Метод за управление на превключващ регулатор на напрежението

Притежатели на патента RU 2254606:

Методът, базиран на широчинно-импулсна модулация на управляващия сигнал на регулиращия елемент, може да се използва за управление на импулсни полупроводникови стабилизатори на постоянно напрежение. Техническият резултат е намаляване на статичната грешка на стабилизацията на напрежението по време на външни смущения (промяна на входното напрежение или съпротивление на натоварване, ефект на несъвършенство на елементите на силовата верига на стабилизатора). За управление на регулатор за превключване на постояннотоково напрежение се измерва текущата стойност на стабилизираното напрежение, измерената стойност се сравнява с постоянно референтно напрежение, въз основа на сигнала за грешка, се формира ШИМ сигнал с помощта на трионно синхронизиращо напрежение, което се използва за управлява регулиращия елемент на стабилизатора. Освен това този сигнал се демодулира и полученият сигнал за корекция се добавя към сигнала за грешка. Избирайки коефициента на предаване на корекционния сигнал, стойността на статичната грешка при стабилизиране на напрежението се коригира. Чрез подходящ избор на печалба, статичната грешка може да бъде нула. Този метод на управление е ефективен за различни версии на преобразуватели на постояннотоково напрежение (понижаващи се, повишаващи и инвертиращи типове) и различни режими на тяхната работа (както с непрекъснати, така и с прекъсващи токове на стабилизаторния дросел). 3 кал.

Изобретението се отнася до електротехниката, по-специално до методи за управление на импулсни преобразуватели с постоянно напрежение.

Известен метод за управление на импулсен регулатор на постоянно напрежение, базиран на широчинно-импулсна модулация на управляващия сигнал на регулиращия елемент, се състои в това, че текущата стойност на стабилизираното напрежение се сравнява с постоянно референтно напрежение, на базата на усиленото сигнал за грешка при използване на трионно напрежение, PWM управляващ сигнал за регулиращия елемент (клавиши за захранване) [1, стр.25; 2, стр. 89].

Контролираните по този начин превключващи преобразуватели се характеризират с наличие на статична грешка при стабилизиране на напрежението, определена от амплитудата на трионното напрежение и печалбата на усилвателя на грешката.

Предложеното изобретение решава проблема за намаляване на статичната грешка на стабилизацията на напрежението.

Съгласно предложения метод посоченият проблем се решава, както следва.

За управление на импулсен стабилизатор на постояннотоково напрежение се измерва текущата стойност на стабилизираното напрежение, измерената стойност се сравнява с постоянно референтно напрежение, като се използва получения сигнал за грешка и трионно напрежение, има ШИМ контролен сигнал за регулиращия елемент на стабилизатора формиран. Корекционният сигнал, получен в резултат на демодулация на ШИМ контролния сигнал на регулиращия елемент, се добавя към сигнала за грешка. Освен това коефициентът на предаване на корекционния сигнал се избира въз основа на необходимата грешка при стабилизиране на статичното напрежение.

Пример за структурна и функционална диаграма на стабилизатор, в който е реализиран предложеният метод, е показан на фиг. 1.

Захранващата верига на стабилизатора включва входни 1 и изходни 2 филтри, както и регулиращ елемент 3. Устройството за управление на стабилизатора е оформено от първите 4 и вторите 5 суматора, компаратор 6, генератор на трионно напрежение 7, демодулатор 8.

Входовете на суматора 4 се снабдяват с измереното изходно напрежение на стабилизатора Uc, което трябва да бъде стабилизирано, и постоянно референтно напрежение Uo, което задава необходимата стойност на стабилизираното напрежение. Полученият сигнал за грешка се подава към един от входовете на суматора 5, към втория вход на който изходният ШИМ сигнал на компаратора 6, преобразуван от демодулатора 8, се използва за управление на регулиращия елемент 3.

