RU2769718C1 - Method of controlling output voltage of dc-to-dc converters - Google Patents

Method of controlling output voltage of dc-to-dc converters Download PDF

Info

Publication number
RU2769718C1
RU2769718C1 RU2021117466A RU2021117466A RU2769718C1 RU 2769718 C1 RU2769718 C1 RU 2769718C1 RU 2021117466 A RU2021117466 A RU 2021117466A RU 2021117466 A RU2021117466 A RU 2021117466A RU 2769718 C1 RU2769718 C1 RU 2769718C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
voltage
converter
converters
wave
Prior art date
Application number
RU2021117466A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Алексеевич Костылев
Валентин Данилович Комаров
Павел Николаевич Герасимов
Анатолий Платонович Веселовский
Роман Викторович Абрамкин
Алексей Михайлович Винограденко
Лидия Ивановна Косарева
Сергей Николаевич Слепов
Виктор Викторович Бартош
Павел Александрович Будко
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственная фирма "СИГМА"
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-производственная фирма "СИГМА" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственная фирма "СИГМА"
Priority to RU2021117466A priority Critical patent/RU2769718C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769718C1 publication Critical patent/RU2769718C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/125—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M3/135—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: proposed invention relates to the field of converting equipment and can be used in pulse DC-DC converters. Purpose of the invention is to obtain a linear control characteristic of DC-DC converters in the entire range of output voltage control. Technical result of the disclosed method of controlling the output voltage of DC-to-DC converters is achieved by the fact that regulation is carried out by forming a sequence of power pulses of different duration, the average value of which varies according to a linear law. Linearity condition is satisfied by comparing reference isosceles triangular pulses of a given frequency with the positive half-wave of the sinusoidal control signal.EFFECT: ensuring linearity of the DC-DC converter control characteristic in the whole voltage control range, as well as expansion of the DC-DC converters application area.1 cl, 3 dwg

Description

Заявленные технические решения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области преобразовательной техники и могут быть использованы в импульсных DC-DC преобразователях.The claimed technical solutions are united by a single inventive concept, belong to the field of converting technology and can be used in pulsed DC-DC converters.

Известен способ регулирования выходного напряжения путем изменения временного интервала прерывателя преобразователя (Моик B.C., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., «Энергия», 1972, с. 245).A known method of regulating the output voltage by changing the time interval of the chopper converter (Moik B.C., Laptev N.N. Stabilized transistor converters. M., "Energy", 1972, p. 245).

Известен способ регулирования напряжения частотно-импульсным методом, в котором изменение уровня напряжения производится путем изменения скважности импульсов (Будко П.А., Веселовский А.П., Винограденко A.M., Косарева Л.И. «Регулирование напряжения в преобразователях высокочастотными импульсами с изменяющейся скважностью», Мехатроника, автоматизация, управление, том 19, №8, 2018, с. 516-522).A known method of voltage regulation by the frequency-pulse method, in which the voltage level is changed by changing the duty cycle of the pulses (Budko P.A., Veselovsky A.P., Vinogradenko A.M., Kosareva L.I. “Voltage regulation in converters by high-frequency pulses with varying duty cycles ”, Mechatronics, Automation, Control, Volume 19, No. 8, 2018, pp. 516-522).

Известен способ регулирования выходного напряжения, в котором регулирование осуществляется путем закорачивания накопительного дросселя на интервале разомкнутого состояния прерывателя (Б.А. Багинский, Патент СССР №1091283, МПК Н02М 3/135, Н02Р 13/16, опубл. 07.05.1984, бюл. №17).A known method for regulating the output voltage, in which the regulation is carried out by shorting the storage choke in the interval of the open state of the interrupter (B.A. Baginsky, USSR Patent No. 1091283, IPC N02M 3/135, N02R 13/16, publ. No. 17).

Известен способ преобразования и регулирования постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией, в котором преобразование заключается в сравнении опорного пилообразного сигнала с положительной и инвертированной отрицательной полуволнами задающего синусоидального сигнала (Чубуков К.А., Донской Н.В., Куклин И.В., Патент РФ №2356160, МПК Н02М 7/527, опубл. 20.05.2009, бюл. №14).A known method of converting and regulating a DC voltage with pulse-width modulation, in which the conversion consists in comparing the reference sawtooth signal with the positive and inverted negative half-waves of the driving sinusoidal signal (Chubukov K.A., Donskoy N.V., Kuklin I.V., Patent of the Russian Federation No. 2356160, IPC H02M 7/527, published on May 20, 2009, bull. No. 14).

