RU2565577C2 - Method to control key converters of direct voltage into direct one - Google Patents

Method to control key converters of direct voltage into direct one Download PDF

Info

Publication number
RU2565577C2
RU2565577C2 RU2013159130/07A RU2013159130A RU2565577C2 RU 2565577 C2 RU2565577 C2 RU 2565577C2 RU 2013159130/07 A RU2013159130/07 A RU 2013159130/07A RU 2013159130 A RU2013159130 A RU 2013159130A RU 2565577 C2 RU2565577 C2 RU 2565577C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
inductive element
direct
storage
converters
Prior art date
Application number
RU2013159130/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013159130A (en
Inventor
Сергей Владимирович Дроздецкий
Илья Алексеевич Кругликов
Александр Олегович Ширяев
Игорь Владимирович Якименко
Original Assignee
Сергей Владимирович Дроздецкий
Илья Алексеевич Кругликов
Александр Олегович Ширяев
Игорь Владимирович Якименко
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 Сергей Владимирович Дроздецкий, Илья Алексеевич Кругликов, Александр Олегович Ширяев, Игорь Владимирович Якименко filed Critical Сергей Владимирович Дроздецкий
Priority to RU2013159130/07A priority Critical patent/RU2565577C2/en
Publication of RU2013159130A publication Critical patent/RU2013159130A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2565577C2 publication Critical patent/RU2565577C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to conversion equipment. The method to control key converters of direct voltage into direct one, comprising an inductive element in an output filter or in an inductive energy accumulator. To traditional modes of converter operation: increase and decrease of energy in the inductive element, two additional modes are added - storage of the upper level of accumulated energy and storage of the lower level, during which energy storage in the inductive element is not changed.
EFFECT: elimination of output voltage surges and depressions during quick reach to the mode, and under spasmodic variation of load parameters.
5 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к методам управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное импульсных источников питания [Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Импульсные регуляторы и преобразователи постоянного напряжения // М.: Изд-во МЭИ, 1998].The present invention relates to methods for controlling key DC-to-DC converters of switching power supplies [Polikarpov A.G., Sergienko E.F. Switching regulators and DC / DC converters // M .: Publishing House of MPEI, 1998].

Из существующего уровня техники известны преобразователи постоянного напряжения в постоянное с непосредственной связью (понижающий, повышающий, инвертирующий регуляторы) и их трансформаторные аналоги: понижающего регулятора (прямоходовые однотактные и двухтактные конверторы напряжения), повышающего регулятора [Боровиков В.М., Красников Ю.В. Импульсный регулятор напряжения повышающего типа с непрерывным выходным током и расширенным диапазоном регулирования выходного напряжения (варианты). Патент RU №2299511 C1, H02M 3/335, 26.10.2005] и понижающего регулятора (однотактные обратноходовые конверторы).From the current level of technology, DC-to-DC converters with direct coupling (step-down, step-up, inverting regulators) and their transformer analogs are known: step-down regulator (linear push-pull and push-pull voltage converters), step-up regulator [Borovikov V.M., Krasnikov Yu.V. . Switching voltage regulator of a step-up type with a continuous output current and an extended range of regulation of the output voltage (options). Patent RU No. 2299511 C1, H02M 3/335, 10.26.2005] and a step-down regulator (single-cycle flyback converters).

Традиционный способ управления преобразователем подразумевает наличие двух режимов (состояний). Первый режим - накопление энергии в магнитном поле индуктивного элемента (или накопление энергии в магнитном поле индуктивного элемента с одновременной передачей энергии в нагрузку), когда ключи открыты. Второй режим - передача энергии в нагрузку (или передача энергии в нагрузку и бестоковая пауза), когда ключи заперты. Для реализации двух режимов работы достаточно одного ключа.The traditional way of controlling the converter implies the presence of two modes (states). The first mode is the accumulation of energy in the magnetic field of the inductive element (or the accumulation of energy in the magnetic field of the inductive element with the simultaneous transfer of energy to the load) when the keys are open. The second mode is the transfer of energy to the load (or the transfer of energy to the load and a dead time) when the keys are locked. To implement two modes of operation, one key is enough.

Одним из основных недостатков такого способа управления являются плохие динамические свойства преобразователя импульсного источника питания, а именно возникновение перерегулирования выходного напряжения при включении преобразователя, а также выбросов и провалов выходного напряжения при скачкообразном изменении параметров нагрузки.One of the main disadvantages of this control method is the poor dynamic properties of the converter of the switching power supply, namely the occurrence of overshoot of the output voltage when the converter is turned on, as well as spikes and dips in the output voltage when the load parameters change abruptly.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение динамических свойств преобразователя импульсного источника питания.The problem to which the invention is directed, is to improve the dynamic properties of the Converter switching power supply.

