Способ управления импульсным стабилизатором

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания. Цель изобретения - повышение качества стабилизации выходного напряжения в переходном режиме. Цель достигается тем, что дополнительно измеряют текущие значения тока дросселя I<SB POS="POST">L</SB> и тока нагрузки I<SB POS="POST">н</SB>, по формуле I<SB POS="POST">L</SB>T = I<SB POS="POST">н</SB>(U<SB POS="POST">н</SB>):(U<SB POS="POST">N</SB>) вычисляют терминальное значение тока дросселя в тактовые моменты времени, в начале каждого периода модуляции производят отпирание силового ключа, если он до этого был заперт. Для текущего момента времени по значению тока дросселя вычисляют значение ампер-секундной площади тока через диод при условии, что в этот момент времени силовой ключ запирается. Последующее отпирание производится так, чтобы ток дросселя в конце периода модуляции был равен вычисленному терминальному значению. Затем сравнивают полученное значение указанной ампер-секундной площади с сигналом управления, и в момент их равенства производят запирание силового ключа. Аналогично измеряют ампер-секундную площадь тока через диод и производят отпирание силового ключа. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

O% (111

А1 (594 0 5F 1 66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01НРЬЗТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3993577/24-07 (22) 23.12.85 (46) 23.07.8Я. Бюл. й-. 27 (71) Куйбьппевский институт инженеров железнодорожноro транспорта (72) В. В. Сазонов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1120304, кл. G 05 F 1/56, 1984.

Авторское свидетельство СССР

В 1432482, кл. G 05 F 1/66, 07.01,85. (54) СПОСОБ УПРАВЗПНИЯ ИМПУЛЬСНЫМ

СТАБИЛИЗАТОРОМ (57) Изобретение относится к вторичньм источникам питания. Цель изобретения — повьппение качества стабилизации выходного напряжения в переходном режиме. Цель достигается тем, что дополнительно измеряют текущие значения тока дросселя I и тока наL и грузки I, по формуле I (Т) п

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к способам управления импульсными стабипизаторами постоянного напряжения, которые широко применяются для питания различной электро- и радиоаппаратуры.

Цель изобретения — повыпение качества стабилизации выходного напряжения в переходном режиме.

На фиг. 1 приведена функциональная схема силового каскада импульсного стабилизатора и устройства управ— ления, реализующего предпсркенный способ управления; на фиг. 2 — времен2 вычисляют терминальное значение тока дросселя в тактовые моменты времени, в начале каждого периода модуляции производят отпирание силового ключа, если он до этого был заперт.

Для текущего момента времени по значению тока дросселя вычисляют значение: ампер-секундной площади тока через диод при условии, что в этот момент времени силовой клич запирается.

Последующее отпирание производится так, чтобы ток дросселя в конце периода модуляции бып равен вычисленному терминальному значению. Затем сравнивают полученное значение указанной ампер-секундной площади с сигналом управления, и в момент их равенства производят запирание сипового ключа. Аналогично измеряют ампер" секундную площадь тока через диод и производят отпирание силового ключа.

1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1 ные диаграммы, поясняющие сущность способа управления; на фиг. 3 — вариант реализации вычислительного бло ка.

Силовой каскад состоит из дросселя 1, силового ключа 2, диода 3 и конденсатора 4, к которому подключается нагрузка 5. Устройство управления содержит вычислительный блок 6, сравнивающий усипитель 7 с источником 8 опорного напряжения (11 „ ), релейные элементы 9 и 10, диоди 11 и

12, ключи 13 — 16, сумматоры 17 и 18, 3 1495770 интеграторы 19 — 21, узел 22 умноже ния, триггер 23, генератор 24 тактовых импульсов (ГТИ).

На фиг. 3 приняты следующие обозначения: 25 — 29 — умножители, 30—

32 - сумматоры, 33 и 34 - делители, 35 — 37 — маснтабные делители.

Управление импульсным стабилизатором осуществляется следующим образом. 10

В течение интервала t б (О, 9 ) силовой ключ 2 открыт, в дросселе запасается энергия, ток в нем изменяется по закону (6) 15

Подставляя в это выражение значение i из (2), получаем

20 > + ° < л« Vf-Uл (t ) = i (t ) г — "л, (8)

Й 2 L "g, Поскольку с течением времени ток

i1 возрастает, а значение согласно и Ф. (6) остается неизменным, то возрастает и значение $г (t ).

Когда значение $ «> (t») становится равным сигналу управления (в качест30 ве которого используется усипенное отклонение выходного напряжения от опорного напряжения), производят эапирание силового клича 2 — момент 9 на фиг. 2, Интервал, сформирован.

В следующем интервале с б (9„6 ) энергия из дросселя и источника питания через диод 3 поступает в нагрузку и накопительный конденсатор, Ток в дросселе убывает по закону в конце такта

° «+Пп 6«

1, 3 (3) 40

В этих выражениях 9 г - вычислеил,» ное значение интервала вклвченного л» состояния ключа, а с — длительность 45 интервала выключенного состояния ключа.

