RU2238583C2 - Method for controlling impulse stabilizer - Google Patents
Method for controlling impulse stabilizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2238583C2 RU2238583C2 RU2002118836/09A RU2002118836A RU2238583C2 RU 2238583 C2 RU2238583 C2 RU 2238583C2 RU 2002118836/09 A RU2002118836/09 A RU 2002118836/09A RU 2002118836 A RU2002118836 A RU 2002118836A RU 2238583 C2 RU2238583 C2 RU 2238583C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- voltage
- isn
- stabilizer
- capacitor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении импульсных стабилизаторов постоянного напряжения (ИСН) с силовой цепью повышающего типа, имеющих малые длительность переходных процессов и статическую ошибку стабилизации выходного напряжения.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to converter technology, and can be used in the construction of pulsed DC voltage stabilizers (ISN) with a boost type power circuit having a short duration of transient processes and a static error in stabilizing the output voltage.
Известен [1] способ управления ИСН, выполненный в виде управляемого электрического ключа (УЭК) и DLC-фильтра (индуктивно-емкостного фильтра с замыкающим диодом), соединенных последовательно между входом и выходом ИСН, заключающийся в том, что измеряют ток IC конденсатора DLC-фильтра и напряжение Uвых на выходе ИСН, вычисляют напряжение UС.Н на емкости конденсатора DLC-фильтра путем интегрирования сигнала, полученного суммированием тока конденсатора, взятого с коэффициентом 1/С, где С - емкость конденсатора DLC-фильтра, и сигнала отклонения напряжения UС.Н от Uвых, взятого с коэффициентом К0=(0,05-0,0005)/(RС· C), где RС - внутреннее активное сопротивление конденсатора DLC-фильтра, формируют сигнал рассогласования (по напряжению путем сравнения напряжения UС.Н с эталонным напряжением UЭТ, умножают ток IC и сигнал рассогласования (на коэффициенты KI1 и KU1, соответственно, причемKnown [1] is a control method for the ISN, made in the form of a controlled electric switch (UEC) and a DLC filter (inductive-capacitive filter with a closing diode) connected in series between the input and output of the ISN, which consists in measuring the current I C of the DLC capacitor filter and the voltage U o at the output of the ISN, calculate the voltage U C. H on the capacitance of the DLC filter capacitor by integrating the signal obtained by summing the capacitor current taken with a factor of 1 / C, where C is the capacitance of the DLC filter capacitor and the deviation signal tense Nia U U O from SN taken from a coefficient K 0 = (0,05-0,0005) / (R C · C), where R C - internal DLC-active filter capacitor impedance, form the error signal (voltage by comparing the voltage U C. H with the reference voltage U ET , the current I C and the error signal are multiplied (by the coefficients K I1 and K U1 , respectively, and
где L - индуктивность DLC-фильтра, UВХ - напряжение на входе ИСН, tИ - статическая длительность импульса управления УЭК, Т – период преобразования и ν Л - скорость изменения пилообразного напряжения широтно-импульсного модулятора (ШИМ), формируют сигнал управления, суммируя сигналы, полученные в результате умножения, и сигналом управления формируют импульсы управления УЭК по принципу ШИМ с блокировкой модулятора в момент формирования модулируемого фронта импульса.where L is the inductance of the DLC filter, U BX is the voltage at the input of the ISN, t And is the static duration of the control pulse of the UEC, T is the conversion period, and ν L is the rate of change of the sawtooth voltage of the pulse-width modulator (PWM), form the control signal by summing the signals obtained as a result of multiplication and the control signal form the UEC control pulses according to the PWM principle with the modulator locked at the moment of formation of the modulated pulse front.
Этот способ обеспечивает ИСН с силовой цепью понижающего типа (ИСН ПН), малую длительность переходных процессов при воздействиях по выходу (изменение тока IH нагрузки) и по входу (изменение напряжения UВХ на входе ИСН).This method provides an ISN with a down-type power circuit (ISN PN), a short duration of transient processes when exposed to output (change in load current I H ) and input (change in voltage U VX at the input of ISN).
К недостаткам этого способа относится то, что он не обеспечивает высокой статической точности стабилизации напряжения UВЫХ, поскольку сигнал рассогласования ε по напряжению умножается на коэффициент KU1, величина которого, определяемая через параметры ИСН, относительно мала и не может быть увеличена без ухудшения динамических характеристик ИСН. Кроме того, этот способ не применим непосредственно для стабилизации выходного напряжения ИСН с силовой цепью повышающего типа (ИСН ПВ), содержащего дроссель и диод, включенные последовательно между входом и выходом стабилизатора, управляемый электрический ключ, включенный между общим проводом стабилизатора и точкой соединения дросселя с диодом и конденсатор, включенный между выходом и общим проводом стабилизатора.The disadvantages of this method include the fact that it does not provide high static accuracy of voltage stabilization U OUT , since the voltage mismatch signal ε is multiplied by the coefficient K U1 , the value of which, determined through the SPI parameters, is relatively small and cannot be increased without deteriorating dynamic characteristics ISN. In addition, this method is not directly applicable to stabilize the output voltage of an ISN with a boost type power circuit (ISN PV) containing a inductor and a diode connected in series between the input and output of the stabilizer, a controlled electrical switch connected between the common stabilizer wire and the connection point of the inductor with a diode and a capacitor connected between the output and the common wire of the stabilizer.
