Naslov
Parazitni procesi u visokofrekventnim ispravljačima uzrokovani oporavkom dioda
(Parasitic Processes in the High Frequency Rectifiers Caused By Diodes Recovery)

Autori
Karadzinov, Ljupčo

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet elektrotehnike i računarstva

Mjesto
Zagreb

Datum
02.07

Godina
1999

Stranica
156

Mentor
Babić, Hrvoje

Ključne riječi
kaos; visokofrekvencijski ispravljači; vrijeme oporavljanja
(chaos; high-frequency rectifiers; reverse recovery)

Sažetak
U ovom radu analiziran je utjecaj vemenskog oporavljanja poluvodičkih dioda na rad visokofrekvencijskih ispravljača s induktivnim napajanjem i teorijski su objašnjeni uzroci parazitne pojave znatno povišenog izlaznog napona i Deane-Hamillova fenomena. Induktivnost na ulazu može biti uvedena s namje-rom ili biti parazitna, na primjer kod pretvarača koji napajaju diodni most preko transformatora s nezanemarivim parazitnim (leakage and stray) induktiv-nos-ti-ma. Ovi i slični ispravljači sastavni su dio velikog broja prekidačkih pretvarača, između kojih je i serijski-rezonantni pretvarač. Zbog toga analiza ovog pretvarača ima opće značenje. Za omogućavanje analize, polazeći od modela s nabojskim upravljanjem razvijen je segmentno-linearni model poluvodičke diode koji zadovoljava dva uvjeta: da je što je moguće jednostavniji, no istodobno da je dovoljno složen da bi vjerno reproducirao prijelazno ponašanje dioda prilikom njihova uključivanja i isključivanja. Model sadrži minimalan broj elemenata, tj. samo linerani RC krug kad je dioda direktno polarizirana i samo linearnu kapacitivnost kad je dioda inverzno polarizirana. Razvijeni algoritam omogućuje da pomoću jednostavnih laboratorijskih mjerenja u ispitnom sklopu (vrijednosti vremena zadrške tsd i prijelaznog vremena tt), ili pomoću kataloških vrijednosti, budu određene vrijednosti parametara novog modela za proizvoljan realni tip diode.Usporedba simulacija i mjerenih oscilograma pokazuju da model vjerno reproducira sve detalje prijelaznih pojava i da također reproducira sve učinke kod kompliciranog nelinearnog Deane-Hamillova fenomena, a time omogućuje njegovu daljnu analizu. Jednostavnost modela dobivena je žrtvujući točnost kod napona direktno polariziranog PN spoja koji je obično zanemariv. Dodavanjem otpornosti RR serijski vezanu kapacitivnosti Cj kad je dioda inverzno polarizirana, ovaj model vjerno simulira i valne oblike struje i napona oporavljanja kod energetskih PIN dioda. Korištenjem razvijenog diodnog modela, modeliran je visokofrekventni ispravljač s induktivnim napajanjem i dobiven segmentno-linearni model sklopa. Analiza karakteristi-ka ovih ispravljača pokazuje da vrijeme oporavljanja dioda dovodi do znatnog odstupanja od idealnog režima rada, tj. dovodi do povišenja izlaznog napona, nekoliko puta većeg od napona napajanja. Jednadžbe pokazuju da ova odstupanja ovise o parametru A = t RL/L, tj. samo o tri od ukupno osam parametara kruga. To su: (1) vrijeme života manjinskih nositelja elektrici-teta u diodi; (2) teret na izlazu pretvarača; i (3) induktivnost na ulaz pretvarača. Usporedba s eksperimentalnim rezultatima pokazuje vrlo veliko podudaranje. Kad se upotrijebe brže diode, iste pojave i efekte javljaju se na večim frekvencijama. Analiza Deane-Hamillova fenomena obuhvaća analizu nekoliko različitih sustav-nih učinaka: pojavu prestanka vođenja svih dioda mosta i interval opadanja izlaznog napona, visokofrekventne oscilacije superponirane naponu diodnog mosta, i interval porasta izlaznog napona. Dobivene iterativne jednadžbe pokazuju eksplicitno ovisnost promatrane pojave o parametara kruga preko parametara A = t RL/L i B = t/(CLRL) koji daju odnos vremena života manjinskih nositelja diode i vremenskim konstantama sklopa. Određene su granice egzistencije pojave i usporedba teorijskih rezultata s eksperimentalno izmjerenim potvrđuje točnost analize. Dobiveni rezultati omogućuju određivanje dodatnih ograničenja u projektiranju pretvarača. Za izbjegavanje parazitne pojave povišenog izlaznog napona potrebno je da parametar A uvijek ima vrijednost manju od jedan, što daje ograničenje da opterećenje sklopa i ulazna induktivnost moraju uvijek zadovoljavati relaciju L/RL > t , te da izlazna filter kapacitivnost treba imati vrijednosti CL > t / (10-3 RL,MIN). Analiza također pokazuje potrebu dodavanja osnovnog opterećenja (pre-load) kod serijski-rezonantnih pretvarača za njihov ispravan rad vrijednošću RL,MAX < L/ t. Prikazani grafikoni omogućuju određivanje točnog opsega frekvencije rada koji je premješten na višim frekvencijama zbog deformacija prijenosnih karakteristika sklopa. Općenitost metode dobivanja segmentno-linearnog modela za prijelazne pojave pokazana je an segmentno-linearnom modeliranju bipolarnih tranzistora i tiristora. Jednostavnost ovih modela omogućuje segmentno-linearno modeliranje ostalih impulsnih elektroničkih sklopova i analizu nelinearnih i parazitnih pojava.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Elektrotehnika

POVEZANOST RADA