АЛГОРИТМ НЕСИММЕТРИЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМИ ТРАНЗИСТОРАМИ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ ИНВЕРТОРОМ ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Проектирование преобразователей постоянного напряжения (ППН) с оптимальными параметрами является сложной задачей.  В теоретической части статьи приведена принципиальная схема силовой части рассматриваемого мостового ППН, а также описан принцип работы этой части ППН с последовательным резонансным инвертором для солнечных электростанций. С помощью временных диаграмм объяснены особенности симметричного и несимметричного управления силовыми транзисторами преобразователя, а также приведены характеристики, позволяющие сравнить два способа управления.  Для управления резонансными ППН существует большое количество аналоговых контроллеров на серийных микросхемах, но они предназначены только для реализации симметричного управления. В работе предложена схема реализации на дискретных компонентах алгоритма несимметричного управления транзисторами последовательного резонансного инвертора в виде виртуальной модели в среде Matlab-Simulink. На данный момент несимметричный способ управления описан только в одной иностранной работе, в которой приведены осциллограммы тока резонансного контура и управляющих напряжений на затворах MOSFET-транзисторов преобразователя, а также блок-схема системы управления. Таким образом, описанный в данной статье алгоритм несимметричного управления является оригинальным, а результаты исследования – новыми по сравнению с существующими мировыми практиками. В экспериментальной части статьи приведены результаты моделирования (переходный процесс, установившийся режим, внешние характеристики, зависимости для КПД преобразователя). Полученные характеристики согласуются с результатами теоретических расчётов, представленных в предыдущих работах авторов.

1. Huang, Yung-Fu. Series resonant type soft-switching grid-connected single-phase inverter employing discontinuous-resonant control applied to photovoltaic AC module [Text] / Yung-Fu Huang, Yoshihiro Konishi, Wan-Ju Ho // Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Twenty-Sixth Annual IEEE. – 2011. – P. 989–994.

2. Lee, S.S. Double-series Resonant Inverter-fed Voltage Multiplier Based High-voltage DC-DC Converter [Text] / S.S. Lee, S. Iqbal, M. Kamarol // Electric Power Components and Systems. − 2013. − Vol. 41. − Iss. 15. − P. 1518–1535.

3. Jain, P. A near-zero current-switching series resonant inverter using GTOs / P. Jain, F.P. Dawson, S.B. Dewan [Text] // IEEE Transactions on Industrial Electronics. − 1992. − Vol. 39. − Iss. 4. − P. 351–358.

4. Barragan, L.A. Efficiency optimization in ZVS series resonant inverters with asymmetrical voltage-cancellation control [Text] / L.A. Barragan [et al.] // IEEE Transactions on Power Electronics. − 2005. − Vol. 20. − Iss. 5. − PP. 1036–1044.

5. Lucía, O. Efficiency-Oriented Design of ZVS Half-Bridge Series Resonant Inverter With Variable Frequency Duty Cycle Control [Text] / O. Lucía [et al.] // IEEE Transactions on Power Electronics. − 2010. − Vol. 25. − Iss. 7. − P. 1671–1674.

6. Grajales, L. Control system design and small-signal analysis of a phase-shift-controlled series-resonant inverter for induction heating [Text] / L. Grajales, F.C. Lee // Power Electronics Specialists Conference, 1995 (PESC'95 Record.), 26th Annual IEEE. − 1995. − Vol. 1. − P. 450–456.

7. Hu, J. Power Control of Asymmetrical Frequency Modulation in a Full-Bridge Series Resonant Inverter [Text] / J. Hu [et al.] // IEEE Transactions on Power Electronics. − 2015. − Vol. 30. − Iss. 12. − P. 7051–7059.

8. Garcia-Rodriguez, L.A. Analysis, modeling and control of an interleaved isolated boost series resonant converter for microinverter applications [Text] / L.A. Garcia-Rodriguez [et al.] // 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). − 2016. − P. 362–369.