ШИМ сигналът може да се генерира по различни начини. В случай на ШИМ сигнал с работен цикъл, определен по формулата

където Upil. - амплитудата на трионното напрежение;

Uк - амплитудата на импулсите на изхода на компаратора 6;

Uк (1-Кз) - амплитудата на демодулирания ШИМ сигнал;

Кк - коефициент на предаване на корекционния сигнал, след трансформации е възможно да се получи

Графиката на зависимостта Кз = f (Uc) е показана на фиг. 2.

Сегмент а на фиг. 2 представлява максималната грешка на статична стабилизация Uc при UкКк = 0. Чрез избора на коефициента на предаване на корекционния сигнал е възможно да се намали стойността на статичната грешка a ′.

От (3) е очевидно, че при избора на коефициент на предаване, равен на

статичната грешка е нула

Лесно е да се покаже, че в случай на формиране на ШИМ сигнал с работен цикъл, определен от формулата

Uk Kz - амплитудата на демодулирания ШИМ сигнал,

тоест, когато избираме Kk в съответствие с израз (4), получаваме подобен резултат

Като пример, разгледайте регулатор на напрежение от понижаващ тип с последователно свързване на регулиращ елемент и изглаждащ дросел на изходния филтър (фиг. 3), където IP е захранване с напрежение E; Rн - устойчивост на натоварване; ρн = 1/Rн - проводимост на товара.

Статичната характеристика на управлението на силовата част на стабилизатора се определя от равенството

където r0, е общото съпротивление на силовата верига на стабилизатора, характеризиращо несъвършенството на неговите елементи.

След прости трансформации може да се покаже, че изразите са валидни:

Замествайки (2) в (9), след преобразуването получаваме:

Където

По този начин грешката при стабилизиране на статичното напрежение е нула.

По принцип за всеки тип превключващ регулатор има зависимост на работния цикъл от входното или изходното напрежение, мощността на натоварване Рн, индуктивността на индуктора L или други параметри

Устройството за управление на стабилизатора генерира PWM управляващ сигнал за управляващия елемент с работен цикъл, определен от уравнения (2) или (6).

Получаваме приравняване на дясните страни на уравнения (9) и (2) или (6)

В случай на избор на коефициент на предаване в съответствие с (4), получаваме A = 0, Uc = U0, т.е. стабилизираното напрежение не зависи от параметрите на функцията F.

Използването на предложения метод за управление на стабилизатора дава възможност за намаляване на статичната грешка при стабилизиране на напрежението. Избирайки усилването на демодулирания ШИМ сигнал, можете да коригирате размера на статичната грешка. При коефициент на предаване статичната грешка е нула под въздействието на различни дестабилизиращи фактори (промяна в E, ρн, r0.).

Този метод на управление е ефективен за различни версии на преобразуватели на постояннотоково напрежение (понижаващи, повишаващи и инвертиращи типове) и различни режими на тяхната работа (както с непрекъснати, така и с прекъсващи токове на стабилизаторния дросел).

ИЗТОЧНИЦИ НА ИНФОРМАЦИЯ, ПРЕДВИДЕНИ ПО ВРЕМЕ НА ОПИСАНИЕТО

1 Хусайнов Ч.И. Високочестотни превключващи регулатори на постояннотоково напрежение. Москва: Енергия, 1980.

2 Сергеев Б.С. Схема на функционални блокове на вторични захранвания: Наръчник. М.: Радио и комуникация, 1992.

Метод за управление на импулсен регулатор на постоянно напрежение, базиран на широчинно-импулсна модулация на управляващ сигнал на регулиращ елемент, който се състои в измерване на текущата стойност на стабилизираното напрежение, сравняване на измерената стойност с постоянно референтно напрежение, въз основа на полученото сигнал за грешка и трионно напрежение, образуват PWM сигнал за управление на управляващия елемент на импулсния стабилизатор, характеризиращ се с това, че корекционният сигнал, получен в резултат на демодулация на PWM управляващия сигнал на управляващия елемент, се добавя към сигнала за грешка и коефициентът на предаване на корекционния сигнал се избира въз основа на необходимата грешка при стабилизиране на статичното напрежение.