Известен способ регулирования, в котором выходное напряжение регулируют за счет коммутации тока накопительного дросселя (Б.А. Багинский, Е.В. Ярославцев, Патент СССР №744869, МПК Н02М 3/135 Н02Р 13/16, опубл. 30.06.1980, бюл. №24).A control method is known in which the output voltage is regulated by switching the current of the storage inductor (B.A. Baginsky, E.V. Yaroslavtsev, USSR Patent No. 744869, IPC N02M 3/135 N02R 13/16, publ. No. 24).

Общим недостатком вышеуказанных способов является частичная линейность регулировочных характеристик выходного напряжения лишь на определенном отрезке регулирования и нелинейность во всем диапазоне регулирования от 0 до 1. Устранение выявленных недостатков позволит обеспечить более широкое применение устройств DC-DC такого вида в силовой электронике, электроприводе и других областях.A common disadvantage of the above methods is the partial linearity of the output voltage control characteristics only over a certain regulation interval and non-linearity over the entire regulation range from 0 to 1. Elimination of the identified shortcomings will allow for a wider use of DC-DC devices of this type in power electronics, electric drives and other areas.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу (прототипом), является однотактный обратноходовый преобразователь постоянного напряжения (Швецов Ю.К. Патент РФ №2297089, МПК Н02М 3/335, опубл. 10.04.2007, бюл. №10), в котором регулирование (стабилизация) выходного напряжения преобразователя осуществляется путем изменения временных интервалов управляющих импульсов силового электронного ключа. Изменение временных интервалов управляющих импульсов осуществляется формированием напряжения обратной связи.The closest in technical essence to the proposed method (prototype) is a single-cycle flyback DC voltage converter (Shvetsov Yu.K. Patent of the Russian Federation No. 2297089, IPC N02M 3/335, publ. (stabilization) of the output voltage of the converter is carried out by changing the time intervals of the control pulses of the power electronic switch. The change in the time intervals of the control pulses is carried out by the formation of a feedback voltage.

В зависимости от разности между опорным напряжением и напряжением обратной связи изменяются параметры формируемых на выходе схемы управления управляющих импульсов, вызывающие изменения времени замкнутого и разомкнутого состояний силового электронного ключа. Энергия, накапливаемая, на такте «прямого хода» преобразователя, поддерживает на заданном уровне выходное напряжение.Depending on the difference between the reference voltage and the feedback voltage, the parameters of the control pulses generated at the output of the control circuit change, causing changes in the time of the closed and open states of the power electronic switch. The energy accumulated during the “forward run” cycle of the converter maintains the output voltage at a given level.

Недостатком способа регулирования напряжения в прототипе является нелинейность регулировочной характеристики во всем диапазоне регулирования, что не всегда обеспечивает потребность использования преобразователей такого типа.The disadvantage of the voltage regulation method in the prototype is the non-linearity of the control characteristic over the entire control range, which does not always ensure the need for the use of converters of this type.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявляемого способа регулирования выходного напряжения преобразователей, является обеспечение линейной регулировочной характеристики DC-DC преобразователя во всем диапазоне регулирования, расширение области применения DC-DC преобразователей.The technical result achieved using the proposed method for regulating the output voltage of the converters is to provide a linear control characteristic of the DC-DC converter over the entire control range, expanding the scope of DC-DC converters.

В заявленном способе указанный технический результат достигается тем, что регулирование выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения осуществляется путем формирования последовательности силовых импульсов различной длительности, среднее значение которых изменяется по линейному закону.In the claimed method, the specified technical result is achieved by the fact that the regulation of the output voltage of the DC/DC converter is carried out by generating a sequence of power pulses of different duration, the average value of which varies linearly.

