RU2339993C1 - Способ управления обратимым импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока - Google Patents
Способ управления обратимым импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339993C1 RU2339993C1 RU2007124855/09A RU2007124855A RU2339993C1 RU 2339993 C1 RU2339993 C1 RU 2339993C1 RU 2007124855/09 A RU2007124855/09 A RU 2007124855/09A RU 2007124855 A RU2007124855 A RU 2007124855A RU 2339993 C1 RU2339993 C1 RU 2339993C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- signal
- voltage
- pulse
- converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления напряжением и током импульсных преобразователей постоянного напряжения, работающих в режимах потребления и рекуперации энергии, которые широко применяются в системах электропитания во многих областях техники. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей преобразователя за счет дополнительного ввода режима стабилизации предельного тока при потреблении энергии и управления режимами стабилизации выходного напряжения и предельного тока при рекуперации энергии. В способе управления сигнал развертки, прогнозирующий значение пульсирующей составляющей тока дросселя LC-фильтра на момент после коммутации ключевого элемента, позволяет реализовать на своей основе регуляторы тока потребления и тока рекуперации с нулевым значением сигнала рассогласования в установившемся режиме в широком диапазоне изменения напряжения питания и параметров нагрузки. Апериодический характер переходных процессов регуляторов напряжения и тока позволяет реализовать совместную работу трех регуляторов в обратимом импульсном преобразователе постоянного напряжения. 2 ил.
Description
Заявляемое изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления напряжением и током импульсных преобразователей постоянного напряжения, работающих в режимах потребления и рекуперации энергии, которые широко применяются в системах электропитания во многих областях техники.
Известен способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока, заключающийся в том, что формируют сигнал развертки, определяют сигналы рассогласования по выходному напряжению и по току как разность измеренного и заданного значения регулируемого параметра, на основе сигнала рассогласования по напряжению и сигнала развертки формируют широтно-импульсный сигнал управления напряжением, на основе сигнала рассогласования по току и сигнала развертки формируют широтно-импульсный сигнал управления током. Сигнал управления ключевым элементом получают в результате конъюнкции двух широтно-импульсных сигналов управления напряжением и током преобразователя. При этом уровень сигнала рассогласования по току корректируется в зависимости от усредненного по времени значения инвертированного широтно-импульсного сигнала управления ключевым элементом [1].
Недостатком известного способа управления является то, что в режиме стабилизации напряжения скважность широтно-импульсного сигнала зависит от значения сигнала рассогласования по напряжению, что, в свою очередь, подразумевает наличие этого рассогласования, а в режиме стабилизации тока точность стабилизации зависит от сигнала коррекции, который определяется выходным напряжением интегратора, усредняющего по времени значение инвертированного широтно-импульсного сигнала управления и дающего погрешность в переходных процессах.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения, в котором для стабилизации выходного напряжения определяют сигнал рассогласования по напряжению как разность измеренного и заданного значения, определяют пульсирующую составляющую тока дросселя как разность измеренных значений тока дросселя и тока нагрузки, формируют сигнал развертки как прогнозируемое после коммутации ключевого элемента значение пульсирующей составляющей тока дросселя с противоположным знаком, широтно-импульсный сигнал, переключающий ключевой элемент преобразователя, формируют из суммы сигнала рассогласования, сигнала пульсирующей составляющей тока дросселя и сигнала развертки [2].
Известный способ реализует закон управления вида
где x=Uн-Uоп - сигнал ошибки; Uн - выходной сигнал; Uоп - сигнал задания; km - коэффициент связи; L=iL-iH - пульсирующая составляющая тока дросселя; iL - ток дросселя; iн - ток нагрузки; Yp - сигнал развертки; U'L, U"L - напряжения на дросселе до и после коммутации ключевых элементов преобразователя на периоде модуляции; L - индуктивность дросселя; tk - момент переключения управляемого фронта, который определяется корнями уравнения F=0; tp=T{t/T} - временная координата для формирования сигнала развертки ({а} - дробная часть числа а); T - длительность периода модуляции; VT - состояние импульсного элемента (VT=1 - включен, VT=0 - выключен).
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ), реализующий известный способ управления, обеспечивает стабилизацию выходного напряжения с нулевым значением сигнала рассогласования в широком диапазоне изменения напряжения питания и нагрузки. Нормальным режимом работы преобразователя с таким ШИМ является режим вынужденных колебаний с частотой внешнего синхронизирующего воздействия. При этом изображающая точка системы пульсирует относительно линии скольжения на отрезке, определяемом выбранным значением коэффициента связи km, т.е. в системе реализуется синхронизируемый скользящий процесс. Граничное значение коэффициента связи km, обеспечивающее апериодический характер переходного процесса, определяется соотношением [3]:
где γ - коэффициент заполнения импульса в установившемся режиме.
