Способ управления импульсным преобразователем напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к преобразовательной технике и может быть использовано при построении стабилизированных импульсных преобразователей с постоянным и переменным выходным напряжением (конверторов и инверторов), управление которыми осуществляется по принципу широтно-импульс- ной модуляции, широко применяющихся для питания различной электро- и радиоаппаратуры.

Известен способ управления импульсным преобразователем напряжения, содержащим последовательно включенные между входными и выходными выводами силовой коммутатор и сглаживающий фильтр, заключающийся в формировании интервала

включенного состояния силового коммутатора равного времени изменения интервала от разности входного и управляющего напряжения на величину гистерезиса порогового элемента и формировании интервала выключенного состояния силового коммутатора равного времени изменения интервала от управляющего напряжения на величину гистерезиса порогового элемента.

Недостатком известного способа является сильная зависимость частоты преобразования от значений напряжения питания и напряжения управления. Большое изменение частоты приводит к необходимости устанавливать неоптимальный сглаживающий фильтр, имеющий избыточные массу и габариты. Кроме того, при изменении длительно2

О

со о

Ч)

сти такта преобразования в спектре выходного напряжения появляются гармонические составляющие, близкие по частоте к возмущающим воздействиям. И если гармоническая составляющая возмущения заметно и ослабляется, появление дополнительных гармоник низкой частоты, фильтрация которых затруднена, ухудшает качество выходного напряжения преобразователя. Т.е. косвенно, через генерацию дополнительных низкочастотных гармоник, возмущение по питанию заметно действует на выходное напряжение преобразователя. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ управления импульсным преобразователем, содержащим последовательно включенные между входным и выходным выводами силовой коммутатор и сглаживающий фильтр, заключающийся в формировании корректирующего канала путем интегрирования разности выходного напряжения силового коммутатора и управляющего напряжения, формировании из порогового напряжения двух равных разнополярных сигналов, сравнении полученных разнополярных сигналов с корректирующим сигналом и формировании в момент их равенства сигналов на переключение силового коммутатора.

Однако при использовании данного способа, как и любого другого, в котором точно выполняется условие Т const, существенно ухудшается качество компенсации возмущений со стороны источника питания в динамических режимах, т.е. при интенсивных изменениях напряжения питания. Это объясняется спецификой процессов в фильтре, содержащем последовательный дроссель

Целью изобретения является одновременное улучшение массогабаритных характеристик и качества выходного напряжения при действии возмущений со стороны входного напряжения.

Цель достигается тем, что в способе управления импульсным преобразователем напряжения, содержащем последовательно включенные между входными и выходными выводами силовой коммутатор и сглаживающий фильтр, заключающемся в формировании корректирующих сигнала путем интегрирования разности выходного напряжения силового коммутатора и управляющего напряжения (Ug), формировании из порогового напряжения (Un) двух равных разнополярных сигналов, сравнения двух разных разнополярных сигналов с корректирующим сигналом и формировании в момент их равенства сигналов на переключение силового коммутатора, пороговое напряжение формируют в соответствии с выражением

(1-)

где Т- константа, пропорциональная требуемой длительности периода переключения силового коммутатора;

UBX величина входного напряжения.

Вновь введенный блок реализуется на типовых функциональных элементах, которые широко известны. Однако их совместное использование позволяет так изменять

временные интервалы такта преобразования, что при относительной стабильности длительности этого такта компенсация возмущений производится значительно лучше, чем в известном способе. Структура соединения вновь введенных блоков, их связи с имеющимися у известного блоками не является очевидными, необходимость введения предложенных блоков такта не следует прямо из цели изобретения. Именно эти отличия в совокупности позволяют достичь цель изобретения - улучшить массогабаритные характеристики и качество выходного напряжения преобразователя при действии возмущений со стороны источника питания.

На фиг.1 представлена функциональная схема импульсного преобразователя, реализующая предложенный способ управления; на фиг.2 - приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Силовой каскад импульсного преобразователя содержит последовательный ключ 1 и LCD-фильтр, состоящий из дросселя 2, конденсатора 3 и замыкающего диода 4. На

выход фильтра включена нагрузка 5. Вместо одного последовательного ключа может быть использована более сложная схема силового коммутатора, выполненного по мостовой, полумостовой или любой другой

схеме, позволяющей формировать однопо- лярные импульсы.

