Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразователями постоянного напряжения. Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения. В начале каждого периода модуляции с генератора 13 поступает импульс, переводящий сравнивающий элемент 7 в состояние, соответствующее отпиранию ключа 1. Вычислительный узел 9 определяет значение интеграла от выходного напряжения за текущий период модуляции. Датчик 16 измеряет среднее значение падения напряжения на дросселе 3 фильтра, a формирователь 12 формирует функцию, характеризующую интенсивность воздействия возмущения на стабилизатор. Выходное напряжение блока 10 умножения суммируется с напряжением интегратора 6 с 9 и полученная сумма подается на вход сравнивающего элемента 7. Когда нат пряжение на его -выходе достигает значения напряжения управления ключ 1 запирается. Далее повторяется . 3 ил. tsp Ь s Р1 Р5

„Я0„„1262656

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (5D 4 Н 02 М 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТКРЫТИЙ

3CFC(! @34- Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ,-ЩЯй,Л = 1, К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3832436/24-07 (22) 29. 12.84 (46) 07, 10.86, Бюл. 11 37 (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) В.В.Сазонов (53) 621.316.27(088.8) (56) Сазонов В. В. Компенсационно-параметрические импульсные стабилизаторы постоянного напряжения. М., Энергоатомиздат, 1982, с. 17.

Там же., с. 61. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЬ1М

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразователями постоянного напряжения.

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения. В начале каждого периода модуляции с генератора 13 поступает импульс, переводящий сравнивающий элемент 7 в состояние, соответствующее отпиранию ключа 1. Вычислительный узел 9 определяет значение интеграла от выходного напряжения эа текущий период модуляции. Датчик 16 измеряет среднее значение падения напряжения на дросселе 3 фильтра, а формирователь

12 формирует функцию, характеризующую интенсивность воздействия возмущения на стабилизатор. Выходное напряжение блока 10 умножения суммируется с напряжением интегратора 6 и полученная сумма подается на вход сравнивающего элемента 7. Когда напряжение на его -выходе достигает значения напряжения управления ключ

1 запирается. Далее цикл повторяется. 3 ил, 1262656

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразонательной технике, и может быть использовано при построении импульсных преобразователей постоянного напряжения в постоянное и постоянного напряже" ния в переменное. Такие преобразователи широко применяют в автоматике, электроприводе, в радиоэлектронике, и других областях техники.

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения преобразователей при действии входных возмущений за счет организации управления, компенсирующего влияние этих возмущений.

Сущность предлагаемого изобретения рассмотрим на примере управления импульсным стабилизатором постоянного напря20 жения с последовательным ключом.

На фиг. 1 приведена функциональная схема стабилизатора напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу стабилизатора; на фиг. 3 — пример реализации вычислительного узла.

Силовая часть стабилизатора вклюв чает в себя ключ 1, замыкающий диод

2, сглаживающий фильтр, состоящий

30 из дросселя 3 и конденсатора 4, и нагрузку 5 °

Устройство управления содержит интегратор 6, сравнивающий элемент 7, сумматор 8, вычислительный узел 9, блок 10 умножения, сумматор 11, форми-35 рователь 12, генератор 13 тактовых импульсов, датчик 14 тока дросселя, датчик 15 напряжения на выходе и датчик.16 падения напряжения на импульсном преобразователе (дросселе), Вход 40 интегратора 6 подключен к входу фильтра. Входы вычислительного узла

9 подключены к выходам датчиков 14 и 15.

К прямым входам сумматора 11 45 подключены выходы вычислительного узла 9 и датчика 16, к его инверсно-му входу подключен выход интегратора

6. Вход формирователя 12 подключен к входу стабилизатора, а его выход— к входу блока 10, к.другому входу которого подключен выход сумматора

11. Выходы блока 10 и интегратора

6 подключены .к входам сумматора 8.

Выход сумматора 11 подключен к одно- 55 му иэ входов сравнивающего элемента

7, K другому Bxop,jj Kc|TopoI"о IIogKJIIoчен выход генератора 13. Выход гене(4) U„ — напряжение на нходе фильтра; — (и-1)Т вЂ” время, отсчитываемое от нагде чала и-ro neриода.

Вычислительный узел 9 определяет значение интеграла от выходного напряжения за текущий период модуля ции (5) Закон изменения U>(t) н течение периода зависит как от закона изменения напряжения U, так и от длительности интервала открытого состояния ключа 1 ь . При произвольном характере изменения Un âbèèñëèòü значение интеграла Iq(n) до того, как сформирован интервал ь„, невозможно. Это усугубляется еще и тем, что сам интервал 7 зависит от U, Однако нетрудно вычислить значение Iz в любой момент времени, если предположить, что в этот момент ключ 1 запирается. После запирания ключа 1 процессы и непрерывной части стабилизатора определяются только параметрами непрерывной части и значениями токов и напряжений в момент запирания ключа 1.