9. Sepahvand, A. Voltage regulation and efficiency optimization in a 100 MHz series resonant DC-DC converter [Text] / A. Sepahvand [et al.] // 2015 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). − 2015. − P. 2097–2103.

10. Jang, J. Current mode control for LLC series resonant DC-to-DC converters [Text] / J. Jang [et al.] // 2011 Twenty-Sixth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). − 2011. − P. 21–27.

11. Jang, J. Current Mode Control for LLC Series Resonant DC-to-DC Converters [Text] / J. Jang, S.K. Pidaparthy, B. Choi // Energies. − 2015. − No. 8. − P. 6098–6113.

12. Белов, Г.А. Анализ режимов преобразователя постоянного напряжения с последовательным резонансным инвертором при прерывистом токе в контуре [Текст] / Г.А. Белов // Практическая силовая электроника. − 2016. − № 1 (61). − С. 29–38.

13. Белов, Г.А. Анализ и расчёт характеристик установившегося режима в преобразователе постоянного напряжения с последовательным резонансным инвертором [Текст] / Г.А. Белов, А.В. Серебрянников, А.А. Павлова // Практическая силовая электроника. − 2015. − № 4 (60). − С. 15–25.

14. Pantic, Z. ZCS LCC-Compensated Resonant Inverter for Inductive-Power-Transfer Application [Text] / Z. Pantic, S. Bai, S.M. Lukic // IEEE Transactions on Industrial Electronics. − 2011. − Vol. 58. − Iss. 8. − P. 3500–3510.

15. Tomasin, P. A novel topology of zero-current-switching voltage-source PWM inverter for high-power applications [Text] / P. Tomasin // IEEE Transactions on Power Electronics. − 1998. − Vol. 13. − Iss. 1. − P. 186– 193.

16. Lippincott, A.C. A capacitor-charging power supply using a series-resonant topology, constant on-time/variable frequency control, and zero-current switching [Text] / A.C. Lippincott, R.M. Nelms // IEEE Transactions on Industrial Electronics. − 1991. − Vol. 38. − No. 6. − P. 438–447.

17. Viriya, P. Analysis of Two Continuous Control Regions of Conventional Phase Shift and Transition Phase Shift for Induction Heating Inverter under ZVS and NON-ZVS Operation [Text] / P. Viriya, N. Yongyuth, K. Matsuse // IEEE Transactions on Power Electronics. − 2008. − Vol. 23. − Iss. 6. − P. 2794–2805.

18. Ishikawa, H. A novel soft-switched PWM current source inverter with voltage clamped circuit [Text] / H. Ishikawa, Y. Murai // IEEE Transactions on Power Electronics. − 2000. − Vol. 15. − Iss. 6. − P. 1081–1087.

19. Nakaoka, M. A phase-difference angle control-mode PWM high-frequency resonant inverters using static induction-transistors and-thyristors [Text] / M. Nakaoka [et al.] // 1987 IEEE Power Electronics Specialists Conference. − 1987. − P. 674–681.

20. Zhongming, Ye. A Full-Bridge Resonant Inverter With Modified Phase-Shift Modulation for High-Frequency AC Power Distribution Systems [Text] / Ye Zhongming, K. Jain Praveen, C. Sen Paresh // IEEE Transactions on Industrial Electronics. − 2007. − Vol. 54. − Iss. 5. − P. 2831–2845.

21. Zheng, S. Modeling and Digital Control of a Phase-Controlled Series-Parallel Resonant Converter / S. Zheng, D. Czarkowski // IEEE Transactions on Industrial Electronics. − 2007. − Vol. 54. − Iss. 2. − P. 707–715.

22. Asa, E. Asymmetrical Duty-Cycle and Phase-Shift Control of a Novel Multiport CLL Resonant Converter / E. Asa [et al.] // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. − 2015. − Vol. 3. − Iss. 4. − P. 1122–1131.