СПОСОБ ОДНОЦИКЛИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОРРЕКЦИЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК G05F1/70 G05F1/565 H02M1/42 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технологии электропитания, конкретнее к способу одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности, основанному на цепи усиления.

Предпосылки создания изобретения

Цепь коррекции коэффициента мощности (ККМ) используется для снижения входящего гармонического тока. Однако традиционная цепь ККМ имеет сложную технологию и конструкцию, а также высокую стоимость компонентов, что делает ее размеры большими, а стоимость - высокой. Поэтому конструкция цепи ККМ часто представляет собой компромисс между эффективностью и ценой.

В последние годы исследования способа одноциклического управления ККМ сосредоточены на упрощении устройства традиционной цепи управления ККМ, для того чтобы обойтись без определения дискретных значений напряжения на входе и устранить сложный аналоговый умножитель. В то же время одноциклическая цепь управления ККМ очень успешно решает данные проблемы. К настоящему времени были разработаны и применялись одноциклические управляющие микросхемы для ККМ, такие как интегрированная цепь повышающего преобразователя ККМ с одноциклическим режимом управления непрерывной проводимости с переключателем питания и повышающий преобразователь, описанные в патенте КНР №200380109048.6. Хотя одноциклические управляющие микросхемы для ККМ являются простыми и надежными, соотношение цена/эффективность слишком высоко.

Известно, что многие системы управляются главными управляющими микросхемами, такими как процессоры цифровых сигналов (ПЦС). ПЦС и другие главные управляющие микросхемы имеют большие возможности компоновки системы программного обеспечения, совместимости и обработки сигнала, поэтому дополнительное включение в подобную систему специальной одноциклической управляющей микросхемы для ККМ увеличит стоимость и будет пустой тратой ресурсов. Например, технологии коррекции коэффициента мощности широко применяются в электропитании компрессоров установок для кондиционирования воздуха, и главная управляющая микросхема интегрирована в главный щит управления, поэтому необходимо развивать соответствующие технологии для того, чтобы избежать использования дорогостоящих специальных одноциклических управляющих микросхем для ККМ.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение имеет своей целью предоставление способа одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности, который может быть интегрирован в главную управляющую микросхему системы с помощью программного обеспечения, для того чтобы эффективно реализовать алгоритм одноциклического управления путем взаимодействия с простой цепью усиления.

Настоящее изобретение выполняется по следующей технической схеме.

Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности основан на цепи усиления и главной управляющей микросхеме системы. Цепь усиления включает в себя вход переменного тока, цепь выпрямителя, индукционную катушку, диоды с накоплением заряда, конденсатор, выход постоянного тока, схему дискретизации индуктивного тока, схему дискретизации напряжения на выходе, транзистор переключения и управляющую схему транзистора переключения. Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности включает в себя следующие этапы, на которых:

(1) Определяют, завершен ли плавный пуск; если плавный пуск завершен, переходят непосредственно к этапу (2), если нет, увеличивают опорное значение U_ref напряжения на выходе и затем переходят к этапу (2);

(2) Считывают дискретные значения напряжения на шине U_o и дискретные значения индуктивного тока i_g согласно моменту запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя;

(3) Рассчитывают коэффициент заполнения ШИМ-сигнала для приведения в действие транзистора переключения по следующей схеме:

Рассчитывают u₁ и u₂ согласно уравнению

в котором R_s является эквивалентным сопротивлением контроля тока, u_m является значением на выходе пропорционально-интегрального регулятора, получаемым путем регулирования разницы между опорным значением U_ref напряжения на выходе на шине и дискретным значением напряжения на шине U_o; в итоге получают коэффициент заполнения ШИМ-сигнала;

(4) Выводят ШИМ-сигнал;

(5) Рассчитывают следующий момент запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя согласно коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала;

(6) Возвращаются к этапу (2).

Преимущества настоящего изобретения над известным уровнем техники следующие: функция коррекции коэффициента мощности может быть внедрена путем интеграции программного обеспечения согласно данному способу в главную управляющую микросхему (например, ПЦС) системы и взаимодействия с простой цепью усиления без использования традиционной цепи для коррекции коэффициента мощности и специальной одноциклической управляющей микросхемы для ККМ, что снижает стоимость системы; более того, настоящее изобретение обходится без определения дискретных значений, соответствующих моменту запуска, путем расчета момента запуска дискретизации, что обеспечивает достоверность и точность полученных при дискретизации данных и, кроме этого, обеспечивает оптимальный эффект сигналов управления ШИМ и стабильную работу системы.

