Анализ переходных процессов и оптимизация параметров выходных LC-фильтров импульсных источников питания

В статье приведены результаты исследования, посвященного анализу переходных процессов в импульсных источниках питания и оптимизации параметров выходных LC-фильтров. Актуальность исследования обусловлена широким внедрением импульсных преобразователей в современной электронной аппаратуре, что требует детального изучения возникающих в них переходных процессов, при которых в моменты включения и выключения возникают кратковременные перенапряжения (выбросы), подчас приводящие к неисправности устройства. Традиционный расчет фильтров в установившемся режиме не всегда учитывает динамические перегрузки, поскольку требует применения современных средств автоматизированного проектирования для уточнения характеристик устройства. Цель исследования – разработка методики моделирования электрических режимов узлов питания для определения оптимальных номиналов элементов LC-фильтров, обеспечивающих заданные пульсации выходного напряжения и исключающие опасные переходные процессы. Для достижения поставленной цели были проведены численные эксперименты, базирующиеся на методах схемотехнического моделирования. В основе предложенного подхода лежит комплексный анализ переходных характеристик при варьировании параметров реактивных элементов фильтра. По результатам моделирования было получено семейство графиков, отражающих зависимость амплитуды перенапряжения и размаха пульсаций выходного напряжения от номиналов индуктивностей и емкостей. Это позволило определить оптимальные значения LC-фильтра платы питания, обеспечивающие плавное нарастание (без выбросов) выходного напряжения при включении устройства. Практическая значимость работы заключается в возможности применения представленной методики на этапе проектирования для повышения надежности радиоэлектронной аппаратуры и сокращения сроков отладки прототипа. Полученные данные подтверждают эффективность использования встроенных средств моделирования Altium Designer для предотвращения аварийных режимов работы источников питания.

1. Шабалин Н.Г., Феоктистов В.П., Иньков Ю.М. Индуктивно-конденсаторные импульсные преобразователи напряжения постоянного тока. Электротехника. 2011;(8):33–36.

2. Нгуен Д.Х. Диагностирование неисправностей аналоговых радиоэлектронных устройств методом отжига. Мехатроника, автоматика и робототехника. 2024;(13):172–174. https://doi.org/10.26160/2541-8637-2024-13-172-174

3. Дмитриков В.Ф., Самылин И.Н., Шушпанов Д.В. и др. Исследование пульсаций выходного напряжения транзисторного преобразователя понижающего типа. Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2007;10(2):86–93.

4. Царенко А.И., Серегин Д.А. Развитие схемотехники DC/DC-преобразователей с закрытым входом. Вестник Московского энергетического института. 2008;(4):60–65.

5. Фогель А.Л., Гуляев В.В. Импульсные преобразователи напряжения для вторичных источников питания. Железнодорожный транспорт. 2025;(12):36–37.

6. Барегамян Г., Маргарян В. Выбор параметров LC-фильтра инвертора с широтно-импульсной модуляцией и синусоидальным выходным напряжением. Силовая электроника. 2011;1(29):50–56.

7. Голубев В.В. Расчет и оптимизация выходного LC-фильтра импульсного преобразователя переменного напряжения. Техническая электродинамика. 2012;(1):33–37.

8. Erickson R.W., Maksimović D. Fundamentals of Power Electronics. Cham: Springer; 2020. 1084 p.

9. Kazimierczuk M.K. Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters. Chichester: John Wiley & Sons; 2015. 960 p.

10. Mohan N., Undeland T.M., Robbins W.P. Power Electronics: Converters, Applications, and Design. Hoboken: John Wiley & Sons; 2003. 802 p.

11. Rashid M.H. Power Electronics: Devices, Circuits, and Applications. Pearson; 2013. 1024 p.