RU2497266C2 - Voltage converter control method, and device for its implementation - Google Patents

Voltage converter control method, and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2497266C2
RU2497266C2 RU2012102541/07A RU2012102541A RU2497266C2 RU 2497266 C2 RU2497266 C2 RU 2497266C2 RU 2012102541/07 A RU2012102541/07 A RU 2012102541/07A RU 2012102541 A RU2012102541 A RU 2012102541A RU 2497266 C2 RU2497266 C2 RU 2497266C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
signal
voltage
key element
Prior art date
Application number
RU2012102541/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012102541A (en
Inventor
Юрий Михайлович Казанцев
Анатолий Федорович Лекарев
Анатолий Михайлович Гаврилов
Андрей Николаевич Столяров
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс"
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 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Priority to RU2012102541/07A priority Critical patent/RU2497266C2/en
Publication of RU2012102541A publication Critical patent/RU2012102541A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2497266C2 publication Critical patent/RU2497266C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in the proposed method based on pulse width modulation of supply voltage with a key element, an error signal is calculated, a saw-tooth signal of sweep with amplitude proportional to difference of voltages on inductance of a filter throttle before and after switching of the key element and offset by the value proportional to voltage on inductance of the filter throttle after switching of the key element is shaped; a control signal is shaped from sum of the error signal and the sweep signal; the key element is switched by synchronising and control signals, and the error signal is shaped proportional to energy balance between current value of energy stored by the filter and its value at the specified output voltage. In the proposed device there is a sweep unit, a key element, a summation assembly and an RS trigger; an error unit and current sensors are introduced.
EFFECT: performing high quick action and non-periodic nature of a transient process in a voltage converter with pulse width modulation.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.The present invention relates to electrical engineering and is intended for use in sources of secondary power supply devices of radio engineering, automation and computer technology.

Известен релейный способ управления преобразователем напряжения, заключающийся в том, что переключение ключевого элемента осуществляют по изменению знака энергетического баланса между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении [1].A known relay method for controlling a voltage converter, which consists in switching the key element by changing the sign of the energy balance between the current value of the energy stored by the filter and its value at a given output voltage [1].

При этом закон управления коммутацией ключевого элемента соответствует выражениюMoreover, the law of switching control of the key element corresponds to the expression

F э = C ( U н 2 U о п 2 ) + L ( I L I н ) 2 S G N ( I L I н ) ; ( 1 ) F к = { 1 п р и F э + α < 0, F ˙ э < 0 0 п р и F э α > 0, F ˙ э > 0

Figure 00000001
F uh = C ( U n 2 - U about P 2 ) + L ( I L - I n ) 2 S G N ( I L - I n ) ; ( one ) F to = { one P R and F uh + α < 0 F ˙ uh < 0 0 P R and F uh - α > 0 F ˙ uh > 0
Figure 00000001

где Fэ - управляющий сигнал; Uн, Uоп - выходное и заданное напряжения; L, С - индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра; (IL-Iн) - ток конденсатора; IL - ток дросселя; Iн - выходной ток; α - величина гистерезиса; Fк - сигнал управляющий состоянием ключевого элемента (при Fк=1 включено, при Fк=0 выключено).where F e - control signal; U n , U op - output and specified voltage; L, C is the inductance of the inductor and the capacitance of the filter capacitor; (I L -I n ) is the capacitor current; I L is the inductor current; I n - output current; α is the hysteresis value; F to - a signal that controls the state of the key element (when F to = 1 is on, when F to = 0 off).

Регулятор преобразователя напряжения, реализующего известный релейный способ управления, содержит узел суммирования и два узла вычисления текущих значений, соответственно энергии пульсирующей составляющей тока дросселя фильтра и энергии необходимой конденсатору фильтра для достижения заданного выходного напряжения.The regulator of the voltage converter that implements the known relay control method comprises a summing unit and two nodes for calculating the current values, respectively, the energy of the pulsating component of the current of the filter choke and the energy required by the filter capacitor to achieve a given output voltage.

Первый вход первого узла вычисления соединен с выходом датчика тока, включенного в цепь дросселя фильтра, второй вход первого узла вычисления соединен с выходом датчика тока, включенного в цепь нагрузки, первый вход второго узла вычисления соединен с выходным выводом преобразователя напряжения, второй вход второго узла вычисления соединен с выводом напряжения задания, выходы обоих узлов вычисления соединены с входами узла суммирования, выход узла суммирования соединен с управляющим входом ключевого элемента преобразователя напряжения [1].The first input of the first calculation node is connected to the output of the current sensor included in the filter reactor circuit, the second input of the first calculation node is connected to the output of the current sensor included in the load circuit, the first input of the second calculation node is connected to the output terminal of the voltage converter, the second input of the second calculation node connected to the output voltage of the job, the outputs of both nodes of the calculation are connected to the inputs of the summation node, the output of the summation node is connected to the control input of the key element of the voltage converter I [1].

