способ управления преобразователем напряжения повышающего типа

Формула изобретения

Способ управления преобразователем напряжения повышающего типа, заключающийся в том, что коммутацию ключевого элемента осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, управляющий сигнал формируют из суммы сигнала ошибки, сигнала пропорционального пульсирующей составляющей тока дросселя, сигнала периодической развертки и сигнала смещения, пропорционального произведению периода синхронизации на амплитуду напряжения прилагаемого к дросселю после коммутации ключевого элемента, отличающийся тем, что периодический сигнал развертки формируют пропорциональным текущему среднему за период коммутации значению выходного напряжения преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для систем с широтно-импульсным регулированием, оно может найти широкое применение в управляемых источниках вторичного питания.

Известны преобразователи напряжения повышающего типа, содержащие накопительный дроссель, ключевой элемент, диод и конденсатор фильтра. Известен способ управления такими преобразователями, основанный на коммутации ключевого элемента импульсным сигналом с коэффициентом заполнения определяемым сигналом ошибки [1].

Недостатком этого способа управления является зависимость между сигналом ошибки и коэффициентом заполнения импульса.

Известен способ управления с широтно-импульсным регулированием, заключающийся в том, что определяют сигнал ошибки, пропорциональный разности выходного сигнала системы и сигнала задания, формируют синхронизирующий сигнал, сигнал, пропорциональный пульсирующей составляющей тока дросселя, сигнал развертки, пропорциональный сумме периодического сигнала и сигнала смещения. Периодический сигнал формируют из прогнозируемого для интервала после коммутации ключевого элемента приращения тока дросселя, а сигнал смещения равный сумме средних за период синхронизации прогнозируемых приращений тока дросселя для интервалов до и после коммутации ключевого элемента. Управление преобразователем осуществляют управляющим и синхронизирующим сигналами. Управляющий сигнал формируют из суммы сигнала ошибки, сигнала, пропорционального пульсирующей составляющей тока дросселя, и сигнала развертки [2].

Известный способ может быть использован для управления преобразователем напряжения повышающего типа.

Недостаток известного способа заключается в сложности формирования сигнала развертки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления преобразователем понижающего типа, в котором коммутацию ключевого элемента осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, управляющий сигнал формируют из суммы сигнала ошибки, пульсирующей составляющей тока дросселя, периодического сигнала и сигнала смещения, периодический сигнал формируют пропорциональным текущему значению среднего за период коммутации значению напряжения питания, а сигнал смещения - пропорциональным произведению периода синхронизации на амплитуды напряжения, приложенного к дросселю после коммутации ключевого элемента [3].

В известном способе управления сигнал развертки прогнозирует значение пульсирующей составляющей тока дросселя на момент после коммутации переключателя, что обеспечивает его коммутацию при отсутствии статической ошибки и устойчивость управления в широком диапазоне задания параметров.

Цель предлагаемого изобретения состоит в расширении функциональных возможностей способа управления за счет его распространения на преобразователи повышающего типа.

Поставленная цель достигается тем, что коммутацию ключевого элемента повышающего преобразователя осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, управляющий сигнал формируют из суммы сигнала ошибки, сигнала, пропорционального пульсирующей составляющей тока дросселя, периодического сигнала и сигнала смещения. Сигнал смещения формируют пропорциональным произведению периода синхронизации на амплитуду напряжения прилагаемого к дросселю после коммутации ключевого элемента, при этом периодический сигнал формируют пропорциональным текущему среднему за период коммутации значению выходного напряжения.

Сущность изобретения заключается в том, что в преобразователе повышающего типа ключевой элемент управляющий выходным напряжением замыкает цепь источника питания через накопительный дроссель с одновременным отключением цепи нагрузки от накопительного дросселя, при этом напряжения на накопительном дросселе на интервале до и после коммутации ключевого элемента соответственно равны U_вх -U₁ и U_вх-U ₂, где U_вх - напряжение питания, U₁, U₂ - напряжения на выходе накопительного дросселя на интервалах до и после коммутации. При управлении задним фронтом модуляции имеем U ₁=0, U₂=U_вых , а при управлении передним фронтом U₁=U _вых, U₂=0, где U_вых - выходное напряжение преобразователя. Поэтому предлагается закон управления вида

