Битюков Владимир Ксенофонтович, д.т.н., профессор, кафедра радиоволновых процессов и технологий, Институт радиоэлектроники и информатики,
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78.
Scopus AuthorID: 6603797260,
ResearcherID: Y-8325-2018.
Vladimir K. Bityukov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Electronics and Informatics,
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454.
Лавренов Алексей Игоревич, аспирант, ассистент, кафедра радиоволновых процессов и технологий, Институт радиоэлектроники и информатики,
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78.
Aleksey I. Lavrenov, Postgraduate Student, Assistant, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Electronics and Informatics,
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454.
Цели. Цели работы – разработка нового метода проектирования DC/DC-преобразователей, построенных по топологии Zeta с возможным учетом магнитной связи дросселей, проведение расчетов по предложенной методике номиналов дросселей и конденсаторов Zeta-преобразователя с индуктивно связанными дросселями и проверка достоверности предельной непрерывной математической модели и метода проектирования, основанного на ней, с помощью SPIСE-моделирования в системе автоматизированного проектирования Multisim.
Методы. Поставленные задачи решены при помощи аналитического анализа предельной непрерывной математической модели. Предложенным методом выполнен расчет номиналов связанных дросселей и конденсаторов преобразователя.
Результаты. С помощью системы автоматизированного проектирования Multisim проведено моделирование Zeta-преобразователя со связанными дросселями, в ходе которого получены нагрузочные и передаточные характеристики преобразователя, показывающие зависимости токов, протекающих в связанных дросселях, и напряжений на конденсаторах от входного напряжения, а также зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Показано, что представленный метод проектирования достоверен и полностью соответствует результатам моделирования. Установлена корреляция передаточных и нагрузочных характеристик токов и напряжений, полученных моделированием и расчетным путем. Отличия рассчитанных с помощью предельной непрерывной математической модели значений от результатов моделирования в системе автоматизированного проектирования Multisim сопоставимы с погрешностью измерений.
Выводы. Предложенный метод проектирования позволяет рассчитать номиналы элементов Zeta-топологии как с учетом индуктивной связи дросселей, так и без него. Кроме того, с помощью данного метода возможно рассчитать постоянные значения и пульсации токов дросселей и напряжений на конденсаторах. Приведенный в статье метод проектирования DC/DC-преобразователей можно использовать как для предварительного оценочного расчета, так и для более детального расчета с анализом работы устройства при различных входных напряжениях и сопротивлениях нагрузки.
Objectives. The work set out to develop a new design method for DC/DC converters based on the Zeta topology to calculate the ratings of inductors and capacitors of the Zeta converter with magnetically coupled inductors and verify the accuracy of the ultimate continuous mathematical model and design method based on it using SPICE simulation in the Multisim computer-aided design (CAD) system.
Methods. The proposed method analyzes an ultimate continuous mathematical model to calculate the ratings of coupled inductors and capacitors of the converter.
Results. The simulation of the Zeta converter with coupled inductors was carried out using the Multisim CAD system, during which the load and transfer characteristics of the converter were obtained. These characteristics show the dependencies of the currents flowing through the coupled inductors and voltages across the capacitors on the input voltage, as well as the dependence of the output voltage on the load current. The presented design method is shown to be accurate and in full agreement with the simulation results. A correlation between the transfer and load characteristics of currents and voltages obtained by simulation and calculation is established. The differences between the values calculated using the ultimate continuous mathematical model and the results of simulation in the Multisim CAD system are comparable to measurement errors.
Conclusions. The proposed design method is used calculate element ratings for the Zeta topology both with and without taking the inductive coupling into account. The method can also be used to calculate the steady-state values and ripple currents of the inductors and voltages across the capacitors. The design method for DC/DC converters presented in the paper can be used for both preliminary evaluation calculations and more detailed calculations, including analysis of the device operation under various input voltages and load resistances.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.