В известном устройстве коммутацию ключевого элемента осуществляют в соответствии со знаком текущего значения уравнения энергетического баланса энергии, запасенной в элементах LC-фильтра, и ее значении при заданном напряжении, что обеспечивает минимальную длительность и апериодический характер переходного процесса.In the known device, the switching of the key element is carried out in accordance with the sign of the current value of the equation of the energy balance of energy stored in the elements of the LC filter, and its value at a given voltage, which ensures the minimum duration and aperiodic nature of the transition process.

Однако, поскольку значения энергетического баланса пропорциональны второй степени напряжения и тока конденсатора фильтра, то частота коммутации ключевого элемента меняется в широком диапазоне, что ухудшает электромагнитную совместимость аппаратуры.However, since the energy balance values are proportional to the second degree of the voltage and current of the filter capacitor, the switching frequency of the key element varies over a wide range, which affects the electromagnetic compatibility of the equipment.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления преобразователем постоянного напряжения, основанный на широтно-импульсной модуляции напряжения питания ключевым элементом, заключающийся в том, что вычисляют сигнал рассогласования, как разность выходного сигнала системы и сигнала задания, формируют пилообразный сигнал развертки с амплитудой, пропорциональной разности напряжений на индуктивности дросселя фильтра до и после коммутации ключевого элемента и смещенного на величину, пропорциональную напряжению на индуктивности дросселя фильтра после коммутации ключевого элемента, из суммы сигнала рассогласования и сигнала развертки формируют управляющий сигнал, переключение ключевого элемента осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами [2].The closest technical solution, selected as a prototype, is a method of controlling a DC-voltage converter based on pulse-width modulation of the supply voltage with a key element, namely, that a mismatch signal is calculated as the difference between the system output signal and the reference signal, and a sawtooth scan signal is generated with an amplitude proportional to the voltage difference across the inductance of the filter inductor before and after switching the key element and offset by the voltage at the inductance of the filter inductor after switching the key element, the control signal is formed from the sum of the mismatch signal and the sweep signal, the switching of the key element is carried out by synchronizing and control signals [2].

Известный способ управления осуществляет коммутацию ключевого элемента преобразователя в соответствии с законом видаThe known control method performs switching of the key element of the Converter in accordance with the law of the form

F у = x + K с Y р ; Y р = 1 T 0 t ( U L ' U L " ) d t + U L " ; ( 2 ) F к = { θ п р и t < t к ; θ ¯ п р и t > t к ,

Figure 00000002
F at = x + K from Y R ; Y R = one T 0 t ( U L '' - U L " ) d t + U L " ; ( 2 ) F to = { θ P R and t < t to ; θ ¯ P R and t > t to ,
Figure 00000002

где Fу - управляющий сигнал; х=Uн-Uоп - сигнал рассогласования; Uн, Uоп - выходное и заданное напряжения; Yр - сигнал развертки; Кс - коэффициент связи;

Figure 00000003
, U L "
Figure 00000004
- напряжения на индуктивности дросселя до и после коммутации ключевого элемента; Т - длительность периода коммутации; Fк - сигнал, переключающий ключевой элемент (при Fк=1 включено, при Fк=0 выключено); tк - момент коммутации ключевого элемента определяется корнем уравнения Fу=0 (при модуляции заднего фронта если F ˙ у < 0
Figure 00000005
, принимая U L ' = U п U о п
Figure 00000006
, U L " = U о п
Figure 00000007
, θ=1, при модуляции переднего фронта если F ˙ к > 0
Figure 00000008
, принимая U L ' = U о п
Figure 00000009
, U L " = U п U о п
Figure 00000010
, θ=0,); Uп - напряжение питания.where F y is the control signal; x = U n -U op - the error signal; U n , U op - output and specified voltage; Y p - scan signal; K with - coupling coefficient;
Figure 00000003
, U L "
Figure 00000004
- voltage on the inductance of the inductor before and after switching the key element; T is the duration of the switching period; F to - a signal that switches the key element (when F to = 1 is on, when F to = 0 off); t to - the moment of switching of the key element is determined by the root of the equation F y = 0 (when modulating the trailing edge if F ˙ at < 0
Figure 00000005
, taking U L '' = U P - U about P
Figure 00000006
, U L " = - U about P
Figure 00000007
, θ = 1, when modulating the leading edge, if F ˙ to > 0
Figure 00000008
, taking U L '' = - U about P
Figure 00000009
, U L " = U P - U about P
Figure 00000010
, θ = 0,); U p - supply voltage.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является преобразователь напряжения, регулятор которого содержит блок развертки, узел сравнения, узел суммирования и RS-триггер, блок развертки имеет три входа, первый вход блока развертки соединен с входом напряжения питания преобразователя напряжения, второй вход блока развертки соединен с выводом сигнала задания, третий вход блока развертки соединен с выводом синхронизующего сигнала, первый вход узла сравнения соединен с выходом преобразователя напряжения, второй вход узла сравнения соединен с выводом сигнала задания, первый вход узла суммирования соединен с выходом блока развертки, второй вход узла суммирования соединен с выходом узла сравнения, первый вход RS-триггера соединен с выходом узла суммирования, второй вход RS-триггера соединен с выводом синхронизующего сигнала, выход RS-триггера соединен с управляющим входом ключевого элемента преобразователя напряжения [2].The closest technical solution, selected as a prototype, is a voltage converter, the regulator of which contains a scan unit, a comparison unit, a summing unit and an RS-trigger, the scan unit has three inputs, the first input of the scan unit is connected to the voltage input of the voltage converter, the second input the scan unit is connected to the output of the reference signal, the third input of the scan unit is connected to the output of the synchronizing signal, the first input of the comparison unit is connected to the output of the voltage converter, sec the first input of the comparison node is connected to the output of the reference signal, the first input of the summation node is connected to the output of the scan unit, the second input of the summation node is connected to the output of the comparison node, the first input of the RS-trigger is connected to the output of the summation node, the second input of the RS-trigger is connected to the output of the synchronizing unit signal, the RS-trigger output is connected to the control input of the key element of the voltage converter [2].