Недостатком известного способа управления является то, что не предусмотрено совмещение управления выходным напряжением и стабилизацией предельного тока преобразователя, кроме того, он не предназначен для управления в режимах рекуперации энергии.
Цель технического решения - расширение функциональных возможностей преобразователя за счет дополнительного ввода режима стабилизации предельного тока при потреблении энергии и управления режимами стабилизации выходного напряжения и предельного тока при рекуперации энергии.
Поставленная цель достигается тем, что реализуют три канала управления, соответственно канал управления выходным напряжением, канал управления током потребления энергии и канал управления током рекуперации энергии. В канале управления напряжением преобразователя с помощью сигнала рассогласования по напряжению, сигнала, пропорционального пульсирующей составляющей тока дросселя, и сигнала развертки формируют широтно-импульсный сигнал управления напряжением преобразователя. В канале управления током потребления с помощью сигнала рассогласования по току потребления и сигнала развертки формируют широтно-импульсный сигнал управления током потребления. В канале управления током рекуперации с помощью сигнала рассогласования по току рекуперации и сигнала развертки формируют широтно-импульсный сигнал управления током рекуперации. Управляющий сигнал для управления ключевым элементом режима потребления формируют конъюнкцией трех сигналов - сигнала знака тока преобразователя, выходного сигнала канала управления напряжением и выходного сигнала канала управления током потребления. Управляющий сигнал для управления ключевым элементом режима рекуперации формируют конъюнкцией трех сигналов - инверсного сигнала знака тока преобразователя, инверсного выходного сигнала канала управления напряжением и инверсного выходного сигнала канала управления током рекуперации.
Сущность изобретения заключается в том, что сигнал развертки, прогнозирующий значение пульсирующей составляющей тока дросселя LC-фильтра на момент после коммутации ключевого элемента, позволяет реализовать на своей основе регуляторы тока потребления и тока рекуперации с нулевым значением сигнала рассогласования в установившемся режиме в широком диапазоне изменения напряжения питания и параметров нагрузки. Апериодический характер переходных процессов регуляторов напряжения и тока позволяет реализовать совместную работу трех регуляторов в обратимом импульсном преобразователе постоянного напряжения.
При модуляции заднего фронта напряжения питания на дроссель до коммутации ключевого элемента действует напряжение U'L=Uп-Uн, после коммутации - напряжение U"L=-Uн, а при модуляции переднего фронта напряжения питания на дроссель до коммутации ключевого элемента действует напряжение U'L=-Uн, а после коммутации - напряжение U"L=Uп-Uн, где Uп - напряжение питания преобразователя, Uн - выходное напряжение преобразователя.
Для обратимого преобразователя получаем закон управления вида
при модуляции заднего фронта импульса;
при модуляции переднего фронта импульса;
где FU - сигнал управления напряжением; FI(+) - сигнал управления током потребления; FI(-) - сигнал управления током рекуперации; xU=Uн-Uоп - сигнал рассогласования по напряжению; Uн - выходной сигнал напряжения; Uоп - сигнал задания напряжения; xI(+)=iL-Iоп(+) - сигнал рассогласования по току потребления; Iоп(+) - сигнал задания тока потребления; xI(-)=iL-Iоп(-) - сигнал рассогласования по току рекуперации; Iоп(-) - сигнал задания тока рекуперации; VT1 - сигнал управления ключевым элементом преобразователя для режима потребления энергии; VT2 - сигнал управления ключевым элементом преобразователя для режима рекуперации энергии; VU - широтно-импульсный сигнал канала управления напряжением; VI(+) - широтно-импульсный сигнал канала управления током потребления; VI(-) - широтно-импульсный сигнал канала управления током рекуперации; Зн - сигнал знака тока преобразователя.
На фиг.1 приведена схема ШИМ, реализующего предложенный способ управления; на фиг.2 приведена схема силовой части обратимого импульсного преобразователя постоянного напряжения.
