 1978. 472 с.

94. Неймарк Ю.И. Динамическая система как основная модель современной науки // Автоматика и телемеханика 1994. №3. С. 196-201.

95. Фейгин М.И. Вынужденные колебания систем с разрывными нелинейностями // М.: Наука 1994 - 288 с.

96. Фейгин М.И. О рождении семейств субгармонических режимов в кусочно-непрерывной системе // Прикладная математика и механика 1974, т.38 Вып. 5 С. 810-818

97. Фейгин М.И. О структуре С-бифуркационных границ кусочно-непрерывных систем // Прикладная математика и механика // Прикладная математика и механика 1978, т.42 Вып. 5 С. 820-829

98. Андриянов А.И. Математическое моделирование процессов нелинейной динамики в замкнутых системах автоматического управления с однополярной реверсивной модуляцией. Дисс. канд. техн. наук. - Брянск, 2004

99. Антонова Н.А. Существование периодических режимов в системах с интегральной широтно-импульсной модуляцией // Автоматика и телемеханика - 1979 №7 С. 175-181

100. Демирчян К.С., Бутырин П.А., Савицки А. Стохастические режимы в элементах и системах электроэнергетики. - Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1987. №3

101. Жуйков В.Я., Коротеев И.Е. Рябенький В.М. и др Замкнутые системы преобразования электрической энергии // Под ред. В.Я. Жуйкова. - Киев: Тэхника; Братислава: Альфа, 1989 - 320 с.

102. Климов В.П. Организация параллельной работы источников бесперебойного питания переменного тока // Силовая электроника. 2008 №2 С. 68-72.

103. Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Андриянов А.И. Михальченко С.Г. Нелинейная динамика полупроводниковых преобразователей - Томск: Изд. ТУСУР, 2007. 224с.

104. Akagi H. Classification, Terminology, and Application of the Modular Multilevel Cascade Converter (MMCC) // IEEE transactions on power electronics. - 2011. Vol. 26, №11 - p. 3119-3130.

105. Di Bernardo M. Discrete-Time Maps for the Analysis of Bifurcations and Chaos in DC/DC Converters // IEEE Transactions on Circuits and Systems - I. №2/ 2000 - p. 130-142.

106. Tse C.K. Fllip bifurcation and chaos in three-state boost switching regulators // IEEE Transactions on Circuits and Systems - I. Fundamental Theory and Applications. Vol. 41 №1/ 1994 - p. 16-23.

107. William C.Y., Chan, Tse C.K. Study of Bifurcations in Current-Programmed DC/DC Boost Converters: From Quasi-Periodicity to Period-Doubling // IEEE transactions on power electronics. - I. Fundamental Theory and Applications. Vol. 44 №12/ 1997 - p. 1129-1142.

108. Mazumder S.K. Acharya M. Multiple Lyapunov Function Based Reaching Condition for Orbital Existence of Switching Power Converters Modulation // IEEE transactions on power electronics. - vol. 23, №3 2008. p. 1449-1471.

109. Никулин Е.А. Основы теории автоматического управления // Изд. БХВ-Петербург 2015 - 632 с.

110. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н., Шушпанов Д.В., Кобелянский А.Е. Исследование пульсаций выходного напряжения транзисторного преобразователя понижающего типа // Физика и технические приложения волновых процессов, Самара 2007, том 10, № 2. С.86-93

111. ГОСТ Р 51527-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Стабилизированные источники питания постоянного тока. Кондуктивные электромагнитные помехи. Нормы и методы испытаний.

112. Векслер Г., Недочетов В., Пилинский В. Подавление электромагнитных помех в цепях электропитания. - Киев: Техника 1990. 167 с.

113. Т. Уилльямс ЭМС для разработчика продукции // Издательский дом «Технологии», 2003. 544 с.

114. Сергеев В.В. Реализация LC - фильтров радиопомех для сетей постоянного тока // АПИНО - 2019, С. 447-453.

115. Сергеев В.В. Особенности проектирования LC - фильтров с учетом паразитных параметров элементов. // Теоретические основы электротехники. АПИНО - 2017, С. 477-479.

