Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения

62656 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 4 Н 02 М 370ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТ 24-0Бюл. Яф 37ский институт иого транспортанов27(088.8) в омпенса оимпу ого н ат, 1 61. ПРАВЛЕНИЯ ИМПУ ЛЕМ ПОСТОЯННОГльсные ста апряжения.982 ф с. 17 илизМ.,СНЬ 1 МНАПРЯ(57) Изобреразовательниспользованзователями преббт быть преобрание относитс техник м для уп авлен тоянн о напряжения,яется улучшенипряжения. В на елью иэобре ачества вих тения явлодного н ил М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТКРЫТИИ(21) 3832436 (22) 29. 12.8 (46) 07. 10.8 (71) Куйбыве желез иод ор ож (72) В,В.Саз (53) 621.316 (56) Сазонов раметрически торы постоян ЭнергоатомизТам же, с (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАТ чале каждого периода модуляции сгенератора 13 поступает импульс,переводящий сравнивающий элемент 7в состояние, соответствующее отпиранию ключа 1. Вычислительный узел 9определяет значение интеграла от выходного напряжения за текущий периодмодуляции. Датчик 16 измеряет среднее значение падения напряжения надросселе 3 Фильтра, а формирователь12 формирует Функцию, характеризующую интенсивность воздействия возмущения на стабилизатор, Выходное напряжение блока 10 умножения суммируется с напряжением интегратора 6и полученная сумма подается на входсравнивающего элемента 7. Когда напряжение на его .выходе достигаетзначения напряжения управления ключ1 запирается. Далее цикл повторяет 1262656Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразонательной технике, и может быть использовано при построении импульсных преобразователей постоянного напряжения 5в постоянное и постоянного напряже"ния в переменное. Такие преобразователи широко применяют в автоматике,электроприводе, в радиоэлектронике,и других областях техники.1 ОЦелью изобретения является улучшение качества выходного напряженияпреобразователей при действии входных возмущений за счет организацииуправления, компенсирующего влияниеэтих возмущений.Сущность предлагаемого изобретениярассмотрим на примере управления импульсным стабилизатором постоянного напря 20жения с последовательным ключом.На фиг. 1 приведена функциональная схема стабилизатора напряжения;на .фиг. 2 - временные диаграммы,поясняющие работу стабилизатора;на фиг, 3 - пример реализации вычислительного узла.Силовая часть стабилизатора включает в себя ключ 1, замыкающий диод2, сглаживающий фильтр, состоящий30из дросселя 3 и конденсатора 4,и нагрузку 5Устройство управления содержитинтегратор 6, сравнивающий элемент 7,сумматор 8, вычислительный узел 9,блок 10 умножения, сумматор 11, форми рователь 12, генератор 13 тактовыхимпульсов, датчик 14 тока дросселя,датчик 15 напряжения на выходе и датчик 16 падения напряжения на импульсном преобразователе (дросселе), Вход 40интегратора 6 подключен к входуфильтра. Входы вычислительного узла9 подключены к выходам датчиков 14и 15.К прямым входам сумматора 11 45подключены выходы вычислительногоузла 9 и датчика 16, к его инверсному входу подключен выход интегратора6. Вход формирователя 12 подключенк входу стабилизатора, а его выход - 50к входу блока 10, к.другому входукоторого подключен выход сумматора11. Выходы блока 10 и интегратора6 подключены к входам сумматора 8.Выход сумматора 11 подключен к одному иэ входов сравнивающего элемента7, к другому входу которого подключен выход генератора 13. Выход гене(4) 0 - напряжение нанходе фильтра; - (п)Т - время, отсчитываемое от нагде чала и-го периода.Вычислительный узел 9 определяет значение интеграла от выходного напряжения за текущий период моду- ляции лТ 1, (и):дБ(Е) с 1 С.(5) Закон изменения Пн(с) н течение периода зависит как от закона изменения напряжения 1), так и от длительности интервала открытого состояния ключа 1 ь . При произвольном характере изменения Б вычислить значение интеграла 1(и) до того, как сформирован интервал ь, невозможно. Это усугубляется еще и тем, что сам интервал Т зависит от Би,Однако нетрудно вычислить значение 1 в любой момент времени, если предположить, что в этот момент ключ 1 запирается, После запирания ключа 1 процессы и непрерывной части стабилизатора определяются только параметрами непрерывной части и значениями токов и напряжений в момент запирания ключа 1.В частности, если нагрузка стабилизатора активная и постоянная, а характеристическое уравнение, соответствующее непрерынной части, имератора 13 подключен также к установочному входу интегратора 6. Выход сравнивающего элемента 7 подключен к управляющему входу ключа 1.Стабилизатор работает следующим образом.В начале каждого и-го периода модуляции с генератора 13 поступает импульс, переводящий сравнивающий элемент 7 н состояние, соответствующее отпиранию ключа 1. Ключ 1 подключает напряжение питания Бд к фильтру с нагрузкой и к входу интегратора 6, На выходе интегратора, предварительно приведенного в исходное состояние с нулевым выходным напряжением (например, импульсом с генератора 13), начинает формиронаться напряжение(10)55Ири скачке входного напряжения0 на выходе такой схемы появляетсяприращение У, которое затем по экс 5 12626Общий интеграл 1 (и) определяется как сумма1, п) и 1 (и) .Схема вычислительного узла 9,реализующая выражения (8) и (9), 5содержит интеграторы 17-21, делители 22-31 напряжения, сумматоры 3234 и блоки 35 и 36 умножения (фиг. 3).При последовательном интегрировании постоянного напряжения получаем напряжения:11),(с) = Ас) У = А сЗдесь А, , .А - коэффициенты,у15зависящие от значения У, и от постоянных .интегрирования интеграторов.Выбором коэффициентов передачи де -лителей 22-31 напряжения К -К и К - К( 5 5производится согласование коэффициентов М,-И,; М,-.1, с напряжениемУо и коэффициентами А -А . Принеобходимости вводятся инверторы.В исходное состояние интеграторы25приводятся импульсом с генератора 13.Датчик 16 измеряетф среднее значение падения напряжения на дросселе 3 фильтра( Н (и) 1 (и) г Т,Зокоторое пропорционально среднемузначению тока дросселя 3. Если нагрузка стабилизатора постоянна,то можно положить (ц, (п) = сопзси заменить датчик 16 источником напряжения л ЦФормирователь 12 формирует функцию Р(У)-, характеризующую интенсивность воздействия возмущения на стабилизатор. Чем больше величина возМущения и чем больше скорость егоизменения, тем больше изменение П, .Поэтому функция Р) ) может бытьсуммой двух составляющих, одна из.которых порпорциональна величиневозмущения, а вторая - первой производной от возмущения, Можно ввестии вторую производную. Функция Р(0)должна быть затухающей и ограниченной по модулю. В простейшем случаеформирователь может быть построенна базе схемы, реализующей передаточную функцию поненте убывает до нуля. Чтобы функция Р(П) была положительной при любом знаке изменения У, сигнал с выхода указанной схемы и его инверсию следует подать на диодный элемент ИЛИ 2. Ограничить величину РЙ) можно стабилитронами.Сумматор 11 определяет разность между суммарным значением 1,п ьУ и значением 1ц,(с) = 1, И) + П, - 1, (с), (11)Блок 10 в аналоговом виде перемножает напряжения на выходах формирователя 12 и сумматора 11,Ц (г.) = П, Р(У), (12)Выходное напряжение блока 10 суммируется с выходным напряжением интегратора б в сумматоре 8 и полученная суммаи,(с) = 1,(с) + и(с)подается на вход сравнивающего элемента 7. Когда напряжениедостигает значения напряжения управления Н,(, сравнивающий элемент 7 срабатывает и запирает ключ 1, Формирование импульса напряжения Цдлительностью ( закончено. Далеецикл повторяется,В квазистационарном режиме, когда напряжение П не изменяется ипереходные процессы относительно1медленных среднеинтервальных составляющих сигналов закончены, имеем равенство0 Ь) =- Ц (и) -П, = -1,(п), (13)1оТгде У(п) = -П(с)дг.,1(л.Т((и) = -ц,(с)йс,1 П 2 аП = 1 г Т На выходе формирователя 12 Р(У,г) О, поэтому ,(с) = 0 и П (с),т ном режиме обеспечивается независимость выходного напряжения стабилизатора от входного. Схема работает, как при известном способе управления, по интегралу от напряжения питания. 