EA019047B1 - Method for controlling pulse voltage stabiliser - Google Patents

Method for controlling pulse voltage stabiliser Download PDF

Info

Publication number
EA019047B1
EA019047B1 EA201101421A EA201101421A EA019047B1 EA 019047 B1 EA019047 B1 EA 019047B1 EA 201101421 A EA201101421 A EA 201101421A EA 201101421 A EA201101421 A EA 201101421A EA 019047 B1 EA019047 B1 EA 019047B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
signal
voltage
capacitor
current
stabilizer
Prior art date
Application number
EA201101421A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201101421A1 (en
Inventor
Юрий Вадимович Краснобаев
Денис Владимирович Капулин
Олег Владимирович Непомнящий
Виталий Александрович Хабаров
Дмитрий Витальевич Гончарук
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Publication of EA201101421A1 publication Critical patent/EA201101421A1/en
Publication of EA019047B1 publication Critical patent/EA019047B1/en

Links

Abstract

The invention relates to electrical engineering, in particular, to converting technology and can be used in designing pulse stabilizers of direct voltage (PVS) with a power circuit of a step-up type and a discrete processing of information signals, having short duration of transient processes and a static error of outlet voltage stabilization. For which the measurement at the outlet Uand the inlet Uof a PVS, throttle Iand load Icurrent of the PVS is carried out at each period of transformation in fixed moments of time (mT+τ). The measured voltage values Uand U, currents Iand Iare memorized. A signal "capacitor current" I=I-I∙U/Uis calculated, as well as a mismatch signal ε=U-U, where U- reference voltage. From the value of the signal "capacitor current" I(mT+τ) the value of "capacitor current" signal is subtracted as I((m-1)T+τ), memorised at the previous stage, and the value of "capacitor current" signal is memorized as produced at the current stage of transformation. The mismatch signal ε is increased Ktimes, and its finite-different summation is carried out. The "capacitor current" signal is exposed to frequency correction, and summed up with a mismatch signal is sent to an inlet of a pulse-width modulator.

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении импульсных стабилизаторов постоянного напряжения (ИСН) с силовой цепью повышающего типа и дискретной обработкой информационных сигналов, имеющих малые длительность переходных процессов и статическую ошибку стабилизации выходного напряжения. Известен [1] способ управления ИСН, выполненным в виде управляемого электрического ключа (УЭК) и ИЬС-фильтра (индуктивно-емкостного фильтра с замыкающим диодом), соединенных последовательно между входом и выходом ИСН, заключающийся в том, что измеряют ток 1С конденсатора ПЬС-фильтра и напряжение ивых на выходе ИСН, вычисляют напряжение иС.н на емкости конденсатора ИЬС-фильтра путем интегрирования сигнала, полученного суммированием тока конденсатора, взятого с коэффициентом 1/С, где С - емкость конденсатора ПЬС-фильтра, и сигнала отклонения напряжения иС.н от ивых, взятого с коэффициентом К0=(0,05-0,0005)/(Кс-С), где КС - внутреннее активное сопротивление конденсатора ПЬС-фильтра, формируют сигнал рассогласования ε по напряжению путем сравнения напряжения иС.н с эталонным напряжением и.,,, умножают ток 1С и сигнал рассогласования ε на коэффициенты Кп и Ки1 соответственно, причемThe invention relates to the field of electrical engineering, in particular to converter technology, and can be used in the construction of pulsed DC voltage stabilizers (ISN) with a boost type power circuit and discrete processing of information signals having a short duration of transient processes and a static error in stabilizing the output voltage. Known [1] is a control method for an ISN made in the form of a controlled electric switch (UEC) and an IS filter (inductive-capacitive filter with a closing diode), connected in series between the input and output of the ISN, which consists in measuring the current 1 C of the PVS capacitor -filter and O and the voltage at the output of SRI, and the voltage calculated C. n IS on capacitance capacitor filter by integrating a signal obtained by summing the current of the capacitor taken with a coefficient 1 / C, where C - PS-capacitor filter and the error signal voltage and C. n from and out , taken with a coefficient of K 0 = (0.05-0.0005) / (K s -C), where K C is the internal active resistance of the capacitor of the PSA filter, a voltage mismatch signal ε is generated by comparing the voltage and S n with a reference voltage and. ,,, multiply the current 1 C and the error signal ε by the coefficients K p and K and 1, respectively, and

где Ь - индуктивность ОЬС-фильтра, ивх - напряжение на входе ИСН, 1и - статическая длительность импульса управления УЭК, Т - период преобразования и ул - скорость изменения пилообразного напряжения широтно-импульсного модулятора (ШИМ), формируют сигнал управления, суммируя сигналы, полученные в результате умножения, и сигналом управления формируют импульсы управления УЭК по принципу ШИМ с блокировкой модулятора в момент формирования модулируемого фронта импульса.where L - inductance OS-filter and Rin - input voltage SRI, 1 and - static control impulse UEC, T - conversion period and n - rate of change of the sawtooth voltage pulse width modulator (PWM) generating a control signal by summing the signals obtained as a result of multiplication and the control signal form the UEC control pulses according to the PWM principle with the modulator locked at the moment of formation of the modulated pulse front.

Этот способ обеспечивает ИСН с силовой цепью понижающего типа (ИСН ПН), малую длительность переходных процессов при воздействиях по выходу (изменение тока нагрузки 1и) и по входу (изменение напряжения ивх на входе ИСН).This method provides a power circuit SRI down type (SRI PN) short duration transients effects on the output (load current and 1) and a terminal (the voltage change at the input Rin and IOS).

К недостаткам этого способа относится то, что он не обеспечивает высокой статической точности стабилизации напряжения ивых, поскольку сигнал рассогласования ε по напряжению умножается на коэффициент Ки1, величина которого, определяемая через параметры ИСН, относительно мала и не может быть увеличена без ухудшения динамических характеристик ИСН. Кроме того, этот способ неприменим непосредственно для стабилизации выходного напряжения ИСН с силовой цепью повышающего типа (ИСН ПВ), содержащего дроссель и диод, включенные последовательно между входом и выходом стабилизатора, управляемый электрический ключ, включенный между общим проводом стабилизатора и точкой соединения дросселя с диодом, и конденсатор, включенный между выходом и общим проводом стабилизатора.The disadvantages of this method include the fact that it does not provide high static accuracy of voltage and output stabilization, since the voltage mismatch signal ε is multiplied by the coefficient K and1 , the value of which, determined through the SPI parameters, is relatively small and cannot be increased without deteriorating dynamic characteristics ISN. In addition, this method is not applicable directly to stabilize the output voltage of an ISN with a boost type power circuit (ISN PV) containing a inductor and a diode connected in series between the input and output of the stabilizer, a controlled electrical switch connected between the common wire of the stabilizer and the junction point between the inductor and the diode , and a capacitor connected between the output and the common wire of the stabilizer.

Известен [2] способ управления ИСН ПВ, заключающийся в измерении выходного напряжения на интервале включенного состояния УЭК, запоминании выходного напряжения на момент окончания интервала включенного состояния УЭК, получении сигнала рассогласования по напряжению путем сравнения запомненного значения выходного напряжения и эталонного напряжения и формировании сигналом рассогласования по напряжению импульсов управления УЭК по принципу ШИМ. Этот способ позволяет обеспечить ИСН ПВ высокую статическую точность стабилизации выходного напряжения, но не обеспечивает малой длительности переходных процессов.There is a known [2] control method for the ISN PV, which consists in measuring the output voltage in the interval of the on state of the UEC, storing the output voltage at the end of the interval of the on state of the UEC, receiving a voltage mismatch signal by comparing the stored value of the output voltage and the reference voltage and generating the mismatch signal according to voltage pulse control UEC on the principle of PWM. This method allows you to provide ISN PV high static accuracy of stabilization of the output voltage, but does not provide a short duration of transients.