Известный способ управления основан на критерии равенства нулю в установившемся режиме среднего за период модуляции значения напряжения на индуктивности дросселя фильтра, который реализуется формированием сигнала развертки, пропорциональным среднему за период модуляции значению напряжения на индуктивности дросселя фильтра при условии коммутации ключевого элемента в текущий момент времени, что обеспечивает в установившемся режиме коммутацию ключевого элемента при нулевом значении сигнала ошибки во всем диапазоне регулирования.The known control method is based on the criterion of equality to zero in the steady state of the average value of the voltage across the inductance of the filter inductor during the modulation period, which is realized by generating a scan signal proportional to the average value of the voltage across the inductance of the filter inductor for the modulation period, provided that the key element is switched at the current time, which provides in steady state switching of the key element with a zero value of the error signal in the entire control range.

Недостатком известного способа управления является то, что он не гарантирует качества динамических характеристик.A disadvantage of the known control method is that it does not guarantee the quality of dynamic characteristics.

Цель изобретения состоит в обеспечении высокого быстродействия и апериодического характера переходного процесса в преобразователе напряжения с широтно-импульсной модуляцией.The purpose of the invention is to provide high speed and aperiodic nature of the transition process in a voltage Converter with pulse-width modulation.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе управления преобразователем постоянного напряжения, основанном на широтно-импульсной модуляции напряжения питания ключевым элементом, заключающемся в том, что вычисляют сигнал рассогласования, формируют пилообразный сигнал развертки с амплитудой, пропорциональной разности напряжений на индуктивности дросселя фильтра до и после коммутации ключевого элемента и смещенного на величину, пропорциональную напряжению на индуктивности дросселя фильтра после коммутации ключевого элемента, из суммы сигнала рассогласования и сигнала развертки формируют управляющий сигнал, переключение ключевого элемента осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, при этом сигнал рассогласования формируют пропорциональным энергетическому балансу между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении, управление преобразователем напряжения реализуют в соответствии с законом видаThis goal is achieved due to the fact that in the control method of the DC-voltage converter, based on pulse-width modulation of the supply voltage, the key element, namely, that the mismatch signal is calculated, form a sawtooth sweep signal with an amplitude proportional to the voltage difference across the inductance of the filter inductor to and after switching the key element and offset by a value proportional to the voltage at the inductance of the filter inductor after switching the key of the element, from the sum of the mismatch signal and the scan signal, a control signal is generated, the key element is switched by synchronizing and control signals, while the mismatch signal is formed proportional to the energy balance between the current energy value stored by the filter and its value at a given output voltage, the voltage converter is controlled in accordance with the law of the form

F у = F э + K с Y р ; F э = C ( U н 2 U о п 2 ) + L ( I L I н ) 2 S G N ( I L I н ) ; Y р = 1 T 0 t р ( U L ' U L " ) d t + U L " ; ( 3 ) F к = { θ п р и t < t к ; θ ¯ п р и t > t к ,

Figure 00000011
F at = F uh + K from Y R ; F uh = C ( U n 2 - U about P 2 ) + L ( I L - I n ) 2 S G N ( I L - I n ) ; Y R = one T 0 t R ( U L '' - U L " ) d t + U L " ; ( 3 ) F to = { θ P R and t < t to ; θ ¯ P R and t > t to ,
Figure 00000011

где Fу - управляющий сигнал; Fэ - сигнал рассогласования; Uн, Uоп - выходное и заданное напряжения; Yp - сигнал развертки; L, С - индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра; (IL-Iн) - ток конденсатора; IL - ток дросселя; Iн - выходной ток; U L '

