Способ управления резонансным преобразователем Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления резонансными преобразователями.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ управления; на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип управления преобразователем; на фиг. 3 и 4 - схемы преобразователей, реализующих предложенный способ управления соответственно изменением параметров системы резонансных контуров и параметров резонансного контура; на фиг. 5 -- диаграмма токов.

Устройство, реализующее способ, содержит ключевой преобразователь (КП) 1 с системой резонансных контуров (СРК), фильтр нижних частот (ФНЧ) 2, источник опорного (эталонного) сигнала (ИОС) 3, усилитель обратной связи (УОС) 4, аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 5, задающий генератор (ЗГ) 6, блок управления и выбора контурных элементов (БУВ) 7.

Устройство работает следующим образом.

Ключевой преобразователь 1 под действием сигнала управления, поступающего с выхода БУВ 7, формирует в СРК последовательность косинусоидальных импульсов тока, из которой на выходе ФНЧ 2 выделяется полезный сигнал. Полученный сигнал сравнивается с опорным (эталонным), формируемым ИОС 3, и резонансный сигнал ошибки

сь о

со VI

со

усиливается УОС 4. Выходной сигнал УОС 4 поступает на вход АЦП 5, тактируемого ЗГ 6, и преобразуется им в цифровой код, воздействующий на БУВ7, при помощи которого осуществляется управление активными приборами КП 1, переключающими элементы СРК.

Таким образом, управление преобразователем осуществляется при помощи цифрового кода путем включения соответствующих (требуемых в данных.условиях) силовых ключей преобразователя. Требуемую в данных условиях величину контурной емкости или (и) индуктивности система регулирования устанавливает автоматически посредством обратной связи. Для поддержания уровня выходного напряжения неизменным обратная связь в системе должна быть отрицательной, например, при увеличении уровня выходного напряжения коммутируются элементы с меньшими значениями контурной емкости Ск и большими значениями контурной индуктивности LK. Это обеспечивается подключением разрядов кода АЦП 5 и соответствующих каскадов БУВ 7 к активным приборам, коммутирующим необходимые элементы СРК КП1.

Способ управления в зависимости от вида сигнала ИОС 3 и типа нагрузочной цепи позволяет получить на выходе устройства переменное напряжение заданной амплитуды, либо постоянное стабильное напряжение, не зависящее от величины входного напряжения и сопротивления нагрузки.

Временные диаграммы тока СРК преобразователя при управлении изменением только контурной емкости и совместным изменением контурной емкости и индуктивности представлены на фиг. 2а и б соответственно. При необходимости получения на входе постоянного напряжения импульсы тока на входе ФНЧ 2 должны быть однополярными, что обеспечивается введением в КП 1 выпрямителя.

Максимальная величина Ск может набираться путем параллельного соединения CKI, . . а изменение индуктивности LK может быть осуществлено переключением отводов обмотки, расположенной на одном магнитопроводе. При этом обеспечивается заметный выигрыш в габаритах сглаживающего фильтра, имеющего в общем случае относительно низкую частоту среза.

Одна из возможных схем преобразователя с выходом на постоянном токе, реализующая предложенный способ управления изменением параметров системы резонасных контуров, приведена на фиг. 3. Питание преобразователя осуществляется через дроссель Ln значительной индуктивности. Система резонансных контуров (СРК) представлена шестью элементами: Ci - Сз, Li - l-з. Высокочастотные трансформаторы TVi - ТУз обеспечивают гальваническую развязку между входом и выходом РК, а диоды VDi - VD2 включение требуемого числа контурных конденсаторов. Диоды VDs - VD5 являются выпрямительными. Диод VDe препятствует действию обратного напряжения на VTi - VTs. Элементы фильтра нижних частотЦ, С4, Cs обеспечивают сглаживание

пульсаций выходного напряжения, выделяемого на нагрузке RH.

Система управления преобразователем содержит источник опорного напряжения (ИОН), усилитель обратной связи (УОС), задающий генератор (ЗГ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления и выбора контурных элементов (БУВ), включающий в себя импульсные усилители с трансформаторным выходом YI - Уз. Транзисторы ключевого преобразователя VTi - VTs переключаются из запертого состояния в открытое и обратно под действием импульсов управления, вырабатываемых в БУВ усилителями YI - УЗ. При включенном

транзисторе VTi колебательный контур образован элементами (Ci + С2 + Сз), при включенном транзисторе VT2 -(Ci + С2) и (Li + 1.2), при включенном транзисторе VTs - Ci и (Li + + з). В каждом из колебательных контуров на этапе включенного состояния соответствующего транзистора формируется импульс тока косинусоидальной формы с частотами wpi, wP2, wp3. Этот ток ipK протекая через обмотки каждого из трансформаторов