Известен способ управления ИСН ПН [3], согласно которому измеряют ток 1С(1) конденсатора ИЬСфильтра и напряжение ивых на выходе стабилизатора, получают сигнал рассогласования по напряжению ε(ΐ), вычитая эталонное напряжение иэт из Ивых(1), получают первый сигнал, умножая сигнал рассогласования по напряжению ε(ΐ) на коэффициент Кр<1/(КсС+Т), где КС и С соответственно внутреннее активное сопротивление и емкость конденсатора ПЬС-фильтра, получают сигнал ток конденсатора, считая его равным току 1С(1) конденсатора ПЬС-фильтра, умножают сигнал ток конденсатора на коэффициент 1/С и, суммируя с первым сигналом, получают второй сигнал, интегрируют второй сигнал, причем диапазон возможного изменения интеграла второго сигнала ограничивают по значениям его максимальных отклонений в динамических режимах, не приводящих к прерыванию модуляции, получают третий сигнал, считая его равным интегралу второго сигнала, получают сигнал управления, умножая сигнал ток конденсатора и третий сигнал на коэффициенты Кп и Ки1 соответственно и суммируя инверсные значения сигналов, полученных в результате умножения, формируют сигналом управления импульсы управления УЭК по принципу ШИМ с блокировкой модулятора в момент формирования модулируемого фронта импульса. При этом Кп Ки1 соответствуют Кп и Ки1 из [1].Known control method SRI Mo [3], according to which the measured current of 1 C (1) capacitor ISfiltra and voltage and O at the output of stabilizer obtained error signal voltage ε (ΐ), subtracting the reference voltage and the floor of the AND O (1) receive the first signal by multiplying the voltage mismatch signal ε (ΐ) by the coefficient K p <1 / (K s C + T), where K C and C, respectively, the internal resistance and capacitance of the PSA filter capacitor, receive the signal capacitor current, counting its equal to the current 1 C (1) of the capacitor of the PSA filter, multiply the signal t ok capacitor by a factor of 1 / C and, summing with the first signal, receive the second signal, integrate the second signal, and the range of possible changes in the integral of the second signal is limited by the values of its maximum deviations in dynamic modes that do not lead to interruption of the modulation, receive the third signal, counting equal to the integral of the second signal, a control signal is obtained by multiplying the signal by the capacitor current and the third signal by the coefficients K p and K and 1, respectively, and summing the inverse values of the signals obtained as a result of At the same time as multiplication, UEC control pulses are generated by the control signal according to the PWM principle with the modulator locked at the moment of formation of the modulated pulse front. In this case, Кп К и1 correspond to Кп and К и1 from [1].

Этот способ позволяет обеспечить ИСН ПН малую длительность переходных процессов в динамических режимах работы и малую величину статической ошибки выходного напряжения. Однако при его использовании для управления ИСН ПВ не достигается малая длительность переходных процессов в динамических режимах работы из-за различия силовых цепей ИСН ПН и ИСН ПВ.This method allows you to provide ISN PN small duration of transients in dynamic modes of operation and a small amount of static error of the output voltage. However, when it is used to control ISN PV, a short duration of transients in dynamic operating modes is not achieved due to the difference in power circuits of ISN PN and ISN PV.

- 1 019047- 1 019047

В известных ИСН ПВ, как правило, решают задачи уменьшения или величины статической ошибки выходного напряжения, или длительности переходных процессов. Однако существуют области техники, в которых от ИСН ПВ требуются как малая длительность переходных процессов, так и малая статическая ошибка выходного напряжения. Например, такие требования к ИСН ПВ предъявляются при их использовании в системах электропитания космических аппаратов. Обеспечить в ИСН малую длительность переходных процессов и малую статическую ошибку выходного напряжения достаточно сложно, так как увеличение коэффициента усиления сигнала рассогласования по напряжению или интегрирование этого сигнала позволяет уменьшить статическую ошибку выходного напряжения, но, как правило, приводит к увеличению длительности переходных процессов в динамических режимах работы ИСН. В известном решении [3] обеспечивается как малая длительность переходных процессов, так и малая статическая ошибка выходного напряжения. Однако это решение применимо к ИСН ПН и при его использовании в ИСН ПВ не обеспечивает малой длительности переходных процессов из-за различия силовых цепей ИСН.In the well-known ISN PVs, as a rule, they solve the problem of reducing either the magnitude of the static error of the output voltage or the duration of transients. However, there are areas of technology in which both the short duration of transients and the small static error of the output voltage are required from the ISN PV. For example, such requirements for ISS PV are presented when they are used in power supply systems of spacecraft. It is quite difficult to provide a short duration of transient processes and a small static error of the output voltage in the SID, since an increase in the gain of the voltage mismatch signal or the integration of this signal can reduce the static error of the output voltage, but, as a rule, leads to an increase in the duration of transient processes in dynamic modes work of ISN. In the known solution [3], both a short duration of transient processes and a small static error of the output voltage are provided. However, this solution is applicable to the ISN PN and, when used in the ISN PV, does not provide a short duration of transient processes due to the difference in the power circuits of the ISN.

В качестве прототипа выбран способ управления ИСН с ШИМ [4], согласно которому в импульсном стабилизаторе, содержащем дроссель с индуктивностью Ь и диод, включенные последовательно между входом и выходом стабилизатора, управляемый электрический ключ, включенный между общим проводом стабилизатора и точкой соединения дросселя и диода, конденсатор с емкостью С, включенный между выходом и общим проводом стабилизатора, измеряют напряжение ивых на выходе стабилизатора, формируют сигнал рассогласования по напряжению, вычитая эталонное напряжение из напряжения на выходе стабилизатора, получают первый сигнал, умножая сигнал рассогласования по напряжению на коэффициент Кр, интегрируют второй сигнал, путем прерывания интегрирования ограничивают диапазон изменения интеграла второго сигнала по значениям его максимальных отклонений в динамических режимах, не приводящих к прерыванию модуляции, получают суммарный сигнал, умножая сигнал ток конденсатора и третий сигнал на коэффициенты К| и К соответственно и суммируя инверсные значения сигналов, полученных в результате умножения, управляющим сигналом формируют импульсы управления управляемым электрическим ключом по принципу широтно-импульсной модуляции с блокировкой модулятора в момент формирования модулируемого фронта импульса, согласно изобретению дополнительно измеряют входное напряжение ивх, токи дросселя 1ъ и нагрузки 1н, вычисляют сигнал ток конденсатора 1С=1ь-1нВЫХвх, получают третий сигнал, интегрируя четвертый сигнал, вычисляемый путем вычитания из сигнала ток конденсатора самого третьего сигнала, взятого с коэффициентом К0<<1/Т, где Т - период преобразования, второй сигнал принимают равным первому, результирующий сигнал получают, вычитая интеграл второго сигнала из суммарного сигнала, причем в случае модуляции переднего фронта импульсов управления управляемым электрическим ключом сигнал управления получают, инвертируя результирующий сигнал, а в случае модуляции заднего фронта импульсов управления управляемым электрическим ключом сигнал управления принимают равным результирующему сигналу, при этом К1=2,4-Ь-ил(Т)/(ивых-Т); К^К/Г; Кр<4-К1-С-ивых/[ивх-Т(2ВСС+Т)], где Вс - внутреннее активное сопротивление конденсатора, формируют нелинейное опорное напряжение модулятора ил(1)=2,4-ил(Т)-(12/4-Т2+13/6-Т3), где 0<1<Т. ил(Т) - амплитудное значение нелинейного опорного напряжения модулятора.As a prototype, a control method for an ISN with a PWM [4] was selected, according to which, in a switching regulator containing a choke with inductance b and a diode, connected in series between the input and output of the stabilizer, a controlled electrical switch connected between the common wire of the stabilizer and the junction point of the inductor and diode , a capacitor with capacitance C, connected between the output and the common wire stabilizer, and the measured voltage O at the output of the stabilizer is formed by the voltage error signal by subtracting the reference voltage ix from the voltage at the output of the stabilizer produces a first signal by multiplying the error signal voltage by a factor K p, integrating the second signal by interrupting integration limit the range of the integral of the second signal from the values of its maximum deviations in the dynamic conditions that do not lead to a modulation of interruption is obtained the total signal, multiplying the current signal of the capacitor and the third signal by the coefficients K | and K respectively and summing the inverted values of the signals resulting from the multiplication control signal is formed pulses controls the electric wrench according to the principle of pulse width modulation modulator blocking at the time of forming the modulated wavefront, the invention further measure the input voltage and Rin, currents throttle 1 b and a load 1N, calculated signal current of the capacitor C 1 s = 1 s n -1 EXIT / Rin and receive a third signal by integrating a fourth signal; calculated by subtracting of the signal of the third capacitor current signal taken from a coefficient K 0 << 1 / T where T - conversion period, the second signal is determined to be the first one, the resultant signal obtained by subtracting the integral of the second signal from the sum signal, and in the case of the front pulse edge modulation by controlling the controlled electric key, the control signal is obtained by inverting the resulting signal, and in the case of modulation of the trailing edge of the control pulses of the controlled electric key, the control signal is taken equal to the result the signal, while K 1 = 2,4-b-and l (T) / (and output -T); K ^ K / T; K p <4 K-1 and C-out / [Rin and T (2B S S + T)], where Bc - internal resistance of the capacitor, form a non-linear voltage reference modulator and l (1) = 2,4 and l (T) - (1 2 /4-T 2 +1 3 /6-T 3 ), where 0 <1 <T. and l (T) is the amplitude value of the nonlinear reference voltage of the modulator.