Краткое описание графических материалов

Фиг.1 - это схематический вид, изображающий одноциклическую систему управления коррекцией коэффициента мощности, основанную на цепи усиления;

Фиг.2 - это блок-схема, изображающая способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности согласно настоящему изобретению;

Фиг.3 изображает формы колебаний сигналов u₁, u₂, u_m и сигнал управления ШИМ, который участвует в способе одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 - это блок-схема, изображающая первый способ расчета коэффициента заполнения сигнала управления ШИМ;

Фиг.5 - это блок-схема, изображающая второй способ расчета коэффициента заполнения сигнала управления ШИМ;

Фиг.6 изображает структурную схему расчета момента запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Как показано на Фиг.1, способ согласно настоящему изобретению основан на цепи усиления и главной управляющей микросхеме системы. Цепь усиления является обычной схемой, содержащей вход переменного тока, цепь выпрямителя, индукционную катушку, диоды с накоплением заряда, конденсатор, выход постоянного тока, схему дискретизации индуктивного тока, схему дискретизации напряжения на выходе, транзистор переключения (БТИЗ или МОП) и управляющую схему транзистора переключения. Отмеченная пунктирной рамкой часть - это блок управления, соответствующий способу согласно настоящему изобретению, который интегрирован в главную управляющую микросхему.

Принцип способа одноциклического управления ККМ будет описан со ссылкой на Фиг.1. Одноциклическое управление ККМ направлено на то, чтобы индуктивный ток совпадал с колебаниями выпрямленного напряжения на входе u_g и обеспечивал стабилизацию напряжения на выходе U_o на заданной величине. Если индуктивный ток пропорционален напряжению на входе и имеет такую же фазу, как и напряжение на входе под управлением блока управления, вся цепь выпрямителя может быть эквивалентна резистору, и тогда

где R_e является эквивалентным сопротивлением цепи выпрямителя, i_g является мгновенным значением индуктивного тока и u_g является мгновенным значением выпрямленного напряжения на входе с полусинусоидальной волной. В одном цикле отношение напряжения на входе u_g, напряжения на выходе U_o и коэффициента заполнения d для включенного транзистора переключения повышающей цепи ККМ является следующим:

Уравнение 2 может быть записано в виде R_ei_g=U_o(1-d). R_s определяется как эквивалентное сопротивление контроля тока повышающей цепи ККМ, и тогда Уравнение 2 может быть записано в виде:

Если , то Уравнение 3 можно сократить до:

где является коэффициентом заполнения для выключенного транзистора переключения. Если коэффициент заполнения для выключенного транзистора переключения отвечает условиям Уравнения 4, тогда индуктивный ток i_g может совпадать с выпрямленным напряжением на входе u_g с полусинусоидальной волной. Обозначим литерой Т цикл переключения повышающей цепи ККМ и дискретизируем уравнение 4. Когда частота заполнения намного превышает частоту индуктивного напряжения на входе, индуктивный ток и регулирующее напряжение остаются в основном неизменными в одном цикле переключения.

u_m в Уравнении 5 является различным в различных циклах переключения, поэтому тяжело получить результат с помощью главной управляющей микросхемы системы. Поскольку u_m и i_g остаются неизменными в одном цикле переключения, Уравнение 5 изменяется следующим образом:

u₂(t) генерируется счетчиком ПЦС. Если u₁(t)<u₂(t), тогда транзистор переключения включается, в противном случае транзистор переключения выключается.

Специальная управляющая программа, применяемая при способе одноциклического управления ККМ, согласно настоящему изобретению будет описана ниже. Как показано на Фиг.2, управляющая программа включает в себя следующие этапы, на которых:

1. Определяют, заканчивается ли плавный пуск; если плавный пуск заканчивается, переходят непосредственно к этапу 1; если нет, увеличивают опорное значение U_ref напряжения на выходе (а именно медленно увеличивают данное напряжение, как показано на Фиг.2) и затем переходят к этапу 2;

2. Считывают дискретные значения напряжения на выходе U_o и дискретные значения индуктивного тока i_g согласно моменту запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя;

3. Рассчитывают коэффициент заполнения ШИМ-сигнала для срабатывания транзистора переключения по следующей схеме:

рассчитывают u₁ и u₂ согласно Уравнению 6, в котором u₂ генерируется счетчиком главной управляющей микросхемы системы, такой как ПЦС, R_s является эквивалентным сопротивлением контроля тока, u_m является значением на выходе пропорционально-интегрального регулятора, получаемым путем регулирования разницы между опорным значением U_ref напряжения на выходе и дискретным значением напряжения на выходе U_o; получают коэффициент заполнения ШИМ-сигнала;

4. Выводят ШИМ-сигнал;

5. Рассчитывают следующий момент запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя согласно коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала;

6. Возвращаются к этапу 2.