Figure 00000003
, U L "
Figure 00000004
- напряжения на индуктивности дросселя до и после коммутации ключевого элемента; Т - длительность периода коммутации; tp=T{t/T} - временная координата для формирования сигнала развертки ({t/T} - дробная часть выражения t/T); Fк - сигнал, переключающий ключевой элемент (при Fк=1 включено, при Fк=0 выключено); tк - момент коммутации ключевого элемента определяется корнем уравнения Fу=0 (при модуляции заднего фронта если F ˙ у < 0
Figure 00000005
, принимая U L ' = U п U о п
Figure 00000012
, U L " = U о п
Figure 00000007
, θ=1, при модуляции переднего фронта если F ˙ к > 0
Figure 00000008
, принимая U L ' = U о п
Figure 00000009
, U L " = U п U о п
Figure 00000013
, θ=0,); Uп - напряжение питания.where F y is the control signal; F e - the error signal; U n , U op - output and specified voltage; Y p is the sweep signal; L, C is the inductance of the inductor and the capacitance of the filter capacitor; (I L -I n ) is the capacitor current; I L is the inductor current; I n - output current; U L ''
Figure 00000003
, U L "
Figure 00000004
- voltage on the inductance of the inductor before and after switching the key element; T is the duration of the switching period; t p = T {t / T} - time coordinate for generating a sweep signal ({t / T} - fractional part of the expression t / T); F to - a signal that switches the key element (when F to = 1 on, when F to = 0 off); t to - the moment of switching of the key element is determined by the root of the equation F y = 0 (when modulating the trailing edge if F ˙ at < 0
Figure 00000005
, taking U L '' = U P - U about P
Figure 00000012
, U L " = - U about P
Figure 00000007
, θ = 1, when modulating the leading edge, if F ˙ to > 0
Figure 00000008
, taking U L '' = - U about P
Figure 00000009
, U L " = U P - U about P
Figure 00000013
, θ = 0,); U p - supply voltage.

Сущность изобретения заключается в том, что сигнал рассогласования формируют пропорциональным энергетическому балансу между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении, а устойчивость периодических режимов на частоте широтно-импульсной модуляции обеспечивают формированием пилообразного сигнала развертки с крутизной, превышающей крутизну изменения сигнала рассогласованияThe essence of the invention lies in the fact that the mismatch signal is formed proportional to the energy balance between the current value of the energy stored by the filter and its value at a given output voltage, and the stability of periodic modes at a pulse-width modulation frequency is ensured by the formation of a sawtooth sweep signal with a slope exceeding the slope of the change mismatch signal

А р T > d F э d t | м

Figure 00000014
, BUT R T > d F uh d t | m
Figure 00000014
,

где Ар - амплитуда сигнала KсYр.where A p is the amplitude of the signal K with Y p .

Для реализации предложенного способа управления, в регулятор преобразователя напряжения, содержащего блок развертки, узел суммирования и RS-триггер, первый вход блока развертки соединен с входом напряжения питания преобразователя напряжения, второй вход блока развертки соединен с выводом сигнала задания, третий вход блока развертки соединен с выводом синхронизующего сигнала, второй вход узла суммирования соединен с выходом блока развертки, первый вход RS-триггера соединен с выходом узла суммирования, второй вход RS-триггера соединен с выводом синхронизующего сигнала, выход RS-триггера соединен с управляющим входом ключевого элемента преобразователя напряжения, дополнительно введен блок рассогласования, который имеет четыре входа, первый вход блока рассогласования соединен с выводом датчика тока, включенного в цепь дросселя, второй вход блока рассогласования соединен с выводом датчика тока, включенного в выходную цепь преобразователя, третий вход блока рассогласования соединен с выходным выводом преобразователя напряжения, четвертый вход блока рассогласования соединен с выводом сигнала задания, выход блока рассогласования соединен с первым входом узла суммирования.To implement the proposed control method, to the regulator of the voltage converter containing the scan unit, the summing unit and the RS-trigger, the first input of the scan unit is connected to the voltage input of the voltage converter, the second input of the scan unit is connected to the output of the reference signal, the third input of the scan unit is connected to the output of the clock signal, the second input of the summing node is connected to the output of the scanner, the first input of the RS-trigger is connected to the output of the summing node, the second input of the RS-trigger is connected to by means of a synchronizing signal, the RS-trigger output is connected to the control input of the key element of the voltage converter, an additional mismatch unit is introduced, which has four inputs, the first input of the mismatch unit is connected to the output of the current sensor included in the inductor circuit, the second input of the mismatch unit is connected to the sensor output the current included in the output circuit of the converter, the third input of the mismatch unit is connected to the output terminal of the voltage converter, the fourth input of the mismatch unit is connected nen a reference signal output, the error output of the unit connected to the first input of the summing node.