В известном решении [4] обеспечивается как малая длительность переходных процессов, так и малая статическая ошибка выходного напряжения применительно к ИСН ПВ. В то же время реализация такого решения на аналоговых элементах затруднительна как в проектировании, так и в производстве. Структурные схемы выпускаемых промышленностью специализированных интегральных схем существенно отличаются от структуры устройства управления, реализующего решение [4]. Аппаратная реализация закона управления на подобных микросхемах вызывает применение большого количества внешних элементов, что влечет за собой усложнение и снижение надежности устройства управления. Поэтому возникает необходимость разработки новых решений, позволяющих осуществить переход на микроэлектронную элементную базу при одновременном сохранении малых длительности переходных процессов и статической ошибки выходного напряжения ИСН.In the well-known solution [4], both a short duration of transient processes and a small static error of the output voltage as applied to the ISN PV are provided. At the same time, the implementation of such a solution on analog elements is difficult both in design and in production. Structural schemes of specialized integrated circuits manufactured by the industry differ significantly from the structure of the control device that implements the solution [4]. The hardware implementation of the control law on such microcircuits causes the use of a large number of external elements, which entails the complication and decrease in the reliability of the control device. Therefore, there is a need to develop new solutions that allow the transition to a microelectronic element base while maintaining a short duration of transient processes and the static error of the output voltage of the ISN.

В основу изобретения положена задача повышения качества выходного напряжения ИСН ПВ в динамических и статических режимах его работы при дискретной обработке его информационных сигналов, позволяющей обеспечить практическую реализацию ИСН с устройством управления на основе микроконтроллерной техники. При этом под повышением качества выходного напряжения в динамических режимах понимается уменьшение длительности переходных процессов, а в статических режимах - обеспечение астатизма выходного напряжения.The basis of the invention is the task of improving the quality of the output voltage of the ISN PV in dynamic and static modes of its operation with discrete processing of its information signals, which allows for the practical implementation of the ISN with a control device based on microcontroller technology. Moreover, by improving the quality of the output voltage in dynamic modes is meant a reduction in the duration of transient processes, and in static modes - ensuring the astatism of the output voltage.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления импульсным стабилизатором, содержащим дроссель с индуктивностью Ь и диод, включенные последовательно между входом и выходом стабилизатора, управляемый электрический ключ, включенный между общим проводом стабилизатора и точкой соединения дросселя и диода, конденсатор с емкостью С, включенный между выходом и общим проводом стабилизатора, заключающийся в том, что измеряют напряжения ивых на выходе и ивх на входе стабилизатора, токи дросселя 1ъ и нагрузки 1н, вычисляют сигнал ток конденсатора 1с=1ь-1нвыхвх,The problem is solved in that in the method of controlling a pulse stabilizer containing a inductor with an inductance b and a diode connected in series between the input and output of the stabilizer, a controlled electrical switch connected between the common wire of the stabilizer and the junction point of the inductor and diode, a capacitor with a capacitance C included between the output and the common wire stabilizer, consisting in the fact that the measured voltage and the output O and the inlet and Rin stabilizer current throttle b 1 and a load 1N, calculating a current signal capacitor 1 s = 1 b -1 n- th output / and input ,

- 2 019047 формируют сигнал рассогласования по напряжению, вычитая эталонное напряжение из напряжения на выходе стабилизатора, вычисляют первый сигнал, умножая сигнал рассогласования по напряжению на коэффициент Кр, где Кр<4-К!-С-ивых/[ивх-Т(2-ВС-С+Т)], КС - внутреннее активное сопротивление конденсатора, сигналом управления формируют импульсы управления управляемым электрическим ключом по принципу широтно-импульсной модуляции, согласно изобретению измерение напряжений ивых и ивх на выходе и входе стабилизатора, токов дросселя 1ъ и нагрузки 1н производят на каждом периоде преобразования в фиксированные моменты времени (тТ+τ), где т=0, 1, 2, 3,..., τ - в общем случае произвольно выбранный фиксированный интервал времени |τ|<Τ, одинаково удаленный от начала каждого периода преобразования Т, производят запоминание измеренных значений напряжений ивых и ивх на выходе и входе стабилизатора, токов дросселя 1|, и нагрузки 1н, вычисление первого сигнала Кре(тТ+т) производят в моменты времени (тТ+τ), получают второй сигнал, вычитая из значения сигнала ток конденсатора 1С(тТ+т) значение сигнала ток конденсатора 1С((т-1)Т+т), запомненное на предшествующем периоде, производят запоминание значения сигнала ток конденсатора, полученное на текущем периоде преобразования, вычисляют третий сигнал и3, умножая второй сигнал на коэффициент К1=Ь-ил/(ивых-Т), где ил амплитудное значение пилообразного линейного опорного сигнала широтно-импульсного модулятора, запоминают значение третьего сигнала, вычисляют четвертый сигнал υ4(тТ+τ)=2υ3(тТ+τ)-υ3((т1)Т+т), запоминают четвертый сигнал, вычисляют пятый сигнал υ5(тТ+τ)=υ4(тТ+τ)+υ5((т-1)Т+τ), выГ- 2 019047 generate a voltage mismatch signal by subtracting the reference voltage from the voltage at the output of the stabilizer, calculate the first signal by multiplying the voltage mismatch signal by the coefficient K p , where K p <4-K! -C-and out / [and in - T (2 C-B + C T)] K C - internal resistance of the capacitor, the control signal form the control pulses of controlled electric wrench according to the principle of pulse width modulation according to the invention the measurement of stresses and O and Rin and the outlet and inlet of the stabilizer throttle currents 1 b and the narrow 1 n each transform at each time period at fixed time points (tT + τ), where t = 0, 1, 2, 3, ..., τ - in the general case, an arbitrarily chosen fixed time interval | τ | <Τ, the same remote from the start of each conversion period T, produce storing measured values of voltages and O and and Rin at the outlet and inlet stabilizer choke currents 1 |, and a load 1N, calculating the first signal K p e (mT + t) produced at time instants ( tT + τ), the second signal is obtained by subtracting the capacitor current 1 С (tT + t) from the signal value If the capacitor current is 1 C ((t-1) T + t), stored in the previous period, the signal value of the capacitor current obtained in the current conversion period is stored, the third signal is calculated, and 3 , by multiplying the second signal by the coefficient K 1 = b- and l / (and output -T), where and l are the amplitude value of the sawtooth linear reference signal of the pulse-width modulator, the value of the third signal is stored, the fourth signal is calculated υ 4 (тТ + τ) = 2υ 3 (тТ + τ) -υ 3 ((т1) Т + т), the fourth signal is stored, the fifth signal is calculated υ5 (тТ + τ) = υ 4 (тТ + τ) + υ5 ((т-1) Т + τ),

и.(тТ + ^ = Кг^^Т + х), числяют шестой сигнал формируют сигнал управления, суммируя пятый и шестой сигналы.and. (tT + ^ = K r ^^ T + x), the sixth signal is calculated, the control signal is formed, summing the fifth and sixth signals.