Известен [2] способ управления ИСН ПВ, заключающийся в измерении выходного напряжения на интервале включенного состояния УЭК, запоминании выходного напряжения на момент окончания интервала включенного состояния УЭК, получении сигнала рассогласования по напряжению путем сравнения запомненного значения выходного напряжения и эталонного напряжения и формировании сигналом рассогласования по напряжению импульсов управления УЭК по принципу ШИМ. Этот способ позволяет обеспечить ИСН ПВ высокую статическую точность стабилизации выходного напряжения, но не обеспечивает малой длительности переходных процессов.There is a known [2] control method for the ISN PV, which consists in measuring the output voltage in the interval of the on state of the UEC, storing the output voltage at the end of the interval of the on state of the UEC, receiving a voltage mismatch signal by comparing the stored value of the output voltage and the reference voltage and generating the mismatch signal according to voltage pulse control UEC on the principle of PWM. This method allows you to provide ISN PV high static accuracy of stabilization of the output voltage, but does not provide a short duration of transients.
В качестве прототипа выбран способ управления ИСН ПН [3], согласно которому измеряют ток IС(t) конденсатора DLC-фильтра и напряжение UВЫХ, на выходе стабилизатора, получают сигнал рассогласования по напряжению ε (t), вычитая эталонное напряжение UЭТ из UВЫХ(t), получают первый сигнал, умножая сигнал рассогласования по напряжению ε (t) на коэффициент KP<l/(RC· C+T), где RC и С, соответственно, внутреннее активное сопротивление и емкость конденсатора DLC-фильтра, получают сигнал "ток конденсатора", считая его равным току IC(t) конденсатора DLC-фильтра, умножают сигнал "ток конденсатора" на коэффициент 1/С и, суммируя с первым сигналом, получают второй сигнал, интегрируют второй сигнал, причем диапазон возможного изменения интеграла второго сигнала ограничивают по значениям его максимальных отклонений в динамических режимах, не приводящих к прерыванию модуляции, получают третий сигнал, считая его равным интегралу второго сигнала, получают сигнал управления, умножая сигнал "ток конденсатора" и третий сигнал на коэффициенты KI1 и KU1, соответственно, и суммируя инверсные значения сигналов, полученных в результате умножения, формируют сигналом управления импульсы управления УЭК по принципу ШИМ с блокировкой модулятора в момент формирования модулируемого фронта импульса. При этом KI1 и KU1 соответствуют KI1 и KU1 из [1].As a prototype, the control method of the ISI PN [3] was selected, according to which the current I C (t) of the DLC filter capacitor is measured and the voltage U OUT , at the output of the stabilizer, a voltage error signal ε (t) is obtained by subtracting the reference voltage U ET from U OUT (t) , receive the first signal by multiplying the voltage error signal ε (t) by the coefficient K P <l / (R C · C + T), where R C and C, respectively, are the internal resistance and capacitance of the capacitor DLC filter, receive the signal "capacitor current", considering it equal to the current I C (t) of the capacitor of the DLC filter, cleverly they press the signal "capacitor current" by a factor of 1 / C and, summing up with the first signal, they get the second signal, integrate the second signal, and the range of possible changes in the integral of the second signal is limited by the values of its maximum deviations in dynamic modes that do not lead to interruption of the modulation, get the third signal, considering it equal to the integral of the second signal, receives a control signal by multiplying the signal "capacitor current" and the third signal by the coefficients K I1 and K U1 , respectively, and summing the inverse values of the signals, half As a result of multiplication, they form UEC control pulses by the control signal according to the PWM principle with the modulator locked at the moment of formation of the modulated pulse front. Moreover, K I1 and K U1 correspond to K I1 and K U1 from [1].
Этот способ позволяет обеспечить ИСН ПН малую длительность переходных процессов в динамических режимах работы и малую величину статической ошибки выходного напряжения.This method allows you to provide ISN PN small duration of transients in dynamic modes of operation and a small amount of static error of the output voltage.
Однако при его использовании для управления ИСН ПВ не достигается малая длительность переходных процессов в динамических режимах работы из-за различия силовых цепей ИСН ПН и ИСН ПВ.However, when it is used to control the ISN PV, the short duration of transients in dynamic operating modes is not achieved due to the difference in the power circuits of the ISN PN and ISN PV.
В известных ИСН ПВ, как правило, решают задачи уменьшения величины статической ошибки выходного напряжения или длительности переходных процессов. Однако существуют области техники, в которых от ИСН ПВ требуется как малая длительность переходных процессов, так и малая статическая ошибка выходного напряжения. Например, такие требования к ИСН ПВ предъявляются при их использовании в системах электропитания космических аппаратов. Обеспечить в ИСН малую длительность переходных процессов и малую статическую ошибку выходного напряжения достаточно сложно, так как увеличение коэффициента усиления сигнала рассогласования по напряжению или интегрирования этого сигнала позволяет уменьшить статическую ошибку выходного напряжения, но, как правило, приводит к увеличению длительности переходных процессов в динамических режимах работы ИСН. В известном решении [3] обеспечивается как малая длительность переходных процессов, так и малая статическая ошибка выходного напряжения. Однако это решение применимо к ИСН ПН и при его использовании в ИСН ПВ не обеспечивает малой длительности переходных процессов из-за различия силовых цепей ИСН.In the well-known ISN PV, as a rule, they solve the problem of reducing the value of the static error of the output voltage or the duration of transient processes. However, there are technical fields in which a short duration of transient processes and a small static error of the output voltage are required from the ISN PV. For example, such requirements for ISS PV are presented when they are used in power supply systems of spacecraft. It is quite difficult to provide a short duration of transient processes and a small static error of the output voltage in the SID, since an increase in the gain of the voltage mismatch signal or the integration of this signal can reduce the static error of the output voltage, but, as a rule, leads to an increase in the duration of transient processes in dynamic modes work of the ISN. In the known solution [3], both a short duration of transient processes and a small static error of the output voltage are provided. However, this solution is applicable to the ISN PN and, when used in the ISN PV, does not provide a short duration of transient processes due to the difference in the power circuits of the ISN.