На фиг.1 приведена схема преобразователя напряжения с устройством, реализующим предлагаемый способ управления; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов, пропорциональных текущим значениям выходного напряжения Uн, тока дросселя IL, сигнала переключающего ключевой элемент Fк и сигнала рассогласования Fэ при пуске преобразователя с нулевых начальных условий и развернутые диаграммы начала участка скольжения (t=0,26-0,36 мс) и установившегося режима (t=1,9-2,0 мс).Figure 1 shows a diagram of a voltage Converter with a device that implements the proposed control method; figure 2 - time diagrams of signals proportional to the current values of the output voltage U n , the current of the inductor I L , the signal switching the key element F to and the error signal F e when starting the converter from zero initial conditions and detailed diagrams of the beginning of the slip section (t = 0 , 26-0.36 ms) and steady state (t = 1.9-2.0 ms).

Силовая часть преобразователя напряжения (фиг.1) состоит из ключевого элемента 1, дросселя 2, диода 3, конденсатора 4, и двух датчиков тока 5 и 6, второй вывод ключевого элемента 1, первый вывод дросселя 2 и второй вывод диода 3 соединены между собой, выводы конденсатора 4 соединены с выходной шиной Uн и с общей шиной U0, датчик тока 5 включен в цепь дросселя 2, датчик тока 6 - в выходную цепь преобразователя, управляющий вход ключевого элемента 1 соединен с шиной переключающего сигнала Fк, выходом датчика тока 5 является вывод IL, выходом датчика тока 6 - вывод Iн, первый вывод ключевого элемента 1 соединен с входной шиной питания Uп, первый вывод диода 3 - с общей шиной U0, второй вывод дросселя 2-е выходной шиной Uн.The power part of the voltage Converter (figure 1) consists of a key element 1, inductor 2, diode 3, a capacitor 4, and two current sensors 5 and 6, the second output of the key element 1, the first output of the inductor 2 and the second output of the diode 3 are interconnected , the conclusions of the capacitor 4 are connected to the output bus U n and to the common bus U 0 , the current sensor 5 is connected to the inductor circuit 2, the current sensor 6 is connected to the converter output circuit, the control input of the key element 1 is connected to the switching signal bus F to , the sensor output current 5 is the output I L , the output of the current sensor 6 - terminal I n , the first terminal of the key element 1 is connected to the input power bus U p , the first terminal of the diode 3 is connected to the common bus U 0 , the second terminal of the inductor is the 2nd output bus U n .

Устройство, реализующее предложенный способ управления (фиг.1), состоит из блока рассогласования 7, вычисляющего сигнал рассогласования Fэ, блока развертки 8 формирующего пилообразный сигнал развертки Yр, узла суммирования 9, формирующего управляющий сигнал Fу и триггера 10, формирующего сигнал Fк, переключающий ключевой элемент 1. Первые два входа блока рассогласования 7 соединены с выходами IL и Iн датчиков тока 5 и 6, третий вход блока рассогласования 7 соединен с выходной шиной Uн преобразователя, четвертый вход блока рассогласования 7 и первый вход блока развертки 8 соединены с шиной задания выходного напряжения Uоп, второй вход блока развертки 8 соединен с входной шиной питания Uп, третий вход блока развертки 8 соединен с шиной синхронизации Fc, входы узла суммирования 9 соединены с выходами блоков 7 и 8, первый вход триггера 10 соединен с выходом узла суммирования 9, второй вход триггера 10 соединен с шиной синхронизации Fc, выход триггера 10 соединен с шиной переключающего сигнала Fк.A device that implements the proposed control method (Fig. 1) consists of a mismatch unit 7 calculating a mismatch signal F e , a scan unit 8 generating a sawtooth scan signal Y p , a summing unit 9 that generates a control signal F y and a trigger 10 that generates a signal F k , the switching key element 1. The first two inputs of the mismatch unit 7 are connected to the outputs I L and I n of the current sensors 5 and 6, the third input of the mismatch unit 7 is connected to the output bus U n of the converter, the fourth input of the mismatch unit 7 and p the first input of the scanner 8 is connected to the output voltage setting bus U op , the second input of the scanner 8 is connected to the input power bus U p , the third input of the scanner 8 is connected to the synchronization bus F c , the inputs of the summing unit 9 are connected to the outputs of blocks 7 and 8 , the first input of the trigger 10 is connected to the output of the summing unit 9, the second input of the trigger 10 is connected to the synchronization bus F c , the output of the trigger 10 is connected to the bus of the switching signal F to .