На фиг. 1 приведена силовая цепь ИСН ПВ. На фиг. 2 приведены временные диаграммы напряжений и токов элементов силовой цепи ИСН ПВ. На фиг. 3 приведена структурная схема устройства управления ИСН ПВ. На фиг. 4-9 приведены временные диаграммы выходного напряжения, тока дросселя и тока нагрузки ИСН ПВ, подтверждающие решение поставленной задачи.In FIG. 1 shows the power circuit ISN PV. In FIG. 2 shows the time diagram of the voltages and currents of the elements of the power circuit ISN PV. In FIG. 3 shows a structural diagram of a control device ISN PV. In FIG. Figure 4-9 shows the time diagrams of the output voltage, inductor current, and load current of the ISN PV, confirming the solution of the problem.

Силовая цепь ИСН ПВ (фиг. 1) содержит регулирующий элемент 1, состоящий из УЭК 2 и диода 3, дроссель 4, конденсатор 5, входной конденсатор 6, вход 7, выход 8, общий провод 9.The power circuit of the ISN PV (Fig. 1) contains a control element 1, consisting of UEC 2 and diode 3, inductor 4, capacitor 5, input capacitor 6, input 7, output 8, common wire 9.

Приведенные на фиг. 2 временные диаграммы токов и напряжений элементов силовой цепи ИСН и тока нагрузки необходимы для понимания понятий регулируемая составляющая и сигнал ток конденсатора и пояснения изменения токов и напряжений элементов силовой цепи ИСН при работе стабилизатора. На временных диаграммах приведены: 1ъ - ток дросселя; 1н - ток нагрузки; 1С - сигнал ток конденсатора; 1С.ст - стационарная составляющая сигнала ток конденсатора; 1С.р - стационарная составляющая сигнала ток конденсатора; иу - управляющий сигнал ШИМ; иГЛИН - опорный сигнал ШИМ; 1и сигнал управления силовым ключом ИСН ПВ с выделением из него стационарной 1и.ст и регулируемой 1и.р составляющих.Referring to FIG. 2 time diagrams of the currents and voltages of the power circuit elements of the ISN and the load current are necessary for understanding the concepts of the adjustable component and the signal current of the capacitor and explaining the changes in the currents and voltages of the elements of the power circuit of the ISN during the operation of the stabilizer. The time diagrams show: 1 b - current of the inductor; 1 n - load current; 1 С - signal capacitor current; 1 C. St is the stationary component of the signal capacitor current; 1 C. p is the stationary component of the signal capacitor current; and y is the PWM control signal; and GLIN - PWM reference signal; 1 and the control signal of the power key ISN PV with the allocation of a stationary 1 and . Art and adjustable 1 and . p constituents.

Для доказательства решения поставленной выше задачи посредством предлагаемого способа управления, в частности обеспечения высокого качества выходного напряжения ИСН ПВ, воспользуемся подходом, изложенным в [5], где осуществлен синтез закона управления, обеспечивающего минимальную конечную длительность переходных процессов в ИСН с ШИМ и силовой цепью понижающего типа. Закон управления синтезирован случаем малых отклонений длительности импульса управления силовым ключем ИСН &иу«Т, (1) где Т - период преобразования. Он заключается в приведении системы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) к системе с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ), синтезе последовательного корректирующего устройства с использованием третьего полиномиального уравнения синтеза [6] и обратного перехода от системы с АИМ к системе с ШИМ, учитывающего специфику, вносимую ШИМ. Применение при синтезе третьего полиномиального уравнения позволяет достичь минимальной конечной длительности переходных процессов при наличии отклонения параметров корректирующего устройства и силовой цепи ИСН от номинальных. Сам синтез осуществляется по регулируемым составляющим переменных состояния, под которыми понимают отклонения переменных состояния от их значений в стационарном режиме.To prove the solution of the above problem by means of the proposed control method, in particular, to ensure high quality of the output voltage of the ISN PV, we will use the approach described in [5], where the control law is synthesized, which ensures the minimum final duration of transient processes in the ISN with PWM and lower power circuit type. The control law is synthesized by the case of small deviations of the pulse duration of the power key control ISN & uy Т T, (1) where T is the transformation period. It consists in converting a system with pulse-width modulation (PWM) to a system with amplitude-pulse modulation (AIM), synthesizing a sequential correction device using the third polynomial synthesis equation [6] and reversing the transition from a system with AIM to a system with PWM, taking into account specifics introduced by PWM. Application in the synthesis of the third polynomial equation allows you to achieve the minimum final duration of transients in the presence of deviation of the parameters of the correction device and the power circuit of the ISN from the nominal ones. The synthesis itself is carried out according to the adjustable components of the state variables, which are understood as the deviations of the state variables from their values in the stationary mode.

В [5] для такого ИСН также найден вариант реализации этого закона управления, при котором используются только дискретные значения регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора выходного фильтра ИСН. Согласно этому варианту реализации регулируемая составляющая входного сигнала широтно-импульсного модулятора имеет вид = --^-[2^ (тт)-иСг((т-1)т)], (2) где б0=ЬС/Т, Ь и С - индуктивность и емкость выходного фильтра ИСН; Т - период преобразования, ивх - напряжение на входе ИСН; Км=Д1и.у/ДИу(тТ)=Т/ит; Д1и.у - приращение длительности импульса управления силовым ключом ИСН относительно моментов времени тТ управляемого переключения; иС.р(тТ) - дискретные значения регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора выходного фильтра; ивх - амплитуда пилообразного напряжения ШИМ.In [5], an implementation variant of this control law was also found for such an ISN, in which only discrete values of the adjustable voltage component of the capacitance of the output filter capacitor of the ISN are used. According to this embodiment, the adjustable component of the input signal of the pulse-width modulator has the form = - ^ - [2 ^ ( т т) -и Сг (( т -1) т)], (2) where б 0 = LС / Т, B and C - inductance and capacitance of the output filter ISN; T is the conversion period, and in - the voltage at the input of the ISN; To m = D1 and . y / DI y (tT) = T / and t ; D1 and . y is the increment of the pulse duration of the power key control ISN relative to the time tT controlled switching; and C. p (tT) - discrete values of the adjustable component of the voltage across the capacitor of the output filter capacitor; and in - the amplitude of the sawtooth PWM voltage.

- 3 019047- 3 019047

Определить регулируемую составляющую напряжения ис.р на емкости конденсатора выходного фильтра ИСН, входящую в (2), путем проведения вычислительных операций с дискретными или непрерывными значениями выходного напряжения ивых стабилизатора не представляется возможным. Это объясняется тем, что схема замещения конденсатора выходного фильтра ИСН может быть представлена в виде последовательно включенных емкости Сф конденсатора и его внутреннего активного сопротивления Кс. Поэтому в выходном напряжении ИСН - напряжении на конденсаторе выходного фильтра ИСН, кроме напряжения ис на емкости конденсатора присутствует напряжение Икс на внутреннем активном сопротивлении Кс конденсатора. Поскольку внутреннее активное сопротивление К.с конденсатора подвержено значительным изменениям под действием температурного и временного факторов, то и напряжение Ь|<с также будет изменяться, а следовательно, определить напряжение на емкости ис, например, путем вычитания неопределенного напряжения Ь|<с из выходного напряжения ивых не представляется возможным.Determine the adjustable voltage component and s . p on the capacitance of the output filter capacitor ISN, included in (2), by performing computational operations with discrete or continuous values of the output voltage and the output stabilizer is not possible. This is because the equivalent circuit of the capacitor of the output filter ISN can be represented as a series-connected capacitance Cf of the capacitor and its internal active resistance K s . Therefore, in the output voltage of the ISN - the voltage on the capacitor of the output filter of the ISN, in addition to the voltage and c on the capacitor capacitance, there is a voltage And kc on the internal active resistance K s of the capacitor. Since the internal active resistance K. from the capacitor is subject to significant changes under the influence of temperature and time factors, the voltage b | < c will also change, and therefore, determine the voltage across the capacitance and c , for example, by subtracting the undefined voltage b | < c from output voltage and output is not possible.