Выполнение условия линейности осуществляется путем сравнения значений опорных треугольных импульсов заданной частоты с положительной полуволной синусоидального сигнала управления. Для этого определяют среднее значение напряжения Ucp на выходе преобразователя, выявляют направление регулирования напряжения (повышение, либо понижение), устанавливают интервал, в котором его необходимо регулировать [0;G] либо [G;1] (значение точки G соответствует соотношению

Figure 00000001
на регулировочной характеристике), изменяют значение амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления в большую или меньшую сторону в зависимости от направления регулирования, сравнивают значения полуволны с опорными треугольными импульсами. Если напряжение Ucp необходимо регулировать в диапазоне [0;G], то длительность импульсов на выходе преобразователя определяют из условия UT(x) > Ucsin x, где Ucsin x - синусоидальное напряжение на полупериоде π, UT(x) - напряжение, соответствующее высоте треугольных импульсов. Если напряжение Ucp необходимо регулировать в диапазоне [G;1], то длительность импульсов на выходе преобразователя определяют из условия UT (х) < Uc sin х.The fulfillment of the linearity condition is carried out by comparing the values of the reference triangular pulses of a given frequency with the positive half-wave of the sinusoidal control signal. To do this, determine the average value of the voltage U cp at the output of the converter, identify the direction of voltage regulation (increase or decrease), set the interval in which it must be adjusted [0; G] or [G; 1] (the value of the G point corresponds to the relationship
Figure 00000001
on the control characteristic), change the value of the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal up or down depending on the direction of regulation, compare the values of the half-wave with the reference triangular pulses. If the voltage U cp must be adjusted in the range [0; G], then the duration of the pulses at the output of the converter is determined from the condition U T (x) > U c sin x, where U c sin x is the sinusoidal voltage on the half-cycle π, U T (x ) is the voltage corresponding to the height of the triangular pulses. If the voltage U cp must be adjusted in the range [G; 1], then the duration of the pulses at the output of the converter is determined from the condition U T (x) < U c sin x.

В результате сравнения значения полуволны с опорными треугольными импульсами на полупериоде синусоидального сигнала управления формируют набор силовых импульсов равной амплитуды, но с различной длительностью, среднее значение которых Ucp изменяется по линейному закону

Figure 00000002
где Ui - среднее значение напряжения на i-м участке, m - число треугольных импульсов на участке π, b - коэффициент пропорциональности, U - напряжение на входе преобразователя.As a result of comparing the half-wave values with the reference triangular pulses on the half-cycle of the sinusoidal control signal, a set of power pulses of equal amplitude, but with different durations, is formed, the average value of which U cp varies linearly
Figure 00000002
where U i is the average value of the voltage in the i-th section, m is the number of triangular pulses in the section π, b is the proportionality factor, U is the voltage at the input of the converter.

При необходимости регулирования только в диапазоне от 0 до 0,64 U0 длительность импульсов на выходе преобразователя определяется интервалами, на которых амплитуда опорных треугольных импульсов больше амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления без учета изменения алгоритма решения задачи в точке G.If it is necessary to regulate only in the range from 0 to 0.64 U 0 , the duration of the pulses at the output of the converter is determined by the intervals at which the amplitude of the reference triangular pulses is greater than the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal without taking into account the change in the algorithm for solving the problem at point G.

При необходимости регулирования только в диапазоне от 1 до 0,36 U0 длительность импульсов на выходе преобразователя определяется интервалами, на которых амплитуда опорных треугольных импульсов меньше амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления без учета изменения алгоритма решения задачи в точке G.If it is necessary to regulate only in the range from 1 to 0.36 U 0 , the duration of the pulses at the output of the converter is determined by the intervals at which the amplitude of the reference triangular pulses is less than the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal without taking into account the change in the algorithm for solving the problem at point G.

От частоты следования треугольных импульсов зависит точность регулирования выходного напряжения преобразователя.The accuracy of regulation of the output voltage of the converter depends on the repetition rate of triangular pulses.

Изменение амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления определяет величину длительности силовых импульсов на выходе преобразователя напряжения. Для линейного регулирования во всем диапазоне (от 0 до 1) высота треугольных импульсов не должна превышать максимального возможного значения амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления. Принципиально превышение высоты треугольных импульсов максимально возможного значения амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления возможно, однако, это снижает диапазон регулирования.The change in the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal determines the duration of the power pulses at the output of the voltage converter. For linear control over the entire range (from 0 to 1), the height of the triangular pulses must not exceed the maximum possible value of the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal. In principle, it is possible to exceed the height of the triangular pulses of the maximum possible value of the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal, however, this reduces the control range.