ШИМ (фиг.1) состоит из формирователя сигнала развертки 1, четырех узлов сравнения 2-5, трех каналов регулирования 6-8, компаратора 9 и двух формирователей управляющих сигналов 10 и 11. Первый вход формирователя сигнала развертки 1 соединен с входной шиной питания Uп, второй вход формирователя сигнала развертки 1 соединен с выходной шиной Uн, третий вход формирователя сигнала развертки 1 и вторые входы каналов регулирования 6-8 соединены с шиной синхронизации Uсинх, первые входы каналов регулирования 6-8 соединены с выходом Yp формирователя сигнала развертки 1, суммирующий вход узла сравнения 2 соединен с выходной шиной Uн, на вычитающий вход узла сравнения 2 поступает сигнал задания выходного напряжения, третий вход канала регулирования 6 соединен с выходом узла сравнения 2, на суммирующий вход узлов сравнения 3-5 поступает измеренный сигнал тока дросселя iL, на вычитающий вход узла сравнения 3 поступает измеренный сигнал тока нагрузки iн, выход узла сравнения 3 соединен с четвертым входом канала регулирования 6, на вычитающий вход узла сравнения 4 поступает сигнал заданного значения тока потребления Iоп(+), выход узла сравнения 4 соединен с третьим входом канала регулирования 7, на вычитающий вход узла сравнения 5 поступает сигнал заданного значения тока рекуперации Iоп(-), выход узла сравнения 5 соединен с третьим входом канала регулирования 8, на вход компаратора 9 поступает сигнал измеренного iL значения тока дросселя, на первые входы формирователей управляющих сигналов 10 и 11 с выхода канала регулирования 6 поступает широтно-импульсный сигнал управления напряжением VU, на второй вход формирователя управляющих сигналов 10 с выхода канала регулирования 7 поступает широтно-импульсный сигнал управления током потребления VI(+), на второй вход формирователя управляющих сигналов 11 с выхода канала регулирования 8 поступает широтно-импульсный сигнал управления током рекуперации VI(-), на третьи входы формирователей управляющих сигналов 10 и 11 с выхода компаратора 9 поступает сигнал знака тока преобразователя Зн, на первый выход ШИМ с выхода формирователя управляющих сигналов 10 поступает сигнал управления ключевым элементом преобразователя для режима потребления энергии VT1, на второй выход ШИМ с выхода формирователя управляющих сигналов 11 поступает сигнал управления ключевым элементом преобразователя для режима рекуперации энергии VT2.
Силовая часть обратимого импульсного преобразователя постоянного напряжения (фиг.2) состоит из ключевых элементов 12, 13, диодов 14, 15, дросселя 16, конденсатора 17 и измерителей тока 18, 19. Первый силовой вывод ключевого элемента 12 соединен с шиной питания преобразователя Uп, второй силовой вывод ключевого элемента 13 соединен с общей шиной преобразователя U0, второй силовой вывод ключевого элемента 12 соединен с первым силовым выводом ключевого элемента 13 и с выводом дросселя 16, диод 14 соединен встречно-параллельно с ключевым элементом 12, диод 15 соединен встречно-параллельно с ключевым элементом 13, второй вывод дросселя 16 соединен с выходной шиной преобразователя Uн, в цепь дросселя 16 включен измеритель тока 18, конденсатор 17 соединен одним выводом с выходной шиной преобразователя Uн, а другим - с общей шиной преобразователя U0, на выходе измерителя тока 18 формируется сигнал измеренного значения тока iL дросселя 16, в цепь нагрузки включен измеритель тока 18, на выходе измерителя тока 19 формируется сигнал измеренного значения тока нагрузки iн преобразователя. Управляющий вход ключевого элемента 12 соединен с первым выходом ШИМ, на котором формируется сигнал управления преобразователем в режиме потребления VT1, управляющий вход ключевого элемента 13 соединен со вторым выходом ШИМ, на котором формируется сигнал управления преобразователем в режиме рекуперации VT2.
Обратимый импульсный преобразователь напряжения, реализующий предложенный способ управления, работает следующим образом: формирователь сигнала развертки 1 формирует на своем выходе сигнал развертки Yp, амплитуда которого в момент коммутации ключевого элемента 12 или 13 прогнозирует значение пульсирующей составляющей тока дросселя 16 с противоположным знаком, то есть на момент коммутации выполняется условие L=-Yp. В режиме потребления энергии нагрузкой на выходе измерителя тока 18 формируется сигнал iL больше нуля, при этом на выходе компаратора 9 формируется высокий уровень сигнала Зн=1, который запрещает включение ключевого элемента 13 преобразователя, управляющего режимом рекуперации энергии, так как на выходе формирователя управляющих сигналов 11, реализующего уравнение будет формироваться низкий уровень сигнала VT2=0, при этом, если напряжение Uн и ток iL меньше заданных значений выходного напряжения Uоп и тока потребления Iоп(+) на величину, превышающую возможные значения сигнала развертки Yp, на выходе каналов регулирования 6 и 7 формируются высокие уровни сигналов управления напряжением преобразователя VU=1 и током потребления VI(+)=1, на выходе формирователя управляющих сигналов 10, реализующего уравнение формируется высокий уровень сигнала управления преобразователем в режиме потребления VT1=1, который включает ключевой элемент 2, при включенном ключевом элементе 12 выходное напряжение Uн и ток iL увеличиваются, при приближении значения выходного напряжения преобразователя Uн к заданному Uоп либо при приближении значения тока iL к заданному Iоп(+) на выходе каналов регулирования 6 либо 7 появляется широтно-импульсный сигнал управления напряжением VU либо током потребления VI(+), который начинает управлять переключением ключевого элемента 12, стабилизируя выходное напряжение на уровне заданного значения Uоп либо стабилизируя предельный ток потребления на уровне заданного значения Iоп(+), при этом выключение ключевого элемента 12 уменьшает выходное напряжение Uн и ток iL.