Вычислить регулируемую составляющую напряжения ис.р на емкости конденсатора выходного фильтра ИСН понижающего типа можно путем интегрирования тока этого конденсатора. Для ИСН повышающего типа такое решение неприменимо, поскольку в отличие от ИСН понижающего типа в процессе функционирования ИСН повышающего типа связь между дросселем и конденсатором его выходного фильтра периодически разрывается на интервалах непроводящего состояния диода. Поэтому при отклонении длительности импульсов управления от стационарной в конденсатор выходного фильтра ИСН повышающего типа передается не только регулируемая, но и часть стационарной составляющей тока дросселя, которая для цели формирования управляющего сигнала является информационной помехой. Для исключения такой информационной помехи можно использовать решение, примененное в [4], согласно которому вместо фактического тока конденсатора ИСН используется информационный сигнал ток конденсатора, вычисляемый по выражениюCalculate the adjustable voltage component and s . p on the capacitance of the capacitor of the output filter of the ISN down-type can be by integrating the current of this capacitor. For a boost type SID, this solution is not applicable, because, unlike a step-down type SID, during operation of the step-up type SID, the connection between the inductor and the capacitor of its output filter is periodically broken at intervals of the non-conducting state of the diode. Therefore, when the duration of the control pulses deviates from the stationary upstream ISN output filter capacitor, not only the adjustable, but also part of the stationary component of the inductor current is transmitted, which for the purpose of generating the control signal is an information noise. To eliminate such information interference, you can use the solution used in [4], according to which instead of the actual current of the capacitor ISN, an information signal is used, the capacitor current, calculated by the expression

=1ь~1а иътт, (З) где 1Ь - ток дросселя силовой цепи ИСН, 1н - ток нагрузки ИСН, ивых - напряжение на выходе ИСН, ивх - напряжение на входе ИСН.1c 1b = bm ~ 1a and 1 and t, (B) 1 where L - current throttle power SRI chain 1N - load current IOS and O - the output voltage of SRI and Rin - input voltage SRI.

Умножение тока нагрузки на коэффициент ивыхвх приводит уровень тока нагрузки к уровню постоянной составляющей тока дросселя. Поэтому согласно (3) информационный сигнал ток конденсатора не содержит постоянной составляющей, т.е. подобен току конденсатора ИСН понижающего типа, и интегрирование этого тока позволяет вычислить регулируемую составляющую напряжения ис.р на конденсаторе выходного фильтра, входящую в (2).Multiplication by a factor of load current and O / Rin and resulting load current level to the level of the constant component current choke. Therefore, according to (3), the information signal of the capacitor current does not contain a constant component, i.e. similar to the current of the capacitor ISN step-down type, and the integration of this current allows you to calculate the adjustable component of the voltage and C. p on the capacitor of the output filter included in (2).

Регулируемая составляющая напряжения, воздействующая на дроссель ИСН, вычисляется как разность напряжений на дроселе на этапах проводящего и непроводящего состояний силового ключа. Для ИСН понижающего типа регулируемая составляющая напряжения на дросселе, входящая в (2), равна ивх - напряжению на входе ИСН, а для ИСН повышающего типа регулируемая составляющая напряжения на дросселе равна ивых - напряжению на выходе ИСН. Поэтому закон изменения регулируемой составляющей входного сигнала широтно-импульсного модулятора в ИСН повышающего типа по дискретным значениям регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора выходного фильтра может быть получен из (2) заменой ивх на ивых и^(тТ) ~ --Л—[2ис р(тТ)-иСр((т -1)7)]. (4) ^выЛ™The adjustable voltage component acting on the inductor ISN, is calculated as the voltage difference on the throttle at the stages of the conductive and non-conductive states of the power switch. For a down-type SID, the adjustable component of the voltage at the inductor included in (2) is equal to in - the voltage at the input of the SID, and for a boost-type SID, the adjustable component of the voltage at the inductor is equal to the output - the voltage at the output of the SID. Therefore, the law of variation of the adjustable component of the input signal of a pulse-width modulator in a boost type IMS according to the discrete values of the adjustable component of the voltage across the capacitance of the output filter capacitor can be obtained from (2) by replacing both input and output and ^ (тТ) ~ - Л— [ 2 and p (t T) Cp s ((t -1) 7)]. (4) ^ uL ™

Текущие дискретные значения входного сигнала широтно-импульсного модулятора, определяющие длительность импульса управления на периоде Т, составляющем интервал времени от тТ до (т+1)Т, согласно [5] определяются как иул(тТ) = иу^т -1)7) + С7У4>7). (5)The current discrete values of the input signal of the pulse-width modulator, which determine the duration of the control pulse over the period T, which is the time interval from tT to (t + 1) T, according to [5] are determined as ul (tT) = and y ^ t -1) 7) + C7 V4 > 7). (5)

При практической реализации ИСН нежелательно совпадение моментов коммутации времени тТ силового ключа и моментов выборки информационных сигналов, поскольку в моменты коммутации (на интервалах коммутации) силового ключа происходят изменения токов в силовых цепях ИСН с высокими скоростями и генерируются возмущения электромагнитного поля, приводящие к искажениям значений информационных сигналов при их измерении из-за электромагнитных наводок в измерительных цепях. Поэтому моменты измерения и фиксации дискретных значений информационных сигналов желательно сместить на некоторый интервал времени τ, где τ - в общем случае произвольно выбранный фиксированный интервал времени |τ|<Τ (см. фиг. 2). Для того чтобы располагать временем для проведения вычислительных процедур, необходимых для определения входного сигнала широтно-импульсного модулятора к моменту формирования регулируемого фронта переключения силового ключа, целесообразно τ выбирать так, чтобы моменты времени (тТ+τ) максимально удалить от моментов регулируемого переключения силового ключа ИСН. Для ИСН ПВ и при модуляции переднего фронта импульса моменты времени (тТ+τ) следует выбрать непосредственно после момента выключения силового ключа ИСН, т.е. τ<<Τ.In the practical implementation of the ISN, it is undesirable for the switching times of the TT time of the power switch and the sampling points of the information signals, since at the moments of switching (at the switching intervals) of the power switch, current changes occur in the power circuits of the power switch with high speeds and disturbances in the electromagnetic field are generated, leading to distortions in the information values signals during their measurement due to electromagnetic interference in the measuring circuits. Therefore, it is desirable to shift the moments of measuring and fixing the discrete values of information signals by a certain time interval τ, where τ is, in the general case, an arbitrarily chosen fixed time interval | τ | <Τ (see Fig. 2). In order to have time for the computational procedures necessary to determine the input signal of a pulse-width modulator by the moment of formation of the adjustable front of switching the power switch, it is advisable to choose τ so that the time moments (tT + τ) are maximally removed from the moments of the adjustable switch of the power switch . For ISN MF and when modulating the leading edge of the pulse, the time instants (tT + τ) should be selected immediately after the moment of turning off the power switch of the ISN, i.e. τ << Τ.

- 4 019047- 4 019047

С учетом вышеизложенного выражения, выражения (4) и (5) можно переписать в виде υν„ (тТ + т) = -_^—[2ис.(тТ +т)-иСг ((т - 1)Т + г)] (6) и&м иIn view of the above expression, expressions (4) and (5) can be rewritten in the form υ ν „(тТ + т) = -_ ^ - [2and c . (ТТ + т) -и Сг ((т - 1) Т + g)] (6) and 9t & m and

и^(тТ + г) = иу я((т - 1)7 + г) + иу, (тТ + г). (7)u ^ (mT + r) = and y, ((m - 1) 7 + r) + and y , (mT + r). (7)

Вычислить приращение за период Т регулируемой составляющей напряжения ДЛс.р на емкости конденсатора можно путем интегрирования на интервале времени, равном периоду Т, приращения регулируемой составляющей Д1с.р тока конденсатора ι тТ &иСр(тт)=- /д/с.р((т-1)Г)Л. (8) > (Л| 1)ГCalculate the increment over the period T of the regulated voltage component DL s . p on the capacitor capacitance can be achieved by integrating the increment of the adjustable component D1 s on the time interval equal to the period T. p of the capacitor current ι тТ & и Ср ( т т) = - / d / s . p (( t -1) D) L. (8)> (Л | 1) Г