В основу изобретения положена задача повышения качества выходного напряжения ИСН ПВ в динамических и статических режимах его работы. При этом под повышением качества выходного напряжения в динамических режимах понимается уменьшение длительности переходных процессов, а в статических режимах - достижение астатизма выходного напряжения.The basis of the invention is the task of improving the quality of the output voltage of the ISN PV in dynamic and static modes of its operation. Moreover, by improving the quality of the output voltage in dynamic modes, we mean a decrease in the duration of transient processes, and in static modes, the achievement of astatism of the output voltage.
Поставленная задача решается тем, что в способе управления импульсным стабилизатором, содержащим дроссель с индуктивностью L и диод, включенные последовательно между входом и выходом стабилизатора, управляемый электрический ключ, включенный между общим проводом стабилизатора и точкой соединения дросселя и диода, конденсатор с емкостью С, включенный между выходом и общим проводом стабилизатора, измеряют напряжение UВЫХ на выходе стабилизатора, формируют сигнал рассогласования по напряжению, вычитая эталонное напряжение из напряжения на выходе стабилизатора, получают первый сигнал, умножая сигнал рассогласования по напряжению на коэффициент КP, интегрируют второй сигнал, путем прерывания интегрирования ограничивают диапазон изменения интеграла второго сигнала по значениям его максимальных отклонений в динамических режимах, не приводящих к прерыванию модуляции, получают суммарный сигнал, умножая сигнал "ток конденсатора" и третий сигнал на коэффициенты KI и КU, соответственно, и суммируя инверсные значения сигналов, полученных в результате умножения, управляющим сигналом формируют импульсы управления управляемым электрическим ключом по принципу широтно-импульсной модуляции с блокировкой модулятора в момент формирования модулируемого фронта импульса, согласно изобретению дополнительно измеряют входное напряжение UВХ, токи дросселя IL и нагрузки IH, вычисляют сигнал "ток конденсатора" IC=IL-IH· UВЫХ/UВХ, получают третий сигнал, интегрируя четвертый сигнал, вычисляемый путем вычитания из сигнала "ток конденсатора" самого третьего сигнала, взятого с коэффициентом КО<<1/Т, где Т - период преобразования, второй сигнал принимают равным первому, результирующий сигнал получают, вычитая интеграл второго сигнала из суммарного сигнала, причем в случае модуляции переднего фронта импульсов управления управляемым электрическим ключом сигнал управления получают, инвертируя результирующий сигнал, а в случае модуляции заднего фронта импульсов управления управляемым электрическим ключом сигнал управления принимают равным результирующему сигналу, при этомThe problem is solved in that in the method of controlling a pulse stabilizer containing a inductor with an inductance L and a diode connected in series between the input and output of the stabilizer, a controlled electrical switch connected between the common wire of the stabilizer and the connection point of the inductor and diode, a capacitor with a capacitance C included between the output and the common wire of the stabilizer, measure the voltage U OUT at the output of the stabilizer, form a voltage mismatch signal by subtracting the reference voltage from the voltage at the output of the stabilizer, receive the first signal, multiplying the voltage error signal by the coefficient K P , integrate the second signal, by interrupting integration, limit the range of the integral of the second signal by the values of its maximum deviations in dynamic modes that do not lead to interruption of the modulation, receive the total signal, multiplying the signal "capacitor current" and the third signal on the coefficients K I K and U, respectively, and summing the inverted values of the signals resulting from the multiplication control ignalom form pulses controls the electric wrench according to the principle of pulse width modulation modulator blocking at the time of forming the modulated wavefront, the invention further measure the input voltage U BX currents inductor I L and load I H, calculated signal "capacitor current" I C = I L -I H · U oUT / U VC receive a third signal by integrating a fourth signal; calculated by subtracting from the signal "capacitor current" of the third signal taken from a coefficient K O << 1 / T where T - period transformation In this case, the second signal is taken equal to the first one, the resulting signal is obtained by subtracting the integral of the second signal from the total signal, and in the case of modulation of the leading edge of the control pulses of the controlled electric key, the control signal is obtained by inverting the resulting signal, and in the case of modulating the trailing edge of the control pulses of the controlled electric key the control signal is taken equal to the resulting signal, while
KI=2,4· L· UЛ(Т)/(Uвых· Т), KU=KI/T,K I = 2.4 · L · U L (T) / (U out · T), K U = K I / T,
КP<4· KI· С· Uвых/[UВХ· Т(2· RС· C+T)],K P <4 · K I · C · U O / [U BX · T (2 · R C · C + T)],
где RС - внутреннее активное сопротивление конденсатора,where R C is the internal resistance of the capacitor,
формируют нелинейное опорное напряжение модулятораform a non-linear reference voltage of the modulator
UЛ(t)=2,4· UЛ(T)· (t2/4· T2+t3/6· T3),U L (t) = 2,4 · U L (T) · (t 2/4 · T 2 + t 3/6 · T 3),
где 0<t<Т, UЛ(Т) - амплитудное значение нелинейного опорного напряжения модулятора.where 0 <t <T, U L (T) is the amplitude value of the nonlinear reference voltage of the modulator.