VTi, VTa, VTs, а также выпрямительные диоды VDa - VDs, создает на конденсаторе С4 пульсирующее напряжение, переменная составляющая которого дополнительно сглаживается элементами LA и Cs. Выделенное

таким образом на нагрузке RH постоянное напряжение поступает на один из входов УОС. На второй вход УОС подается опорное напряжение, создаваемое ИОН. Усиленная УОС разность выходного и опорного напряжений поступает на аналоговый вход АЦП. На синхровходе (в приведенном примере - вход гашение и преобразование) АЦП действуют тактирующие импульсы неизменной частоты, вырабатываемые ЗГ. В определяемые тактирующим сигналом промежутки времени на цифровом параллельном выходе АЦП формируется код, усиливаемый в БУВ и обеспечивающий включение требуемых в данных условиях активных приборов

ключевого преобразователя и подключение соответствующих элементов СРК. Требуемые величины емкости и индуктивности система устанавливает автоматически под действием отрицательной обратной связи. Цифровой код на выходе АЦП формируется таким образом, чтобы при увеличении (уменьшении) выходного напряжения коммутировать элементы с меньшими (большими) значениями Ск и большими (меньшими) LKl что достигается соответствующим распределением разрядов АЦП. Постоянство частоты контура обеспечивается равенством произведений параметров U, Ск элементов, входящих в СРК. Число элементов СРК и соответственно коммутирующих ключей определяется требуемым диапазоном и шагом регулирования.

На фиг. 4 приведена схема преобразователя, где предложенный способ управления реализуется изменением параметров резонансного контура.

В этом преобразователе в соотваетст- вии с цифровым кодом, формируемым АЦП (на основе контроля величины выходного напряжения), в моменты размыкания силового ключа VTi параллельно VTi посредством одного из ключей переменного тока (VUi. VT2. VU2, VT3, VU3, подключается один или несколько конденсаторов (Ci - Сз) резонансного контура. Энергия, запасаемая в индуктивности первичной обмотки силового ВЧ трансформатора TVi на каждом цикле, определяется величиной тока намагничивания, которая значительно меньше приведенной к первичной цепи величины тока нагрузки. Поэтому ключи, осуществляющие коммутацию элементов резонансного контура, могут быть рассчитаны на относительно малую коммутирующую мощность.

Поскольку период Тт тактовой частоты при использовании предложенного способа

Вход

0

5

0

управления сохраняется постоянным (фиг. 46), в тракте управления основным силовым ключом VTi реализуется принцип широтно- импульсного регулирования при сохранении режима переключения силового ключа в моменты равенства нулю тока через ключ и напряжения на нем На выходе выпрямителя, образованного диодами VD2, VDs, формируются импульсы напряжения различной длительности, следующие с неизменной тактовой частотой При помощи дросселя насыщения (Li на фиг 4а), как и в преобразователе с одной контурной емкостью, обеспечивается снижение напряжения на силовом транзисторе до нулевого уровня. Принцип формирования цифрового кода аналогичен преобразователю, в котором элементы резонансного контура формируют ток в нагрузочной цепи.

5

0

0

Формула изобретения Способ управления резонансным преобразователем с управляемым резонансным контуром, коммутируют силовые ключи путем подачи сигналов управления в моменты времени, тактируемые задающим генератором, формируют сигнал ошибки сравнением выходного напряжения с опорным напряжением, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабарит- ных показателей преобразователя путем обеспечения неизменной частоты коммутации, осуществляют аналого-цифровое преобразование сигнала ошибки и получен- 5 ным цифровым сигналом синхронно с коммутацией силовых ключей изменяют параметры элементов резонансного контура или системы резонансных контуров путем дискретного их переключения поддерживают величину выходного напряжения прямо пропорциональной величине опорного напряжения.

Выход

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления резонансными преобразователями. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей преобразователя. Способ заключается в дискретном изменении параметров резонансного контура преобразователя или системы резонансных контуров по сигналам системы управления так, чтобы выходное напряжение преобразователя при неизменной частоте коммутации его силовых ключей поддерживалось бы пропорциональным уровню опорного сигнала. Выбор требуемого резонансного контура или его параметров реализуется путем аналого-цифрового преобразования сигнала ошибки и активизацией полученным катодом требуемого резонансного контура или резонансного элемента. 5 ил.

t Г7 V

1

7 и

Фиг.1

со

«- r- со ю

CD

X

е «X

1

§

а

I

Ґ з

I«Sj

Ј

2

СО

I

блок улроВ- ления и выбора

контурных эт- ментоб

Фиг4

Фиг. 5

Составитель С.Коняхин Редактор М.Васильева Техред М.Моргентал

Заказ 2272Тираж 388Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ 4/5

Корректор М.Кучерявая

L2

Lк-const

Cffj u))pj

Корректор М.Кучерявая