116. Sheegan D. Designing a regulator's LC input filter: "Ripple" method prevents oscillation woes // Electronic Design. 1979. #16. P. 102-104.

117. Крючков В.В., Соловьев И.Н. Входные фильтры импульсных источников питания // Практическая силовая электроника. 2005. №20. С. 2-5.

118. Jang Y., Erikson R.W. Physical Origins of Input Filter Oscillations in Current Programmed Converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 1991. Vol.7. #4. P. 725 - 733.

119. Ланцов В., Эраносян С. Электромагнитная совместимость импульсных источников питания: проблемы и пути их решения. Часть 2. // Силовая электроника. 2007, № 1.

120. Дмитриков В.Ф., Сергеев В.В., Замулин О.Л., Шушпанов Д.В., Павлов А.В. Расчет сетевого фильтра радиопомех для источника бесперебойного питания // Практическая силовая электроника. 2011. №2. Вып. 42. С. 23 - 36.

121. Дмитриков В.Ф., Сергеев В.В., Замулин О.Л., Шушпанов Д.В., Павлов А.В. Расчет сетевого фильтра радиопомех для источника бесперебойного электропитания // X Международная научно-техническая конференции «Физика и технические приложения волновых процессов»: материалы. Самара, 2011. С. 235 - 237.

122. Коржавин О.А., Донкеев С.С. Повышение локальной устойчивости системы «импульсный стабилизированный источник питания с входным фильтром» путем увеличения его коэффициента затухания с помощью цепей коррекции // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2001. Т.4. №4. С. 68 - 72.

123. Донкеев С.С. Исследование влияния входных фильтров на динамические характеристики импульсных источников электропитания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». Самара. 2006. 165 с.

124. Коржавин О.А. Динамические характеристики импульсных источников электропитания постоянного напряжения с входными фильтрами - учебное пособие / Самара, 2009. 224 с.

125. Мартин Браун. Источники питания. Расчет и конструирование / Киев: "МК-Пресс" 2005. 279с. Перевод с английского.

126. Бонни Бейкер. Что нужно знать цифровому разработчику об аналоговой электронике М.: издательский дом "Додэка XXI век" 2010. 360с. Перевод с английского.

127. Дмитриков В.Ф. Ростовцев А.Г. Динамические потери в ключевых транзисторных генераторах / Техника средств связи. 1981, выпуск 6.

128. S. Wang, Z. Liu, and Y. Xing, "Extraction of parasitic capacitance for toroidal ferrite core inductor," in Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2010 the 5th IEEE Conference on, 2010, pp. 451-456.

129. Carlos CUELLAR, Nadir IDIR, Abdelkader Benabou. "High Frequency Behavioral Ring Core Inductor Model" in IEEE Transactions on Power Electronics 31(5), pp. 5-15, January 2015.

130. T. Tsutaoka, "Frequency dispersion of complex permeability in Mn--Zn and Ni--Zn spinel ferrites and their composite materials," Journal of Applied Physics, vol. 93, pp. 2789-2796, 2003.

131. A. Massarini and M. K. Kazimierczuk, "Self-capacitance of inductors," IEEE Trans. Power Electron., vol. 12, pp. 671-676, 1997.

132. Jim Brown. Understanding How Ferrites Can Prevent and Eliminate RF Interference to Audio Systems. Audio Systems Group, Inc.

133. B. Cullity and C. Graham, Introduction to magnetic materials, 2nd ed. United States of America: Wiley-IEEE Press, 2009.

134. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - М.: Наука, 1978.

135. Головин В.А., Каплунов И.А,, Малышкина О.В., Педько Б.Б., Мовчикова А.А. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов.- М.: Техносфера, 2016. -272 с.

136.Гинзбург В.Л. Теоретическая физика и астрофизика. Дополнительные главы.-М: Главная редакция физико-математической литературы издательства "Наука". 1975. - 416 c.

137. Морозов А.И. Физика твердого тела. Электроны в кристалле. Металлы. Полупроводники. Диэлектрики. Магнетики. Сверхпроводники. -М.: МГИРЭиА, 2008. -192 с.