5При изменении У функция Р(У ) возрастает. Положим, что 11 возрастает скачком в начале и-го периода и Р(У ) достигнет единицы. Тогда на выходе, блока 10 имеем1 Оц(с) = и, (с) = 1,(с) + ь и1, (с)а на выходе сумматора 8 У(с)г( ) 11 гПри с = (и)Т +1, когда Б (с) 15У уф получаем Уу 1 г (с) + ь 11 откуда 1 (с) = У - ь 11г гПри этом среднее значение выходного напряжения1(и) = -1 г (п)н Т г ТФ 56 8кает переходной процесс при скачке БПредлагаемый способ управления может применяться как в импульсных преобразователях постоянного напряжения в постоянное, как рассмотрено вышее, так и в преобразователях постоянного напряжения в переменное, в частности кваэисинусоидальное, если П изменяется по ступенчатосинусоидальному закону. Во всех случаях способ позволяет значительно повысить стабильность и качество выходного напряжения при действии входных возмущений без применения дополнительных энергоемких входных и выходных фильтров. Это в свою очередь приводит к снижению массы и габаритов преобразователя в целом. Формула изобретеният.е. такое же, как в квазистационарном режиме, Таким образом, придействии входных возмущений среднее .значение выходного напряжения стабилизатора не изменилось.Поскольку при Р(Б ) = 1 регулирование в системе ведется по значению выходного напряжения, то приопределенных параметрах непрерывнойчасти она может стать неустойчивой.Однако за счет затухания Р(У) обеспечивается затухание переходных процессов в системе, т.е, она сохраняет устойчивость. Конкретный уровеньограничения и вид функции Р(11)зависят от характеристик непрерывнойчасти,Таким образом, в квазистационарном режиме в системе работает каналрегулирования по напряжению на входеФильтра, что обеспечивает высокуюточность компенсации возмущений ивысокую устойчивость. В переходныхрежимах дополнительно подключаетсяканал регулирования по выходномунапряжению стабилизатора, что существенно повышает динамические характеристики стабилизатора,Для сравнения на фиг, 2 пунктиром показаны импульсы напряжения У для случая, когда реализуется закон управления (1), т.е. 1,(с ) = 11, Эти импульсы поширине заметно отличаются от импульсов, обеспечивающих Б (и) = сопзс, в результате чего на выходе стабилизатора возни 25 30 35 40 45 50 55 Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения, включающим силовые ключи импульсной части, заключающийся в том, что .при постоянной частоте модуляции в начале каждого периода модуляции производят включение силовых ключей импульсной части, в каядом периоде модуляции формируют сигнал, пропорциональный текущему значению интеграла от входного напряжения преобразователя, формируют регулирующий сигнал, сравнивают его с управляющим сигналом и при равенстве этих сигналов производят выключение силовых ключей импульсной части преобразователя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения при действии входных возмущений, дополнительно формируют сигнал, пропорциональный текущему значению интеграла от выходного напряжения преобразователя эа текущий период модуляции, этот сигнал суммируют с сигналом, пропорциональным среднему значению падения напряжения на импульсном преобразователе постоянного напряжения, из полученного суммарного сигнала вычитают сигнал, порпорциональный текущему значению интеграла от входного напряжения преобразователя, полученный разностный сигнал умножают на положительный сигнал, равный сумме составляющих, пропорциональных значениям1262 б 56 Составитель С.Лузановедактор В.Иванова Техред В, Кадар Корректор А,Зимокосо Зак писнССР оиэводственно-полиграфическое предприятие, г,уж л. Проектная, 4 входного возмущения и производнойот него, ограниченный по модулюи эатухающий во времени, и полученньй в результате умножения сиг 442/55 Тираж 63 1 ВНИИПИ Государственног по делам изобретен 113035, Москва, Ж, нал суммируют с сигналом, пропорциональным текущему значению интеграла от входного напряжения, получая при этом регулирующий сигнал,комитета Сй и открытийаушская наб.,