На фиг.1 и 2 приведены силовые цепи ИСН ПН и ИСН ПВ соответственно. На фиг.3 приведены временные диаграммы напряжений и токов элементов силовой цепи ИСН ПВ. На фиг.4 приведена амплитудно-импульсная модель ИСН ПВ. На фиг.5 - 7 приведены структурные схемы устройств управления, необходимые для доказательства возможности осуществления изобретения. На фиг.8 приведена функциональная схема ИСН ПВ, в котором реализован заявляемый способ. На фиг.9 и 10 приведены временные диаграммы выходного напряжения, тока дросселя и тока нагрузки ИСН ПВ, подтверждающие решение поставленной задачи.Figure 1 and 2 shows the power circuit ISN PN and ISN PV, respectively. Figure 3 shows the timing diagram of the voltages and currents of the elements of the power circuit of the ISN PV. Figure 4 shows the amplitude-pulse model of the ISN PV. Figure 5-7 shows the structural diagrams of control devices necessary to prove the feasibility of the invention. On Fig is a functional diagram of the ISN PV, which implements the inventive method. Figures 9 and 10 show timing diagrams of the output voltage, inductor current, and load current of the ISN PV, confirming the solution of the problem.
Силовые цепи ИСН ПН (фиг.1) и ИСН ПВ (фиг.2) содержат регулирующий элемент 1, состоящий из УЭК 2 и диода 3, дроссель 4, конденсатор 5, входной конденсатор 6, вход 7, выход 8, общий провод 9.Power circuits ISN PN (figure 1) and ISN PV (figure 2) contain a
Для доказательства решения поставленной выше задачи посредством предлагаемого способа управления, в частности обеспечения высокого качества выходного напряжения ИСН ПВ в динамических режимах работы, воспользуемся подходом [4], основанным на представлении ИСН с ШИМ в режиме ″ малого сигнала" адекватной амплитудно-импульсной моделью и применении для синтеза закона управления третьего полиномиального уравнения [5], позволяющего достичь грубости и осуществимости системы с минимальной конечной длительностью переходного процесса в условиях вариации параметров силовой цепи. Для чего из общего процесса в ИСН с ШИМ вычленяют стационарный процесс, соответствующий неизменной (стационарной) длительности tИ.СТ импульсов управления регулирующим элементом (РЭ) и процесс регулирования, обусловленный приращением длительности tИ импульса управления на величину tИ.Р относительно стационарной длительности tИ.СТ. Применительно к процессу регулирования для режима ″ малого сигнала″ , когдаTo prove the solution of the above problem by means of the proposed control method, in particular, to ensure high quality of the output voltage of the ISN PV in dynamic operating modes, we use the approach [4] based on the representation of the ISN with PWM in the "small signal" mode as an adequate pulse-amplitude model and application for the synthesis of the control law of the third polynomial equation [5], which allows one to achieve coarseness and feasibility of a system with a minimum finite duration of the transition process under the conditions variations of the power circuit parameters, for which a stationary process corresponding to an unchanged (stationary) duration t I.ST of control element pulses of a control element (RE) and a control process caused by an increment of duration t AND a control pulse by t I.R. with respect to the stationary duration t I.ST. As applied to the regulation process for the ″ small signal ″ mode, when
где Т - период преобразования, ИСН с ШИМ заменятся моделью с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ), в которой импульсы напряжения UL.P(t), воздействующих со стороны регулирующего элемента на дроссель и имеющие длительность tИ.Р (t), заменятся эквивалентными по вольт-секундной ″ площади″ δ -функциями.where T is the conversion period, the PID with PWM will be replaced by a model with amplitude-pulse modulation (AIM), in which the voltage pulses U LP (t) acting on the inductor from the side of the regulating element and having a duration t I.Р (t) are replaced by equivalent by volt-second ″ area ″ δ-functions.
Процесс изменения переменных ИСН ПВ, напряжения UL(t) и тока IL(t) дросселя L и напряжения UC(t) на емкости конденсатора С с разделением на регулируемую (помечена индексом ″ Р″ ) и стационарную (помечена индексом ″ СТ″ ) составляющие, показан на временных диаграммах (фиг.3). В качестве нагрузки ИСН ПВ принят источник тока.The process of changing the variables of the ISN PV, voltage U L (t) and current I L (t) of the inductor L and voltage U C (t) on the capacitor C, divided into adjustable (marked with the index ″ P ″) and stationary (marked with the index ″ CT ″) Components shown in time diagrams (figure 3). A current source is adopted as the load of the ISN PV.