Преобразователь напряжения с устройством, реализующим предложенный способ управления, работает следующим образом: блок рассогласования 7 формирует сигнал рассогласования Fэ в соответствии с выражениемThe voltage Converter with a device that implements the proposed control method operates as follows: the mismatch unit 7 generates a mismatch signal F e in accordance with the expression

F э = C ( U н 2 U о п 2 ) + L ( I L I н ) 2 S G N ( I L I н )

Figure 00000015
, F uh = C ( U n 2 - U about P 2 ) + L ( I L - I n ) 2 S G N ( I L - I n )
Figure 00000015
,

которое пропорционально энергетическому балансу между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении.which is proportional to the energy balance between the current value of the energy stored by the filter and its value at a given output voltage.

Блок развертки 8 формирует пилообразный сигнал развертки Yp в соответствии с выражениемThe scan unit 8 generates a sawtooth scan signal Y p in accordance with the expression

Y р = 1 T 0 t р ( U L ' U L " ) d t + U L "

Figure 00000016
, Y R = one T 0 t R ( U L '' - U L " ) d t + U L "
Figure 00000016
,

которое в преобразователях напряжения с широтно-импульсной модуляцией заднего фронта (для которых U L ' = U п U о п

Figure 00000017
, U L " = U о п
Figure 00000007
) преобразуют к видуwhich in voltage converters with pulse-width modulation of the trailing edge (for which U L '' = U P - U about P
Figure 00000017
, U L " = - U about P
Figure 00000007
) transform to

Y р = U п t р T U о п

Figure 00000018
, Y R = U P t R T - U about P
Figure 00000018
,

а в преобразователях напряжения с широтно-импульсной модуляцией переднего фронта (для которых U L ' = U о п

Figure 00000009
, U L " = U п U о п
Figure 00000013
) - к видуand in voltage converters with pulse-width modulation of the leading edge (for which U L '' = - U about P
Figure 00000009
, U L " = U P - U about P
Figure 00000013
) - to the form

Y р = U п t р T + ( U п U о п )

Figure 00000019
. Y R = - U P t R T + ( U P - U about P )
Figure 00000019
.

На выходе узла суммирования 9 формируют управляющий сигнал Fу в соответствии с выражениемAt the output of the summing unit 9, a control signal F y is formed in accordance with the expression

Fу=Fэ+KсYр,F y = F e + K with Y p ,

при этом Kс выбирают по условиюwherein K s is selected by condition

А р T > d F э d t | м

Figure 00000014
, BUT R T > d F uh d t | m
Figure 00000014
,

где Ар - амплитуда сигнала KсYр.where A p is the amplitude of the signal K with Y p .

Триггер 10 включает ключевой элемент 1 при появлении синхроимпульса Fc и отключает его при положительном значении управляющего сигнала Fу.The trigger 10 turns on the key element 1 when the clock pulse F c appears and turns it off when the control signal F y is positive.

На фиг.2 показана работа устройства управления и преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией заднего фронта и с параметрами: напряжение питания Uп=35 В, заданное напряжение Uоп=27 В, сопротивление нагрузки Rн=2,7 Ом, емкость конденсатора 4-1000 мкФ, индуктивность дросселя 2-0,1 мГн, амплитуда пилообразного сигнала развертки Ар=1,9 В (Kс=1,9/Uп), длительность периода сигнала развертки Т=20 мкс.Figure 2 shows the operation of the control device and the voltage Converter with pulse-width modulation of the trailing edge and with the following parameters: supply voltage U p = 35 V, a given voltage U op = 27 V, load resistance R n = 2.7 Ohm, capacitor capacitance 4-1000 μF, inductor inductance 2-0.1 mH, the amplitude of the sawtooth sweep signal And p = 1.9 V (K s = 1.9 / U p ), the duration of the period of the sweep signal T = 20 μs.

При пуске преобразователя напряжения с нулевых начальных условий (фиг.2) на участке t от 0 до 265 мкс ток IL дросселя 2 увеличивается от 0 до 79 А, выходное напряжение Uн увеличивается от 0 до 11 В, ключевой элемент 1 включен (Fк=1), текущее значение энергетического баланса Fэ изменяется от -0,729 до 0,0012 В; на участке t от 0,265 до 0,66 мс ток IL дросселя 2 уменьшается от 79 до 9,3 А, выходное напряжение Uн увеличивается от 11 до 27 В, амплитуда изменения текущих значений энергетического баланса Fэ меняется от 6,5 В (на участке t=0,34÷0,36 мс) до 0,13 В (на участке t=1,14÷1,16 мс), в установившемся режиме (t>1,18 мкс) ток дросселя 2 I L = 10 0,7 + 0,7 A

