Способ управления импульсным стабилизатором тока
Владельцы патента RU 2547810:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" (RU)
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления электрическими дизель-генераторами, в частности, в управлении электромагнитным регулятором подачи топлива. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия и точности формирования тока за счет дополнения способа быстродействующей обратной связью в цепи регулирования тока. Технический результат достигается тем, что способ основан на методе с использованием частотно-импульсной модуляции сигнала управления инвертором, заключающийся в том, что измеряемое текущее значение стабилизируемого тока сравнивают усилителем рассогласования с заданной величиной требуемого тока, устанавливаемого микроконтроллером при помощи встроенного в него цифро-аналогового преобразователя, и устанавливают требуемую частоту следования импульсов при помощи генератора, управляемого усилителем рассогласования, для управления инвертором, при этом фиксируемая длительность импульса определяется формирователем импульса, который запускается в начале каждого периода частоты генератора.1ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления электрическими дизель-генераторами, в частности в управлении электромагнитным регулятором подачи топлива.
Известен способ управления импульсным стабилизатором тока (RU 2366067 C1, H02M 3/335, опубл. 27.08.2009), заключающийся в том, что измеряют текущее значение стабилизируемого тока, сравнивают его с заданным значением, формируют ШИМ-сигнал управления инвертором, трансформируют переменное напряжение с выхода инвертора, выпрямляют и сглаживают выходной ток, для снижения требований к электрической прочности изоляции датчика и повышения стабильности выходного тока выделяют амплитуду переменного тока перед трансформацией и только затем сравнивают ее с заданным значением.
Известный способ не позволяет динамически корректировать параметр скважности управляющего сигнала в условиях изменения режима нагрузки, что ограничивает возможности по улучшению и достижению высокой точности управления стабилизатором постоянного тока.
Известен высокоточный способ управления импульсным стабилизатором тока (RU 2420853 C1, H02M 3/335, опубл. 10.06.2011), выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что измеряют текущее значение тока непосредственно в цепи нагрузки, оцифровывают его и сохраняют в памяти микроконтроллера, вычисляют программным способом скважность ШИМ-сигнала одновременно по последовательности сохраненных значений и заданному значению тока и только после этого формируют ШИМ-сигнал управления инвертором, а затем выпрямляют и сглаживают выходной ток.
Недостатком известного способа управления является низкое быстродействие, так как время формирования управляющего сигнала ШИМ-контроллера ограничено временем измерения тока нагрузки аналого-цифровым преобразователем и временными параметрами микроконтроллера.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении быстродействия и точности управления импульсным стабилизатором тока нагрузки за счет формирования сигнала управления инвертором быстродействующей цепью обратной связи.
Для достижения указанного технического результата в основу способа управления импульсным стабилизатором тока был заложен метод с использованием частотно-импульсной модуляции сигнала управления инвертором. Заявляемый способ заключается в том, что измерение текущего значения стабилизируемого тока производят непосредственно в цепи нагрузки, оцифровывают и сохраняют в памяти микроконтроллера, а затем выпрямляют и сглаживают выходной ток. При этом измеряемое текущее значение стабилизируемого тока сравнивают усилителем рассогласования с величиной требуемого тока, устанавливаемой микроконтроллером при помощи встроенного в него цифроаналогового преобразователя. Требуемую частоту следования импульсов для управления инвертором устанавливают при помощи генератора, управляемого усилителем рассогласования, обеспечивая таким образом быстродействующую обратную связь регулирования тока нагрузки и, как следствие, более высокую точность в условиях динамических изменений нагрузки и входного питающего напряжения. При этом фиксируемую длительность импульса определяют формирователем импульса, который запускают в начале каждого периода частоты генератора.
На фигуре показана структурная схема импульсного стабилизатора тока, реализующего данный способ управления.
На фигуре показано:
1 - входной фильтр;
2 - инвертор;
3 - выпрямитель;
4 - выходной фильтр;
5 - шунт;
6 - предусилитель;
7 - нагрузка;
8 - микроконтроллер (МК);
9 - усилитель рассогласования;
10 - генератор, управляемый напряжением;
11 - формирователь импульсов.
Технический результат достигается следующим образом.