Регулируемая составляющая напряжения UL.P(t) на дросселе L имеет вид двухполярных импульсов с амплитудой UL.P.A(t) и длительностью tИ.Р(t) (фиг.3). Амплитуда UL.P.A(t) определяется как разность напряжений UL.НАК(t) и UL.PAC(t) на дросселе L на интервалах накопления и расходования энергии дросселя, соответственно, [4]. На интервале накопления энергии УЭК 2 (фиг.2) включен и UL.НАК(t)=UВХ(t), а на интервале расходования энергии УЭК 2 выключен и UL.PAC(t)=UBx(t)-UBЫХ, где UВХ(t) и UВЫХ - напряжения на входе и выходе ИСН ПВ, соответственно. СледовательноThe adjustable voltage component U LP (t) on the inductor L has the form of bipolar pulses with an amplitude U LPA (t) and a duration t I.P (t) (Fig. 3). The amplitude U LPA (t) is defined as the voltage difference U L. HAK (t) and U L.PAC (t) on the inductor L at the intervals of accumulation and consumption of energy of the inductor, respectively [4]. In the interval of energy storage of UEC 2 (Fig. 2), U L. NAK (t) = U BX (t) is also turned on, and in the interval of
В отличие от ИСН ПН в ИСН ПВ регулируемая составляющая тока дросселя IL.P(t) передается в конденсатор С (конденсатор 5 фиг.2) только на интервалах проводящего состояния диода VD. Эта передаваемая часть IL.P.П(t) регулируемой составляющей тока IL.P(t) дросселя приведена на соответствующей временной диаграмме (фиг.3). Выделенные на ней штриховкой ампер-секундные ″ площади″ тока SI.1 и SI.2 не связаны с регулируемой составляющей тока IL.P(t) дросселя, а объясняются изменением длительности передачи стационарной составляющей тока дросселя в конденсатор С.In contrast to the ISN PN in the ISN PV, the adjustable component of the inductor current I LP (t) is transmitted to the capacitor C (capacitor 5 of FIG. 2) only at intervals of the conducting state of the diode VD. This transmitted part I LPP (t) of the adjustable current component I LP (t) of the inductor is shown in the corresponding time diagram (Fig. 3). The ampere-second ″ areas ″ of current S I.1 and S I.2 highlighted on it are not related to the adjustable current component I LP (t) of the inductor, but are explained by the change in the duration of the transfer of the stationary component of the inductor current to capacitor C.
Закон управления, найденный в [4], обеспечивает ИСН ПН с однозвенным LC-фильтром минимальную конечную длительность переходных процессов в два периода преобразования. На этих двух периодах, следующих за моментом действия возмущения, регулируемые составляющие импульсов управления различны по знаку, то есть, если на первом периоде tИ.Р>0, то на втором - tИ.Р<0. Предполагая аналогичное изменение регулируемой составляющей длительности tИ.Р импульсов управления в ИСН ПВ с синтезируемым законом управления, можно считать, что ампер-секундные ″ площади″ SI.1 и SI.2, примерно равные по модулю и противоположные по знаку, взаимно компенсируются. Поэтому для рассматриваемого случая малых приращений tИ.Р можно пренебречь влиянием ампер-секундных ″ площадей″ SI.1 и SI.2 на изменение регулируемой составляющей напряжения UC.P на емкости конденсатора С.The control law, found in [4], provides an ISI PN with a single-link LC filter with a minimum finite duration of transients in two conversion periods. In these two periods following the moment of the perturbation, the adjustable components of the control pulses are different in sign, that is, if t I.Р > 0 in the first period, then t I.Р <0 in the second period . Assuming a similar change in the adjustable component of the duration of the I.Р. control pulses in the ISI PV with the synthesized control law, we can assume that the ampere-second ″ areas ″ S I.1 and S I.2 , approximately equal in magnitude and opposite in sign, are mutually compensated. Therefore, for the case of small increments t I.P, we can neglect the effect of ampere-second ″ areas ″ S I.1 and S I.2 on the change in the adjustable voltage component U CP on the capacitor C.
Среднее за период Т значение передаваемой регулируемой составляющей тока IL.p.п дросселя:The average over the period T value of the transmitted adjustable current component I Lpп of the inductor:
где КCB=(1-КЗ.СТ) - коэффициент связи (относительное время проводящего состояния диода 3), а КЗ.СТ=tИ.СТ/Т - стационарный коэффициент заполнения импульсов управления. На соответствующей временной диаграмме (фиг.3) IL.P.C(t) показано пунктиром. На временных диаграммах UC.P(t), UC.P.C(t) показаны регулируемые составляющие напряжения на емкости конденсатора С, обусловленные регулируемыми составляющими тока дросселя IL.P.П и IL.P.C, соответственно. Поскольку в моменты времени mТ регулируемые составляющие напряжений UC.P(mT) и UC.P.C(mT) равны, то в амплитудно-импульсной модели ИСН ПВ реальную импульсную связь дросселя L с конденсатором С можно заменить на непрерывную через звено с коэффициентом передачи КCB.where K CB = (1-K Z.ST ) is the coupling coefficient (relative time of the conducting state of the diode 3), and K Z.ST = t I.ST / T is the stationary filling factor of the control pulses. In the corresponding time diagram (FIG. 3), I LPC (t) is shown by a dotted line. The time diagrams U CP (t), U CPC (t) show the adjustable voltage components of the capacitor C, due to the adjustable components of the inductor current I LPP and I LPC , respectively. Since the regulated voltage components U CP (mT) and U CPC (mT) are equal at time instants mT, in the amplitude-pulse model of an ISN MF, the real impulse coupling of the inductor L with the capacitor C can be replaced by continuous through the link with the transfer coefficient K CB .
В быстродействующем ИСН понижающего типа при выполнении условийIn a high-speed SID of a lowering type under the conditions
где , TL=L/RL, L и RL - индуктивность и активное внутреннее сопротивление дросселя, а С - емкость конденсатора фильтра, можно пренебречь влиянием проводимости активной и активно-индуктивной нагрузок на передаточную функцию непрерывной части, а саму непрерывную часть представить в виде последовательно включенных дросселя и конденсатора с передаточными функциями WL(p)=1/(pL) и Wc(p)=1/(рС), соответственно, [4].Where , T L = L / R L , L and R L are the inductance and active internal resistance of the inductor, and C is the capacitance of the filter capacitor, we can neglect the influence of the conductivity of the active and active inductive loads on the transfer function of the continuous part, and represent the continuous part in in the form of a series-connected inductor and capacitor with transfer functions W L (p) = 1 / (pL) and W c (p) = 1 / (pC), respectively, [4].