Поскольку приращение регулируемой составляющей сигнала ток конденсатора на интервале между регулируемыми моментами времени тТ переключения силового ключа ИСН остается неизменной (фиг. 2), то для его определения достаточно вычислить первую разность сигнала ток конденсатора р (тТ) = 7с р (тТ> ~ !<:.? ((т ~ \)т) или с учетом сдвига на величину τSince the increment of the adjustable component of the signal, the capacitor current in the interval between the adjustable switching times tT of the power switch of the ISN remains unchanged (Fig. 2), to determine it, it is sufficient to calculate the first difference of the signal, the capacitor current p ( tT ) = 7 with p ( tT > ~! <:.? (( t ~ \) t ) or taking into account the shift by τ

Д7Ср («7 + г) = 1С р (тТ + т) - 1С „((/» - 1)7 + τ). (9)Д7 Ср ("7 + r) = 1 С р (тТ + т) - 1 С „ ((/ "- 1) 7 + т). (nine)

Поскольку значения первой разности сигнала ток конденсатора на интервале между регулируемыми моментами переключения силового ключа ИСН постоянны, то (8) с учетом сдвига на интервал τ можно записать в видеSince the values of the first difference of the signal, the capacitor current in the interval between the adjustable switching times of the power switch of the SPI is constant, (8) taking into account the shift by the interval τ can be written in the form

ТT

Д17Ср(т7 + г) = —Д/Ср(7 + г). (10)D17 Cp (t7 + g) = —D / Cp (7 + g). (10)

Определить дискретные значения регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора выходного фильтра можно по выражению ис?(тТ + г) = исг ((т -1)7 + τ) + &иср(тТ + г). (11)Determine the discrete values of the adjustable component of the voltage across the capacitance of the output filter capacitor by the expression and with? (tT + r) = and cr ((t -1) 7 + τ) + & and cp (tT + g). (eleven)

Таким образом, замена процедуры интегрирования согласно (8) определением площади прямоугольника согласно (10) позволяет определить приращение регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора Дис.р(тТ+г) и саму регулируемую составляющую напряжения ис.р(тТ+т) в окрестности момента времени тТ+τ, т.е. раньше момента времени, в который формируется регулируемый фронт импульса управления силовым ключом. Соответственно и вычисление входного сигнала широтноимпульсного модулятора с использованием (6) и (7) также может быть произведено в окрестности момента времени тТ+τ, т.е. ранее момента регулируемого переключения силового ключа.Thus, replacing the integration procedure according to (8) by determining the area of the rectangle according to (10) allows us to determine the increment of the adjustable voltage component on the capacitor capacitance Di s . p (tT + g) and the adjustable voltage component itself and s . p (tT + t) in the vicinity of the instant tT + τ, i.e. earlier than the moment of time at which the adjustable front of the power switch control pulse is formed. Accordingly, the calculation of the input signal of the pulse width modulator using (6) and (7) can also be performed in the vicinity of the time instant τT + τ, i.e. earlier than the moment of adjustable switching of the power switch.

На фиг. 3 приведена структурная схема устройства управления, реализующего дискретный закон (2) формирования входного сигнала ШИМ.In FIG. 3 is a structural diagram of a control device that implements the discrete law (2) of the formation of the input PWM signal.

Устройства выборки и хранения УВХ1-УВХ4 обеспечивают выборку входных сигналов в моменты времени (тТ+τ) и хранение выбранных значений сигналов на последующих интервалах времени длительностью в период преобразования Т. Измеритель первой разности И! ПР обеспечивает выполнение (9), вычислитель В1 производит вычисления согласно (10) и (11), а вычислители В2 и В3 - согласно (4) и (5) соответственно.Devices for sampling and storage of UVX1-UVX4 provide sampling of input signals at time instants (tT + τ) and storage of selected signal values at subsequent time intervals with a duration of conversion period T. The meter of the first difference PR ensures the fulfillment of (9), calculator B1 performs calculations according to (10) and (11), and calculators B2 and B3 - according to (4) and (5), respectively.

Для обеспечения астатизма выходного напряжения ИСН используется способ, аналогичный применяемому в прототипе [4], согласно которому входной сигнала иу ШИМ формируется как сумма динамического сигнала управления иу.д и сигнала иу.ст, задающего статический уровень выходного напряжения. Сигнал иу.ст вычисляется как интеграл сигнала рассогласования по напряжению, взятый с некоторым коэффициентом Кр, причем величина этого коэффициента выбирается достаточно малой, чтобы на интервале переходного процесса приращение сигнала иу.ст было много меньше приращения динамического сигнала управления иу.д. Это исключает влияние сигнала иу.ст на динамические характеристики ИСН. В предлагаемом решении с дискретным способом формирования входного сигнала модулятора процедура интегрирования заменяется процедурой суммирования дискретных значений сигнала рассогласования е(кТ) и сигнал иу.ст вычисляется посредством вычислителя В4 согласно выражениюTo ensure astatism of the output voltage of the ISN, a method similar to that used in the prototype [4] is used, according to which the input signal from the PWM is formed as the sum of the dynamic control signal and y . q and signal and y . st , setting the static level of the output voltage. Signal and y . st is calculated as the integral of the voltage mismatch signal, taken with a certain coefficient K p , and the value of this coefficient is chosen small enough so that the signal increment and y in the interval of the transient process. Art was much smaller than the increment of the dynamic control signal and y . d . This eliminates the influence of the signal and y . article on the dynamic characteristics of the ISN. In the proposed solution with a discrete method of generating the input signal of the modulator, the integration procedure is replaced by the procedure of summing the discrete values of the mismatch signal e (kT) and the signal and y . Art is calculated by calculator B4 according to the expression

I иу^К^£(тТ + т), (12) где е(кТ)=ивых(тТ)-и0 - дискретные значения сигнала рассогласования по напряжению, и0 - эталонное напряжение, а 1=Т, 2Т, 3Т,...I and y ^ K ^ £ (tT + t), (12) where e (kT) = and o (tT) -and 0 are the discrete values of the voltage error signal, and 0 is the reference voltage, and 1 = T, 2T , 3T, ...

Для подтверждения работоспособности ИСН с дискретным способом формирования входного сигнала модулятора разработана модель ИСН ПВ в формате 8р1се. Модель устройства управления выполнена в соответствии со структурной схемой, приведенной на фиг. 3, с использованием аналоговых устройств, имитирующих цифровую обработку поступающей информации. Модель силовой цепи ИСН имеет следующие параметры: индуктивность дросселя Ь=150 мкГн, емкость конденсатора выходного фильтTo confirm the operability of the ISN with a discrete method of generating the input signal of the modulator, the ISN PV model in the 8r1se format has been developed. The control device model is made in accordance with the structural diagram shown in FIG. 3, using analog devices that simulate digital processing of incoming information. The ISN power circuit model has the following parameters: inductor inductance b = 150 μH, capacitance of the output filter capacitor

- 5 019047 ра С=1000 мкФ, период преобразования Т=25 мкс, выходное напряжение ивых=100 В. Выборка информационных сигналов производится в моменты времени тТ+τ, где τ=1 мкс. Вычислительные процедуры в модели, по длительности занимающие 1 мкс, производятся сразу после выборки информационных сигналов в соответствии со структурной схемой устройства управления (фиг. 3).- 5 019047 ra C = 1000 μF, conversion period T = 25 μs, output voltage and output = 100 V. Information signals are sampled at times tT + τ, where τ = 1 μs. Computational procedures in the model, taking 1 μs in duration, are performed immediately after the selection of information signals in accordance with the structural diagram of the control device (Fig. 3).

Коммутация нагрузки может происходить в произвольные моменты времени относительно начала периода преобразования Т. Поэтому точность вычисления приращения регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора выходного фильтра ИСН будет зависеть от момента коммутации нагрузки. На фиг. 4, 5 приведены временные диаграммы токов нагрузки 1н и дросселя Ц, выходного напряжения ивых, входного и опорного напряжений ШИМ, для случая, когда ступенчатое изменение тока нагрузки приводит к изменению длительности импульса управления, не нарушающего условие (1).Switching of the load can occur at arbitrary points in time relative to the beginning of the conversion period T. Therefore, the accuracy of calculating the increment of the adjustable component of the voltage across the capacitor of the output filter of the ISN will depend on the moment of switching the load. In FIG. Figures 4 and 5 show time diagrams of the load currents of 1 n and the inductor C, the output voltage and the output , input and reference PWM voltages, for the case when a stepwise change in the load current leads to a change in the duration of the control pulse, which does not violate condition (1).