Данная задача решается за счет того, что вводятся дополнительные режимы работы преобразователя - хранение верхнего и нижнего уровней энергии в индуктивном элементе. Введение дополнительных режимов требует использования в схеме преобразователя как минимум двух ключей. Если преобразователь одноключевой, то необходимо использование дополнительного ключа и полное изменение алгоритма управления. Если преобразователь выполнен на двух или более ключах, то возможно только изменение алгоритма управления.This problem is solved due to the fact that additional modes of operation of the converter are introduced - storage of the upper and lower energy levels in the inductive element. The introduction of additional modes requires the use of at least two keys in the converter circuit. If the converter is single key, then it is necessary to use an additional key and a complete change in the control algorithm. If the converter is made on two or more keys, then only a change in the control algorithm is possible.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является введение двух дополнительных режимов - хранение верхнего уровня накопленной энергии и хранение нижнего уровня, в течение которых запас энергии в индуктивном элементе не меняется.The technical result provided by the given set of features is the introduction of two additional modes - storage of the upper level of accumulated energy and storage of the lower level, during which the energy supply in the inductive element does not change.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - понижающий регулятор напряжения;figure 1 - step-down voltage regulator;

на фиг.2 - повышающий регулятор напряжения;figure 2 - increasing voltage regulator;

на фиг.3 - инвертирующий регулятор напряжения;figure 3 - inverting voltage regulator;

на фиг.4 - переходные процессы при включении преобразователя;figure 4 - transients when you turn on the Converter;

на фиг.5 - переходные процессы в режиме сброса/наброса нагрузки в понижающем регуляторе напряжения.figure 5 - transients in the mode of discharge / surge load in the step-down voltage regulator.

Удобно рассмотреть процессы, протекающие в регуляторах с непосредственной связью (фиг.1-3), так как и регуляторы, и их аналоги работают идентично.It is convenient to consider the processes occurring in the regulators with direct connection (Fig.1-3), since the regulators and their analogues work identically.

Общим для трех типов регуляторов является то, что, во-первых, после открывания ключа происходит увеличение энергии в индуктивном элементе. Увеличение энергии индуктивного элемента у понижающего регулятора сопровождается одновременным поступлением энергии в нагрузку. У повышающего и инвертирующего регуляторов этот эффект не наблюдается.Common to the three types of regulators is that, firstly, after opening the key, an increase in energy occurs in the inductive element. The increase in energy of the inductive element of the lowering controller is accompanied by the simultaneous supply of energy to the load. In boosting and inverting regulators this effect is not observed.

Во-вторых, при закрывании ключа уменьшается количество энергии в индуктивном элементе. При этом у понижающего и инвертирующего регуляторов в нагрузку поступает энергия, накопленная в индуктивном элементе. У повышающего регулятора в нагрузку поступает суммарная энергия, накопленная в индуктивном элементе и отдаваемая источником.Secondly, when closing the key, the amount of energy in the inductive element decreases. In this case, the step-down and inverting controllers receive the energy stored in the inductive element in the load. At the increasing regulator, the total energy accumulated in the inductive element and supplied by the source enters the load.

Понижающий, повышающий и инвертирующий регуляторы имеют схожие динамические характеристики. Поэтому удобно рассмотреть переходные процессы при скачкообразном изменении параметров нагрузки на примере одного из регуляторов, в частности понижающего регулятора (фиг.1).Lowering, raising and inverting regulators have similar dynamic characteristics. Therefore, it is convenient to consider transients with an abrupt change in the load parameters using the example of one of the regulators, in particular, a lowering regulator (Fig. 1).

У вышеназванного регулятора в установившемся режиме средний ток через индуктивный элемент равен среднему току нагрузки. При скачкообразном изменении параметров нагрузки возникают провалы или выбросы выходного напряжения, сопровождающиеся затухающим колебательным переходным процессом на частоте автоколебаний LC-фильтра (фиг.4).In the aforementioned controller in steady state, the average current through the inductive element is equal to the average load current. When the load parameters change abruptly, dips or surges of the output voltage occur, accompanied by a damped oscillatory transient at the self-oscillation frequency of the LC filter (Fig. 4).

Устранить этот эффект можно с помощью введения режимов хранения. Введение дополнительных режимов требует установки еще одного ключа, шунтирующего индуктивный элемент.You can eliminate this effect by introducing storage modes. The introduction of additional modes requires the installation of another key shunting the inductive element.

Благодаря дополнительному ключу можно обеспечить избыточный запас энергии в индуктивном элементе и устранить провал выходного напряжения при скачкообразном увеличении тока нагрузки, а также в нужный момент прекратить поступление энергии в нагрузку, тем самым исключив выбросы выходного напряжения при скачкообразном сбросе нагрузки (фиг.5).Thanks to the additional key, it is possible to provide an excess supply of energy in the inductive element and eliminate the output voltage drop with an abrupt increase in the load current, and also at the right time to stop the flow of energy into the load, thereby eliminating the output voltage spikes during the abrupt load shedding (Fig. 5).

