Способ управления полупроводниковым преобразователем постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/12 

Изобрел ение относится к элечтротех нике и может быть использовано для улучшения качества электроэнергии, потребляемой от полупроводниковых преобразователей постоянного напряжения, регулируемых широтно-импу/.ьсным способом.

Известен способ стабилизации выходного напряжения вентильного преобразователя с широтно-импульсной модуляцией, согласно которому для стабилизации среднего напряжения нормируется вольт-секундная площадь выходного импульса,, для этого команда на выключение силового вентиля преобразователя подается в момент равенства вольт-секундной площади выходного импульса, представленной какой-либо физической величиной, заданному значению.

Наиболее близким к предлагаемому является способ импульсной стабилизации напряжения постоянного тока, заключающийся в формировании последовательности импульсов с шириной, обратно пропорциональной амплитуде входного напряжения, последующем выделении среднего за период значения и получении таким образом сигнала постоянного тока, который за тем суммируют с сигналом отрицательной обратной связи.

Недостатком известного способа является то, что среднее значение выходного напряжения преобразователя не лишено зависимости от его входного напряжения, так как не устранена зависимость коэффициента усиления отрицательной обратной связи по выходному параметру от входного напряжения.

Цель изобретения - повышение точности регулирования выходного параметра полупроводникового преобразователя

Поставленная цель достигается тем что согласно способу управления полупроводниковым преобразователем постоянного напряжения, заключающемуся в том, что формируют сигнал задания, сигнал обрат

(Л

VJ

о о

ной связи по выходному параметру, дополнительный сигнал в виде последовательности импульсов, сравнивают сигнал задания с сигналом обратной связи и в результате сравнения формируют управляющий сиг- нал, формируют импульсы управления сило- вым ключом полупроводникового преобразователя с постоянной частотой, преобразуют управляющий сигнал в цифровой код, частоту следования до- полнительного сигнала формируют пропорциональной величине входного напряжения, а на каждом интервале повторения вычитают из цифрового кода по единице с частотой дополнительного сигнала. при этом длительность импульса управления силовым ключом полупроводникового преобразователя формируют равной интервалу времени между моментом начала вычитания и моментом равенства результата вычитания нулю.

Применение изобретения оказывается эффективным как при значительных колебаниях амплитуды входного напряжения, так и при увеличении скорости его изменения.

На фиг. 1 представлена блок-схема полупроводникового преобразователя с цифровым устройством управления; на фиг. 2 - функциональная схема широтно-импульс- ного модулятора; на фиг. 3 - временные диаграммы работы программируемого таймера во втором режиме (программируемый генератор тактовых импульсов); на фиг. 4 - временные диаграммы работы полупроводникового преобразователя с цифровым уст- ройством управления; на фиг, 5 - пример алгоритма работы микроЭВМ для загрузки управляющих слов (УС) и начальных содержимых (чисел) в каналы программируемого таймера.

Преобразовательная система содержит последовательно включенные источник 1 питания, полупроводниковый преобразователь 2 с силовым ключом и выходным филь- тром, нагрузку 3, к выходу источника 1 питания подключен входдатчика 4 входного напряжения, который своим выходом через преобразователь 5 напряжение-частота подключен к первому тактовому входу пре- образователя 6 код-временной интервал, первый выход которого через усилитель 7 подключен к управляющему входу полупроводникового преобразователя 2, все остальные входы и выходы преобразователя 6 код-временной интервал подключены к регулятору 8, первый вход которого через аналого-цифровой преобразователь 9 и датчик 10 выходного параметра подключен к выходу полупроводникового преобразователя 2,

второй вход регулятора 8 подключен к за- датчику 11 выходного параметра.

Преобразователь 6 код-временной интервал (фиг. 2) содержит программируемый таймер 12, Ти1-вход которого является первым тактовым входом преобразователя 6 код-временной интервал, Р2-вход предназначен для подключения к источнику (не показан) с напряжением, соответствующим уровню логической единицы, Ти2-вход подключается к генератору синхронизации регулятора 8, который представляет собой микроЭВМ и имеет с программируемым таймером 12 общую шинную организацию за счет шины данных, подключаемой к ДО- Д7-входам, шины адреса, подключаемой к АО А1-входам, и шины управления, подключаемой к входам ВМ, ЧТ, ЗП, выход Вых1 программируемого таймера 12 подключен к R-входу триггера 13, к S-входу которого подключен выход Вых2, выход триггера 13 является пзрвым выходом преобразователя 6 код-временной интервал, а также подключен к Р1-входу программируемого таймера 12 и через формирователь 14 импульсов к входу запроса прерываний регулятора 8.