Диаграммы отличаются уровнем входного напряжения ИСН: на фиг. 4 ивх=80 В, на фиг. 5 ивх=90 В.The diagrams differ in the input voltage level of the ISN: in FIG. 4 and in = 80 V, in FIG. 5 and in = 90 V.

На фиг. 6-8 приведены временные диаграммы токов нагрузки 1н и дросселя 1Ь, выходного напряжения ивых, входного и опорного напряжений ШИМ, для ивх=50 В при различных моментах коммутации нагрузки, когда ступенчатое изменение тока нагрузки приводит к изменению длительности импульса управления, не нарушающего условие (1). Так, коммутация нагрузки непосредственно после начала периода преобразования (фиг. 6) приводит к равенству значений регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора, получаемой при расчете по формулам (8) и (10). В случае коммутации нагрузки в середине или конце периода преобразования (фиг. 7, 8) регулируемая составляющей напряжения на емкости конденсатора, полученная по (10), не совпадает со значением регулируемой составляющей, полученной по (8). Это приводит к неточному формированию длительности импульса управления силовым ключом, что выражается в увеличении длительности переходного процесса до 3-5 периодов преобразования и амплитуды отклонения выходного напряжения ИСН. Достижение длительности переходного процесса в 3-5 периодов преобразования следует из возврата тока дросселя, выходного напряжения и входного сигнала широтно-импульсного модулятора к стационарным значениям через 3-5 периодов преобразования после момента коммутации тока.In FIG. Figure 6-8 shows the time diagrams of the load currents of 1 n and the inductor 1 b , output voltage and output , input and reference PWM voltages, for and in = 50 V at different moments of load switching, when a stepwise change in the load current leads to a change in the duration of the control pulse, not violating condition (1). So, switching the load immediately after the start of the conversion period (Fig. 6) leads to the equality of the values of the regulated component of the voltage across the capacitor capacitance obtained in the calculation according to formulas (8) and (10). In the case of switching the load in the middle or at the end of the conversion period (Fig. 7, 8), the adjustable voltage component of the capacitor capacitance obtained by (10) does not coincide with the value of the adjustable component obtained by (8). This leads to inaccurate formation of the duration of the power switch control pulse, which is expressed in an increase in the duration of the transient process up to 3-5 conversion periods and the amplitude of the deviation of the output voltage of the ISN. Achieving the duration of the transient process in 3-5 conversion periods follows from the return of the inductor current, the output voltage and the input signal of the pulse-width modulator to stationary values after 3-5 conversion periods after the moment of switching current.

На фиг. 9 приведены временные диаграммы для случая ступенчатого изменения тока нагрузки большего значения, приводящего к нарушению условия (1). В этом случае длительность переходного процесса несколько возрастает, но остается конечной.In FIG. Figure 9 shows the timing diagrams for the case of a stepwise change in the load current of a larger value, leading to a violation of condition (1). In this case, the duration of the transition process increases slightly, but remains finite.

Исследование процессов в модели ИСН показали работоспособность ИСН с предложенным устройством управления и достижение минимальной конечной длительности переходных процессов в 3-4 периода преобразования при ступенчатом изменении тока нагрузки, не нарушающем условие (1). При значительной величине коммутируемой составляющей тока нагрузки происходит увеличение длительности переходного процесса до 3-5 периодов преобразования, однако сохраняется конечный характер переходного процесса, что объясняется применением для синтеза закона управления третьего полиномиального уравнения и адекватном переходе от системы с АИМ к системе с ШИМ.A study of the processes in the ISN model showed the operability of the ISN with the proposed control device and the achievement of the minimum final duration of transients in 3-4 conversion periods with a stepwise change in the load current that does not violate condition (1). With a significant value of the switched component of the load current, the duration of the transition process increases to 3-5 conversion periods, however, the final nature of the transition process is preserved, which is explained by the use of the third polynomial equation for the synthesis of the control law and an adequate transition from a system with AIM to a system with PWM.

Необходимость однократного, в течение периода Т, проведения процедуры оцифровывания и вычислительных операций освобождает существенный временной интервал в работе цифрового вычислительного устройства, который может быть использован для диагностики ИСН, решения задач по распределению тока нагрузки между отдельными ИСН при их параллельной работе на общую нагрузку, что является дополнительным преимуществом предложенного способа управления ИСН.The need for a single, during the period T, digitization and computational operations frees up a significant time interval in the operation of a digital computing device, which can be used to diagnose SIDs, solve problems of distributing the load current between individual SPSs when they work parallel to the total load, which is an additional advantage of the proposed method for managing ISN.

Литература.Literature.

1. А.с. № 1403037 СССР, кл. С05Р 1/56. Способ стабилизации выходного напряжения импульсного стабилизатора/ В.И. Иванчура, А.В. Манаков, Ю.В. Краснобаев, Б.П. Соустин. - Опубл. 15.06.88, бюл. № 22.1. A.S. No. 1403037 USSR, cl. C05P 1/56. A method of stabilizing the output voltage of a pulse stabilizer / V.I. Ivanchura, A.V. Manakov, Yu.V. Krasnobaev, B.P. Sustin. - Publ. 06/15/88, bull. Number 22.

2. А.с. № 440659 СССР, кл. С05Р 1/56. Стабилизатор постоянного напряжения/ Ю.А. Мордвинов и П.П. Гурский. - Опубл. 15.10.92, бюл. № 38.2. A.S. No. 440659 USSR, cl. C05P 1/56. DC voltage stabilizer / Yu.A. Mordvinov and P.P. Gursky. - Publ. 10/15/92, bull. Number 38.

3. Патент № 2025764 РФ, кл. С05Р 1/56. Способ управления импульсным стабилизатором/ В.И. Иванчура, А.В. Манаков, Ю.В. Краснобаев, Б.П. Соустин. - Опубл. 30.12.94, бюл. № 24.3. Patent No. 2025764 of the Russian Federation, cl. C05P 1/56. A method of controlling a pulse stabilizer / V.I. Ivanchura, A.V. Manakov, Yu.V. Krasnobaev, B.P. Sustin. - Publ. 12/30/94, bull. Number 24.

4. Патент № 2238583 РФ, кл. С05Р 1/56. Способ управления импульсным стабилизатором/ Ю.В. Краснобаев, И.В. Алатов, Ю.А. Вторушин, Б.Н. Мамлин. - Опубл. 20.10.2004, бюл. № 34.4. Patent No. 2238583 of the Russian Federation, cl. C05P 1/56. A method of controlling a pulse stabilizer / Yu.V. Krasnobaev, I.V. Alatov, Yu.A. Vtorushin, B.N. Mumlin. - Publ. 10/20/2004, bull. Number 34.

5. Соустин Б.П., Иванчура В.И., Чернышев А.И., Исляев Ш.Н. Системы электропитания космических аппаратов. - Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма, 1994. - 318 с.5. Soustin B.P., Ivanchura V.I., Chernyshev A.I., Islyaev Sh.N. Spacecraft power supply systems. - Novosibirsk: Science, Siberian Publishing Company, 1994. - 318 p.

6. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. - М.: Физматгиз, 1963. - 968 с.6. Tsypkin Ya. Z. Theory of linear impulse systems. - M .: Fizmatgiz, 1963 .-- 968 p.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ управления импульсным стабилизатором, содержащим дроссель с индуктивностью Б и диод, включенные последовательно между входом и выходом стабилизатора, управляемый электрический ключ, включенный между общим проводом стабилизатора и точкой соединения дросселя и диода, конденсатор с емкостью С, включенный между выходом и общим проводом стабилизатора, заключающийся в том, что измеряют напряжения ивых на выходе и ивх на входе стабилизатора, токи дросселя 1ь и нагрузки 1н, вычисляют сигнал ток конденсатора 1С=1ь-1нвыхвх, формируют сигнал рассогласования по напряжению, вычитая эталонное напряжение из напряжения на выходе стабилизатора, вычисляют первый сигнал, умножая сигнал рассогласования по напряжению на коэффициент Кр, гдеA method of controlling a pulsed stabilizer containing a inductor with an inductance B and a diode connected in series between the input and output of the stabilizer, a controlled electrical switch connected between the common wire of the stabilizer and the junction point of the inductor and diode, a capacitor with a capacitance C connected between the output and the common wire of the stabilizer, It consists in the fact that the measured voltage and the output O and the inlet and Rin stabilizer inductor currents 1 s and load 1N, calculated capacitor current signal C = 1 1b-1 n s O / Rin and forming dissolved voltage error signal by subtracting the reference voltage from the voltage stabilizer at the output, the first signal is calculated by multiplying the voltage error signal by a factor K p, where Кр<4-К1-С-ивых/[ивх-Т(2-Кс-С+Т)], Кс - внутреннее активное сопротивление конденсатора, сигналом управления формируют импульсы управления управляемым электрическим ключом по принципу широтно-импульсной модуляции, отличающийся тем, что измерение напряжений ивых и ивх на выходе и входе стабилизатора, токов дросселя 1ь и нагрузки 1н производят на каждом периоде преобразования в фиксированные моменты времени (тТ+τ), где т=0, 1, 2, 3,..., τ - в общем случае произвольно выбранный фиксированный интервал времени |τ|<Τ, одинаково удаленный от начала каждого периода преобразования Т, производят запоминание измеренных значений напряжений ивых и ивх на выходе и входе стабилизатора, токов дросселя 1ь и нагрузки 1н, вычисление первого сигнала Кре(тТ+т) производят в моменты времени (тТ+τ), получают второй сигнал, вычитая из значения сигнала ток конденсатора 1С(тТ+т) значение сигнала ток конденсатора ^(^-Ι^+τ), запомненное на предшествующем периоде, производят запоминание значения сигнала ток конденсатора, полученное на текущем периоде преобразования, вычисляют третий сигнал и3, умножая второй сигнал на коэффициент К1=Е-Ил/(ивых-Т), где ил - амплитудное значение пилообразного линейного опорного сигнала широтно-импульсного модулятора, запоминают значение третьего сигнала, вычисляют четвертый сигнал υ4(тТ+τ)=2υ3(тТ+τ)-υ3((т-1)Τ+τ), запоминают четвертый сигнал, вычисляют пятый сигнал υ5(тТ+τ)=υ4(тТ+τ)+υ5((т-1)Т+τ), вычисляют I (76(^7’ + τ) = ^ρΣε(/»7’ + τ)} шестой сигнал т=0 формируют сигнал управления, суммируя пятый и шестой сигна-K p <4-K 1 -C-and out / [and in -T (2-K c -C + T)], K c is the internal resistance of the capacitor, the control signal forms the control pulses of the controlled electric key on the basis of the width width modulation, characterized in that the measurement voltages and O and and Rin at the outlet and inlet of stabilizer the current inductor 1 s and load 1N produce in each period conversion at fixed times (mT + τ), where m = 0, 1, 2, 3, ..., τ - in the general case, an arbitrarily chosen fixed time interval | τ | <Τ, equally remote from the beginning of each th period transform T produce memorization of measured values of voltage and O and and Rin at the outlet and inlet of stabilizer the current inductor 1 s and load of 1 N, the first signal calculating K p e (mT + t) produced at the times (mT + τ) a second signal is obtained by subtracting the capacitor current 1 C (tT + t) from the signal value, the capacitor current signal ^ (^ - Ι ^ + τ) stored in the previous period, the capacitor current signal received in the current conversion period is stored, calculate the third signal and 3 , multiplying the second the signal by the coefficient K 1 = E-I l / (and output -T), where and l is the amplitude value of the sawtooth linear reference signal of the pulse-width modulator, the value of the third signal is stored, the fourth signal υ 4 (тТ + τ) = 2υ is calculated 3 (tT + τ) -υ 3 ((t-1) Τ + τ), remember the fourth signal, calculate the fifth signal υ5 (tT + τ) = υ 4 (tT + τ) + υ5 ((t-1) T + τ), calculate I (7 6 (^ 7 '+ τ) = ^ ρ Σε (/ »7' + τ) } the sixth signal t = 0 form the control signal by summing the fifth and sixth signal
EA201101421A 2011-07-22 2011-10-28 Method for controlling pulse voltage stabiliser EA019047B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011130851/08A RU2460114C1 (en) 2011-07-22 2011-07-22 Method to control pulse voltage stabiliser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201101421A1 EA201101421A1 (en) 2013-01-30
EA019047B1 true EA019047B1 (en) 2013-12-30

Family

ID=46937920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201101421A EA019047B1 (en) 2011-07-22 2011-10-28 Method for controlling pulse voltage stabiliser

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA019047B1 (en)
RU (1) RU2460114C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238583C2 (en) * 2002-07-12 2004-10-20 Государственное учреждение Научно-исследовательский институт информатики и процессов управления Красноярского государственного технического университета Method for controlling impulse stabilizer
US20050116692A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-02 Minoru Sugiyama Method and apparatus for power supplying capable of effectively eliminating overshoot voltage
US20050168198A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-04 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Predictive digital current controllers for switching power converters
RU2420853C1 (en) * 2010-05-17 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" High-precision method to control pulse current stabiliser

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA949795B (en) * 1993-12-17 1995-08-18 Hitachi Ltd Electric power conversion equipment.
RU2239225C2 (en) * 2003-01-08 2004-10-27 Государственное учреждение Научно-исследовательский институт информатики и процессов управления Красноярского государственного технического университета Method for control of impulse voltage regulator
CN1747096A (en) * 2005-08-30 2006-03-15 陈俊峰 Impluse modulation circuit of relay

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238583C2 (en) * 2002-07-12 2004-10-20 Государственное учреждение Научно-исследовательский институт информатики и процессов управления Красноярского государственного технического университета Method for controlling impulse stabilizer
US20050116692A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-02 Minoru Sugiyama Method and apparatus for power supplying capable of effectively eliminating overshoot voltage
US20050168198A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-04 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Predictive digital current controllers for switching power converters
RU2420853C1 (en) * 2010-05-17 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" High-precision method to control pulse current stabiliser

Also Published As

Publication number Publication date
RU2460114C1 (en) 2012-08-27
EA201101421A1 (en) 2013-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8285502B2 (en) Digital compensator for power supply applications
US10132846B2 (en) Method of and apparatus for learning the phase error or timing delays within a current transducer and power measurement apparatus including current transducer error correction
US8085024B2 (en) Self-tuning digital current estimator for low-power switching converters
JP4931530B2 (en) Power converter
US8829879B2 (en) Inductor current measurement for DC to DC converters
US8159205B1 (en) Inductor current measurement for DC to DC converters
US9035633B1 (en) Switching power converter control
US9973084B2 (en) Switching voltage regulator input power estimation
JP5364814B2 (en) Magnetic element control device, magnetic element control method, and magnetic detection device
CN103312198A (en) Conducting time compensation for switch power converter
JP2015055543A (en) Magnetic element controller and magnetic element control method
RU2239225C2 (en) Method for control of impulse voltage regulator
JP5461025B2 (en) DC-DC converter control method, DC-DC converter control circuit, DC-DC converter
EA019047B1 (en) Method for controlling pulse voltage stabiliser
Cervellini et al. Current ripple amplitude measurement in multiphase power converters
US20190113583A1 (en) Parameter identification circuit, method and power supply system applying the same
Pikulin Subharmonic oscillations and chaos in DC-DC switching converters
Hans et al. A modified ZOH model for representing the small-signal PWM behavior in digital DC-AC converter systems
RU2509337C1 (en) Method to control pulse voltage stabiliser
CN109742929B (en) Variable digital slope compensation method and circuit under peak current control mode
RU2238583C2 (en) Method for controlling impulse stabilizer
EP3314737B1 (en) Estimating an average value of an inductor current for switched-mode power converters
RU2621071C1 (en) Control method for voltage pulse stabiliser
RU2552520C2 (en) System of control of nonlinear dynamics of direct step-down voltage converter
Pikulins et al. On the effectiveness of application of compensation ramp in switching power converters with delays

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU