блок периодической развертки для преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией

Формула изобретения

Блок периодической развертки для преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией, содержащий узел выделения действующих на дроссель фильтра напряжений, два узла интегрирования и сумматор, входы узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений соединены с входными шинами питания и выходной шиной преобразователя, узел выделения действующих на дроссель фильтра напряжений имеет два выхода, управляющие входы обоих узлов интегрирования соединены с шиной синхронизации, первый узел интегрирования имеет один выход, второй узел интегрирования имеет два выхода, все выходы узлов интегрирования соединены с входами сумматора, выход сумматора является выходом блока периодической развертки, отличающийся тем, что дополнительно введены два переключателя, аналоговый вход первого переключателя соединен с первым выходом узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений, аналоговый вход второго переключателя соединен со вторым выходом узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений, первый переключатель имеет один управляющий вход, соединенный с выходом датчика тока, включенного во входную цепь LC-фильтра преобразователя, второй переключатель имеет два управляющих входа, первый соединен с управляющим входом первого переключателя, второй - с выходом датчика состояния импульсного элемента преобразователя, аналоговый вход первого узла интегрирования соединен с выходом первого переключателя, аналоговый вход второго узла интегрирования соединен с выходом второго переключателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматического управления и предназначено для преобразователей напряжения с широтно-импульсной (ШИМ).

Известен блок управления преобразователем напряжения с ШИМ, в котором для формирования управляющего сигнала, переключающего импульсный элемент, используется сигнал временной развертки с пилообразным напряжением [1].

Недостаток использования сигнала временной развертки с пилообразным напряжением заключается в том, что ошибка на выходе преобразователя зависит от напряжения питания и нагрузки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа для управления преобразователями напряжения с ШИМ, является применение блока периодической развертки, содержащего узел выявления действующих на дроссель фильтра напряжений, два узла интегрирования и сумматор, входы узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений соединены с входными шинами питания и выходной шиной преобразователя, два выхода узла выделения, действующих на дроссель фильтра напряжений, соединены соответственно с аналоговым входом первого и второго интегратора, управляющие входы обоих узлов интегрирования соединены с шиной синхронизации, первый узел интегрирования имеет один выход, второй узел интегрирования имеет два выхода, все выходы узлов интегрирования соединены с входами сумматора, выход сумматора является выходом блока периодической развертки [2].

Известный блок периодической развертки предназначен для преобразователей напряжения с ШИМ, у которых формирование управляющего сигнала соответствует выражению



где Y_p(i) - сигнал временной развертки, к_m - коэффициент передачи, определяющий параметры системы.

Для того, чтобы в переходном процессе изображающая точка системы пульсировала относительно линии скольжения и во всем диапазоне регулирования в установившихся режимах в момент коммутации импульсного элемента выполнялось условие х(t_к)=0, сигнал временной развертки на момент коммутации импульсного элемента равен текущему значению пульсирующего тока для режима после коммутации импульсного элемента I_p(t_к) = -_L(t_к).

Формирование выходного сигнала в известном блоке периодической развертки соответствует выражению

Y_p(t)=-Y_2p(t)+Y_2cp(t)+Y_1cp(t), (2)

где - напряжение на выходе первого узла интегрирования, пропорциональное текущему среднему за период синхронизации _n значению приращения тока дросселя от начала периода синхронизации при напряжении U1_L(t), поступающем на дроссель фильтра на интервале периода до коммутации импульсного элемента. Оно формируется на первом выходе узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений; - напряжение на первом выходе второго узла интегрирования пропорциональное приращению тока дросселя относительно конца периода синхронизации при напряжении U2_L(t), поступающем на дроссель фильтра на интервале периода после коммутации импульсного элемента. Оно формируется на втором выходе узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений - напряжение на втором выходе второго узла интегрирования пропорционально среднему за период синхронизации приращению напряжения сигнала Y_2p(t) до конца периода синхронизации.

Недостатком известного блока периодической развертки является то, что при формировании выходного сигнала не учитывается возможный режим прерывания тока дросселя, что приводит к ухудшению качества регулирования в этом режиме работы.

Цель изобретения состоит в расширении возможностей блока периодической развертки учитывать режим прерывания тока дросселя.

Поставленная цель достигается тем, что в блок периодической развертки, содержащий узел выделения действующих на дроссель фильтра напряжений, два узла интегрирования и сумматор, входы узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений соединены с входными шинами питания и выходной шиной преобразователя, узел выделения действующих на дроссель фильтра напряжений имеет два выхода, управляющие входы обоих узлов интегрирования соединены с шиной синхронизации, первый узел интегрирования имеет один выход, второй узел интегрирования имеет два выхода, все выходы узлов интегрирования соединены с входами сумматора, выход сумматора является выходом блока периодической развертки, дополнительно введены два переключателя, аналоговый вход первого переключателя соединен с первым выходом узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений, аналоговый вход второго переключателя соединен со вторым выходом узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений, первый переключатель имеет один управляющий вход, соединенный с выходом датчика тока, включенного во входную цепь LC-фильтра преобразователя, второй переключатель имеет два управляющих входа, первый соединен с управляющим входом первого переключателя, второй с выходом датчика состояния импульсного элемента преобразователя, аналоговый вход первого узла интегрирования соединен с выходом первого переключателя, аналоговый вход второго узла интегрирования соединен с выходом второго переключателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в режиме прерывания тока дросселя входной сигнал аналогового входа соответствующего интегратора обнуляется по следующему алгоритму





где VT= 0 - состояние регулирующего элемента до коммутации импульсного элемента, VT= 1 - состояние регулирующего элемента после коммутации импульсного элемента, I_L(t) - текущее значение тока дросселя фильтра, U1_Lпр(t), U2_Lпр(t) - напряжения на дросселе фильтра для режимов до и после коммутации импульсного элемента с учетом режима прерывистых токов.