Способ осуществляют следующим образом.

До начала управления полупроводниковым преобразователем 2 с помощью за- датчика 11 выходного параметра в соответствии с алгоритмом (фиг. 5) производят запись сначала в память регулятора 8, а затем в программируемый таймер 12 управляющих слов (УС), определяющих номер канала в таймере, режим работы и т.д., и чисел. Число А при этом соответствует заданию выходного параметра, а В определяет частоту работы f2 полупроводникового преобразователя 2

В fe/f2,(1)

где fe - частота тактовых импульсов генератора синхронизации регулятора 8.

Период работы полупроводникового преобразователя 2 в этом случае будет определяться выражением

Т2 B/f8.(2)

В исходном состоянии напряжение на выходе триггера 13 соответствует уровню логического нуля и силовой ключ полупроводникового преобразователя разомкнут.

Для включения полупроводникового преобразователя 2 на Р2-вход программируемого таймера 12 подают напряжение, соответствующее уровню логической единицы, При этом во втором канале программируемого таймера 12 начинается отсчет ранее записанного числа В. С поиходом на Ти2-вход каждого импульса от генератора синхронизации регулятора 8 начальное содержимое второго канала уменьшается на единицу. Диаграммы, поясняющие принцип работы программируемого таймера 12, приведены на фиг. 3. На фиг. 46 изображено символическое обозначение изменения начального содержимого во втором канале программируемого таймера 12,

По окончании счета, когда начальное содержимое второго канала становится рав- ным нулю, т.е. через временной интервал, соответствующий периоду работы преобразователя, на выходе Вых2 программируемого таймера 12 формируется строб (фиг. 4в). По фронту последующего на выходе Вых2 импульса триггер 13 срабатывает и переходит в другое устойчивое состояние, при котором напряжение на его выходе соответствует уровню логической единицы (фиг. 4ж). Сигнал с-выхода триггера 13 уси- ливается усилителем 7 и поступает на управляющий вход полупроводникового преобразователя 2, в результате чего силовой ключ последнего переходит в проводящее состояние и нагрузка 3 подключается к источнику 1 питания (фиг. 4з).

Сигнал с выхода триггера 13 поступает также на Р1-вход программируемого таймера 12 и через формирователь 14 импульсов, который формирует коровий импульс, на вход запроса прерываний регулятора 8. В соответствии с алгоритмом (фиг. 5) при поступлении запроса на прерывание производится считывание с аналого-цифрового преобразователя 9 числа С, которое соот- ветствует сигналу обратной связи по выход- ному параметру, поступающему в аналого-цифровой преобразователь 9 от датчика 10 выходного параметра.Тактирование аналого-цифрового преобразователя 9 может производиться от генератора синхронизации регулятора 8.

Далее в соответствии с алгоритмом производится вычисление некоторого числа D, которое соответствует управляющему сиг- налу. В алгоритме в качестве примера вычисление числа D производится для случая простейшего пропорционального регулятора. После записи числа D в первый канал программируемого таймера 12 начинается его отсчет, так как на его Р1-входе напряжение соответствует уровню логической единицы. Содержимое первого канала таймера 12 изменяется на единицу с приходом каждого импульса от преобразователя 5 напря- жение-частота. Поскольку на входе преобразователя 5 напряжение- частота действует напряжение датчика 4 входного напряжения

lU kiUi,(3)

где ki - коэффициент пропорциональности между напряжением источника 1 питания и напряжением на выходе датчика 4, то частота импульсов на выходе преобразователя напряжение-частота будет определяться выражением

f5 K2U4,(4)

где К2 - коэффициент пропорциональности, или

f5 k3Ui,(5)

где кз ki К2. ,

На фиг. 4г показана последовательность импульсов на выходе преобразователя 5 напряжение-частота, на фиг. 4д - символическое обозначение изменения начального содержимого в первом канале программируемого таймера 12. По окончании счета, когда начальное содержимое первого канала становится равным нулю, т.е. через временной интервал, соответствующий открытому состоянию силового ключа полупроводникового преобразователя 2, на выходе Вых1 формируется строб. Это приводит к переходу триггера 13 в исходное состояние, и силовой ключ полупроводникового преобразователя 2 закрывается. Длительность временного интервала проводимости силового ключа при этом будет определяться выражением

r2 DT5, (6)

где Ts - период следования импульсов ча выходе преобразователя 5 напряжение-частота, величина обратная частоте fs.

