Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Calculations of the nonisothermal characteristics of dc-dc choopers with PWM control at steady-state using average models method
Języki publikacji
Abstrakty
W pracy zaproponowano metodę wyznaczania charakterystyk przetwornic dc-dc w stanie ustalonym, przy uwzględnieniu samonagrzewania w elementach półprzewodnikowych. Proponowana metoda bazuje na koncepcji modeli uśrednionych i pozwala na wyznaczenie wartości napięcia wyjściowego i sprawności, a także istotnych z punktu widzenia niezawodności przetwornicy, temperatur wnętrza zawartych w niej tranzystorów i diod. W opracowanej metodzie, realizowanej przy wykorzystaniu programu SPICE, formułuje się cztery obwody. Pierwszy z nich stanowi sieć złożoną ze sterowanych źródeł napięciowych oraz rezystorów, której struktura wynika z opisanej w literaturze zasady formułowania uśrednionych modeli przetwornic. Drugi obwód zawiera szeregowo połączone tranzystor i diodę, opisane za pomocą modeli wbudowanych w programie SPICE oraz sterowane źródła napięciowe, modelujące wpływ temperatury na napięcie między zaciskami wyjściowymi włączonego tranzystora oraz spadek napięcia na diodzie spolaryzowanej w kierunku przewodzenia. Trzeci i czwarty obwód stanowią analogi elektryczne modeli termicznych tranzystora i diody. Przedstawiono sposób formułowania wymienionych obwodów na przykładzie dławikowych przetwornic buck oraz boost. Poprawność opracowanej metody zweryfikowano za pomocą klasycznej analizy stanów przejściowych, prowadzonej aż do uzyskania stanu ustalonego.
The dc-dc choppers are the base components of switched voltage regulators. For the analysis of such a class of electronic circuits the classical transient analysis or the dc analysis with the use of averaged models of such converters is applied. The average models method makes it possible to obtain the characteristics of the considered converters at steady state in less calculation time than in the transient analysis method. The literature averaged models of dc-dc converters were elaborated by neglecting the selfheating phenomenon and nonlinear characteristics of semiconductor devices. In this paper a new method of calculating the dc-dc converters characteristics with PWM control in steady state with selfheating in semiconductor devices taken into account, is proposed. This method is based on the conception of the averaged models method and it enables the calculations of the values of such dc-dc converters parameters as the output voltage and the efficiency of the converter, as well as the inner temperatures of the diode and the transistor, which are important from the point of view of the reliability of the converters. In the elaborated method, realized with the use of SPICE, the averaged electrothermal model of dc-dc converter is formulated. This model consist of three kinds of circuits. The first one constitutes the electrical network composed of the controlled voltage sources and resistors. The structure of this circuit results from the principles of formulating the averaged models of dc-dc converters. The second kind of circuits includes the series connection of the transistor and the diode described with the use of built-in SPICE models of the considered devices and the contolled voltage sources, which model the temperature influence on the voltage across the switched-on semiconductor devices. The last circuits are the electrical analogues of the thermal models of the transistor and the diode. The method formulating the considered circuits on the example of buck and boost converters is presented. The correctness of the elaborated method was verified by comparing the calculation results considered methods is obtained, which proves the correctness of the proposed method.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
393--409
Opis fizyczny
Bibliogr. 27 poz., wykr.
Twórcy
autor
- Katedra Elektroniki Morskiej, Akademia Morska, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, Polska, gorecki@am.gdynia.pl
Bibliografia
- 1. C. Basso: SPICE models verify SMPS designs, Powerconversion & Intelligent Motion, vol. 27, no. 7, July 2001, pp. 26-30.
- 2. N. Mohan, W.P. Robbins, T.M. Undeland, R. Nilssen, O. Mo: Simulation of Power Electronic and Motion Control Systems - An Overview, Proceedings of the IEEE, vol. 82, Aug. 1994, pp. 1287-1302.
- 3. C. Basso: Write your own generic SPICE power supplies controller models, I. Guidelines. Power-conversion & Intelligent Motion, vol. 23, no. 4, April 1997, pp. 57-8, 60-2.
- 4. D. Kezic: Simulation of DC-DC switch mode converters by means of personal computer, 9th International Conference Electrical Drives and Power Electronics. KoREMA. 1996 Zagreb, Croatia, pp. 292-5.
- 5. A. Brambilla, E. Dallago: A method for the simulation of switching DC-DC power supplies, 1993 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Chicago, 1993 vol. 4, pp. 2664-7.
