Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 – "Напівпровідникові перетворювачі електроенергії". – Національний технічний університет України "КПІ", Київ, 2006.
Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності автоматизованого проектування напівпровідникових перетворювачів електроенергії.
Запропоновано новий спосіб спадного/висхідного проектування, особливістю якого є можливість виконання структурного й функціонального проектування в розвиненому середовищі автоматизованого схемотехнічного проектування, розроблені й реалізовані методики такого проектування.
Розглянуто принципи побудови аналогових макромоделей силових елементів і пристроїв систем керування напівпровідникових перетворювачів, призначених для ієрархічного проектування з багаторівневим моделюванням єдиними програмними засобами.
Розроблені макромоделі й нові методики аналізу дозволяють знизити витрати часу при моделюванні. Гнучка процедура переходу від одного виду моделі до іншого дозволяє поєднувати глибину аналізу з його всебічністю, по черзі вибирати за необхідністю або точність, або швидкість моделювання.
Основні результати роботи знайшли застосування при проектуванні в НДІ силової електроніки "Перетворювач", заводі "Перетворювач" і впроваджені в навчальний процес на кафедрі електронних систем ЗДІА (м. Запоріжжя), на кафедрі "Електроніка та автоматика" ДДТУ (м. Дніпродзержинськ).
У роботі одержали подальший розвиток теорія й практика проектування напівпровідникових перетворювачів.
Розроблено спосіб макромоделювання й створення макромоделей елементів, вузлів, блоків і систем напівпровідникових перетворювачів, що дозволяє розглядати прикладні завдання моделювання складних і зростаючих за ступенем "інтелектуалізації" напівпровідникових перетворювачів на різних рівнях проектування, від структурного до схемотехнічного в єдиному програмному середовищі автоматизованого схемотехнічного проектування, а гнучка процедура переходу від одного виду моделі до іншого дозволяє поєднувати глибину аналізу з його всебічністю, вибирати, за необхідностю, точність або швидкість моделювання.
Запропоновані методики структурного й функціонального проектування напівпровідникових перетворювачів на основі ECAD. Для розвитку наявних моделей у середовищі ECAD розроблені й апробовані макромоделі вузлів перетворювачів для системного й функціонального моделювання на основі В-елементів із багатопараметричними функціями та на основі технології моделювання на рівні кодів, що забезпечують спрощення формування математичної моделі системи й скорочення часу моделювання.
Розроблені макромоделі ключових силових приладів (БПТ, IGBT, МДН, СІТ, GTO, IGCT) представлені як ієрархічно вкладені. Запропоновані повні моделі приладів для схемотехнічного моделювання і проектування, які, як правило, мають менше параметрів та їх спрощене визначення порівняно з відомими. Для структурного й функціонального рівня розроблені гібридні макромоделі з більш високим рівнем абстрагування, опис яких отримано як фізичним, так і формальним способом. Розроблений алгоритм забезпечує здійснення вибору виду моделі по команді користувача.
Показано, що похибка спрощених макромоделей не перевищує 15% порівняно з повними моделями.
Розроблено макромоделі силових елементів перетворювачів: інтегральних силових модулів, складових ключових елементів, випрямлячів та ін. В алгоритмі функціонування передбачена можливість подання макромоделі модуля на різних рівнях проектування, з різними типами використаних ключових силових приладів (БПТ, IGBT, МДН).
Запропоновані макромоделі цифрових логічних елементів, які дозволяють виключити цифровий алгоритм при моделюванні цифрових та змішаних аналогово-цифрових пристроїв і забезпечити скорочення часу моделювання від 2 до 10 разів, залежно від складності пристроїв, при формуванні самої математичної моделі пристрою і при подальшому моделюванні. Перевагою моделей є можливість розрахунку перехідних процесів у пристроях і аналізу, при необхідності, теплових виділень у елементах.
Показано, що розроблена методика створення аналогових моделей цифрових елементів може бути використана для побудови макромоделей більш складних цифрових пристроїв, таких як дільника частоти, блоку ШІМ та ін.
Розроблена макромодель мікропроцесора відображає всі основні наявні функції керування й діагностики й допускає розвиток можливостей макромоделі при реалізації нових алгоритмів функціонування мікропроцесорів.
На основі розроблених методик макромоделювання проведено проектування окремих вузлів і блоків перетворювачів.