Таким образом,

т2 D/k3Ui.(7)

При широтно-импульсном способе регулирования напряжение U2 на выходе преобразователя 2 связано с напряжением Ui источника 1 питания равенством

U2 SUi,(8)

где S- коммутационная функция, принимающая значения S 1 в интервалах ri проводимости силового ключа преобразователя 2 и значение S 0 в интервалах Т2 Г2, когда силовой ключ преобразователя 2 закрыт.

При этом среднее значение коммутационной функции определяется отношением

So Т2/Т2(9)

С учетом (2) и (7) выражение (9) может быть переписано в виде

So Df8/ksBUi.(10)

Перейдя в (8) от мгновенных значений к средним, запишем выражение для среднего значения напряжения преобразователя 2

U20-S0U1,(11)

или с учетом (10)

U20 Df8/ksB.(12)

Выражение (12) свидетельствует об инвариантности как выходного напряжения преобразователя 2, так и коэффициента усиления отрицательной обратной связи по выходному параметру к входному напря- жению.

Сказанное иллюстрируют диаграммы, приведенные на фиг. 4. При изменении напряжения источника 1 питания от значения Un до значения Ui2 (фиг, 4а) изменяется период следования импульсов на выходе преобразователя 5 напряжение-частота от значения Tsi до значения Тб2 (фиг. 4г). Изменение периода следования импульсов приводит к увеличению скорости уменьшения начального содержимого в первом канале программируемого таймера (фиг. 4д), что, в свою очередь, приводит к уменьшению временного интервала проводимости силового ключа полупроводникового преобразовате- ля 2 от значения Г21 до значения Т22(фиг 4ж, з). Среднее значение напряжения 1)20 на выходе полупроводникового преобразователя 2 остается неизменным (фиг. 4з)

Формулаизобретения

Способ управления полупроводнико- преобразователем постоянного напряжения, заключающийся в том, что формируют сигнал задания, сигнал обратной связи по выходному параметру, дополнительный сигнал в виде последовательности импульсов, сравнивают сигнал задания с сигналом обратной связи и в результате сравнения формируют управляющий сигнал, формируют импульсы управления силовым ключом полупроводникового преобразователя с постоянной частотой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования выходного параметра полупроводникового преобразователя, преобразуют управляющий сигнал в цифровой код, частоту следования импульсов дополнительного сигнала формируют пропорциональной величине входного напряжения, а на каждом интервале повторения вычитают из цифрового кода по единице с частотой дополнительного сигнала, при этом длительность импульса управления силовым ключом полупроводникового преобразовате 1я формируют равной интервалу времени между моментом начала вычитания и моментом равенства результата вычитания нулю.

Изобретение относится к электротехнике. Частоту следования импульсов дополнительного сигнала формируют пропорционально величине входного напряжения. Управляющий сигнал представляют в виде цифрового кода, а момент запирания силового ключа (в каждом такте работы полупроводникового преобразователя) определяют моментом равенства нулю числа, соответствующего коду управляющего сигнала, уменьшаемого на единицу с приходом каждого импульса дополнительного сигнала. 5 ил

Фиг.1

д

J

ТХЖ51

liffiHIKLM ffi b i ШШШТУ

11№11ШШ1Ш1

МХЭ,7

Z Mrf

01

(

/

///

1/ачэ}

(г о

9

ъ

а

х

JFU.

IfOHOf

г Ф

Ъ

2

t-96Zl7ll

11 (

ч tmt

Запись Ј

f GMJ/77b

Wc/iojj I

jQ/ t/C6/ ЯЗМПЬ we.™ S - -

Зюе/с Ј I

flof-ffifb УС ItcMfla I revsfepa I

,1

3оло& / лймягьУС ZKMQM таамера

H

Колись/

ftvtfefMl

Зквнаяя

/

7&UMP

WCJ3&

&XOf/6/ft

(jlc/rxwoo)

1742964

12

r

Cww&#oe wet о С

Јf/ wcj€№e

Змигь /

To Jw&

JKOHG/ГЗ

14fWCbё ъймер

I

UJ

wwD

J&HQ/ft