RU2630962C1 - Control method for voltage converter - Google Patents

Control method for voltage converter Download PDF

Info

Publication number
RU2630962C1
RU2630962C1 RU2016131046A RU2016131046A RU2630962C1 RU 2630962 C1 RU2630962 C1 RU 2630962C1 RU 2016131046 A RU2016131046 A RU 2016131046A RU 2016131046 A RU2016131046 A RU 2016131046A RU 2630962 C1 RU2630962 C1 RU 2630962C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
filter
current
converter
Prior art date
Application number
RU2016131046A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Михайлович Гаврилов
Анатолий Федорович Лекарев
Василий Олегович Нагорный
Original Assignee
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 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Priority to RU2016131046A priority Critical patent/RU2630962C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2630962C1 publication Critical patent/RU2630962C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to the field of automatic control and is intended for pulse voltage converters, can find wide application in the control of the electric drives and adjustable secondary power supplies. Realizing the proposed control method the result is achieved by introducing into the device a computing unit of the current inductance value of the filter choke, one input of which is connected to the output of the first current sensor, the second input to the output bus of the converter, the output is connected to the input of the input block of the digital stabilisation filter, which output is connected to the fifth input of the computing unit.
EFFECT: expansion of the functionality of the method for controlling the voltage converters due to the fact that during the operation of the converter the current value of inductance of the filter choke is taken into account.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматического управления и предназначено для импульсных преобразователей напряжения, может найти широкое применение в управлении электроприводами и регулируемыми вторичными источниками питания.The invention relates to the field of automatic control and is intended for switching voltage converters, can be widely used in the control of electric drives and regulated secondary power sources.

Известен релейный способ управления, заключающийся в переключении ключевого элемента по знаку управляющего сигнала, который формируют в соответствии с функцией переключения, обеспечивающей минимальное (или максимальное) значение функции Гамильтона - полной энергии управляемой системы (Цыпкин Я.З. Теория релейных систем автоматического регулирования. - М., Гл. ред. техн.-теор. лит., 1955),There is a known relay control method, which consists in switching the key element according to the sign of the control signal, which is formed in accordance with the switching function that provides the minimum (or maximum) value of the Hamilton function - the total energy of the controlled system (Tsypkin Y.Z. Theory of relay systems of automatic control .-- M., Ch.ed., techn.-theor. Lit., 1955),

Figure 00000001
Figure 00000001

где pi(t) - элементы вектора количества движения системы; bik(t) - элементы вектора параметров системы.where p i (t) are the elements of the system momentum vector; b ik (t) - elements of the vector of system parameters.

Известный способ управления обеспечивает управление по минимуму времени, однако требует определения текущих значений pi(t), которые нелегко найти аналитически. В практических реализациях известного способа управления для определения текущих значений pi(t) используется дополнительная модель сопряженной системы или алгоритмическая стратегия поиска параметров, обеспечивающих оптимальность процесса.The known control method provides minimum time control, however, it requires determining the current values of p i (t), which are not easy to find analytically. In practical implementations of the known control method for determining the current values of p i (t), an additional model of the conjugate system or an algorithmic strategy for searching for parameters ensuring the process optimality is used.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является релейный способ управления (Патент РФ №2369895, МПК G05 F 1/56, Н02М 3/335, Бюл. №28, опубл. 10.10.2009), заключающийся в переключении ключевого элемента по знаку управляющего сигнала, который, для достижения заданного выходного напряжения, формируют как сумму значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра и энергии, необходимой конденсатору фильтра. Недостатком этого решения является зависимость точности управления от значения параметров LC-фильтра, которые могут изменяться от времени, внешних условий, величины рабочего тока и др.The closest technical solution, selected as a prototype, is a relay control method (RF Patent No. 2369895, IPC G05 F 1/56, Н02М 3/335, Bull. No. 28, publ. 10.10.2009), which consists in switching the key element by the sign of the control signal, which, in order to achieve a given output voltage, is formed as the sum of the values of the pulsating component of the filter choke energy and the energy required by the filter capacitor. The disadvantage of this solution is the dependence of the control accuracy on the values of the parameters of the LC filter, which can vary with time, external conditions, the magnitude of the operating current, etc.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является формирование управляющего сигнала переключения с вычислением текущего значения индуктивности LC-фильтра.Achievable technical result of the present invention is the formation of a control switching signal with the calculation of the current value of the inductance of the LC filter.

