Битюков Владимир Ксенофонтович, д.т.н., профессор, кафедра радиоволновых процессов и технологий Института радиоэлектроники и информатики
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
ResearcherID Y-8325-2018
Scopus Author ID 6603797260
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
ResearcherID Y-8325-2018
Scopus Author ID 6603797260
Лавренов Алексей Игоревич, ассистент, кафедра радиоволновых процессов и технологий Института радиоэлектроники и информатики
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Alexey I. Lavrenov, Assistant, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Electronics and Informatics
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Малицкий Даниил Александрович, ассистент, кафедра радиоволновых процессов и технологий Института радиоэлектроники и информатики
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Daniil A. Malitskiy, Assistant, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Electronics and Informatics
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Цели. DC/DC-преобразователь, построенный по Zeta-топологии, является униполярным электронным устройством, которое обеспечивает преобразование входного положительного напряжения в стабилизированное выходное напряжение той же полярности с возможностью его регулирования как ниже входного напряжения, так и выше. Цель работы – проанализировать схемотехнику Zeta-преобразователя. Для этого необходимо решить следующие задачи: при помощи правил Кирхгофа получить системы уравнений, описывавшие работу преобразователя в режимах накопления и передачи энергии; по методике, предложенной А.И. Коршуновым, объединить системы уравнений в предельную непрерывную математическую модель преобразователя; при помощи выражений, описывающих постоянные составляющие токов и напряжений в Zeta-преобразователе, провести анализ их пульсаций и получить уравнения для их расчета; провести сравнение полученных при помощи предельной непрерывной математической модели значений токов и напряжений с результатами моделирования Zeta-преобразователя.
Методы. Задача решена при помощи правил Кирхгофа и методики получения предельной непрерывной математической модели, предложенной А.И. Коршуновым. Результаты проанализированы с использованием схемотехнического моделирования в среде Multisim.
Результаты. Показано, что фазовые координаты математической модели стремятся к значениям реальных токов и напряжений преобразователя при частоте коммутации силового ключа более 200 кГц. Установлено высокое соответствие расчетных значений пульсаций и их значений, полученных при моделировании (при изменении коэффициента заполнения).
Выводы. Математические модели являются основой унифицированных методик расчета любых радиоэлектронных схем. Полученная предельная непрерывная математическая модель Zeta-преобразователя позволяет оценить диапазон изменения токов, протекающих через обмотки дросселей, и напряжений на обкладках конденсаторов, их максимальные и минимальные значения при различных параметрах преобразователя, таких как частота коммутации силового ключа, коэффициент заполнения, номиналы элементов и т.д. Эта модель позволяет выполнить рациональный подбор электронной компонентной базы преобразователя.
Objectives. A DC/DC Zeta topology converter represents a unipolar electronic device for converting an input positive voltage into a stabilized output voltage of the same polarity, which can be set at voltages both below and above the input voltage. The aim of this work is to analyze Zeta converter circuitry, which requires the following tasks to be solved: using Kirchhoff’s Circuit Laws, obtain systems of equations describing converter operation in the phase of energy accumulation and in the phase of energy transfer; using a method proposed by A.I. Korshunov, combine the resulting systems of equations into a marginal continuous mathematical model; using expressions describing constant components of currents and voltages in Zeta converter, analyze their ripples and obtain equations for their calculation; compare the current and voltage values obtained from the continuous limiting mathematical model with the Zeta simulation results.
Methods. The tasks are solved using Kirchhoff’s rules and the method for obtaining the limiting continuous mathematical model proposed by A.I. Korshunov. The results are analyzed using a circuit modelling in NI Multisim.
Results. It is shown that the phase coordinates of the mathematical model tend to real values of converter currents and voltages at a switching frequency of the power switch of more than 200 kHz. A strong correspondence was established between the calculated ripple values and their values obtained in the simulation (when changing the duty factor).
Conclusions. Mathematical models comprise the basis of unified calculation methods for any radio electronic circuit. The developed limiting continuous mathematical model allows a range of changes in current flowing through the choke windings and voltages on capacitor plates to be evaluated, including their maximum and minimum values for various converter parameters, such as power switch switching frequency, duty factor, element ratings, etc. Obtaining this information in turn enables the rational selection of the electronic component base of the converter.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.