+ л»

Поскольку i = T — t — 0 1, то где 1< i< (t 9 ).

В момент 9, начинают измерять ампер-секундную площадь тока через диод, равнЬго току дросселя

»

$ () - i„(t)dt ° а

Значение S (t ) непрерывно возра» г. стает, так как i О. Когда значение

S (t ) становится равным сигналу уп« г равления, производят выключение силового ключа 2. Интервал сформирован.

В течение интервала te(9г, Т) в дросселе начинает вновь запасаться

Подставляя (2) и (4) и преобразуя, получаем

55 (T — t ) + i„(t*) - 1 „(Т)

С ч

1 (t ) — 1 (0) +

«- Пп «где t — время, отсчитываемое от на-"

« чала каждого такта управления е

«

В каждый момент времени t производится вычисление ампер-секундной площади S + (t ) тока через диод 3 при

« условии, что в данный момент сиповой ключ включается, а его последующее включение производится в такой момент вр емени 8 g ко гда о б еспечив аетс я условие 1 (Т) iz (Т), где 1 (Т) — заданное значение тока дросселя в конце такта управления, т.е. его терминальное значение (фиг. 2)

В момент 9 ток дросселя равен г

1, (Т) - i» + — (Т вЂ” t — Ь, ). (4)

Uq «л«

Учитывая (1), получаем

Uï бс — т+1 (О) -1 (Т)

L 4 Ь л»

2 VH

На основании фиг. 2 можно записать

» ° %.

«(„у ) ig(t ) + 1а л»

+? = ° Vм Uí (» л

4 f 1 о

"((с (Т) = i + — (Т вЂ” (-().

S 1495770 б энергия, ток в нем изменяется по за- пер-секундной площади тока нагрузки кону за текущий период модуляции т

i (t ) = i + — (t — (, -() ° 5

+ ° Пп + л +

L 2

s и о

Поскольку значение тока при t ) t

В конце такта управления неизвестно, то его следует прогнозировать. В простейнем случае считаем, что

Если в течение интервалов (и

/ ъ (значение U„не изменяется, а вычйсление Я (t ) производится точно, М- %. то значение i 1,(Т) равно (Т) . Однако

15 в реальных условиях U ф const поэтому i<(T). может несколько. отличаться от Т(Т). Тем не менее в следующем такте управления при формировании инл л 20 нервалов (, и (учитывается фактическое значение тока i в начале так-. та. Поэтому, если даже условие 1„(Т) =

= д„(Т) не реализуется, это не приводит к нарушению нормальной устойчивой работы системы. Допустимость погрешности в выполнении этого условия и делает возможным использование приближенных соотношений полученных без учета активного сопротивления дрос-. селя.

Количество энергии, поступившей за такт управления из дросселя и ис-. точника питания в конденсатор и нагрузку, равно

Поскольку значение S определяется сигналом управления и при UI, const постоянно, то значение Vr(q постоянно при любых изменениях напряжения питания. При постоянной нагрузке это обеспечивает баланс поступающей и потребляемой энергий, поэтому энергия в конденсатор не поступает и напряжение на нем остается постоянным. Таким образом, выходное напряжение не зависит от входного.

Если нагрузка изменяется, то баланс энергий нарушается, что приводит к заряду или разряду конденсатора фильтра. Чтобы устранить это явление, т.е ° повысить качество стабилизации при изменении тока нагрузки, в каждый момент времени формируют сигнал, пропорциональный значению амi„(t) t) =i„(t) °

То гда

g+

s„= j („(t)dt + („(t )(т-c ), О .(1О)

Ф

Первая составляющая S получается

H непосредственным аппаратурным интегрированием тока, вторая — вычислением.

Ф

Сигнал, характеризующий S >, суммируют с сигналом управления. Поэтому, если ток нагрузки возрастает (или уменьнается) в процессе формироBB.ния инте Фалов c H (., To ветствующим образом возрастает (уменьшается) величина S< в (9). Баланс энергии при этом сохраняется.

Если возрастание тока нагрузки суМщественно, то величина S „изменяется значительно, и в течение одного такта соответствующее изменение величины S не может быть обеспечено.

Ключ 2 остается открытым в течение времени,; пока ток iL не возрастает до значения, при котором может быть получено необходимое значение S .

Такой форсированный режим обеспечивает минимальное значение просадки выходного напряжения.

Терминальное значение тока дросселя i (Т) вычисляем исходя из равенL л г ства интервалов (, и (,, т.е. при условии, что тактовые импульсы находятся в середине интервала открытого состояния ключа. Вычисление производим исходя из текущих значений U

U> и iz в предположении, что при этих значениях переменных в системе установился стационарный режим, т.е.

i„(T) = i (О) = 1 (Т).