где X=U_вых-U _on - сигнал ошибки, формируется как разность между выходным сигналом системы и сигналом задания, k_m - коэффициент передачи, - пульсирующая составляющая тока дросселя (разность между током дросселя и его средним за период коммутации значением), Y_р - сигнал развертки, L - индуктивность дросселя, T_n - длительность периода синхронизации, t_p=T{t/T} - временная координата для формирования сигнала развертки ({а} - дробная часть числа a), t _k - моменты коммутации ключевого элемента, определяемые наименьшим положительным корнем уравнения F=0 при управлении задним фронтом модуляции и наименьшим по модулю отрицательным корнем уравнения F=0 при переднем фронте, VT(F,t) - состояние ключевого элемента (VT=1 на выходе дросселя напряжение U ₁, VT=0 на выходе дросселя напряжение U ₂).

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предложенный способ управления.

Устройство содержит: ключевой элемент 1, накопительный дроссель 2, датчик тока 3, узел сравнения 4, блок формирования управляющего сигнала 5, RS-триггер 6, масштабный усилитель 7 и интегратор 8. Один вывод ключевого элемента 1 соединен с выходом накопительного дросселя 2 через датчик тока 3 и выходной шиной U_вых через диод D, второй - с выходной шиной U₀, управляющий вход ключевого элемента 1 соединен с выходом RS-триггера 6, общий вывод переключателя 1. Узел сравнения 4 имеет два входа - прямой и инверсный, прямой вход узла сравнения 4 соединен с выходной шиной устройства U _вых, инверсный вход узла сравнения 4 соединен с шиной задания U_on. Блок формирования управляющего сигнала 5 имеет четыре входа. Первый вход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с выходом датчика тока 3, второй вход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с выходом узла сравнения 4, третий вход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с выходом масштабного усилителя 7, четвертый вход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с выходом интегратора 8, выход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с S-входом RS-триггера 6, R-вход RS-триггера 6 соединен с шиной синхронизации U_синх, аналоговый вход узла интегрирования 8 соединен с выходной шиной U_вых, управляющий вход интегратора 8 соединен с шиной синхронизации U _синх. Масштабный усилитель 7 имеет два входа, первый вход масштабного усилителя 7 соединен с шиной питания U _вх, второй вход масштабного усилителя 7 соединен с выходной шиной устройства U_вых.

Устройство работает следующим образом. На выходе узла сравнения 4 формируется сигнал ошибки Х=U_вых-U_on , на выходе датчика тока 3 формируется сигнал , пропорциональный пульсирующей составляющей тока дросселя 2; на выходе узла интегрирования 8 формируется периодический сигнал,

прогнозирующий приращение тока дросселя 2 на момент после коммутации переключателя 1; на выходе масштабного усилителя 7 формируется сигнал смещения Сумма сигналов Y _p, Y _p равна сигналу развертки Y _p по уравнению (1), при этом на выходе RS-триггера 6 из выходного сигнала F блока формирования управляющего сигнала 5 и сигнала синхронизации U_синх формируется управляющий сигнал VT, который управляет состоянием переключателя 1 в соответствии с законом управления (1).

При управлении задним фронтом модуляции узел интегрирования 8 формирует периодический сигнал масштабный усилитель 7 формирует сигнал смещения сигнал VT формируется наименьшим положительным корнем уравнения F=0, соответственно ключевой элемент 1 включается при появлении синхроимпульса U_синх и отключается при появлении сигнала VT.

При управлении передним фронтом модуляции узел интегрирования 8 формирует периодический сигнал масштабный усилитель 7 не имеет второго входа и формирует сигнал смещения сигнал VT формируется наименьшим отрицательным корнем уравнения F=0, соответственно ключевой элемент 1 отключается при появлении синхроимпульса U_синх и включается при появлении сигнала VT.

Литература

1. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: Солон-Р, 2001.

2. Патент РФ №2156996, МПК⁷ G05F 1/56, опубл. 27.09.2000.

3. Патент РФ №2214618, МПК ⁷ G05F 1/56, опубл. 20.10.2003.