Как показано на Фиг.3, кривая 1 изображает импульсный сигнал, полученный путем сравнения u₁ с u₂, кривая 2 изображает u_m(nT), кривая 3 изображает u₂ и кривая 4 изображает u₁. Можно увидеть, что при одном цикле ШИМ дает на выходе напряжение логической единицы, если u₁ меньше u₂, в противном случае ШИМ дает на выходе напряжение логического нуля. Таким образом периодически создается импульсный сигнал, чтобы индуктивный ток i_g совпадал с волной выпрямленного напряжения на входе u_g.

Настоящее изобретение предоставляет два способа расчета коэффициента заполнения ШИМ-сигнала. Уравнение 6 иллюстрирует первый способ. Фиг.4 является блок-схемой, изображающей первый способ расчета коэффициента заполнения ШИМ-сигнала управления, в которой pr_duty является коэффициентом заполнения для выключенного транзистора переключения. Сперва рассчитывают u₁ и определяют, является ли u₁ больше либо равен максимальному коэффициенту заполнения для выключенного транзистора переключения, равного 1. Если u₁ больше либо равен 1, pr_duty имеет максимальное значение, равное 1. Иначе, если pr_duty равен u₁, то определяют, является ли pr_duty меньше минимального коэффициента заполнения для выключенного транзистора переключения, равного 0,05; если pr_duty меньше минимального значения, pr_duty равен минимальному значению 0,05. Фиг.5 является блок-схемой, изображающей второй способ расчета коэффициента заполнения, в которой p_duty является коэффициентом заполнения для включенного транзистора переключения. Сперва рассчитывают u₁ и определяют, является ли u₁ меньше либо равен минимальному коэффициенту заполнения для включенного транзистора переключения, равного 0. Если u₁ меньше либо равен 0, p_duty равен минимальному значению 0. Иначе, если p_duty равен u₁; то определяют, является ли p_duty больше максимального коэффициента заполнения для включенного транзистора переключения, равного 0,95; если p_duty больше максимального значения, pr_duty равен максимальному значению 0,95.

Поскольку в одном цикле переключения согласно одноциклическому способу управления ККМ выполняется лишь одно определение дискретных значений, нужно отметить, что вследствие генерирования пика индуктивного тока при включении и выключении транзистора переключения выбранный момент запуска дискретизации должен быть отдален от момента переключения, иначе система будет нестабильной. Для того чтобы решить эту проблему, момент запуска дискретизации выбирается в промежуточном моменте самого длительного включенного или выключенного состояния транзистора переключения.