- 6. C. Basso: Average simulations of flyback converters with SPICE3, Powerconversion & Intelligent Motion, vol. 22, no. 12, Dec. 1996, pp. 10, 12-21.
- 7. S. Lineykin, S. Ben-Yaakov: A unified SPICE compatible model for large and small signal envelope simulation of linear circuits excited by modulated signals, IEEE 34th Annual Power Electronics Specialists Conference. Conference (PESC), Acapulco, 2003, vol. 3, pp. 1205-9.
- 8. D. Adar, S. Ben-Yaakov: Generic average modeling and simulation of discrete controllers, APEC 2001. Sixteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, vol. 1, 2001, Anaheim, pp. 535-41.
- 9. S. Ben-Yaakov, I. Zehser: PWM converters with resistive input, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 45, no. 3, June 1998, pp. 519-20.
- 10. R. Ericson, D. Maksimovic: Fundamentals of Power Electronics, Norwell (USA), Kluwer Academic Publisher, 2001.
- 11. V.J. Thottuvelil, D. Chin, G.C. Verghese: Hierarchical approaches to modelling high-power-factor ac-dc converters, IEEE Trans. Power Electron, vol. 6, Apr. 1991, pp. 179-187.
- 12. Ch.P. Basso: Switch-Mode Power Supply SPICE Cookbook, New York, McGraw-Hill, 2001.
- 13. A. Borkowski: Zasilanie urządzeń elektronicznych, Warszawa, WKiŁ, 1990.
- 14. N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins: Power Electronics: Converters, Applications, and Design, New York, John Wiley&Sons, 1995.
- 15. U. Tietze, Ch. Schenk: Układy półprzewodnikowe, Warszawa, WNT, 1987.
- 16. K. Górecki: Przyspieszona analiza dławikowych przetwornic dc-dc o sterowaniu PWM w programie SPICE, Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji, Nr 4, 2005, s. 587.
- 17. J. Zarębski: Modelowanie, symulacja i pomiary przebiegów elektrotermicznych w elementach półprzewodnikowych i układach elektronicznych, Prace Naukowe Wyższej Szkoły Morskiej w Gdyni, Gdynia, 1996.
- 18. J. Zarębski, K. Górecki: Analiza wpływu samonagrzewania na charakterystyki dławikowych przetwornic dc-dc, Elektronika, Not-Sigma, Warszawa, Nr 2-3, 2003, s. 24.
- 19. K. Górecki, J. Zarębski: Modelowanie wpływu efektów termicznych na właściwości przetwornicy BOOST w programie SPICE, VI Krajowa Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym SENE 2003, Łódź, 2003, t. 1, s. 143.
- 20. K. Górecki, J. Zarębski: Wyznaczanie charakterystyk przetwornicy BOOST w stanie ustalonym, X Konferencja Naukowo-Techniczna Zastosowania Komputerów w Elektrotechnice ZkwE'2005, Poznań, 2005, s. 251.
- 21. D. Stanny: Badanie wpływu parametrów elementów kluczujących na charakterystyki wybranych przetwornic dc-dc, Praca dyplomowa magisterska, Wydział Elektryczny, Akademia Morska w Gdyni, 2004.
- 22. K. Górecki, J. Zarębski: Wyznaczanie temperatury wnętrza półprzewodnikowych elementów mocy sterowanych sygnałem w.cz, XXVIII Międzynarodowa Konferencja z Podstaw Elektrotechniki i Teorii Obwodów IC-SPETO'2005, Ustroń, 2005, Vol. 2, s. 253.
- 23. K. Zamłyński: Modelowanie termiczne sprzężenia zwrotnego w monolitycznych układach scalonych przy pomocy programu SPICE-2, Rozprawy Elektrotechniczne, 1990, 35, z. 3, s. 673.
- 24. K. Górecki: Elektrotermiczny makromodel tranzystora Darlingtona do analizy układów elektronicznych, Praca doktorska, Politechnika Gdańska, 1999.
- 25. K. Górecki, J. Zarębski: The SPICE Macromodel of MC34066 Controller, 6th Conference on Unconventional Electromechanical and Electrical Systems UEES'04, Alushta, 2004, Vol. 2, p. 525.
- 26. K. Górecki, J. Zarębski, K. Posobkiewicz: The Electrothermal Macromodel of the Monolithic Voltage Regulator LT1073 for SPICE, 10th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems ICECS, Sharjah, 2003, p. 1113.
- 27. W. Kuźmicz: Projektowanie analogowych układów scalonych, WNT, Warszawa, 1985.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWA9-0002-0007