138. Г.Фрёлих. Теория диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери. Перевод с англ. - М.: Издательство иностранной литературы, 1960. - 249 с.

139. Бакалов В.И, Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей.Учебное пособие для вузов; Под ред. В.П.Бакалова. -4-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2017. - 596с.

140. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. К теории дискретной магнитной проницаемости ферромагнитных тел.- М: Наука. 1969. - 512с.

141. Стародубцев Ю.Н. Белозеров В.Я. Магнитные свойства аморфных и нанокристалических сплавов.- Екатеринбург. Издательство Уральского ин-та, 2002.-384 с

142. Филипов Б.Н. , Жаков С.В. Теории динамических свойств ферромагнитных монокристаллических пластин, обладающих доменной структурой. - Физика металлов и металловедение, том 39, №4, 1975.

143. В. Ф. Дмитриков, Л. Е. Фрид, Д. Н. Кушнерев, Д. С. Чмутин. Синтез эквивалентных частотных схем замещения дросселя. - Практическая силовая электроника, 2017, № 2 (66) С. 5-11.

144. N. Talebi, M. A. Sadrnia and S. M. R. Rafiei, "Current and voltage control of paralleled multimodule inverter systems," 2009 17th Mediterranean Conference on Control and Automation, 2009, pp. 1498-1503, doi: 10.1109/MED.2009.5164759.

145. K. I. Hwu and J. Shieh, "Applying module-link method to multiple power supplies paralleled," IECON 2017 - 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017, pp. 901-903, doi: 10.1109/IECON.2017.8216155.

146. J. M. Guerrero, J. C. Vasquez, J. Matas, J. L. Sosa and L. Garcia de Vicuna, "Parallel operation of uninterruptible power supply systems in microgrids," 2007 European Conference on Power Electronics and Applications, 2007, pp. 1-9, doi: 10.1109/EPE.2007.4417733.

147. M. C. Chandorkar, D. M. Divan and R. Adapa, "Control of parallel connected inverters in standalone AC supply systems," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 29, no. 1, pp. 136-143, Jan.-Feb. 1993, doi: 10.1109/28.195899.

148. J. M. Guerrero, Luis Garcia de Vicuna, J. Matas, M. Castilla and J. Miret, "Output impedance design of parallel-connected UPS inverters with wireless load-sharing control," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, no. 4, pp. 1126-1135, Aug. 2005, doi: 10.1109/TIE.2005.851634.

149. J. M. Guerrero, J. Matas, L. Garcia De Vicunagarcia De Vicuna, M. Castilla and J. Miret, "Wireless-Control Strategy for Parallel Operation of Distributed-Generation Inverters,"

in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, no. 5, pp. 1461-1470, Oct. 2006, doi: 10.1109/TIE.2006.882015.

150. S. J. Chiang, C. Y. Yen and K. T. Chang, "A multimodule parallelable series-connected PWM voltage regulator," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 48, no. 3, pp. 506-516, June 2001, doi: 10.1109/41.925577.

151. E. A. A. Coelho, P. C. Cortizo and P. F. D. Garcia, "Small-signal stability for parallel-connected inverters in stand-alone AC supply systems," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 38, no. 2, pp. 533-542, March-April 2002, doi: 10.1109/28.993176.

152. M. C. Chandorkar, D. M. Divan and R. Adapa, "Control of parallel connected inverters in standalone AC supply systems," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 29, no. 1, pp. 136-143, Jan.-Feb. 1993, doi: 10.1109/28.195899.

153. K.I. Hwu, "New method for designing of two power supply modules paralleled", International Review of Electrical Engineering (IREE), vol. 3, no. 6, pp. 945-954, 2008.

154. S. Pan and P.K. Jain, "Precisely-regulated multiple output forward converter with automatic master-slave control", IEEE PESC'05, pp. 969-975, 2005.

155. D. Biel, E. Fossas, F. Guinjoan and R. Ramos, "Interleaving quasi-sliding mode control of parallel-connected inverters," 2008 International Workshop on Variable Structure Systems, 2008, pp. 337-342, doi: 10.1109/VSS.2008.4570731.