Похожие переходные процессы имеют место в повышающем и инвертирующем регуляторах с той лишь разницей, что затухание выбросов носит апериодический характер. Введение режимов хранения позволяет устранить вышеназванные негативные эффекты.Similar transients occur in boosting and inverting controllers with the only difference that the attenuation of the emissions is aperiodic. The introduction of storage modes eliminates the above negative effects.

Вышесказанное относится к режиму непрерывных токов (РНТ). В частном случае, в режиме прерывистых токов (РПТ) остается только хранение верхнего уровня энергии, нижнему уровню соответствует отсутствие энергии в индуктивном элементе. Поэтому при работе в РПТ устраняются только выбросы, а провалы напряжения нельзя устранить.The foregoing applies to continuous current mode (RHT). In the particular case, in the regime of discontinuous currents (RPT), only the storage of the upper energy level remains, the lower level corresponds to the absence of energy in the inductive element. Therefore, when working in the RPT, only emissions are eliminated, and voltage dips cannot be eliminated.

Claims (1)

Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное, содержащими индуктивный элемент в выходном фильтре или в индуктивном накопителе энергии, заключающийся в том, что в таких преобразователях в зависимости от состояния ключей используются два режима работы: первый сопровождается увеличением энергии в индуктивном элементе, второй - ее уменьшением, отличающийся тем, что вводятся два дополнительных режима - хранение верхнего уровня накопленной энергии и хранение нижнего уровня, в течение которых запас энергии в индуктивном элементе не меняется. A method of controlling key DC-DC to DC converters containing an inductive element in the output filter or in an inductive energy storage device, which consists in the fact that in such converters, depending on the state of the switches, two operating modes are used: the first is accompanied by an increase in energy in the inductive element, the second is its reduction, characterized in that two additional modes are introduced - storage of the upper level of accumulated energy and storage of the lower level, during which the energy reserve AI in the inductive element does not change.
RU2013159130/07A 2013-12-30 2013-12-30 Method to control key converters of direct voltage into direct one RU2565577C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013159130/07A RU2565577C2 (en) 2013-12-30 2013-12-30 Method to control key converters of direct voltage into direct one

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013159130/07A RU2565577C2 (en) 2013-12-30 2013-12-30 Method to control key converters of direct voltage into direct one

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013159130A RU2013159130A (en) 2015-07-10
RU2565577C2 true RU2565577C2 (en) 2015-10-20

Family

ID=53538169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013159130/07A RU2565577C2 (en) 2013-12-30 2013-12-30 Method to control key converters of direct voltage into direct one

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2565577C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1624423A1 (en) * 1988-07-26 1991-01-30 Предприятие П/Я В-2965 Constant voltage impulse stabilizer
RU111725U1 (en) * 2011-08-19 2011-12-20 Сергей Иосифович Вольский DC VOLTAGE CONVERTER

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1624423A1 (en) * 1988-07-26 1991-01-30 Предприятие П/Я В-2965 Constant voltage impulse stabilizer
RU111725U1 (en) * 2011-08-19 2011-12-20 Сергей Иосифович Вольский DC VOLTAGE CONVERTER

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013159130A (en) 2015-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10348202B2 (en) Modular DC-DC converter including a DC transformer module
CN103066666B (en) A kind of booster type battery charging management system and control method thereof
Ki et al. Implementation of an efficient transformerless single-stage single-switch AC/DC converter
US8223522B2 (en) Bi-directional regulator for regulating power
US9178421B2 (en) Multi-stage power supply with fast transient response
JP6547058B2 (en) Battery charger
Ghosh et al. High gain DC-DC step-up converter with multilevel output voltage
CN102761272A (en) A power circuit and a leakage circuit-breaker employing the same
US11894779B2 (en) Power supply with active power buffer
US9768702B2 (en) Converter with power factor correction
CN202565159U (en) PFC control circuit capable of boosting flexibly
CN102299629A (en) Power supply control method and power supply device for direct-current high-voltage power supply
CN103427619B (en) PFC control circuit capable of boosting flexibly and control method thereof
Tyagi et al. Design high gain dc-dc boost converter with coupling inductor and simulation in PSIM
RU2565577C2 (en) Method to control key converters of direct voltage into direct one
WO2023163876A1 (en) Power supply with active power buffer
US10205390B1 (en) Systems and methods for controlling DC-to-DC converters including unregulated operating modes
EP2713489B1 (en) Method for low power operation of an active PFC converters using window modulation with open-loop width control
KR20170037745A (en) SMPS combining buck and fly back converter
US11362592B1 (en) AC/DC converter with active capacitor bank
Sengupta PWM and PFM operation of DC/DC converters for portable applications
Banerjee et al. AC voltage regulation by switch mode PWM voltage controller
Liu et al. An effective PFM control strategy for charge control in SIMO DC-DC
Peretz Hybrid control method for optimal transient response and output filter minimization for buck-boost type converters
CN112075019A (en) Buck matrix rectifier with boost switch and operation thereof during one phase loss

Legal Events

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

Effective date: 20151231

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170117

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171231