Дополнительно введенные переключатели в блок периодической развертки обеспечивают обнуление сигналов соответствующих выходов узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений в режиме прерывания тока дросселя LC-фильтра, что позволяет учесть этот режим при формировании временной развертки, так как при отсутствии тока дросселя напряжение на нем равно нулю (U_L=0 при i_L=0).

На чертеже приведена структурная схема блока периодической развертки для преобразователя напряжения с ШИМ.

Блок периодической развертки для преобразователя напряжения с ШИМ содержит узел выделения действующих на дроссель фильтра напряжений 1, два узла интегрирования 2, 3, сумматор 4, два переключателя 5, 6, входы узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений 1 соединены с входными шинами питания U_вх(t) и выходной шиной U_вых(t) преобразователя, первый выход U1_L(t) узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений 1 соединен с первым аналоговым входом переключателя 5, второй выход U2_L(t) узла выделения действующих на дроссель фильтра напряжений 1 соединен с первым аналоговым входом переключателя 6, вторые аналоговые входы переключателей 5, 6 соединены с нулевой шиной, переключатель 5 имеет один управляющий вход, соединенный с выходом I_L(t) датчика тока дросселя фильтра, переключатель 6 имеет два управляющих входа, первый соединен с выходом I_L(t) датчика тока дросселя фильтра, второй - с выходом VT датчика состояния импульсного элемента, вывод U1_Lпр(t) переключателя 5 соединен с аналоговым входом узла интегрирования 2, выход U2_Lпр(t) переключателя 6 соединен с аналоговым входом узла интегрирования 3, управляющие входы обоих узлов интегрирования 2, 3 соединены с шиной U_синх(t) синхронизации, первый узел интегрирования 2 имеет один выход Y_1cp.пp(t), второй узел интегрирования 3 имеет два выхода Y_2p.пp(t), Y_2cp.пp(t), все выходы узлов интегрирования 2, 3 соединены с входами сумматора 4, выход сумматора 4 является выходом Y_p.пp(t) блока периодической развертки.

Блок периодической развертки для преобразователя напряжения с ШИМ работает следующим образом: узел выделения действующих на дроссель фильтра напряжений 1 формирует напряжения U1_L(t) и U2_L(t), имитирующее напряжения, поступающие на дроссель фильтра до и после коммутации импульсного элемента, при этом U1_L(t)=U1_вх(t)-U_вых(t), U2_L(t)=U2_вх(t)-U_вых(t) (U1_вх(t), U2_вх(t) - напряжения источника питания, поступающие на вход дросселя фильтра до и после коммутации импульсного элемента соответственно, U_вых(t) - напряжения на выходе дросселя фильтра), на выходе переключателей 5, 6 напряжения формируются по алгоритму





где I_L(t) - сигнал с датчика тока дросселя фильтра, VT - сигнал с датчика состояния импульсного элемента, U1_Lпр(t) - выход переключателя 5, U2_Lпр(t) - выход переключателя 6, аналоговый вход узла интегрирования 2 соединен с выходом U1_Lпр(t) переключателя 5, управляющий вход узла интегрирования 2 соединен с шиной U_синх(t) синхронизации, которая устанавливает узел интегрирования 2 в исходное состояние в начале каждого периода синхронизации. На выходе узла интегрирования 2 формируется сигнал Y_1cp.пp(t) напряжение которого пропорционально среднему за период синхронизации приращению расчетного тока дросселя от начала периода синхронизации при напряжении на нем равном Ul_Lпp(t). Аналоговый вход узла интегрирования 3 соединен с выходом U2_Lпp(t) переключателя 6, управляющий вход узла интегрирования 3 соединен с шиной U_синх(t) синхронизации, которая устанавливает узел интегрирования 3 в исходное состояние в начале каждого периода синхронизации. На первом выходе узла интегрирования 3 формируется сигнал -Y_2р.пр(t) напряжение которого пропорционально приращению прогнозируемого тока дросселя относительно конца периода синхронизации при напряжении на нем, равном U2_L.пp(t). На втором выходе узла интегрирования 3 формируется сигнал Y_2cp.пp(t), напряжение которого пропорционально среднему за период синхронизации приращению расчетного тока дросселя Y_2p.пp(t).

Таким образом, введение двух переключателей 5 и 6 в блок периодической развертки для преобразователя напряжения с ШИМ позволяет обеспечить формирование выходного сигнала с учетом режима прерывания тока в дросселе фильтра.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. А. Белов, С.А. Кузьмин. Условия устойчивости и коэффициент стабилизации импульсного стабилизатора с образными связями по току и напряжению. М. Радио и связь" 1984. ЭТВА, Вып. 15. С. 48.

2. Ю.М. Казанцев. Прямой синтез управления в преобразовательной технике. Электротехника. 2000. 4. С. 31-36, формулы 3-8 (прототип).