Вопросы разработки резонансного инвертора напряжения с комбинированной модуляцией в составе источника питания малой мощности

Авторы

  • Ильяс Юсыфович Абдулхаков
  • Ирина Александровна Дикун
  • Екатерина Николаевна Жданова
  • Андрей Александрович Сахненко
  • Егор Сергеевич Цветков

DOI:

https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-2-72-83

Ключевые слова:

модульный источник питания, резонансный инвертор напряжения, тепловой расчет, импульсный преобразователь, ЧШИМ

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы разработки резонансного инвертора напряжения как составной части модульного источника питания, имеющего возможность варьирования входных и выходных параметров. На основе разработанных численных моделей, учитывающих свойства реальных полупроводниковых элементов, а также имитации системы управления с замкнутой обратной связью с частотно-широтно-импульсной модуляцией рассчитаны потери мощности на транзисторах инвертора при изменении значений выходного тока и напряжения. Применение комбинированной модуляции позволило снизить габариты реактивных элементов при возможности широкой регулировки выходных параметров без резкого увеличения потерь при наступлении жесткой коммутации. Используя современные принципы сквозного проектирования, а также данные схемотехнических расчетов, проведен тепловой расчет, позволивший определить геометрию радиаторов силовых транзисторов инвертора. На основе проведенных расчетов был спроектирован и изготовлен макет резонансного инвертора. Экспериментальные исследования макета позволили верифицировать тепловые расчеты и выявили необходимость корректировки канала обратной связи по напряжению из-за возникновения помех на входе регулятора по напряжению.

Биографии авторов

Ильяс Юсыфович Абдулхаков

кандидат техн. наук, доцент кафедры “Электротехнологическая и преобразовательная техника”, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина), начальник отдела разработки силовой электроники ООО «НЭК.ТЕХ», Санкт-Петербург, Россия; abdulhakov.iljas@yandex.ru

Ирина Александровна Дикун

кандидат техн. наук, доцент кафедры “Робототехника и автоматизация производственных систем”, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия; iapimenova@etu.ru

Екатерина Николаевна Жданова

кандидат техн. наук, доцент кафедры “Информационно-измерительные системы и технологии”, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия; enzhdanova@etu.ru

Андрей Александрович Сахненко

аспирант кафедры “Электротехнологическая и преобразовательная техника”, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия; andrey07090101@gmail.com

Егор Сергеевич Цветков

магистрант кафедры “Электротехнологическая и преобразовательная техника”, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия; diko52637@gmail.com

Библиографические ссылки

1. Zhang G. et al. Power Electronics Converters: Past, Present and Future. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 81, pp. 2028–2044, DOI: 10.1016/j.rser.2017.05.290.

2. Hussein A.M.A., Marei M.I., Soliman M.H. Closed-Form Design Optimization for LLC Converters with Wide Output Voltage Range Based on FHA. – Scientific Reports, 2026, vol. 16, DOI: 10.1038/s41598-025-32640-4.

3. Adragna C. LLC Resonant Converters: An Overview of Modeling, Control and Design Methods and Challenges. – Now Publishers, 2022, DOI 10.1561/9781638280675.

4. Rafin S.M.S.H., Hussein H., Mohammed O.A. An Introduction to Power Electronics Design Methodology. – IEEE Design Methodologies Conference (DMC), 2023, DOI: 10.1109/DMC58182. 2023.10412603.

5. Chen Y. et al. A Comprehensive Review of LLC Resonant Converters in Renewable Energy Applications. – Energies, 2024, vol. 17, No. 7, DOI: 10.3390/en17071555.

6. Chen K.-H. et al. A PWM/PFM Dual-Mode DC-DC Buck Converter with Load-Dependent Efficiency-Controllable Scheme for Multi-Purpose IoT Applications. Electronics. 2021, vol. 10, No. 3, DOI: 10.3390/electronics10030347.

7. Васильев А.С., Конрад Г., Дзлиев С.В. Источники питания высокочастотных электротермических установок: монография. Т. 4. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006, 426 с.

8. Дзлиев С.В. Характеристики резонансного транзисторного инвертора напряжения при фазовом и частотном регулировании. – Актуальные проблемы теории и практики индукционного нагрева (APIH-2005), 2005, с. 363–369.

9. Абдулхаков И.Ю. Импульсные частотно-фазовый и частотно-широтный способы регулирования выходной мощности резонансного инвертора напряжения для индукционного нагрева. – Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2022, № 4, с. 49–55.

10. Bououd M. Mitigating Reverse Recovery Power Losses in MOSFET Switching Cell Using Extra Schottky Diodes – Application to Voltage Source Inverter. – Power Electronic Devices and Components, 2024, vol. 8, DOI: 10.1016/j.pedc.2024.100066.

11. Абдулхаков И.Ю. и др. Экспериментальное определение потерь в транзисторе резонансного инвертора напряжения. – Электричество, 2025, № 4, с. 44–52.

12. Hurley W.G., Wolfle W.H. Transformers and Inductors for Power Electronics: Theory, Design and Applications. Wiley, 2013, 456 p.

13. Mühlethaler J. et al. Improved Core Loss Calculation for Magnetic Components Employed in Power Electronic Systems. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2012, vol. 27, No. 2, pp. 964–973.

14. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975, 768 с.

15. Zumbahlen H. Staying Well Grounded. Analog Dialogue [Электрон. ресурс], URL: https://www.analog.com/en/analog-dialo-gue/articles/staying-well-grounded.html (дата обращения 24.07.2025).