156. Shiguo Luo, Z. Ye. R. Lin and Fred C. Lee "A Classification and Evaluation of Parallel Methods for Power Supply Modules", 1998 VPEC Seminar Record, pp. 221-231.

157. D.J. Perreault, R.L. Selders Jr., and J.G. Kassakian, "Frequency-based current-sharing techniques for paralleled power converters," IEEE Trans. Power Electron., vol. 13, pp. 626634, July 1998.

158. M.M. Jovanovic, D.E. Crow, and L. Fang-Yi, "A novel, low-cost implementation of "Democratic" load-current sharing of paralleled converter modules," IEEE Trans. Power Electron., vol. 11, pp. 604-611, July 1996.

159. Y Panov, M.M. Jovanovic. Design and performance evaluation of low-voltage/high-current DC/DC on-board modules. APEC'99. Fourteenth Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition. 1999 Conference Proceedings, pp. 545-552

160. Дмитриков В.Ф.; Шушпанов Д.В.; Ким С.М.; Майоров С.И.; Исаев В.М. Исследования работы параллельно включенных преобразователей напряжения при пассивном выравнивании токов модулей. VIII Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» СПб. 2009. 291-293 с.

161. Дмитриков В.Ф.; Шушпанов Д.В.; Ким С.М.; С.Л, Иванов; А.А. Вялов. Распределение токов параллельно соединенных отечественных преобразователей постоянного

напряжения в постоянное. VIII Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» СПб. 2009. 296-297 с.

162. Чети П. Проектирование ключевых источников электропитания: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1990. 236 с.

163. Коржавин О.А. Динамические характеристики импульсных полупроводниковых преобразователей и стабилизаторов постоянного напряжения. М.: Радио и связь 1997г., 300 с.

219 Приложение 1

УТВЕРЖДАЮ

меститель генерального ректора по научно-техническому даитию АО «СКТБ РТ»

04 2022 г.

А. Ш. Каипов

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы А.Ю. Петроченко «Развитие теории устойчивости и электромагнитной совместимости систем электропитания на основе импульсных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.05 - Теоретическая электротехника

Настоящим актом подтверждается, что научные результаты кандидатской диссертационной работы Петроченко А.Ю., с его непосредственным участием, были использованы при выполнении ОКР «Разработка и освоение серийного производства ряда унифицированных модулей фильтров электромагнитных помех в цепях вторичного электропитания с функциями защиты от импульсных токов и перенапряжений» шифр «Источник И17-РК» контракт №16411.4432017.11.042 на выполнение ОКР «Источник И17-РК» (Государственная программа Российской Федерации «Развитие оборонного комплекса»).

Перечень внедрённых результатов:

1. Схемы пассивных ЬС фильтров радиопомех для ослабления кондуктивных симметричных и несимметричных электромагнитных помех (ЭМП) не менее 40 дБ генерируемых импульсными преобразователями напряжения (ИПН) в диапазоне частот 0,15-30 МГц;

2. Методика расчета фильтров радиопомех с учетом решения двух задач: ослабления ЭМП до требуемого уровня в широком диапазоне частот с учетом паразитных параметров дросселей и конденсаторов и с учетом обеспечения устойчивости системы «ФРП-ИПН».

3. Методика расчета структурно-параметрических электрических схем замещения (поведенческих моделей) дросселей и конденсаторов с учетом

комплексных магнитной и диэлектрической проницаемости дросселей и конденсаторов;

4. Схемы защиты ФРП и функциональной аппаратуры от импульсных коммутационных перенапряжений наносекундной, микросекундной и миллисекундной длительности, которые присутствуют в первичной сети электропитания.

Данная ОКР вызвана необходимостью импортозамещения модулей активных ФРП с функциями защиты потребителя от перенапряжений, выпускаемых фирмой Vicor (США) и модулей пассивных ФРП также с функциями защиты от перенапряжений выпускаемых фирмой Epcos (Германия). Данные зарубежные ФРП широко используются в отечественных источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Начальник 21 отдела АО «СКТБ РТ»

Алексеев М.А.

Инженер-конструктор АО «СКТБ РТ»

Шакшин C.JI.