Виконано розробку силового вузла тиристорного перетворювача для тягового двигуна дизель-поїзда від структурної до принципової схеми. Показано, як на основі заданого алгоритму керування створюється структурна макромодель вузла, формуються функціональні макромоделі вузлів логіки формувача імпульсів керування тиристора та джерела живлення, на основі яких створюються принципові схеми вузлів.
Отримані в результаті макромоделі дозволяють проектувати силові вузли тиристорних перетворювачів на різні потужності й на різній елементній базі.
Вірогідність і обґрунтованість отриманих у роботі результатів наукових досліджень забезпечуються коректністю досліджень прийнятих припущень, зіставленням розрахунків з експериментальними даними й раніше відомими з літературних джерел розрахунками.
Здобувачем проведене дослідження перехідних процесів макромоделі GTO.
Переверзев А.В., Василенко О.В., Шмалий С.Л. Экономичная макромодель мощного БПТ //Електротехніка та електроенергетика. Запорізький національний технічний університет. – 2002. – №1. – С.12-14.
Здобувачем проведене експериментальне дослідження моделі БПТ, та порівняння з результатами моделювання.
Переверзєв А.В., Василенко О.В., Алєксєєв О.Г., Шмалій С.Л. Економічне макромоделювання на основі В-елементів цифрових елементів пристроїв силової електроніки //Технічна електродинаміка. Тематичний випуск "Силова електроніка та енергоефективність", частина 3. – 2002. – С. 21-24.
Здобувачем розроблена методика аналогового моделювання.
Переверзев А.В., Василенко О.В., Шмалий С.Л., Прокопенко Р.В. Моделирование систем преобразовательной техники //Технічна електродинаміка. Тематичний випуск "Силова електроніка та енергоефективність", частина 1, – 2003. – С. 73-78.
Здобувачем проведене дослідження макромоделі СОФУ.
Переверзєв А.В., Василенко О.В., Шмалій С.Л. Макромоделі пристроїв силової електроніки на основі В-елементів – модульованих опорів //Технічна електродинаміка. Тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки", частина 5. – 2002. – С. 39-42.
Здобувачем проведене моделювання імпульсного регулятора, інвертора, розробка методики створення макромоделей пристроїв.
Переверзев А.В., Василенко О.В., Шмалий С.Л. Макромоделирование узлов полупроводниковых преобразователей на базе В-элементов с многопараметрическими функциями //Технічна електродинаміка. – 2003. – №4. – С. 18-22.
Здобувачем проведена розробка макромоделі ШIМ і її дослідження.
Переверзев А.В. Шмалий С.Л. Макромоделирование силовых узлов тиристорных преобразователей //Технічна електродинаміка. Тематичний випуск "Силова електроніка та енергоефективність", частина 2. – 2004. – С. 89-92.
Здобувачем створено й досліджено макромоделі вузла логіки тиристорного перетворювача.
Переверзев А.В., Шмалий С.Л. Макромоделирование силовых элементов преобразователей //Технічна електродинаміка. Тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки", частина 3. – 2004. – С. 87-90.
Здобувачем розроблено алгоритми, створені макромоделі силового модуля та проведені дослідження.
Переверзев А.В., Шмалий С.Л. Макромоделирование элементов систем управления полупроводниковых преобразователей //Електротехніка та електроенергетика. Запорізький національний технічний університет. – 2004. – №2. – С. 27-32.
Здобувачем розроблено модель блоку ШIМ і макромоделі мікропроцесора.
Переверзев А.В., Шмалий С.Л. Применение программы XSPISE для моделирования элементов устройств полупроводниковых преобразователей // IX науково-технічна конференція викладачів та студентів ЗДІА, частина 3. 19-23 квітня 2004р. Секція "Електроніка та електронні технології" – Запоріжжя. – 2004. – С. 102.
Здобувачем розроблені макромоделі силових приладів з використанням технології на рівні кодів, які можна використовувати на різних рівнях проектування в єдиному програмному продукті АСхП.
Шмалий С.Л., Бочаров Д.С. Макромоделирование устройств полупроводниковых преобразователей с использованием технологии моделирования на уровне кодов //X науково-технічна конференція студентів, магістрантів і викладачів ЗДІА. Частина II. 19-22 квітня 2005р. Секція "Електроніка та електронні технології" та "Інформаційні технології". – Запоріжжя: Видавництво ЗДІА. – 2005. – С. 5.
Здобувачем розроблена методика макромоделювання на рівні кодів, та на ії основі створена макромодель стабілізатора потужності й проведено ії дослідження.