Благодаря новой совокупности существенных признаков способа регулирования выходного напряжения преобразователей постоянного напряжения в постоянное и введенной последовательности действий, основанной на сравнении значений опорных треугольных импульсов заданной частоты с положительной полуволной синусоидального сигнала управления, результатом которой является формирование силовых прямоугольных импульсов различной длительности на выходе преобразователя, среднее значение которых изменяется по линейному закону, за счет чего обеспечивается линейная регулировочная характеристика DC-DC преобразователя во всем диапазоне регулирования, расширение области применения DC-DC преобразователей.Thanks to a new set of essential features of the method for regulating the output voltage of DC/DC converters and the introduced sequence of actions based on comparing the values of reference triangular pulses of a given frequency with a positive half-wave of a sinusoidal control signal, which results in the formation of power rectangular pulses of various durations at the output of the converter, the average value which varies linearly, due to which a linear control characteristic of the DC-DC converter is ensured over the entire control range, expanding the scope of DC-DC converters.

Сущность предлагаемого способа регулирования выходного напряжения преобразователей постоянного напряжения в постоянное состоит в том, что регулирование осуществляется путем формирования последовательности силовых импульсов различной длительности, среднее значение которых изменяется по линейному закону. Выполнение условия линейности осуществляется путем сравнения опорных равнобедренных треугольных импульсов заданной частоты с положительной полуволной синусоидального сигнала управления.The essence of the proposed method for regulating the output voltage of DC-to-DC converters is that the regulation is carried out by forming a sequence of power pulses of various durations, the average value of which varies linearly. The fulfillment of the linearity condition is carried out by comparing the reference isosceles triangular pulses of a given frequency with a positive half-wave of a sinusoidal control signal.

Заявленный способ регулирования выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в постоянное поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed method of regulating the output voltage of the DC-to-DC converter is illustrated by drawings, which show:

На фиг.1а - временные диаграммы сигнала треугольной формы и положительной полуволны синусоидального сигнала управления.On figa - timing diagrams of the triangular signal and the positive half-wave of the sinusoidal control signal.

На фиг.1б - прямоугольные силовые импульсы напряжения, удовлетворяющие условию UT(x) < Uc sin x.On figb - rectangular power voltage pulses that satisfy the condition U T (x) < U c sin x.

На фиг.1в - прямоугольные силовые импульсы напряжения, удовлетворяющие условию UT(x) > Uc sin x.On figv - rectangular power voltage pulses that satisfy the condition U T (x) > U c sin x.

На фиг.2 - линейная регулировочная характеристика преобразователя напряжения, полученная в результате применения предлагаемого способа регулирования, где точка G соответствует соотношению

Figure 00000003
и является точкой пересечения регулировочных прямых в соответствующих диапазонах (UT(x) > Uc sin x для диапазона регулирования от 0 до
Figure 00000004
UT(x) < Uc sin x диапазона регулирования от 1 до
Figure 00000005
Figure 2 - linear adjustment characteristic of the voltage converter, obtained as a result of applying the proposed method of regulation, where point G corresponds to the ratio
Figure 00000003
and is the point of intersection of the control lines in the respective ranges (U T (x) > U c sin x for the control range from 0 to
Figure 00000004
U T (x) < U c sin x control range from 1 to
Figure 00000005

На фиг.3 - блок-схема, реализующая способ регулирования выходного напряжения преобразователей постоянного напряжения в постоянное.Figure 3 is a block diagram that implements a method for regulating the output voltage of DC-to-DC converters.

Временные диаграммы, поясняющие предложенный способ представлены на фиг.1, в них приняты следующие обозначения:Timing diagrams explaining the proposed method are shown in figure 1, they adopted the following designations:

Figure 00000006
sinx - синусоидальное напряжение на полупериоде π;
Figure 00000006
sinx - sinusoidal voltage on the half-cycle π;

Figure 00000007
- напряжение, соответствующее высоте треугольных импульсов;
Figure 00000007
- voltage corresponding to the height of the triangular pulses;

Figure 00000008
- число треугольных импульсов на участкеπ;
Figure 00000008
- the number of triangular pulses in the section π;

Figure 00000009
- нечетные прямые (левые стороны равнобедренных треугольных импульсов);
Figure 00000009
- odd straight lines (left sides of isosceles triangular impulses);

Figure 00000010
- четные прямые (правые стороны равнобедренных треугольных импульсов);
Figure 00000010
- even straight lines (right sides of isosceles triangular impulses);

Figure 00000011
- координаты оснований треугольных импульсов на оси х;
Figure 00000011
- coordinates of the bases of triangular impulses on the x-axis;

Figure 00000012
- координаты вершин треугольных импульсов на оси х;
Figure 00000012
- coordinates of the vertices of triangular impulses on the x-axis;

Figure 00000013
- координаты пересечений сторон треугольников с синусоидальной кривой на оси х;
Figure 00000013
- coordinates of intersections of the sides of triangles with a sinusoidal curve on the x-axis;

Figure 00000014
- напряжения синусоидальной кривой, соответствующие координатам х1, х2, …xn;
Figure 00000014
- voltage sinusoidal curve corresponding to the coordinates x 1 , x 2 , ... x n ;

k - порядковый номер координаты xk от х0 до x2m.k - serial number of coordinate x k from x 0 to x 2m .