Блок управления имеет интегратор 6, релейный элемент 7 и вычислительный блок 8. Релейный элемент 7 состоит из двух компараторов 9 и 10, и RS-триггера 11. Вычислительный блок 8 состоит из множителя 12, делителя 13 и сумматора 14. На входу интегратора подключены выход источника управляющего сигнала Uy и выход силового ключа

1. Выход интегратора подключен к прямому входу компаратора 9 и инверсному входу компаратора 10. Другие входы компараторов подключены к выходу вычислительного блока (ВБ) 8, а их выходы - к входам триггеpa: Выход триггера подключен к управляющему входу силового ключа 1.

Вычислительный блок реализует функциональную зависимость (1).

Устройство работает следующим обра- зом.

Когда триггер 11 находится в состоянии 0 1, силовой ключ 1 открыт, на интегратор подается разность напряжений Uex и Ug, на выходе интегратора формируется напряже- ние

( J U,UWI- Un(GU-Un(Q.()

о-(

(7)

°V или

Q;i

Q|1Ql1

/ Uex(t) dt - / Uy(t)dt - Un(Qi-i) - Un(Qi) (8)

Q|-fQi -i

откуда

Использование: в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: интеграл разности выходного напряжения силового коммутатора и управляющего напряжения сравнивается на входе двух компараторов с одинаковыми по абсолютной величине, но разнополярными значениями порогового напряжения. Выходные сигналы компараторов формируют последовательность импульсов, управляющих работой коммутатора из условия постоянства выходного напряжения. Пороговые напряжения компараторов формируются из управляющего и входного напряжений согласно выражению Un 75- Uy ( 1 - ) . где Т - л. v UCK константа, пропорциональная периоду коммутации коммутатора. 2 ил. k

UnWAM+U HI ldt, (2)

i-«

где Qj-1 - момент времени, соответствующий началу i-ro такта преобразования.

Когда напряжение Un достигает значения +Un (t), на выходе компаратора 9 появит- ся единичный сигнал (Ug 1), который переключит триггер 11 в состояние 0 0. Силовой ключ 1 закроется. Формирование импульса напряжение Ui закончено. В этот момент (Ом).

Un (Ои) + Un (Qn) -Un (Qi-1)/ UBX (t)-Ug(tjdt1 (3)

Далее на входе интегратора действует только напряжение, напряжение Un изменяется по закону

Un(t) + Un(Qii)- / Uy(t)dt(4)

OH

Когда это напряжение достигает значения -Un(t), на выходе компаратора 10 появится единичный сигнал (Uio 1), который переключает триггер в состояние 0 1. Силовой ключ 1 вновь открывается. В этот момент

Un (Qi) -UnfQi) + Un(Qn) / u9(t) dt (5)

Ql1

Далее цикл повторится. Среднее за такт значение напряжения на выходе силового ключа определяется выражением

аи

411

Из выражений (3) и (5) имеем

он

UBx(t)dt j Uy(t)dt + Un(Ot-i)-Un(Qi)(9) Qi-1

Разделив все составляющие на (Qi - Qi-iJ 1 с учетом (6), получим

Ui Uy(rVUn(Qi) уUj-Qi-i

(Ю)

В стационарном режиме, когда Uex(t) - const,

- Un(Q)) Un (Он), Ui-U9.

При изменении UBX среднее значение напряжения Ui за достаточно большой промежуток времени также остается равным среднему значению Uy, так как интеграл от разности напряжений Ui и Uy ограничен. Несмотря на то, что в пределах каждого такта соотношение Ui Uy может не выполняться, в целом качество компенсации возмущений по питанию оказывается очень хорошим.

В стационарном режиме длительности интервалов, соответствующих импульсу и паузе, равны

П

2U,

Т2

2Un

Uex-Uy Uy С учетом (2) длительность такта равна г + Ъ Т.

Т.е. в стационарном режиме длительность такта не зависит от UBX и Uy. В нестационарных режимах эта зависимость незначительна.

Формула изобретения Способ управления импульсным преобразователем напряжения, содержащим последовательно включенные между входными и выходными выводами силовой коммутатор и сглаживающий фильтр, заключающийся в формировании корректирующего сигнала путем интегрирования разности выходного напряжения силового коммутатора и управляющего напряжения (Uy), формировании из порогового напряжения (Un) двух равных разнополярных сигналов, сравнении полученных разнополярных сигналов к корректирующим сигналом и формировании в моменты их равенства сигналов на переключение силового коммутатора, отличающийся тем, что, с целью одновременного улучшения массообъем- ных характеристик и качества выходного напряжения при действии возмущений со стороны входного напряжения (UBx) пороговое напряжение формируют в соответствии с выражением

Un-furfl-)

где Т - константа, пропорциональная требу- 10 емой длительности периода переключения силового коммутатора.