Способ управления импульсным стабилизатором

СОЮЗ СОВЕТСНИХщ,веюаиситРЕСПУБЛИН ИЮ (111 А 1 1 66 3 МЧЮЗВч1 ВЫНЬ- О.ь 1 ЫЕ,уБГ,1Г .р ЕНИЯ грузки 1 спосрианка.С осселякон тс ульсноуправ - ный спо- еменком лей 12,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01 НРЬЗТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР А ВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбьппевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) В. В, Сазонов(53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Ф 1120304, кл. С 05 Г 1/56, 1984.Авторское свидетельство СССР В 1432482, кл. С 05 Г 1/66, 07.01,85, (54) СПОСОБ УПРАВЗБНИЯ ИМПУЛЬСНЫМ СТАБИЛИЗАТОРОМ(57) Изобретение относится к вторичньм источникам питания, Цель изобретения - повьппение качества стабилизации выходного напряжения в переходном режиме. Цель достигается тем, что дополнительно измеряют текущие значения тока дросселя 1 и тока на 1по формуле 11(Т) = 1 я -Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к способам управления импульсными стабилизаторами постоянного напряжения, которые широко применяются для питанияразличной электро- и радиоаппаратуры.Цель изобретения - повыпение качества стабилизации выходного напряжения в переходном режиме.На фиг. 1 приведена функциональная схема силового каскада имп го стабилизатора и устройства ления, реализующего предпсркенсоб управления; на фиг. 2 - вр 2 ычисляют терминальное значение то ка дросселя в тактовые моменты времени, в начале каждого периода модуляции производят отпирание силового ключа, если он до этого был заперт, Для текущего момента времени по значению тока дросселя вычисляют значение ампер-секундной площади тока через диод при условии, что в этот момент времени силовой клич запирается. Последующее отпирание производится так, чтобы ток дросселя в конце периода модуляции бып равен вычисленному терминальному значению, Затем сравнивают полученное значение указанной ампер-секундной площади с сигналом управления, и в момент их равенства производят запирание силового ключа. Аналогично измеряют ампер" секундную площадь тока через диод и производят отпирание силового ключа.1 з.п. ф-лы, 3 ил.1 диаграммы, поясняющие сущность ба управления; на фиг. 3 - вареалиэации вычислительного бло иловой каскад состоит из дрсилового ключа 2, диода 3 иенсатора 4, к которому подключа- афвнагрузка 5, Устройство управле- еаейсодержит вычислительный блок 6,кивающий усилитель 7 с источни 8 опорного напряжения (Пп ), реные элементы 9 и 10, диоди 11 иключи 13 - 16, сумматоры 17 и 8,3 1495770интеграторы 19 - 21, узел 22 умножения, триггер 23, генератор 24 тактовых импульсов (ГТИ),На фиг, 3 приняты следующие обозначенияф 25 - 29 - умножители, 30 -32 - сумматоры, 33 и 34 - делители,35 - 37 - маснтабные делители.Управление импульсным стабилизатором осуществляется следующим образом. 10В течение интервала Ф б (О, 9 ) силовой ключ 2 открыт, в дросселе запасается энергия, ток в нем изменяется по законуж(0)+ - й)Пп % Подставляя в это выражение значение 1 г из (2), получаем 20 Ф + . ф к ф 7 нП( ) -( )гъ йл(8)Й 2 Ь у,Поскольку с течением времейи ток х 1 возрастает, а значениесогласнол Ф.Когда значение Б " (С) становитсяравным сигналу управления (в качест ве которого используется усипенноеотклонение выходного напряжения от опорного напряжения), производят эапираниесилового клича 2 - момент 9, на фиг. 2, Интервал , сформирован.В следующем интервале е б ( 9 В)энергия из дросселя и источника питания через диод 3 поступает в нагрузку и накопительный конденсатор.Ток в дросселе убывает по закону в конце такта+ .п+ 2 з(3) 40 В этих выл)ажениЯхг - вычислеил,%ное значение интервала включенноголасостояния ключа, а с - длительность 45 интервала выключенного состояния ключа.+ л+Поскольку ," = Т - 1 - о то где 1,(й щ 9).В момент 9, начинают измерять ампер-секундную площадь тока через диод, равнЬго току дросселясБ ( ) -Д .Значение Б (й ) непрерывно возраФг,стает, так как 1 О. Когда значение Б (С ) становится равным сигналу уп+гравления, производят выключение силового ключа 2. Интервал С сформирован.