Реализация заявленного способа регулирования напряжения объясняется алгоритмом, представленным на фиг.3.The implementation of the claimed method of voltage regulation is explained by the algorithm presented in Fig.3.

На шаге 1 определяется значение напряжения на нагрузке (выходе преобразователя).Step 1 determines the voltage value at the load (converter output).

На шаге 2 принимается решение о необходимости регулирования.At step 2, a decision is made on the need for regulation.

На шаге 3 принимается решение о направлении регулирования напряжения на нагрузке (увеличение либо уменьшение), а также интервале регулирования.At step 3, a decision is made on the direction of voltage regulation on the load (increase or decrease), as well as the regulation interval.

На шаге 4 происходит формирование импульсов при условии UT(x) > Uc sin x.At step 4, pulses are formed under the condition U T (x) > U c sin x.

На шаге 5 происходит формирование импульсов при условии UT(x) < Uc sin x.At step 5, pulses are formed under the condition U T (x) < U c sin x.

Специфика реализации способа регулирования выходного напряжения преобразователей постоянного напряжения в постоянное такова, что с целью получения линейной регулировочной характеристики преобразователя реализуется следующая последовательность действий: определяют среднее значение напряжения на выходе преобразователя, задают направление регулирования напряжения (повышение, либо понижение), выявляют интервал, в котором его необходимо регулировать: [0;G] либо [G;1] (значение точки G соответствует соотношению среднего значения напряжения на выходе преобразователя ко входному значению, равным

Figure 00000015
на регулировочной характеристике), изменяют значение амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления в большую или меньшую сторону в зависимости от направления регулирования, сравнивают значения полуволны с опорными треугольными импульсами. Если напряжение необходимо регулировать в диапазоне [0;G], то длительность импульсов на выходе преобразователя определяется интервалами, на которых амплитуда опорных треугольных импульсов больше амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления. Если напряжение необходимо регулировать в диапазоне [G;1], то длительность импульсов на выходе преобразователя определяется интервалами, на которых амплитуда опорных треугольных импульсов меньше амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления. В результате сравнения значения полуволны с опорными треугольными импульсами на полупериоде синусоидального сигнала управления формируют набор силовых импульсов равной амплитуды, но с различной длительностью среднее значение которых изменяется по линейному закону.The specifics of the implementation of the method for regulating the output voltage of DC-to-DC converters is such that in order to obtain a linear control characteristic of the converter, the following sequence of actions is implemented: the average value of the voltage at the output of the converter is determined, the direction of voltage regulation is set (increase or decrease), the interval in which it must be adjusted: [0;G] or [G;1] (the value of the G point corresponds to the ratio of the average value of the voltage at the output of the converter to the input value, equal to
Figure 00000015
on the control characteristic), change the value of the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal up or down depending on the direction of regulation, compare the values of the half-wave with the reference triangular pulses. If the voltage needs to be regulated in the range [0;G], then the duration of the pulses at the output of the converter is determined by the intervals at which the amplitude of the reference triangular pulses is greater than the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal. If the voltage needs to be regulated in the range [G;1], then the duration of the pulses at the output of the converter is determined by the intervals at which the amplitude of the reference triangular pulses is less than the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal. As a result of comparing the half-wave values with the reference triangular pulses on the half-cycle of the sinusoidal control signal, a set of power pulses of equal amplitude is formed, but with different durations, the average value of which changes linearly.

С целью доказательства линейности регулировочной характеристики необходимо выполнить совместное решение уравнение линейной и синусоидальной функции. Для этого применяется прием, при котором последовательность треугольных импульсов рассматривается как набор линейных функций, пересекаемых синусоидальной функцией.In order to prove the linearity of the control characteristic, it is necessary to jointly solve the equation of a linear and sinusoidal function. For this, a technique is used in which a sequence of triangular pulses is considered as a set of linear functions intersected by a sinusoidal function.