Figure 00000020
, выходное напряжение U н = 27 + 0,005 + 0 В
Figure 00000021
, текущее значение энергетического баланса F э = 0,2 0,005 + 0,02 В
Figure 00000022
, длительность периода модуляции во всех режимах Т=20 мкс.When starting the voltage Converter from zero initial conditions (figure 2) on the plot t from 0 to 265 μs, the current I L of the inductor 2 increases from 0 to 79 A, the output voltage U n increases from 0 to 11 V, the key element 1 is on (F k = 1), the current value of the energy balance F e varies from -0.729 to 0.0012 V; on the plot t from 0.265 to 0.66 ms, the current I L of the inductor 2 decreases from 79 to 9.3 A, the output voltage U n increases from 11 to 27 V, the amplitude of the change in the current values of the energy balance F e varies from 6.5 V ( in the range t = 0.34 ÷ 0.36 ms) to 0.13 V (in the section t = 1.14 ÷ 1.16 ms), in the steady state (t> 1.18 μs) the inductor current 2 I L = 10 - 0.7 + 0.7 A
Figure 00000020
, output voltage U n = 27 + 0.005 + 0 AT
Figure 00000021
, the current value of the energy balance F uh = - 0.2 - 0.005 + 0.02 AT
Figure 00000022
, the duration of the modulation period in all modes T = 20 μs.

Таким образом, формирование сигнала рассогласования Fэ, пропорционального энергетическому балансу между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении, обеспечивает минимальную длительность и апериодический характер переходного процесса в преобразователе напряжения с широтно-импульсной модуляцией. При этом максимальное значение статического рассогласования между выходным напряжением преобразователя и заданным напряжением не превысит величины пульсации выходного напряжения.Thus, the formation of a mismatch signal F e proportional to the energy balance between the current energy value stored by the filter and its value at a given output voltage provides the minimum duration and aperiodic nature of the transition process in a pulse-width modulated voltage converter. In this case, the maximum value of the static mismatch between the output voltage of the converter and the specified voltage does not exceed the value of the ripple of the output voltage.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Казанцев Ю.М., Лекарев А.Ф. Формирование управления по балансу необходимой и накопленной в системе энергии // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2009. №5. С.17-20.1. Kazantsev Yu.M., Lekarev A.F. The formation of control by the balance of the necessary and accumulated energy in the system // Devices and Systems. Management, control, diagnostics. 2009. No5. S.17-20.

2. Патент РФ №2216764, G05F 1/56, опубл. 20.11.2003, Бюл. №32.2. RF patent No. 2216764, G05F 1/56, publ. 11/20/2003, Bull. Number 32.

Claims (2)

1. Способ управления преобразователем постоянного напряжения, основанный на широтно-импульсной модуляции напряжения питания ключевым элементом, заключающийся в том, что вычисляют сигнал рассогласования, формируют пилообразный сигнал развертки с амплитудой, пропорциональной разности напряжений на индуктивности дросселя фильтра до и после коммутации ключевого элемента, и смещенный на величину, пропорциональную напряжению на индуктивности дросселя фильтра после коммутации ключевого элемента, из суммы сигнала рассогласования и сигнала развертки формируют управляющий сигнал, переключение ключевого элемента осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, отличающийся тем, что сигнал рассогласования формируют пропорциональным энергетическому балансу между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении.1. A method for controlling a DC-voltage converter based on pulse-width modulation of the supply voltage by a key element, namely, that a mismatch signal is calculated, a sawtooth waveform with an amplitude proportional to the voltage difference across the inductance of the filter inductor before and after switching the key element is generated, and offset by a value proportional to the voltage at the inductance of the filter inductor after switching the key element, from the sum of the error signal and the signal and the sweeps form a control signal, the switching of the key element is carried out by synchronizing and control signals, characterized in that the mismatch signal is formed proportional to the energy balance between the current energy value stored by the filter and its value at a given output voltage. 2. Устройство управления преобразователем напряжения, содержащее блок развертки, узел суммирования и RS-триггер, блок развертки которого имеет три входа, первый вход блока развертки соединен с входом напряжения питания преобразователя напряжения, второй вход блока развертки соединен с выводом сигнала задания, третий вход блока развертки соединен с выводом синхронизующего сигнала, второй вход узла суммирования соединен с выходом блока развертки, первый вход RS-триггера соединен с выходом узла суммирования, второй вход RS-триггера соединен с выводом синхронизующего сигнала, выход RS-триггера соединен с управляющим входом ключевого элемента преобразователя напряжения, для реализации способа управления по п.1 дополнительно введен блок рассогласования, который имеет четыре входа, первый вход блока рассогласования соединен с выводом датчика тока, включенного в цепь дросселя, второй вход блока рассогласования соединен с выводом датчика тока, включенного в выходную цепь преобразователя, третий вход блока рассогласования соединен с выходным выводом преобразователя напряжения, четвертый вход блока рассогласования соединен с выводом сигнала задания, выход блока рассогласования соединен с первым входом узла суммирования. 2. The control device of the voltage converter, containing a scan unit, a summing unit and an RS-trigger, the scan unit of which has three inputs, the first input of the scanner is connected to the input of the voltage supply of the voltage converter, the second input of the scanner is connected to the output of the reference signal, the third input of the block the sweep is connected to the output of the synchronizing signal, the second input of the summing unit is connected to the output of the scanner, the first input of the RS-trigger is connected to the output of the summing unit, the second input of the RS-trigger is connected with the output of the synchronizing signal, the output of the RS-trigger is connected to the control input of the key element of the voltage converter, to implement the control method according to claim 1, an additional mismatch unit is introduced, which has four inputs, the first input of the mismatch unit is connected to the output of the current sensor included in the inductor circuit , the second input of the mismatch unit is connected to the output of the current sensor included in the output circuit of the converter, the third input of the mismatch unit is connected to the output terminal of the voltage converter, the fourth input of the mismatch unit is connected to the output of the reference signal, the output of the mismatch unit is connected to the first input of the summing unit.
RU2012102541/07A 2012-01-25 2012-01-25 Voltage converter control method, and device for its implementation RU2497266C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012102541/07A RU2497266C2 (en) 2012-01-25 2012-01-25 Voltage converter control method, and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012102541/07A RU2497266C2 (en) 2012-01-25 2012-01-25 Voltage converter control method, and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012102541A RU2012102541A (en) 2013-07-27
RU2497266C2 true RU2497266C2 (en) 2013-10-27