В частности, если нагрузка стабилизатора активная и постоянная, а характеристическое уравнение, соответствующее непрерынной части, имератора 13 подключен также к установочному входу интегратора 6. Выход сравнивающего элемента 7 подключен к управляющему входу ключа 1.

Стабилизатор работает следующим образом.

В начале каждого и-го периода модуляции с генератора 13 поступает импульс, переводящий сравнивающий элемент 7 в состояние, соответствующее отпиранию ключа 1. Ключ 1 подключает напряжение питания Бд к фильтру с нагрузкой и к входу интегратора

6. На выходе интегратора, предварительно приведенного в исходное состояние с нулевым выходным напряжением (например, импульсом с генератора 13), начинает формиронаться напряжение

1262656

U ((n-1)Т + "„) соз (Ъ м) +

C

U l (n-1)Т + j 2- - — — — "-+ ц (и-1)Т +4)

2с " „я пр(с„; -i„)

10 (6)

С вЂ” емкость конденсатора фильтра;

R — сопротивление нагрузки.

Интегрируя выражение (6) за интервал tE((п-1)Т +1„, nT), нолучаем мТ

I z (и) = f UÄ (t) dt - U„((n-1) т + (->г-,"

lф ц () = е („) . L(n-! ) Т +"- к,1

С

Ь вЂ” + rC

R где 4 = — — — -1

2ЬС

C (" (y sinP(T -l„) — cosJ5(T — c ) +,(+ К„) 2 + 22

U ((и-1) T + . — — — — — — — — "-- + U ((и-1)Т +-, ) RC н. ь3

i. t(n-1) «++ „1 ю

С х

-,»Гг- „) х (» sing(T -, ) +6 соз р (Т вЂ” Т )1

В 2

40 ные коэффици-. енты. 2 .p 2

N (Т вЂ” -Тг + — --.— — +

1 2 b ет два комплексно-сопряженных корня, то изменение напряжения на выходе

L u r — - индуктивность и активное сопротивление дросселя Фильтра;

Аппаратурно произвести вычисление по .выражению (7) можно либо с помощью микроЭВМ, если она входит в схему управления, либо аналоговыми средствами. В последнем случае для упрощения вычислений и схемы вычислительного узла 9 удобно воспользоваться разложением Тейлора относительно точки = Т. В результате, ограничившись вычислением производных до четвертого порядка, получим (n) = .U„(n-1) Т + 1 (t1 > +

Ц" 2 + М12 + M>< ) (8) тоянстабилизатора после эапирания ключа, !

1 описывается выражением

Х(ЗР -" ) 1

+ — — — — -Т )+ Q« «вЂ” ) (-T2

24 RC 2

g2

Iç + g ) °

З 24 о (Зфг — y 2) . 1

24

+ (d — -) х

RC

Зс»2 Р 2

x — — — ——

24

1 2d .. г в 2

M - =- + 2 - -.- + 3 +

° й»= °

2 6 24

Зыг - Вг

М

24

Реализация выражения (8) не пред" ставляет Сложности и может быть выполнена с помощью интеграторов и сумматоров. (Л-1)T+ л

Интеграл» (и) = I U„(t) dt (9) (-ilT также может вычисляться по модели

55 непрерывной, части, а может. определяться непосредственным интегрированием выходного напряжения стабилизатора.

35 (n-1) Tt i

«(и) = — («(«)4«, 1

<) 1 )«

5 12626

Общий интеграл I (п) определяется как сумма

I In) и 1 (n).

Схема вычислительного узла 9, реализующая выражения (8) и (9), содержит интеграторы 17-21, делители 22-31 напряжения, сумматоры 3234 и блоки 35 и 36 умножения (фиг. 3).

При последовательном интегрировании постоянного напряжения получаем напряжения:

U, (t ) = А, t„ U = А,,t„

Здесь А, ..., .А„- коэффициенты, ф ° ° ° ф I5 зависящие от значения U, и от постоянных .интегрирования интеграторов.

Выбором коэффициентов передачи де—

« лителей 22-31 напряжения К -К и К вЂ” («« 2О производится согласование коэффициентов N,-N,; Г1, †. 1, с напряжением

Ut) и коэффициентами А -А . При необходимости вводятся инверторы.

В исходное состояние интеграторы

25 приводятся импульсом с генератора 13.

Датчик 16 измеряет среднее значение падения напряжения на дросселе 3 фильтра а U„(n) 1 (n) r Т, « зо которое пропорционально среднему значению тока дросселя 3. Если нагрузка стабилизатора постоянна, то.можно положить gv, (n) = cunst и заменить датчик 16 источником напряжения л U,, Формирователь 12 формирует функцию Р(У„)-, характериэующую интенсивность воздействия возмущения на стабилизатор. Чем больше величина возМущения и чем больше скорость его

1 изменения, тем больше изменение V, .