Нечетные прямые

Figure 00000016
треугольных импульсов пересекают синусоидальную кривую напряжения Ucsin x в точках
Figure 00000017
с координатами на оси х, соответствующим xk=1,3,…,2 m-1odd lines
Figure 00000016
triangular pulses cross the sinusoidal voltage curve U c sin x at points
Figure 00000017
with coordinates on the x-axis corresponding to x k =1,3,…,2 m-1

Figure 00000018
Figure 00000018

Четные прямые

Figure 00000019
треугольных импульсов пересекают синусоидальную кривую напряжения Ucsin x в точках
Figure 00000020
с координатами на оси х, соответствующим
Figure 00000021
Even lines
Figure 00000019
triangular pulses cross the sinusoidal voltage curve U c sin x at points
Figure 00000020
with coordinates on the x-axis corresponding to
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Учитывая, что уравнение прямой, проходящей через 2 точки с координатами (х1;у1) и (х2;у2) имеет вид (2)Considering that the equation of a straight line passing through 2 points with coordinates (x 1 ; y 1 ) and (x 2 ; y 2 ) has the form (2)

Figure 00000023
Figure 00000023

Для нечетных сторон треугольника уравнения (3) после подстановки координат х1,х2 и y1,y2 примет вид (4):For the odd sides of the triangle, equation (3) after substituting the coordinates x 1 , x 2 and y 1 , y 2 will take the form (4):

Figure 00000024
Figure 00000024

где

Figure 00000025
, а для четных сторон прямоугольников вид (5):where
Figure 00000025
, and for the even sides of the rectangles the form (5):

Figure 00000026
Figure 00000026

Для четных и нечетных прямых (сторон треугольных импульсов) уравнения (3) и (4) запишутся в общем виде (6):For even and odd straight lines (sides of triangular impulses), equations (3) and (4) can be written in the general form (6):

Figure 00000027
Figure 00000027

где

Figure 00000028
Figure 00000029
where
Figure 00000028
Figure 00000029

Точки пересечения синусоидальной кривой с прямыми (6) аналитически не получить, поэтому точкой пересечения синусоидальной кривой

Figure 00000030
и прямой
Figure 00000031
будем считать точку
Figure 00000032
The points of intersection of the sinusoidal curve with the straight lines (6) cannot be analytically obtained, therefore, the point of intersection of the sinusoidal curve
Figure 00000030
and direct
Figure 00000031
we will count the point
Figure 00000032

Ординату этой точки положим равной среднему значению функции

Figure 00000033
в точках, ограничивающих область задания прямой
Figure 00000034
.We set the ordinate of this point equal to the mean value of the function
Figure 00000033
at the points bounding the area of the assignment of a straight line
Figure 00000034
.

Figure 00000035
Figure 00000035

Координаты точки Mk удовлетворяют уравнению прямой

Figure 00000036
.The coordinates of the point M k satisfy the equation of the straight line
Figure 00000036
.

Figure 00000037
Figure 00000037

Подставляя из (7) выражение для

Figure 00000038
получаем для
Figure 00000039
следующее выражение:Substituting from (7) the expression for
Figure 00000038
we get for
Figure 00000039
the following expression:

Figure 00000040
Figure 00000040

На фиг.1б представлены прямоугольные импульсы, удовлетворяющие условию: UT(x) < Uc sin x, при этом:On figb presents rectangular pulses that satisfy the condition: U T (x) < U c sin x, while:

Figure 00000041
Figure 00000041

При m >> 1:

Figure 00000042
так как
Figure 00000043
For m >> 1:
Figure 00000042
as
Figure 00000043

Получаем следующее значение среднего напряжения U- cp на нагрузке:We get the following value of the average voltage U - cp on the load:

Figure 00000044
Figure 00000044

На фиг.1 в представлены прямоугольные импульсы, удовлетворяющие условию: UT(х) > Ucsin x,Figure 1 shows rectangular pulses that satisfy the condition: U T (x) > U c sin x,

Figure 00000045
Figure 00000045

Получаем следующее значение среднего напряжения

Figure 00000046
на нагрузке:We get the following value of the average voltage
Figure 00000046
on load:

Figure 00000047
Figure 00000047

В результате, регулировочная характеристика выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в постоянное будет иметь линейный характер во всем диапазоне регулирования (от 0 до 1) и соответствовать уравнениям (10) и (11) в виде, представленном на фиг.2.As a result, the regulation characteristic of the output voltage of the DC/DC converter will be linear in the entire regulation range (from 0 to 1) and correspond to equations (10) and (11) in the form shown in Fig.2.