Поставленный технический результат достигается путем введения в устройство, реализующее предложенный способ управления, блока вычислителя текущего значения индуктивности дросселя фильтра, один вход которого соединен с выходом первого датчика тока, второй вход - с выходной шиной преобразователя, выход соединен со входом введенного блока цифрового фильтра-усреднителя, выход которого соединен с пятым входом блока расчета.The technical result is achieved by introducing into the device that implements the proposed control method, the calculator unit the current value of the inductance of the filter choke, one input of which is connected to the output of the first current sensor, the second input is to the output bus of the converter, the output is connected to the input of the input block of the digital filter-averager whose output is connected to the fifth input of the calculation unit.

Сущность изобретения заключается в том, что для достижения заданного выходного напряжения управление преобразователем напряжения осуществляют переключением ключевого элемента по знаку суммы текущих значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра и энергии, необходимой конденсатору фильтра, с вычислением текущего значения индуктивности LC-фильтра.The essence of the invention lies in the fact that to achieve a given output voltage, the voltage converter is controlled by switching the key element by the sign of the sum of the current values of the pulsating component of the filter choke energy and the energy required by the filter capacitor, with the calculation of the current value of the LC filter inductance.

Как и в прототипе, текущее значение пульсирующей составляющей энергии дросселя определяют выражениемAs in the prototype, the current value of the pulsating component of the energy of the inductor is determined by the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где iL - ток дросселя; iн - ток нагрузки; L - индуктивность дросселя фильтра, sign - функция знака, определяемая какwhere i L is the inductor current; i n - load current; L is the inductance of the filter inductor, sign is the sign function, defined as

Figure 00000003
Figure 00000003

Текущее значение энергии, необходимой конденсатору фильтра для достижения заданного выходного напряжения, определяют выражениемThe current value of the energy required by the filter capacitor to achieve a given output voltage is determined by the expression

Figure 00000004
Figure 00000004

где Uн - выходное напряжение; Uoп - заданное напряжение; С - емкость конденсатора фильтра.where U n is the output voltage; U op - the specified voltage; C is the capacitance of the filter capacitor.

Значение энергетического баланса определяется какThe energy balance value is defined as

Figure 00000005
Figure 00000005

Сигнал, переключающий ключевой элемент, формируют при помощи выраженияThe signal switching the key element is formed using the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

а текущее значение индуктивности определяется какand the current value of the inductance is defined as

Figure 00000007
Figure 00000007

где t1, t2 - начальное и конечное время измерений соответственно; iL1, iL2 - начальное и конечное значения токов дросселя; UL - напряжение на дросселе.where t 1 , t 2 - the initial and final measurement time, respectively; i L1 , i L2 - initial and final values of the inductor currents; U L is the voltage across the inductor.

При единичном значении сигнала Fк ключевой элемент включен и происходит накопление энергии в реактивных элементах преобразователя, при нулевом значении сигнала Fк ключевой элемент выключен и происходит расход энергии реактивных элементов преобразователя на нагрузку.At a single value of the signal F to the key element is turned on and energy is accumulated in the reactive elements of the converter, at a zero value of the signal F to the key element is turned off and the energy of the reactive elements of the converter is consumed by the load.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя напряжения с устройством, реализующим предлагаемый способ управления.In FIG. 1 shows a diagram of a voltage converter with a device that implements the proposed control method.

Силовая часть преобразователя напряжения состоит из ключевого элемента 1, дросселя фильтра 2, конденсатора фильтра 3, диода 4 и двух датчиков тока 5 и 6. Ключевой элемент 1, дроссель фильтра 2 и диод 4 соединены между собой в звезду, выводы конденсатора фильтра 3 соединены с выходной шиной Uн и с общей шиной GND, датчик тока 5 включен в цепь дросселя фильтра 2, датчик тока 6 - в выходную цепь преобразователя, управляющий вход ключевого элемента 1 соединен с управляющей шиной Fк, выходом датчика тока 5 является вывод iL, выходом датчика тока 6 - вывод iн, второй вывод ключевого элемента 1 соединен с входной шиной питания Uп, второй вывод диода 4 - с общей шиной GND, второй вывод дросселя фильтра 2 - с выходной шиной Uн и нагрузкой Rн.The power part of the voltage converter consists of a key element 1, a filter choke 2, a filter capacitor 3, a diode 4 and two current sensors 5 and 6. A key element 1, a filter choke 2 and a diode 4 are connected to each other in a star, the conclusions of the filter capacitor 3 are connected to the output bus U n and with the common bus GND, the current sensor 5 is connected to the filter choke 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 control bus F to , the output of the current sensor 5 is output i L , the output of the current sensor 6 - output i n , in the second output of the key element 1 is connected to the input power bus U p , the second output of the diode 4 is connected to the common bus GND, the second output of the filter choke 2 is connected to the output bus U n and the load R n .