В режиме рекуперации энергии сигнал тока iL меньше нуля, на выходе компаратора 9 формируется низкий уровень сигнала Зн=0, который запрещает включение ключевого элемента 12 преобразователя, управляющего режимом потребления энергии, так как на выходе формирователя управляющих сигналов 10, реализующего уравнение будет формироваться низкий уровень сигнала VT1=0, при этом пока рассогласование между током iL и заданным значением тока рекуперации Iоп(-) не достигнет возможных значений сигнала развертки Yp, на выходе канала регулирования 8 будет формироваться низкий уровень сигнала управления током рекуперации VI(-)=0, соответственно по уравнению , сигнал управления преобразователем в режиме рекуперации VT2 будет соответствовать инверсному значению широтно-импульсного сигнала управления напряжением VU, стабилизируя выходное напряжение преобразователя, при этом включение ключевого элемента 13 уменьшает выходное напряжение Uн и увеличивает по модулю ток iL, а выключение ключевого элемента 13 увеличивает выходное напряжение Uн и уменьшает по модулю ток iL, при уменьшении рассогласования между значением тока преобразователя iL и заданным значением тока рекуперации Iоп(-), на величину возможных значений сигнала развертки Yp, на выходе канала регулирования 8 появляется широтно-импульсный сигнал управления током рекуперации VI(-), который начинает управлять переключением ключевого элемента 13, стабилизируя предельный ток рекуперации на уровне заданного значения Iоп(-).
В режиме стабилизации выходного напряжения при потреблении или рекуперации энергии нагрузкой управление преобразователем осуществляется по уравнению обеспечивающему в момент коммутации ключевых элементов 12 или 13 отсутствие рассогласования по напряжению, так как при этом будет выполняться условие L=-Yp. В режиме стабилизации предельного тока потребления управление преобразователем осуществляется по уравнению , обеспечивающему рассогласование по току, не превышающее значение пульсирующей составляющей тока дросселя, поскольку в установившемся режиме сигнал рассогласования будет соответствовать пульсирующей составляющей тока дросселя, а в момент коммутации ключевого элемента 12 будет выполняться условие L=-Yp. В режиме стабилизации предельного тока рекуперации управление преобразователем осуществляется по уравнению обеспечивающему рассогласование по току, не превышающее значение пульсирующей составляющей тока дросселя, поскольку в установившемся режиме сигнал рассогласования будет соответствовать пульсирующей составляющей тока дросселя, а в момент коммутации ключевого элемента 13 будет выполняться условие L=-Yp.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2249842, кл. G05F 1/56, опубл. 10.04.2005. БИМП №10.
2. Казанцев Ю.М., Лекарев А.Ф., Тихонов Е.Г. Синтез управления следящими инверторами систем электропитания // Приборы и системы. Сер. Управление, контроль, диагностика. 2004. №6. С.20-25.
3. Казанцев Ю.М., Чернышев А.И., Лекарев А.Ф. Формирование квазискользящих процессов в импульсных преобразователях с ШИМ // Электричество. 1993. №12. С.45-49.