Family

ID=49155466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012102541/07A RU2497266C2 (en) 2012-01-25 2012-01-25 Voltage converter control method, and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2497266C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2647146A1 (en) * 1975-10-20 1977-04-28 Ibm Pulse width modulator voltage control - uses transistors connected in phase to output voltage source and to secondary tappings of transformers
SU1713595A1 (en) * 1989-04-27 1992-02-23 Ереванский филиал Всесоюзного научного центра хирургии АМН СССР Artificial heart valve
RU2214618C2 (en) * 2001-02-02 2003-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" Control method using pulse-width modulation
RU2216764C2 (en) * 2001-01-03 2003-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" Method of control with pulse-duration regulation
RU2253530C2 (en) * 2003-03-11 2005-06-10 Общество с ограниченной ответственностью фирма "Саратовгазприборавтоматика" Apparatus for shaping cylindrical flanges of parts such as bottoms and lids
RU2369895C1 (en) * 2008-02-15 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" Method of controlling voltage converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2647146A1 (en) * 1975-10-20 1977-04-28 Ibm Pulse width modulator voltage control - uses transistors connected in phase to output voltage source and to secondary tappings of transformers
SU1713595A1 (en) * 1989-04-27 1992-02-23 Ереванский филиал Всесоюзного научного центра хирургии АМН СССР Artificial heart valve
RU2216764C2 (en) * 2001-01-03 2003-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" Method of control with pulse-duration regulation
RU2214618C2 (en) * 2001-02-02 2003-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" Control method using pulse-width modulation
RU2253530C2 (en) * 2003-03-11 2005-06-10 Общество с ограниченной ответственностью фирма "Саратовгазприборавтоматика" Apparatus for shaping cylindrical flanges of parts such as bottoms and lids
RU2369895C1 (en) * 2008-02-15 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" Method of controlling voltage converter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012102541A (en) 2013-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2779402B1 (en) Switched mode power converter controller with ramp time modulation
JP6767867B2 (en) Resonant power converter and control method
CN102044972A (en) Control device for resonant converters
CN101800475B (en) Link logic control (LLC) resonant converter control method and control device
US20170250617A1 (en) Dc/dc converter
EP3540555A1 (en) Output voltage regulation device and method
CN105210285A (en) PWM control circuit and switching power supply device
RU2497266C2 (en) Voltage converter control method, and device for its implementation
EP3312982B1 (en) Step-up/step-down dc/dc converter
JP2016152642A (en) Control circuit and switching power supply unit
US20190113583A1 (en) Parameter identification circuit, method and power supply system applying the same
JP2013150490A (en) Power conversion device
US9294076B2 (en) Switching power supply device and pulse width modulation circuit used therein
RU2309448C2 (en) Method for controlling incrementing type voltage transformer
RU2569679C1 (en) Method to control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation and device for control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation
CN110892624B (en) Control circuit for controlling a resonant power converter
RU2339993C1 (en) Method of reversible pulse dc voltage converter control with stabilisation of limit current
RU2510871C1 (en) Method for dc voltage pulse conversion and device for its implementation
RU2383049C1 (en) Method of controlling voltage converter with two-section filter
RU2450316C1 (en) Control device for direct-current pulse converters (versions)
RU2321163C1 (en) Frequency-current transformer (variants)
RU2337393C1 (en) Method of even current distribution control in multi-chanel pulse voltage transducer
RU2551118C1 (en) Pulse voltage source
RU2214618C2 (en) Control method using pulse-width modulation
RU2630962C1 (en) Control method for voltage converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170126