Входной фильтр 1 сглаживает пульсации от нестабилизированного источника напряжения (на фигуре не указан). Инвертор 2 пропорционально скважности управляющего сигнала формирует на выходе импульсный ток, который поступает непосредственно на выпрямитель 3. Выпрямитель 3 преобразует импульсный ток с выхода инвертора 2 в постоянный, который затем сглаживается с помощью выходного фильтра 4 и подается в нагрузку 7, в цепи которой последовательно включен прецизионный низкоомный шунт 5.
Действующее значение тока нагрузки, измеряемое шунтом 5, через предусилитель 6 поступает на отрицательный вход усилителя рассогласования 9 и аналого-цифровой преобразователь, встроенный в микроконтроллер 8. При помощи цифроаналогового преобразователя, встроенного в микроконтроллер 8, задают требуемое значение тока нагрузки, и подают это значение на положительный вход усилителя рассогласования 9. Требуемое и действующее значения тока нагрузки сравнивают усилителем рассогласования 9, управляющим по цепи быстродействующей обратной связи генератором 10, изменяя при этом частоту сигнала управления формирователем импульсов 11, который запускают в начале каждого периода частоты генератора 10. При этом ширина импульса, определяемая формирователем импульсов 11, сигнала управления инвертором 2 остается фиксированной.
Измеренное аналого-цифровым преобразователем, встроенным в микроконтроллер 8, действующее значение тока нагрузки анализируется микроконтроллером 8, после чего микроконтроллер 8 в соответствии с алгоритмом принимает решение об изменении требуемого значения тока нагрузки на выходе цифроаналогового преобразователя, встроенного в микроконтроллер 8. Таким образом, на микроконтроллер 8 возложена лишь низкочастотная задача при формировании сигнала управления инвертором 2 - определение требуемого значения тока нагрузки.
Функциональные блоки устройства для реализации заявляемого способа управления, представленные на фигуре, могут быть выполнены на следующих элементах. Инвертор 2 может быть выполнен на основе топологии SEPIC-преобразователя и реализован на дросселе с индуктивностью 100 мкГн, конденсаторе CKG45NX5R1H106M TDK, МДП-транзисторе с n-каналом BUK965R8-100E NXP, драйвере управления затвором MIC4452YM Micrel, трансформаторе с коэффициентом передачи, равным единице, и индуктивностью, равной 100 мкГн. Формирователь импульсов 11 может быть реализован микросхемой 74VHC221AMTC Fairchild Semiconductor. Генератор, управляемый напряжением 10 может быть реализован микросхемой LTC1799IS5#PBF Linear Technology. Усилитель рассогласования 9 может быть реализован микросхемой AD8226BRMZ Analog Devices. Выпрямитель 3 может быть реализован диодом Шоттки V10P10-M3/86A Vishay General Semiconductor, а выходной фильтр 4 - конденсатором CKG45NX5R1H106M TDK. Шунт 5 может быть реализован резистором WSL2512R0249FEA Vishay Dale, сигнал с которого поступает на предусилитель 5, который может быть выполнен микросхемой AD8218BRMZ Analog Devices. В качестве микроконтроллера 8 может быть выбрана микросхема MSP430F5359IPZ Texas Instruments. Нагрузкой 7 является электромагнит.
Таким образом, установка требуемой частоты следования импульсов для управления инвертором 2 при помощи генератора 10, управляемого усилителем рассогласования 9, который сравнивает текущее измеренное и требуемое значения стабилизируемого тока, оставляя при этом фиксированную длительность импульса, позволяет обеспечить высокое быстродействие и точность формирования требуемого тока нагрузки.
Способ управления импульсным стабилизатором тока, заключающийся в том, что измерение текущего значения стабилизируемого тока производят непосредственно в цепи нагрузки, оцифровывают и сохраняют в памяти микроконтроллера, выпрямляют и сглаживают выходной ток, отличающийся тем, что измеренное текущее значение стабилизируемого тока сравнивают усилителем рассогласования с величиной требуемого тока, устанавливаемой микроконтроллером при помощи встроенного в него цифро-аналогового преобразователя, устанавливают требуемую частоту следования импульсов при помощи генератора, управляемого усилителем рассогласования, при этом фиксируемую длительность импульса определяют формирователем импульса, который запускают в начале каждого периода частоты генератора для управления инвертором.