В предположении, что в ИСН ПВ выполняются условия (4), а синтезируемый закон управления обеспечит ему те же свойства, что и закон управления [4] ИСН понижающего типа, амплитудно-импульсная модель силовой цепи ИСН ПВ примет вид, приведенный на фиг.4.Under the assumption that conditions (4) are fulfilled in the power supply system, the control law synthesized will provide it with the same properties as the control law [4] of the down-type power supply system, the amplitude-pulse model of the power supply system of the power supply system will take the form shown in Fig. 4 .
Эта амплитудно-импульсная модель по сути является общей для ИСН ПВ и ИСН ПН. Различными являются только величины коэффициента связи КСВ и входного сигнала модулятора SB(t). В ИСН ПН дроссель и конденсатор связаны непрерывно и КCB=1, в то время как в ИСН ПВ согласно (3) КCB=(1-КЗ.СТ). В ИСН ПН амплитудное значение регулируемой составляющей напряжения на дросселе UL.P.A=UВХ и входной сигнал модулятораThis amplitude-impulse model is essentially common for the ISN PV and ISN PN. Only the coupling coefficient K SV and the input signal of the modulator S B (t) are different. In the ISN PN, the inductor and capacitor are connected continuously and K CB = 1, while in the ISN PV according to (3) K CB = (1-K Z.ST ). In ISN PN the amplitude value of the adjustable component of the voltage across the inductor U LPA = U BX and the input signal of the modulator
в то время как для ИСН ПВ UL.P.A=UВЫХ и входной сигнал модулятораwhile for ISN PV U LPA = U OUT and the input signal of the modulator
Полученный для обобщенной модели (фиг.4) с использованием методики синтеза [4] закон изменения дискрет входного сигнала амплитудно-импульсного модулятораObtained for the generalized model (figure 4) using the synthesis method [4], the law of discrete variation of the input signal of the amplitude-pulse modulator
где Δ UC.P(mT)=UC.P(mT)-UC.P((m-1)(T), KM.O=tИ.Р/UУ.Р - коэффициент передачи модулятора по регулируемым составляющим, аналогичен соответствующему закону для ИСН ПН [4] и отличается только количественными значениями КСВ и UL.P.A.where Δ U CP (mT) = U CP (mT) -U CP ((m-1) (T), K MO = t I.Р / U У.Р - transmission coefficient of the modulator with adjustable components, similar to the corresponding law for ISN PN [4] and differs only in the quantitative values of K SV and U LPA .
Реализация (7) в ИСН с ШИМ определяется способом формирования входного сигнала широтно-импульсного модулятора UУ(t) и заключается вычислении UУ.P(mT) к реальному моменту переключения tП, отличающемуся от стационарного mТ на величину приращения длительности импульса tИ.P. Из трех известных [4] для ИСН ПН законов формирования входного сигнала ШИМ практическое применение получил закон по непрерывным значениям переменных состоянияThe implementation of (7) in an IMS with a PWM is determined by the method of generating the input signal of the pulse-width modulator U U (t) and consists in calculating U U.P (mT) to the actual switching moment t P different from the stationary mT by the increment of the pulse duration t AND .P . Of the three known [4] laws for the PWM input signal generation for PWM PN, the law on continuous values of state variables received practical application
где ε С(t)=UС(t)-UЭТ - сигнал рассогласования по напряжению на емкости конденсатора С, UЭТ - эталонное напряжение, UC(t) и IC(t) - текущие значения напряжения на емкости конденсатора фильтра и его тока, соответственно.where ε C (t) = U C (t) -U ET is the voltage error signal at the capacitor capacitance C, U ET is the reference voltage, U C (t) and I C (t) are the current voltage values at the filter capacitor and its current, respectively.
Закон формирования входного сигнала ШИМ для обобщенной модели ИСН, полученный из (7) с использованием методики [4]:The law of formation of the input PWM signal for the generalized ISN model obtained from (7) using the methodology [4]:
аналогичен (8). При его использовании в ИСН ПВ необходимо с учетом (2) и (3) принять UL.P.A=UВЫХ, а КСВ=(1-КЗ.СТ).similar to (8). When using it in the ISN PV, it is necessary, taking into account (2) and (3), to take U LPA = U OUT , and K SV = (1-K Z.ST ).