Устройство, реализующее предложенный способ управления, состоит из блока расчета энергетического баланса 7, блока 8 формирователя управляющего сигнала Fк ключевого элемента 1, а также вновь введенных блока 9 вычислителя текущего значения индуктивности дросселя фильтра 2 и блока 10 - цифрового фильтра-усреднителя. Блок 7 имеет пять входов, входы iL и iн соединены с выходами датчиков тока 5 и 6, вход uн с выходной шиной преобразователя, на вход Uoп подается опорное напряжение, вход Lc соединен с одноименным выходом блока 10. Вход Fy блока 8 соединен с выходом блока 7, а выход соединен с управляющим электродом ключевого элемента 1. Блок 9 имеет два входа iL и ин, соединенные с одноименными входами блока 7. Вход L блока 10 соединен с выходом блока 9, а выход соединен со входом Lc блока 7.A device that implements the proposed control method consists of a block for calculating the energy balance 7, block 8 of the driver of the control signal F to the key element 1, as well as the newly introduced block 9 of the calculator of the current value of the inductance of the filter inductor 2 and block 10 - a digital averaging filter. Block 7 has five inputs, the inputs i L i and n outputs connected to the current sensors 5 and 6, the input u n to the output bus converter for OP U is input reference voltage input L c is connected with the same outlet unit 10. Log F y block 8 is connected to the output of block 7, and the output is connected to the control electrode of key element 1. Block 9 has two inputs i L and and n connected to the inputs of the same name with block 7. Input L of block 10 is connected to the output of block 9, and the output is connected to input L c block 7.

Преобразователь напряжения с устройством, реализующим предложенный способ управления, работает следующим образом: на входы iL, iн, uн и Uoп узла 7 поступают измеренные значения тока дросселя фильтра 2, выходного тока преобразователя, напряжения нагрузки и сигнал Lc с выхода блока 10 с установленным начальным значением индуктивности дросселя фильтра 2, а также опорное напряжение, на выходе Fy в соответствии с выражением (1) формируется управляющий сигнал, пропорциональный текущему значению энергетического баланса, и поступает на вход блока 8, который формирует управляющий сигнал ключевого элемента Fк согласно (2), отвечающий за переключение ключевого элемента 1, при нулевом значении сигнала Fк ключевой элемент 1 выключен, а при единичном - включен.The voltage Converter with a device that implements the proposed control method operates as follows: the inputs i L , i n , u n and U op node 7 receive the measured values of the current of the filter inductor 2, the output current of the converter, the load voltage and the signal L c from the output of the unit 10 with a set initial value of the inductance of the filter inductor 2, as well as the reference voltage, a control signal proportional to the current value of the energy balance is generated at the output F y in accordance with expression (1), and is fed to the input of block 8, which generates the control signal of the key element F k according to (2), which is responsible for switching the key element 1, when the value of the signal F to zero, the key element 1 is turned off, and for a single one it is turned on.

Таким образом, если сумма значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра 2 и энергии, необходимой конденсатору фильтра 3 для достижения установившегося режима, отрицательна, то ключевой элемент 1 включен и происходит накопление энергии в реактивных элементах преобразователя, если положительна, то ключевой элемент 1 выключен. Для уточнения текущего значения индуктивности дросселя фильтра блоком 9 по сигналам iL и uн, вычисляется текущее значение индуктивности L дросселя фильтра 2 согласно с выражением (3), а блок 10 усредняет вычисленные значения для того, чтобы уменьшить влияние погрешностей измерения. Переходный процесс при соответствии расчетного значения реальной индуктивности дросселя 2 фильтра показан на фиг. 2. Несоответствие расчетного значения реальной индуктивности дросселя фильтра (фиг. 3) приводит к увеличению длительности переходного процесса (Aristov A.V., Nagorniy V.O., Gavrilov A.M. Voltage converter with the controlled energy balance for the electric drive with the pulsation motion mode // Control and Communications (SIBCON), 2015 International Siberian Conference on). Введение коррекции расчетного значения индуктивности позволяет получить минимально возможное время переходного процесса при реальном значении индуктивности фильтра.Thus, if the sum of the values of the pulsating component of the energy of the filter inductor 2 and the energy required by the filter capacitor 3 to achieve the steady state is negative, then the key element 1 is turned on and energy is accumulated in the reactive elements of the converter, if positive, then the key element 1 is turned off. To clarify the current value of the inductance of the filter inductor by block 9 according to the signals i L and u n , the current value of the inductance L of the inductor of filter 2 is calculated according to expression (3), and block 10 averages the calculated values in order to reduce the influence of measurement errors. The transient process in accordance with the calculated value of the real inductance of the filter inductor 2 is shown in FIG. 2. The mismatch between the calculated value of the real inductance of the filter reactor (Fig. 3) leads to an increase in the duration of the transient process (Aristov AV, Nagorniy VO, Gavrilov AM Voltage converter with the controlled energy balance for the electric drive with the pulsation motion mode // Control and Communications (SIBCON), 2015 International Siberian Conference on). The introduction of the correction of the calculated value of the inductance allows you to get the minimum possible time of the transient process with the real value of the filter inductance.