Таким образом, заявляемый способ регулирования выходного напряжения преобразователей постоянного напряжения в постоянное обладает существенным положительным эффектом, позволяющим осуществлять линейное регулирование выходного напряжения DC-DC преобразователей линейно во всем диапазоне от 0 до 1.Thus, the claimed method of regulating the output voltage of DC-to-DC converters has a significant positive effect, allowing linear regulation of the output voltage of DC-DC converters linearly over the entire range from 0 to 1.

ЛитератураLiterature

1. Веселовский А.П., Будко П.А., Бурьянов О.Н., Винограденко A.M. Особенности систем управления вентильных преобразователей // Проблемы технического обеспечения войск в современных условиях: тезисы докладов II межвузовской НПК (Санкт-Петербург, Военная академия связи, 2017 г.). Санкт-Петербург.2017. С. 150-154.1. Veselovsky A.P., Budko P.A., Buryanov O.N., Vinogradenko A.M. Features of control systems of valve converters // Problems of technical support of troops in modern conditions: abstracts of reports of the II interuniversity research and development complex (St. Petersburg, Military Academy of Communications, 2017). St. Petersburg. 2017. pp. 150-154.

2. Веселовский А.П., Будко П.А., Винограденко A.M., Косарева Л.И. Регулирование напряжения в преобразователях высокочастотными импульсами с изменяющейся скважностью // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. №8 (19). С. 516-522.2. Veselovsky A.P., Budko P.A., Vinogradenko A.M., Kosareva L.I. Voltage regulation in converters by high-frequency pulses with varying duty cycle // Mechatronika, avtomatizatsiya, upravlenie. 2018. No. 8 (19). pp. 516-522.

3. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. - М.: ACADEMA, 2006. - 265 с: ил.3. Sokolovsky G.G. Electric drives of alternating current with frequency regulation. - M.: ACADEMA, 2006. - 265 p.: ill.

Claims (1)

Способ регулирования выходного напряжения преобразователей постоянного напряжения в постоянное, заключающийся в формировании среднего значения постоянного напряжения преобразователя набором импульсов, отличающийся тем, что с целью получения линейной регулировочной характеристики преобразователя реализуется следующая последовательность действий: определяют среднее значение напряжения на выходе преобразователя, задают направление регулирования напряжения (повышение, либо понижение); выявляют интервал, в котором его необходимо регулировать: [0;G) либо [G;1], значение точки G соответствует соотношению среднего значения напряжения на выходе преобразователя ко входному значению, равному
Figure 00000048
на регулировочной характеристике; изменяют значение амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления в большую или меньшую сторону в зависимости от направления регулирования; сравнивают значения полуволны с опорными треугольными импульсами, при этом напряжение регулируют в диапазоне [0;G), а длительность импульсов на выходе преобразователя определяют интервалами, на которых амплитуда опорных треугольных импульсов больше амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления, а при регулировании напряжения в диапазоне [G;1] длительность импульсов на выходе преобразователя определяют интервалами, на которых амплитуда опорных треугольных импульсов меньше амплитуды положительной полуволны синусоидального сигнала управления и сравнивают значения полуволны с опорными треугольными импульсами на полупериоде синусоидального сигнала управления; формируют набор силовых импульсов равной амплитуды, но с различной длительностью, среднее значение которых изменяют по линейному закону.A method for regulating the output voltage of dc-to-dc converters, which consists in forming the average value of the dc voltage of the converter by a set of pulses, characterized in that in order to obtain a linear adjustment characteristic of the converter, the following sequence of actions is implemented: the average value of the voltage at the output of the converter is determined, the direction of voltage regulation is set ( increase or decrease). identify the interval in which it must be adjusted: [0;G) or [G;1], the value of point G corresponds to the ratio of the average value of the voltage at the output of the converter to the input value equal to
Figure 00000048
on the control characteristic; changing the value of the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal up or down depending on the direction of regulation; the values of the half-wave are compared with the reference triangular pulses, while the voltage is regulated in the range [0; G), and the duration of the pulses at the output of the converter is determined by the intervals at which the amplitude of the reference triangular pulses is greater than the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal, and when the voltage is regulated in the range [ G;1] the duration of the pulses at the output of the converter is determined by the intervals at which the amplitude of the reference triangular pulses is less than the amplitude of the positive half-wave of the sinusoidal control signal and the values of the half-wave are compared with the reference triangular pulses in the half-cycle of the sinusoidal control signal; form a set of power pulses of equal amplitude, but with different duration, the average value of which is changed according to a linear law.
RU2021117466A 2021-06-15 2021-06-15 Method of controlling output voltage of dc-to-dc converters RU2769718C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117466A RU2769718C1 (en) 2021-06-15 2021-06-15 Method of controlling output voltage of dc-to-dc converters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117466A RU2769718C1 (en) 2021-06-15 2021-06-15 Method of controlling output voltage of dc-to-dc converters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769718C1 true RU2769718C1 (en) 2022-04-05