Claims (1)
- Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения, основанный на широтно-импульсной модуляции напряжения питания ключевыми элементами, заключающийся в том, что определяют сигнал рассогласования по напряжению как разность измеренного и заданного значения выходного напряжения, определяют пульсирующую составляющую тока дросселя как разность измеренных значений тока дросселя и тока нагрузки, формируют сигнал развертки как прогнозируемое после коммутации ключевого элемента значение пульсирующей составляющей тока дросселя с противоположным знаком, широтно-импульсный сигнал, управляющий выходным напряжением преобразователя реализуют в канале управления напряжением из суммы сигнала рассогласования, сигнала пульсирующей составляющей тока дросселя и сигнала развертки, отличающийся тем, что дополнительно задают значение тока нагрузки и тока рекуперации, определяют сигнал рассогласования по току потребления как разность измеренного тока дросселя и заданного значения тока потребления, определяют сигнал рассогласования по току рекуперации как разность измеренного тока дросселя и заданного значения тока рекуперации, управление преобразователем осуществляют в соответствии с законом управления видапри модуляции заднего фронта импульса:при модуляции переднего фронта импульса:где FU, FI(+), FI(-) - сигналы управления напряжением, током потребления, током рекуперации; km - коэффициент связи; L=iL-iH - пульсирующая составляющая тока дросселя; iL -ток дросселя; iH - ток нагрузки; Yp - сигнал развертки; хU=Uн-Uоп - сигнал рассогласования по напряжению; UH -выходной сигнал напряжения; Uоп _ сигнал задания напряжения; Хi(+)=iL-Iоп(+) - сигнал рассогласования по току потребления; Iоп(+) - сигнал задания тока потребления; xi(-)=iL-Iоп(-) - сигнал рассогласования по току потребления; Iоп(+) - сигнал задания тока потребления; xI(-)=iL-Iоп(-) - сигнал рассогласования по току рекуперации; Iоп(+) - сигнал задания тока рекуперации; VT1, VT2 - сигналы управления ключевым элементом преобразователя для режимов потребления и рекуперации энергии; VU, VI(+), VI(-) - широтно-импульсный сигнал каналов управления напряжением, током потребления и током рекуперации; 3н - сигнал знака тока преобразователя; Uп - напряжение питания преобразователя; L - индуктивность дросселя; tp=T{t/T} - временная координата для формирования сигнала развертки ({α} - дробная часть числа α); Т - длительность периода модуляции; tU, tI(+), tI(-) - момент времени переключения управляемого фронта широтно-импульсного сигнала каналов управления напряжением, током потребления и током рекуперации.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124855/09A RU2339993C1 (ru) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Способ управления обратимым импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124855/09A RU2339993C1 (ru) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Способ управления обратимым импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2339993C1 true RU2339993C1 (ru) | 2008-11-27 |
Family
ID=40193315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007124855/09A RU2339993C1 (ru) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Способ управления обратимым импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339993C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571768C2 (ru) * | 2014-04-10 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" (АО "НПЦ "Полюс") | Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения |
-
2007
- 2007-07-02 RU RU2007124855/09A patent/RU2339993C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571768C2 (ru) * | 2014-04-10 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" (АО "НПЦ "Полюс") | Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6527265B2 (ja) | パワーコンバータで用いるためのコントローラ、およびパワーコンバータ | |
JP6767867B2 (ja) | 共振電力変換装置及び制御方法 | |
US9190909B2 (en) | Control device for multiphase interleaved DC-DC converter and control method thereof | |
US9035633B1 (en) | Switching power converter control | |
US8773084B2 (en) | Buck-boost converter using timers for mode transition control | |
KR101331721B1 (ko) | 스위칭 전압 조절기 및 제어 신호 생성 방법 | |
EP1516419B1 (en) | Dc-dc converter | |
RU2436210C2 (ru) | Система и способ управления с модуляцией для резонансного контура | |
US10122254B2 (en) | Devices, systems and processes for average current control | |
US10615680B2 (en) | Control apparatus for power converter | |
JP7118937B2 (ja) | スイッチング電源回路 | |
EP3468022A1 (en) | Switch-mode power converter | |
CN114208011A (zh) | 在连续导电模式下具有预偏置启动的基于校准的纹波注入的恒定导通时间降压转换器 | |
US8513936B2 (en) | Switching power supply circuit | |
RU2339993C1 (ru) | Способ управления обратимым импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока | |
JP4061654B2 (ja) | パルス発生器 | |
RU2569679C1 (ru) | Способ управления многофазным повышающим преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией входного тока и устройство управления многофазным повышающим преобразователем со стабилизацией входного тока | |
KR20160018423A (ko) | 펄스 모듈레이터 | |
US20200228009A1 (en) | Power converter with multi-mode timing control | |
RU2662228C1 (ru) | Способ частотно-импульсного регулирования резонансного преобразователя с фазовой автоподстройкой ширины импульса | |
RU2309448C2 (ru) | Способ управления преобразователем напряжения повышающего типа | |
JP2017153187A (ja) | 電力変換装置 | |
RU2759688C1 (ru) | Способ управления импульсным преобразователем напряжения | |
RU2337393C1 (ru) | Способ управления равномерным токораспределением в многоканальном импульсном преобразователе напряжения | |
RU2661495C1 (ru) | Способ широтно-импульсного регулирования резонансного преобразователя с фазовой автоподстройкой частоты коммутации |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100703 |