Сложность технической реализации (9) состоит в том, что напряжение UC(t) на емкости конденсатора выходного фильтра, отличающееся от выходного напряжения UВЫХ(t) на величину падения напряжения URC на внутреннем активном сопротивлении RC конденсатора, не поддается непосредственному измерению. Один из вариантов [1] его вычисления для ИСН ПН заключается в интегрировании тока IC.1(t) конденсатора, взятого с коэффициентом 1/С, где С - емкость конденсатора выходного фильтра. При технической реализации (9) в ИСН ПВ ток IC.1(t) должен соответствовать току конденсатора фильтра модели с непрерывной связью дросселя и конденсатора (фиг.4). Этот ток может быть вычисленThe complexity of technical implementation (9) lies in the fact that the voltage U C (t) on the capacitance of the output filter capacitor, which differs from the output voltage U OUT (t) by the value of the voltage drop U RC on the internal active resistance R C of the capacitor, cannot be directly measured . One of the options [1] for calculating it for ISN PN is to integrate the current I C.1 (t) of the capacitor, taken with a factor of 1 / C, where C is the capacitance of the output filter capacitor. With the technical implementation of (9) in the ISN MF, the current I C.1 (t) must correspond to the current of the filter capacitor of the model with continuous coupling of the inductor and capacitor (Fig. 4). This current can be calculated
Поскольку в ИСН ПВ (1-tИ.СТ/Т)=UВХ/UВЫХ, то и коэффициент связи КCB=(1-tИ.СТ/T)=UВХ/UВЫХ. В случае изменения входного напряжения UВХ во времени КСВ(t)=UВХ(t)/UВЫХ.Since in the ISN MF (1-t I.ST / T) = U IN / U OUT , then the coupling coefficient K CB = (1-t I.ST / T) = U IN / U OUT . In the case of a change in the input voltage U BX in time K CB (t) = U BX (t) / U OUT .
Структурная схема устройства управления, реализующего (9) с учетом (10), приведена на фиг.5.The structural diagram of the control device that implements (9) taking into account (10), is shown in Fig.5.
Сигнал коррекции UK(t)=К0· (UВЫХ(t)-UC(t)) обеспечивает соответствие среднего значения напряжения Uc(t) на выходе интегратора среднему значению выходного напряжения UВЫХ(t), предотвращая возможный дрейф UC(t) из-за не идеальности элементов, на которых реализована схема управления. Величина коэффициента К0 выбирается из условия K0<(0,05-0,0005)/(C· RС+T) [1].The correction signal U K (t) = K 0 · (U OUT (t) -U C (t)) ensures that the average value of the voltage U c (t) at the output of the integrator corresponds to the average value of the output voltage U OUT (t), preventing possible drift U C (t) due to the non-ideality of the elements on which the control circuit is implemented. The value of the coefficient K 0 is selected from the condition K 0 <(0.05-0.0005) / (C · R C + T) [1].
После проведения структурных преобразований с учетом KCB(t)=UBX(t)/UВЫХ и замене тока IC.1(t) на токAfter structural transformations taking into account K CB (t) = U BX (t) / U OUT and replacing the current I C.1 (t) with current
структурная схема устройства управления (фиг.5) принимает вид, приведенный на фиг.6. Этой структурной схеме (фиг.6) соответствует закон формирования сигнала управленияstructural diagram of the control device (Fig.5) takes the form shown in Fig.6. This structural diagram (Fig.6) corresponds to the law of formation of the control signal
Коэффициент передачи Км ШИМ зависит не только от скорости U’Л изменения опорного сигнала ШИМ, но и от скорости U’У(t) изменения входного сигнала ШИМ и согласно [4] определяетсяThe transmission coefficient K m PWM depends not only on the speed U ' L of the PWM reference signal change, but also on the speed U' Y (t) of the PWM input signal change and according to [4] it is determined
Сохранение необходимых, согласно (12), коэффициентов KI и КU усиления сигналов ε C(t) и IC(t) возможно за счет изменения скорости опорного сигнала ШИМ – U’Л(t), где 0<t≤ Т.Preservation of the necessary, according to (12), coefficients K I and K U of the amplification of signals ε C (t) and I C (t) is possible due to a change in the speed of the PWM reference signal - U ' L (t), where 0 <t≤ T.
В случае модуляции заднего фронта импульса управления УЭК скорости изменения I’C(t) и ε ’C(t) в момент переключения tИ.СТ определяютсяIn the case of modulation of the trailing edge of the UEC control pulse, the rates of change I ' C (t) and ε' C (t) at the moment of switching t I.ST are determined
Определим скорость U’У(tИ.СТ) в момент переключения, подставив (14) в (12), предварительно продифференцировав последнееWe determine the speed U ' Y (t I.ST ) at the moment of switching, substituting (14) in (12), previously differentiating the latter
После преобразования (15), с учетом того, что UВХ/UВЫХ=1-КЗ.СТ=1-tИ.CТ/Т получаемAfter the conversion (15), taking into account that the U INPUT / OUTPUT U = 1-K = Z.ST I.CT 1-t / T obtain
Подставив (16) в (13) и проведя преобразования, получим скорость изменения нелинейного опорного сигнала ШИМ в момент переключения tИ.СТ:Substituting (16) into (13) and performing the transformations, we obtain the rate of change of the nonlinear PWM reference signal at the time of switching t I.ST :
Нелинейный опорный сигнал ШИМNon-linear PWM reference
где КМ=const - желаемый коэффициент передачи ШИМ, 0<t≤ Т.where K M = const - the desired transmission coefficient of the PWM, 0 <t≤ T.
Выразим желаемый коэффициент передачи ШИМ через амплитудное значение UЛ(Т) нелинейного опорного сигнала ШИМ, приняв в (18) t=TWe express the desired PWM transmission coefficient through the amplitude value U L (T) of the nonlinear PWM reference signal, taking in (18) t = T
UЛ(Т)=(Т/4+Т/6)/KM. U L (T) = (T / 4 + T / 6) / K M.