Family

ID=81076247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021117466A RU2769718C1 (en) 2021-06-15 2021-06-15 Method of controlling output voltage of dc-to-dc converters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769718C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1091283A2 (en) * 1983-01-17 1984-05-07 Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.С.М.Кирова Method of adjusting output voltage of d.c. voltage-to-d.c. voltage converter
SU1319207A1 (en) * 1984-12-05 1987-06-23 Новосибирский электротехнический институт Control device for voltage inverter
EP0508664B1 (en) * 1991-04-10 1998-07-22 Lambda Electronics, Inc. DC to DC converter
RU2297089C2 (en) * 2005-06-06 2007-04-10 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" Single-ended reversible dc voltage converter
RU2356160C1 (en) * 2008-01-09 2009-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" Method for converting constant voltage into quasi-sinusoidal voltage with pulse-width modulation (versions)
US9653995B2 (en) * 2012-10-24 2017-05-16 Robert Bosch Gmbh Control device and method for regulating a multiphase DC-DC converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1091283A2 (en) * 1983-01-17 1984-05-07 Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.С.М.Кирова Method of adjusting output voltage of d.c. voltage-to-d.c. voltage converter
SU1319207A1 (en) * 1984-12-05 1987-06-23 Новосибирский электротехнический институт Control device for voltage inverter
EP0508664B1 (en) * 1991-04-10 1998-07-22 Lambda Electronics, Inc. DC to DC converter
RU2297089C2 (en) * 2005-06-06 2007-04-10 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" Single-ended reversible dc voltage converter
RU2356160C1 (en) * 2008-01-09 2009-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" Method for converting constant voltage into quasi-sinusoidal voltage with pulse-width modulation (versions)
US9653995B2 (en) * 2012-10-24 2017-05-16 Robert Bosch Gmbh Control device and method for regulating a multiphase DC-DC converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9294001B2 (en) Power converter with dead-time control function
US9035633B1 (en) Switching power converter control
US11228249B2 (en) Power converter circuit with a main converter and an auxiliary converter
JP2511491B2 (en) Inverter device and control circuit
US11368109B2 (en) Power conversion system with PWM carrier transition smoothing and autotuning
US10541626B1 (en) Power conversion system with PWM carrier emulation
JP6895502B2 (en) Dimming circuit and dimming control method
CN209120151U (en) Pulse width modulation circuit and electronic equipment
KR20140030215A (en) Direct drive waveform generator
US7764519B2 (en) Control circuit and method for controlling switching power supply
CN103312198B (en) ON time for switching power converter compensates
US8675375B2 (en) System and method for input voltage transient response control
EP3780370B1 (en) Control device for a switching voltage regulator and control method
RU2769718C1 (en) Method of controlling output voltage of dc-to-dc converters
CN103490608A (en) Electromagnetic interference emission suppressor
RU2674010C2 (en) Device for producing direct current flowing in power supply circuit of load
US20220038002A1 (en) Switching converter and control circuit thereof
CN103490609B (en) Inhibit the method for electromagnetic interference emission
RU2510862C1 (en) Stabilised quasiresonent converter
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
Khaligh et al. Power alignment, new digital control approach for a DC-DC flyback converter with constant power loads
CN103906318B (en) A kind of circuit reducing inductance core loss and method
RU2759688C1 (en) Method for control of pulse voltage converter
CN112019079B (en) Three-level pulse width modulation method and related equipment
RU2827585C1 (en) Magnetically coupled power factor corrector with passive valve element and optimized constant output voltage stabilization unit