В течение интервала Сб(9 г, Т) в дросселе начинает вновь запасаться з.(Т) = ф + - (Т - Е - ь д ), (4)а Пь + л 50 Подставляя (2) и (4) и преобразуяполучаем55- " (Т - с ) + (е) - С(Т)Ч (5)Ь где С - время, отсчитываемое от на-"Фчала каждого такта управления е+В каждый момент времени С производится вычисление ампер-секундной площади Б(й ) тока через диод 3 приФ +условии, что в данный момент сиповой ключ включается, а его последующее включение производится в такой момент времени 8, когда обеспечивается условие(Т) = 1 (Т), где д 1(Т) - заданное значение тока дросселя в конце такта управления, т.е. его терминальное значение (фиг. 2)В момент 9 ток дросселя равенг 4Учитывая (1), получаем ПпГс- т+1(0) -1(Т)1Ь Ьл2 цЬ На основании фиг. 2 можно записать ФЮ Бф( м) ( ) с, (7)д (Т) =д + - (Т - ( -( ),1. 5 1495770 б энергия, ток в нем изменяется по за- пер-секундной площади тока нагрузки кону за текущий период модуляциит1(1) =1 + - (г, - (, - (, )5+Поскольку значение тока при СйВ конце такта управлениянеизвестно, то его следует прогнозировать, В простейнем случае считаем,что(значение Пне изменяется, а вычйсление Я (С ) производится точно,М Мто значение д 1,(Т) равно (Т), Однако15 в реальных условиях Б 1 сопят, поэтому (Т). может несколько. отличаться от Т(Т), Тем не менее в следующем такте управления при Аормировании инЛ Л 20 нервалов (, и ( учитывается фактическое значение тока д в начале так-.та. Поэтому, если даже условие д(Т)= = 11 (Т) не реализуется, это не приводит к нарушению нормальной устойчивой работы системы. Допустимость погрешности в выполнении этого условия и делает возможным использование приближенных соотношений полученных без учета активного сопротивления дрос-.селя.30Количество энергии, поступившей за такт управления из дросселя и ис-, точника питания в конденсатор и нагрузку, равно+11=111)" 111(1 %В 1.40Поскольку значение Б определяется сигналом управления и при Уд сопзй постоянно, то значение Ч(,. постоянно при любых изменениях напряжения питания. При постоянной нагруз ке это обеспечивает баланс поступающей и потребляемой энергий, поэтому энергия в конденсатор не поступает и напряжение на нем остается постоянным, Таким образом, выходное напряжение не зависит от входного.Если нагрузка изменяется, то баланс энергий нарушается, что приводит к заряду или разряду конденсатора Фильтра. Чтобы устранить это явление, т.еповысить качество стабилизации при изменении тока нагрузки, в каждый момент времени формируют сигнал, пропорциональный значению амТо гдаФ Б-1(1)1)1 + 1(1 )(т), О .(1 О)ФПервая составляющая Б получаетсяй непосредственным аппаратурным интегрированием тока , вторая - вычислением.ФСигнал, характеризующий Бсуммируют с сигналом управления, Поэтому, если ток нагрузки возрастает (или уменьшается) в процессе 4)ормирования интервалов О, и Л(. , то соот- ветствующим образом возрастает (уменьшается) величина Б в (9). Баланс энергии при этом сохраняется. Если возрастание тока нагрузки суМ. щественно, то величина Б изменяется значительно, и в течение одного такта соответствующее изменение величины Б не может быть обеспечено, Ключ 2 остается открытым в течение времени,; пока токне возрастает до значения, при котором может быть получено необходимое значение Б. Такой форсированный режим обеспечивает минимальное значение просадки выходного напряжения.Терминальное значение тока дросселя д (Т) вычисляем исходя из равенЛ Рства интервалов (, и ( т.е. при условии, что тактовые импульсы находятся в середине интервала открытого состояния ключа. Вычисление производим исходя из текущих значений 0, П 1, и д ц в предположении, что при этих значениях переменных в системе установился стационарный режим, т.е.д 1(Т) = 1,(0) = 1(Т).Для установивнегося режима очеви- ны соотношения(Т) + лЬ 1 л1. 7 (Т) -- ьПьл й 1 1,О При ь = ь, из этих выражений получаем(13) 21 Введение зависимости терминального значения 11 от я и 11 позволяетсуцественнО расширить диапазоны токов нагрузки и напряжения питания, ЗОв которых обеспечивается компенсациявозмуцений. При возрастании тока нагрузки возрастает х(Т), что автоматически переводит систему в режимбольших токов примерно при тех жезначениях всех интервалов. Это гарантирует запас на регулирование значения БВсе операции, которые следует произвести при формировании интервалов 4 Ои о, выполняются средствами аналоговой или цифровой (микропроцессорной) техники.