Claims (1)

Способ управления преобразователем напряжения, заключающийся в переключении ключевого элемента по изменению знака энергетического баланса между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении, отличающийся тем, что введен блок вычислителя текущего значения индуктивности дросселя фильтра, один вход которого соединен с выходом первого датчика тока, второй вход - с выходной шиной преобразователя, выход соединен со входом введенного блока цифрового фильтра-усреднителя, выход которого соединен с пятым входом блока расчета.A method of 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, characterized in that a calculator unit for the current value of the filter inductor inductance is introduced, one input of which is connected to the output the first current sensor, the second input is with the output bus of the converter, the output is connected to the input of the input block of the digital filter-averager, the output of which is connected nen to a fifth input of the calculation unit.
RU2016131046A 2016-07-27 2016-07-27 Control method for voltage converter RU2630962C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131046A RU2630962C1 (en) 2016-07-27 2016-07-27 Control method for voltage converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131046A RU2630962C1 (en) 2016-07-27 2016-07-27 Control method for voltage converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2630962C1 true RU2630962C1 (en) 2017-09-15

Family

ID=59894069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016131046A RU2630962C1 (en) 2016-07-27 2016-07-27 Control method for voltage converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2630962C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1432482A1 (en) * 1985-01-07 1988-10-23 Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта Method of controlling semiconductor d.c. voltage converter
GB2324210A (en) * 1997-04-10 1998-10-14 Api Technology Co Ltd Constant voltage clamping forward conversion switching power supply
RU2254606C2 (en) * 2003-06-02 2005-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" Method for controlling constant voltage pulse stabilizer
RU2369895C1 (en) * 2008-02-15 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" Method of controlling voltage converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1432482A1 (en) * 1985-01-07 1988-10-23 Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта Method of controlling semiconductor d.c. voltage converter
GB2324210A (en) * 1997-04-10 1998-10-14 Api Technology Co Ltd Constant voltage clamping forward conversion switching power supply
RU2254606C2 (en) * 2003-06-02 2005-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" Method for controlling constant voltage pulse stabilizer
RU2369895C1 (en) * 2008-02-15 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" Method of controlling voltage converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6352477B2 (en) Voltage balance control device and voltage balance control method for flying capacitor multi-level converter
KR102194247B1 (en) Control circuit for zero voltage switching and buck converter comprising the same
CN103023326B (en) Constant time control method, control circuit and switching regulator using same
US8085024B2 (en) Self-tuning digital current estimator for low-power switching converters
US9413270B2 (en) Single-phase three-wire power control system and power control method therefor
CN108574410B (en) Realize the circuit and method of self-adaptable slop compensation quick high accuracy
US8928301B2 (en) Pulse width modulation based controller
CN103887972A (en) Mixed control circuit of DVS system switch DC-DC converter and control method of mixed control circuit of DVS system switch DC-DC converter
US20170302172A1 (en) A voltage regulator module using a load-side auxiliary gyrator circuit
CN102694462A (en) Dc-dc converter control apparatus and dc-dc converter
US10840808B2 (en) Plug-and-play electronic capacitor for voltage regulator modules applications
EP3624323A1 (en) Controller for buck dc/dc converter with effective decoupling
JP2016046893A (en) Power supply circuit and control method therefor
Tian et al. Small-signal model analysis and design of constant-on-time V 2 control for low-ESR caps with external ramp compensation
CN104092359A (en) Control loop system used for multi-mode digital switch power source
Taeed et al. A novel high performance and robust digital peak current mode controller for DC-DC converters in CCM
JP2015012698A (en) Switching power supply device
CN110739845B (en) Switch converter for improving transient performance of variable-frequency current type control
RU2630962C1 (en) Control method for voltage converter
US10591552B2 (en) Parameter identification circuit, method and power supply system applying the same
US8410762B2 (en) DC-DC converter
US8547076B1 (en) Multiphase control systems and associated methods
KR20190074589A (en) Grid connected type inverter system and method for driving the same
JP2015046985A (en) Electric power conversion apparatus
US9673691B2 (en) Energy balance controller of electronic power converter and energy balance control method