Фиг.6 изображает структурную схему расчета запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя, в которой pr_duty является коэффициентом заполнения выключенного транзистора переключения, T3CMPR является сравнительным значением регистра сравнения, T3PER является периодом регистра сравнения, AD_duty является коэффициентом заполнения ШИМ, выводимым посредством общего таймера главной управляющей микросхемы системы. Сначала определяют время включенного состояния транзистора переключения в соответствии с коэффициентом заполнения ШИМ-сигнала для приведения в действие транзистора переключения. Если время включенного состояния транзистора переключения превышает время выключенного состояния, момент запуска дискретизации выбирается в промежуточном моменте времени, приходящемся на включенное состояние, в ином случае момент запуска дискретизации выбирается в промежуточном моменте времени, приходящемся на выключенное состояние. Момент запуска дискретизации, изображенный на Фиг.6, выбран ровно в середине промежуточного момента соответствующего времени. Фактически, момент запуска дискретизации может быть выбран в пределах промежуточного периода времени. В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы момент запуска дискретизации выбирался между 50 процентами и 80 процентами времени включенного состояния или времени выключенного состояния транзистора переключения. Полученный момент запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя запускает следующую дискретизацию аналого-цифрового преобразователя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в повышающих преобразователях. Техническим результатом является упрощение алгоритма одноциклического упрвления коррекцией коэффициента мощности преобразователя. Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности. Способ применяют для повышающего преобразователя и осуществляют посредством главной управляющей микросхемы системы. В способе дискретное значение напряжения на шине U_o и дискретное значение индуктивного тока i_g определяют во время запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя. Напряжения u₁(t) и u₂(t) рассчитывают в соответствии с приведенными формулами. Коэффициент заполнения ШИМ-сигнала рассчитывают в соответствии с вычисленными напряжениями. Выводят ШИМ-сигнал и рассчитывают следующее время запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя в соответствии с коэффициентом заполнения (I), причем R_s является сопротивлением токочувствительного резистора, u_m является напряжением, которое достигается путем управления разницей между напряжением U_o и опорным значением U_ref посредством пропорционально-интегрального регулятора, а Т является периодом переключения. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности, основанный на цепи усиления и главной управляющей микросхеме системы, где цепь усиления включает в себя вход переменного тока, цепь выпрямителя, индукционную катушку, диоды с накоплением заряда, конденсатор, выход постоянного тока, схему дискретизации индуктивного тока, схему дискретизации напряжения на выходе, транзистор переключения и управляющую схему транзистора переключения; причем настоящий способ управления включает в себя следующие этапы, на которых:
(1) определяют, завершен ли плавный пуск; если плавный пуск завершен, переходят непосредственно к этапу (2), если нет, увеличивают опорное значение U_ref напряжения на выходе и затем переходят к этапу (2);
(2) считывают дискретные значения напряжения на выходе U_o и дискретные значения индуктивного тока i_g согласно моменту запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя;
(3) рассчитывают коэффициент заполнения ШИМ-сигнала для приведения в действие транзистора переключения по следующей схеме:
рассчитывают u₁ и u₂ согласно уравнению

в котором R_s является эквивалентным сопротивлением контроля тока, u_m является значением на выходе пропорционально-интегрального регулятора, получаемым путем регулирования разницы между опорным значением U_ref напряжения на выходе, и дискретным значением напряжения U_o; в итоге получают коэффициент заполнения ШИМ-сигнала;
(4) выводят ШИМ-сигнал;
(5) рассчитывают следующий момент запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя согласно коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала;
(6) возвращаются к этапу (2).

2. Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что расчет коэффициента заполнения ШИМ-сигнала для приведения в действие транзистора переключения на этапе (3) дополнительно включает следующие этапы, на которых:
определяют, является ли u₁ больше либо равен максимальному коэффициенту заполнения для выключенного транзистора переключения, равного 1; если u₁ больше или равен 1, pr-duty имеет максимальное значение, равное 1; иначе, если pr-duty равняется u₁, то определяют, является ли pr-duty меньше минимального коэффициента заполнения для выключенного транзистора переключения, равного 0,05; если pr-duty меньше минимального значения, pr-duty равен минимальному значению 0,05; где p-duty является коэффициентом заполнения для выключенного транзистора переключения.

3. Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что расчет коэффициента заполнения ШИМ-сигнала для приведения в действие транзистора переключения на этапе (3) дополнительно включает следующие этапы, на которых:
определяют, является ли u₁ меньше либо равен минимальному коэффициенту заполнения для включенного транзистора переключения, равного 0; если u₁ меньше либо равен 0, p-duty равен минимальному значению 0; иначе, если p-duty равен u₁, то определяют, является ли p-duty больше максимального коэффициента заполнения для включенного транзистора переключения, равного 0,95; если p-duty больше максимального значения, pr-duty равен максимуму 0,95; где p-duty является коэффициентом для включенного транзистора переключения.

4. Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности по п.2 или 3, отличающийся тем, что расчет следующего момента запуска дискретизации аналого-цифрового преобразователя согласно коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала на этапе (5) дополнительно включает следующие этапы, на которых:
определяют время включенного состояния транзистора переключения согласно коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала для приведения в действие транзистора переключения; если время включенного состояния транзистора переключения превышает время выключенного состояния, момент запуска дискретизации выбирается между 50% и 80% времени включения; в противном случае момент запуска дискретизации выбирается между 50% и 80% времени включенного состояния.

5. Способ одноциклического управления коррекцией коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что u₂ на этапе (3) генерируется счетчиком главной управляющей микросхемы системы, такой как ПЦС.