Устройство, реализуюцее предложенный способ, работает следующим образом.В начале каждого такта управлениятактовый импульс ГТИ 24 через диод12 переключает триггер 23 в единичноесостояние, если он ранее не был вэтом состоянии, и разряжает интеграторы 19-21, Триггер 23 открывает силовой ключ 2 и закрывает ключ 13. Ток в дросселе 1 начинает возрастать. Интегратор 21 формирует сигнал, пропорциональный текущему времени(ЕФпостоянное напряжение). Сумматор 18, узел 22 умножения, интегратор 22 и .сумматор 17 в соответствии с (10) формируют сигнал, пропорциональныйМ, ФБ; Т - сигнал, пропорциональный периоду модуляции. Усилитель 7 формирует сигнал управления .1, равныйусиленной разности опорного напряжения 0и выходного напряжения П ,Вычислительный блок 6 (фиг,3) по изеренным значениям ППсоответствии с выражениями (5), (8)и (13) формирует сигнал, пропорциональный Б (С), Когда Б (с") становит ся равным сумме П 7 и Б, срабатываетрелейньй элемент 9 и переводит триггер 23 в нулевое состояние, Силовойключ 2 запирается, диод 3 отпирается,энергия из дросселя 1 и источника питания начинает поступать в конденсатор 4 и нагрузку 5. Ключ 13 при этомотпирается и интегратор 19 начинаетформировать сигнал, пропорциональныйампер-секундной площади Б,(й") тока через диод 3, Когда этот сигнал становитсяравным Ь + Б срабатывает релейныйэлемент 10, триггер 23 переводится вединичное состояние кяоч 2 отпирается,Далее цикл повторяется.Предложенный способ управленияобеспечивает высокую стабильность выходного напряжения стабилизаторомкак в стационарном режиме,. когдазначения Ц, и 1.н не изменяются, таки в динамическом режиме, когда П иизменяются, Его применение позвоМляет значительно снизить габаритывходного и выходного фильтров стабилизатора с повышающим силовым каскадом. Реализация устройства управленияне вызывает затруднений, так как всеего блоки могут быть выполнены на типовых микросхемах,Формула изобретения1 э СпОс 06 управления импульсным стабилиз атором постоянного йапряжения с последовательным включением накопительного дросселя и диода и параллельным включением силового ключа,.основанный на широтно-импульсноймодуляции сигнала управления силовым ключом при неизменном периоде модуляции и измерении текуцк значений входного напряжения 11 и выходного напряжения он, о т л и ч а ю ц и йс я тем, что, с целью повышения качества стабилизации выходного напряжения в переходном режиме, допол 1495770нительно измеряют текущие значения тока дросселя Т и тока нагрузки Тн,Бнпо формуле 1 (Т) = 1 - вычисляютц 1 итерминальное значение тока дросселя в тактовые моменты времени, в начале каждого периода модуляции производят отпирание силового ключа, если он до этого бып заперт; для текущего мо р мента времени по значению тока дросселя вычисляют значение ампер-секунд-ф ной площади тока через диод при условии, что в этот момент времени силовой ключ запирается, а его последу ющее отпирание производится так, чтобы ток дросселя в конце периода модуляции был равен вычисленному терминальному значении, сравнивают полу ъл ченное значение указанной ампер-с: " кундчой площади с сигналом управления и в момент нх равенства производят запнрание силового ключа, после чего измеряют текущее значение ампер- секундной площади тока через диод, сравнивают это значение с сигналом управления и в момент их равенства производят отпирание силового, ключа.2, Способ по и. 1, о т л и .ч а - ю щ н й с я тем, что, с целью повькения качества стабилизации при изменении тока нагрузки, в каждый момент времени формируют сигнал, пропорциональный значению ампер-секундной площади тока нагрузки за текущий период модуляции, и этот сигнал суммируют с сигналом управления. 1Гирняк В. дак Заказ 4265/45 Тираж 788 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10