)1

Поэтому функция F (U ) может быть суммой двух составляющих, одна из .которых порпорциональна величине возмущения, а вторая — первой произ- 45 водной от возмущения . Можно ввести и вторую производную. Функция F(VÄ) должна быть затухающей и ограниченной по модулю. В простейшем случае формирователь может быть построен на базе схемы, реализующей переда: точную функцию

w(p)

Т

+ 1 (10)

Ири скачке входного напряжения

U„ pa выходе такой схемы появляется приращение U которое затем по экспоненте убывает до нуля. Чтобы функция Р(1)„) была положительной при любом знаке изменения U, сигнал ь с выхода указанной схемы и его инверсию следует подать на диодный элемент ИЛИ 2. Ограничить величину

F(V„) можно стабилитронами.

Сумматор 11 определяет разность между суммарным значением

I,n e V и значением I V,(с) = I, (а) + (i V, — т, (t), (11)

Блок 10 в аналоговом виде перемножает напряжения на выходах формирователя 12 и сумматора 11.

v (1) = v, () F (V„) . (12)

Выходное напряжение блока 10 суммируется с выходным напряжением интегратора 6 в сумматоре 8 и полученная сумма

v+ (t) I,(t) + v„(t) подается на вход сравнивающего элемента 7. Когда напряжение U > достигает значения напряжения управления U, сравнивающий элемент 7 срабатывает и запирает ключ 1. Формирование импульса напряжения U ь длительностью „ закончено. Далее цикл повторяется, В квазистационарном режиме, когда напряжение U не изменяется и

) переходные процессы относительно

)1 tl медленных среднеинтервальных составляющих сигналов закончены, имеем равенство

U (n) =- U (n) — лU, = -I (n), (13)

1 о( где U,, (n) = — U„(t) dt, 1 (p 1l i . 2

àU = I r

Т

На выходе формирователя 12 F(U,)

О, поэтому У,(с) = 0 и U (t)

= I,(r) .

При U (t) = Н, т.е. при t — (n — 1)Т + «- с учетом (4), имеем (.-1(T+ < „

J «„(.)«« = «,. ().-1)Т

Тогда V (и) = U (n) — а ((, 1

= .—,U . -а V„, т.е. в квазистационар-.

7 12626 з ном режиме обеспечивается независимость выходного напряжения стабилизатора от входного. Схема работает, как при известном способе управления, по интегралу от напряжения питания. 5

При изменении U ôóíêöèÿ F(U ) возрастает. Положим, что U„ возрастает скачком в начале и-го периода и F(U ) достигнет единицы. Тогда на выходе. блока 10 имеем

U„(t) = U, (t) = I,(г) + ь U

I, () а на выходе сумматора 8 Ut(t)

I,(t) + а U„.

При t = (п-1)Т +7„, когда U (с)

U„, получаем U„= Т (t) + ь U„, откуда I (t) = U — ь И и г t

При этом среднее значение выходного напряжения

1 1 20 и (и) = -I (n) = -U н Т Т - У

56 8 кает переходной процесс при скачке U и

Предлагаемый способ управления может применяться как в импульсных преобразователях постоянного напряжения в постоянное, как рассмотрено вышее, так и в преобразователях постоянного напряжения в переменное, в частности кваэисинусоидальное, если U изменяется по ступенчатоY синусоидальному закону. Во всех случаях способ позволяет значительно повысить стабильность и качество выходного напряжения при действии входных возмущений без применения дополнительных энергоемких входных и выходных фильтров. Это в свою очередь приводит к снижению массы и габаритов преобразователя в целом.

Формула изобретения т.е. такое же, как в квазистационарном режиме. Таким образом, при действии входных возмущений среднее значение выходного напряжения стабилизатора не изменилось.

Поскольку при F(U„ ) = 1 регулирование в системе ведется по значению выходного напряжения, то при определенных параметрах непрерывной части она может стать неустойчивой.

Однако за счет затухания F(U„) обеспечивается затухание переходных процессов в системе, т.е. она сохраняет устойчивость. Конкретный урЬвень ограничения и вид функции F(U„) зависят от характеристик непрерывной части.

Таким образом, в квазистационарном режиме в системе работает канал регулирования по напряжению на входе фильтра, что обеспечивает высокую точность компенсации возмущений и высокую устойчивость. В переходных режимах дополнительно подключается канал регулирования по выходному напряжению стабилизатора, что существенно повышает динамические характеристики стабилизатора.