Для установившегося режима очевидны соотношения

1495770

2 (Т) + л

Пн л

1 ь L

1 -i(т)

Пьл

1, 1, 3!

При а, = ь, из этих выражений получаем

/ д„(Т) = i<(T) p< (11) !

TBK KBK < = (1 )Т (12) (= Т—

1 Пн

Подставляя (12) в (11), получаем л. (Т) = i н гг „ (3) 21

Введение зависимости терминального значения i< от я и Б„позволяет суцественно распгирить диапазоны токов нагрузки и напряжения питания, ЗО в которых обеспечивается компенсация возмуцений. При возрастании тока нагрузки возрастает х(Т), что автоматически переводит систему в режим больгпих токов примерно при тех же значениях всех интервалов. Это гарантирует запас на регулирование значения Я

Все операции, которые следует произвести при формировании интервалов 4О

<,, и с, выполняются средствами аналоговой или цифровой (микропроцессорной) техники.

Устройство, реализуюцее предложенный способ, работает следующим образом.

В начале каждого такта управления тактовый импульс ГТИ 24 через диод

12 переключает триггер 23 в единичное состояние, если он ранее не был в этом состоянии, и разряжает интеграторы 19-21. Триггер 23 открывает силовой ключ 2 и закрывает ключ 13. Ток в дросселе 1 начинает возрастать. Интегратор 21 формирует сигнал, пропорциональный текущему времени t (Е„ .ггпостоянное напряжение) . Сумматор 18,! узел 22 умножения, интегратор 22 и .сумматор 17 в соответствии с (10) формируют сигнал, пропорциональный М ф

S„; Т вЂ” сигнал, пропорциональный периоду модуляции. Усилитель 7 формирует сигнал управления .J, равный усиленной разности o11opHoF0 напряжения U „„ и выходного напряжения JJ„, Вычислительный блок 6 (фиг,3) по измеренным значениям JJ<, П„, I „, i> в соответствии с выражениями (5} (8} и (13) формирует сигнал, пропорциональный S (t } . Когда S (t" ) становит-ся равным сумме П и $„, срабатывает релейньй элемент 9 и переводит триггер 23 в нулевое состояние. Силовой ключ 2 запирается, диод 3 отпирается, энергия из дросселя 1 и источника питания начинает поступать в конденсатор 4 и нагрузку 5. Ключ 13 при этом отпирается и интегратор 19 начинает формировать сигнал, пропорциональный ампер-секундной площади S,.(t ) тока =:ерез диод 3. Когда этот сигнал становится равным U + S.„срабатывает релейный элемент 10, триггер 23 переводится в единичное состояние,, к,гпгч 2 отпирается.

Далее цикл повторяется.

Предложенный способ управления обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения стабилизатором как в стационарном режиме,. когда значения J и 1.н не изменяются, так и в динамическом режиме, когда П„ и изменяются. Кгс применение псзвоМ ляет значительно снизить габариты входного и выходного фильтров стабилизатора с ггсвыпгаюцим силе вым каскадом. Реализация устройства управления не вызывает затруднений, так как все его блоки могу-.бы, т-ь выполнены на типовых микросхемах.

Формула изобретения

1, Спс сс б управления импульсным стабилиз атором постоянного йапряжения с последовательным включением накопительного дросселя и диода и параллельным включением силового ключа,. основанньпг на пгирстно-импульсной модуляции сигнала управления слчсвыг1 ключом при неизменном периоде модуляции и измерении текущм значений входного напряжения 11п и выходного напряжения он, о т л и ч а ю ц и йс я тем, что, с целью повьппения качества стабилизации выходного напряжения в переходном режиме, дспсл1495770 нительно измеряют текущие значения тока дросселя I< и тока нагрузки I„, Uu по формуле I (Т) = I — вычисляют

" 1и терминальное значение тока дросселя в тактовые моменты времени, в начале каждого периода модуляции производят отпирание силового ключа, если он до этого был заперт; для текущего момента времени по значению тока дросселя вычисляют значение ампер-секунд- ной площади тока через диод при условии, что в этот момент времени силовой ключ запирается, а его последу- 15 ющее отпирание производится так, чтобы ток дросселя в конце периода модуляции был равен вычисленному терминальному значении, сравнивают полу° ъл ченное значение указанной ампер-с:" кундчой площади с сигналом управления и в момент нх равенства производят запнрание силового ключа, после чего измеряют текущее значение амперсекундной площади тока через диод, сравнивают это значение с сигналом управления и в момент их равенства производят отпирание силового,ключа.

2. Способ по и. 1, о т л и .ч а— ю щ н и с я тем, что, с целью повьыения качества стабилизации при изменении тока нагрузки, в каждый момент времени формируют сигнал, пропорциональный значению ампер-секундной площади тока нагрузки за текущий период модуляции, и этот сигнал суммируют с сигналом управления.

Составитель А. Колоколкин

Редактор В. Данко Техред М.Дидык Корректор В ° Гирняк

Заказ 4265/45 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101