16. Barrow J. Reducing Ground Bounce in DC/DC-Converter Applications [Электрон. ресурс], URL: https://www.edn.com/reducing-ground-bounce-in-dc-dc-converter-applications/ (дата обращения 24.07.2025).

17. Гончаренко И.В., Купин М.Н. Электромагнитная совместимость. М.: Издательское предприятие «РадиоСофт», 2018, 400 с.

18. Application Note: Toshiba. Simple Guide to Improving Ripple Rejection Ratio of LDO Regulators, 2021.

19. Teel J.C. Understanding Power Supply Ripple Rejection in Linear Regulators. – Texas Instruments Analog Applications Journal, 2005 [Электрон. ресурс], URL: https://www.ti.com/lit/pdf/slyt202 (дата обращения 24.07.2025).

20. Теверовский Л. Комплексное проектирование РЭА с использованием отечественной 3D-технологии [Электрон. ресурс], URL: https://www.cta.ru/articles/soel/2017/2017-9/115064/ (дата обращения 24.07.2025).

#

1. Zhang G. et al. Power Electronics Converters: Past, Present and Future. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 81, pp. 2028–2044, DOI: 10.1016/j.rser.2017.05.290.

2. Hussein A.M.A., Marei M.I., Soliman M.H. Closed-Form Design Optimization for LLC Converters with Wide Output Voltage Range Based on FHA. – Scientific Reports, 2026, vol. 16, DOI: 10.1038/s41598-025-32640-4.

3. Adragna C. LLC Resonant Converters: An Overview of Modeling, Control and Design Methods and Challenges. – Now Publishers, 2022, DOI 10.1561/9781638280675.

4. Rafin S.M.S.H., Hussein H., Mohammed O.A. An Introduction to Power Electronics Design Methodology. – IEEE Design Methodologies Conference (DMC), 2023, DOI: 10.1109/DMC58182. 2023.10412603.

5. Chen Y. et al. A Comprehensive Review of LLC Resonant Converters in Renewable Energy Applications. – Energies, 2024, vol. 17, No. 7, DOI: 10.3390/en17071555.

6. Chen K.-H. et al. A PWM/PFM Dual-Mode DC-DC Buck Converter with Load-Dependent Efficiency-Controllable Scheme for Multi-Purpose IoT Applications. Electronics. 2021, vol. 10, No. 3, DOI: 10.3390/electronics10030347.

7. Vasil’ev A.S., Konrad G., Dzliev S.V. Istochniki pitaniya vysokochastotnyh elektrotermicheskih ustanovok: monografiya. T. 4 (Power Sources of High-Frequency Electrothermal Installations: Monograph. Vol. 4) Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2006, 426 p.

8. Dzliev S.V. Aktual’nye problemy teorii i praktiki induktsionnogo nagreva (APIH-2005) – in Russ. (Actual Problems of Theory and Practice of Induction Heating (APIH-2005)), 2005, pp. 363–369.

9. Abdulhakov I.Yu. Izvestiya SPbGETU «LETI» – in Russ. (Izvestiya SPbSETU "LETI"), 2022, No. 4, pp. 49–55.

10. Bououd M. Mitigating Reverse Recovery Power Losses in MOSFET Switching Cell Using Extra Schottky Diodes – Application to Voltage Source Inverter. – Power Electronic Devices and Components, 2024, vol. 8, DOI: 10.1016/j.pedc.2024.100066.

11. Abdulhakov I.Yu. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2025, No. 4, pp. 44–52.

12. Hurley W.G., Wolfle W.H. Transformers and Inductors for Power Electronics: Theory, Design and Applications. Wiley, 2013, 456 p.

13. Mühlethaler J. et al. Improved Core Loss Calculation for Magnetic Components Employed in Power Electronic Systems. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2012, vol. 27, No. 2, pp. 964–973.

14. Besekerskiy V.A., Popov E.P. Teoriya sistem avtomaticheskogo regulirovaniya (Theory of Automatic Control Systems). M.: Nauka, 1975, 768 p.

15. Zumbahlen H. Staying Well Grounded. Analog Dialogue [Electron. resource], URL: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/staying-well-grounded.html (Accessed on 24.07.2025).

16. Barrow J. Reducing Ground Bounce in DC/DC-Converter Applications [Electron. resource], URL: https://www.edn.com/reducing-ground-bounce-in-dc-dc-converter-applications/ (Accessed on 24.07.2025).

17. Goncharenko I.V., Kupin M.N. Elektromagnitnaya sovmestimost’ (Electromagnetic Compatibility). M.: Izdatel’skoe predpriyatie «RadioSoft», 2018, 400 p.

18. Application Note: Toshiba. Simple Guide to Improving Ripple Rejection Ratio of LDO Regulators, 2021.

19. Teel J.C. Understanding Power Supply Ripple Rejection in Linear Regulators. – Texas Instruments Analog Applications Journal, 2005 [Electron. resource], URL: https://www.ti.com/lit/pdf/slyt202 (Accessed on 24.07.2025).

20. Teverovskiy L. Kompleksnoe proektirovanie REA s ispol’zovaniem otechestvennoy 3D-tehnologii (Integrated Design of REA Using Russian 3D Technology) [Electron. resource], URL: https://www.cta.ru/articles/soel/2017/2017-9/115064/ (Accessed on 24.07.2025)

Загрузки

Опубликован

2026-02-14

Выпуск

№ 2 (2026): Выпуск № 2

Раздел

Статьи