Для сравнения на фиг. 2 пунктиром показаны импульсы напряжения

U для случая, когда реализуется закон. управления (1), т,е. I,(„ )

= U . Эти импульсы по ширине замет1 но отличаются от импульсов, обеспечивающих Б„(п) = const, в результате чего на выходе стабилизатора возни25

Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения, включающим силовые ключи импульсной части, заключающийся в том, что .при постоянной частоте модуляции в начале каждого периода модуляции производят включение силовых ключей импульсной части, в кажцом периоде модуляции формируют сигнал, пропорциональный текущему значению интеграла от входного напряжения преобразователя, формируют регулирующий сигнал, сравнивают его с управляющим сигналом и при равенстве этих сигналов производят выключение силовых ключей импульсной части преобразователя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения при действии входных возмущений, дополнительно формируют сигнал, пропорциональный текущему значению интеграла от выходного напряжения преобразователя эа текущий период модуляции, этот сигнал суммируют с сигналом, пропорциональным среднему значению падения напряжения на импульсном преобразователе постоянного напряжения, из полученного суммарного сигнала вычитают сигнал, порпорциональный текущему значению интеграла от входного напряжения преобразователя, полученный разностный сигнал умножают на положительный сигнал, равный сумме составляющих, пропорциональных значениям

1262б56 и,иФ й7

Составитель C.Ëóçàíîè

Редактор В.Иванова Техред В. Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 5442/55 Тираж 63 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4 входного возмущения и производной от него, ограниченный по модулю и затухающий во времени, и полученнъй в результате умножения сигнал суммируют с сигналом, пропорциональным текущему значению интеграла от входного напряжения, получая- при этом регулирующий сигнал.

Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к области магнитогидродинамической техники, в частности к системам нагружения МГД-генераторов и может быть использовано в энергетических МГД-установках промышленного масштаба

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах втоцичных источников электропитания

Конвертор // 1347129
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для гальванического разделения сигналов управления применительно к исполнительным механизмам промьшшенной автоматики

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с периодическим перепадом температур, например дневных и ночных. Устройство с помощью емкости преобразует энергию перепада температур в электрическую энергию. Устройство содержит пустотелый корпус, в верхней части которого закреплены пластины, которые образуют конденсатор, стержень, изготовленный из термочувствительного диэлектрического материала, меняющего свои линейные размеры при изменении внешней температуры, и помещенный внутрь корпуса в его нижнюю часть, жидкость, имеющую высокое значение относительной диэлектрической проницаемости, источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости. Общие размеры стержня, корпуса и количества жидкости подбираются таким образом, что при максимальном удлинении стержня жидкость заполняет полностью пространство между пластинами, а при минимальном его размере жидкость полностью освобождает пространство между пластинами. Техническим результатом является отсутствие внешнего устройства, потребляющего энергию из сети, для движения подвижной пластины емкости, что является преимуществом данного устройства.1 ил.

Изобретение относится к емкостным преобразователям энергии и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур. Устройство содержит две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая, подвижная, выполнена из жидкого металла, например, ртути. Устройство также содержит брусок из любого диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. Второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании. Между неподвижной пластиной конденсатора и незакрепленным концом бруска из диэлектрического термочувствительного материала помещен материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрик. При этом одна часть диэлектрика плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к незакрепленному концу бруска. Между этой частью сегнетоэлектрика и концом бруска устанавливается небольшой воздушный зазор, в котором помещается небольшое количество ртути. Таким образом, устройство образует емкость, в которой в качестве одной из подвижных пластин служит жидкий металл, например, ртуть. Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости. Техническим результатом является повышение полученного напряжения на нагрузке. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматики и электроники как средство для управления физическими процессами и может быть использовано в технологиях электрохимических измерений при экологических и океанографических исследованиях. Технический результат - уменьшение искажения сигнала, снимаемого с заземленной нагрузки при контроле управляемого тока, что повышает точность преобразования входного напряжения в выходной ток. Дополнительный технический результат - упрощение устройства. Сущность: устройство содержит первый резистор R1, первый вывод которого является входом устройства. Второй вывод R1 подключен к первому выводу второго резистора R2 и к инверсному входу операционного усилителя ОУ. Выход ОУ подключен ко второму выводу R2 и к первому выводу третьего резистора R3. Второй вывод R3 подключен к первому выводу четвертого резистора R4, второй вывод которого заземлен. Устройство содержит опорный резистор Roп, первый вывод которого является выходом устройства и к этому выводу подключен неинверсный вход ОУ. Второй вывод Rоп через элемент-повторитель Π подключен ко второму выводу R3. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур. Технический результат - увеличение числа срабатываний в несколько раз. Устройство имеет электронный блок управления, исполнительное устройство, две пластины емкости, одна из которых закреплена к приводу исполнительного устройства, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из пластика (или из другого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры). Второй конец бруска из пластика жестко закреплен на неподвижном основании. 1 ил.
Наверх