После преобразованияAfter conversion
Подставив (19) в (18) и в (12) получим, соответственно, закон изменения нелинейного опорного сигнала ШИМSubstituting (19) into (18) and (12) we obtain, respectively, the law of variation of the nonlinear PWM reference signal
и закон формирования входного сигнала ШИМand the law of formation of the input PWM signal
где KI=2,4· L· UЛ(T)/(UВЫХ· T); KU=KI/T.where K I = 2,4 · L · U L (T) / (U OUT · T); K U = K I / T.
В случае модуляции переднего фронта импульса управления УЭК законы формирования входного сигнала ШИМ - UУ(t) и нелинейного опорного сигнала ШИМ - UЛ(t), полученные аналогично соответствующим законам для случая модуляции заднего фронта импульса управления УЭК, также определяются выражениями (21) и (20). Входной сигнал ШИМ дополнительно инвертируют, за счет чего обеспечивают отрицательную обратную связь.In the case of modulation of the leading edge of the UEC control pulse, the laws of formation of the input PWM signal - U U (t) and the nonlinear reference PWM signal - U L (t), obtained similarly to the corresponding laws for the case of modulation of the trailing edge of the UEC control pulse, are also determined by expressions (21) and (20). The input PWM signal is additionally inverted, thereby providing negative feedback.
Задача по обеспечению высокого качества выходного напряжения в динамических и статистических режимах работы в ИСН ПН решена в [3], где уменьшение статической ошибки стабилизации выходного напряжения ИСН ПН достигается при использовании схемы управления, близкой к приведенной на фиг.6, за счет интегрирования интегратором 10 суммарного сигнала из суммы сигнала, равного току IC(t) конденсатора, и сигнала рассогласования по напряжению ε (t)=UВЫХ(t)-UЭТ. При этом исключается какая-либо коррекция выходного напряжения интегратора 10. Недостаток такого решения заключается в появлении статической ошибки стабилизации выходного напряжения UВЫХ из-за погрешности датчика или устройства вычисления сигнала ″ ток конденсатора″ IC(t).The task of ensuring high quality of the output voltage in dynamic and statistical modes of operation in the ISI PN was solved in [3], where the reduction of the static error of stabilization of the output voltage of the ISN PN is achieved by using a control circuit close to that shown in Fig.6, due to integration by the
В предлагаемом техническом решении статическая ошибка стабилизации UВЫХ исключается за счет интегрирования сигнала ″ ток конденсатора″ IC(t) и сигнала рассогласования по напряжению ε (t) по отдельности разными интеграторами. На фиг.7 приведена структурная схема устройства управления ИСН ПВ, полученная из структурной схемы (фиг.6) разделением интегратора (10) на два отдельных интегратора. В ней, кроме интегратора 10, интегрирующего сигнал IC(t), использован второй интегратор 11, интегрирующий сигнал рассогласования ε (t), взятый с коэффициентом КР. Интеграл сигнала рассогласования ε (t), взятый с коэффициентом КР, суммируется посредством сумматора 12 с UУ(t), определяемым (21). Выходной сигнал сумматора (12) является результирующим сигналом UУ.M(t), поступающим на вход ШИМ.In the proposed technical solution, the static stabilization error U OUT is eliminated by integrating the signal ″ capacitor current ″ I C (t) and the voltage error signal ε (t) separately by different integrators. Figure 7 shows the structural diagram of the control device ISN PV obtained from the structural diagram (Fig.6) by dividing the integrator (10) into two separate integrators. In addition to the
Величина коэффициента усиления сигнала рассогласования по напряжению Кр определяется из условия малого влияния интеграла сигнала рассогласования на результирующий сигнал UУ.M(t), поступающий на вход ШИМ. Условие малого влияния сигнала рассогласования может быть записано в видеThe magnitude of the gain of the error signal voltage K p is determined from the condition of the small influence of the integral of the error signal on the resulting signal U U.M (t) received at the input of the PWM. The condition for a small influence of the error signal can be written as
где U1.П(t), U2.П(t), U3.П(t) - сигналы на входах сумматора 12 (фиг.7). Рассмотрим случай ступенчатого изменения тока нагрузки IH(t) на величину Δ IH. При этом из (10) с учетом (11) следуетwhere U 1.P (t), U 2.P (t), U 3.P (t) - signals at the inputs of the adder 12 (Fig.7). Consider the case of a stepwise change in the load current I H (t) by Δ I H. Moreover, from (10), taking into account (11), it follows
Максимальное отклонение сигнала UЗ.П(t) будет через (2-4)Т после момента ступенчатого изменения тока в момент возврата напряжения UВЫХ к стабильному значению. Однако влияние интеграла сигнала рассогласования на входной сигнал ШИМ в динамических режимах определяется не только амплитудой сигнала U3.П, но и скоростью его изменения U’З.П, которая максимальна при максимальном сигнале рассогласования ε (t). Максимальная величина сигнала рассогласования ε (t) в ИСН ПН отстоит от момента приращения тока нагрузки на время, равное периоду Т [4]. Полагая, что в ИСН ПВ при заявляемом управлении максимальное отклонение сигнала рассогласования ε (t) будет также через период Т, запишем (22) в видеThe maximum deviation of the signal U З.П (t) will be in (2-4) Т after the moment of stepwise change of current at the moment of voltage return U OUT to a stable value. However, the influence of the integral of the mismatch signal on the input PWM signal in dynamic modes is determined not only by the amplitude of the signal U 3.P , but also by its rate of change U ' З.П , which is maximum at the maximum mismatch signal ε (t). The maximum value of the mismatch signal ε (t) in the ISI PN is separated from the moment of increment of the load current by a time equal to the period T [4]. Assuming that in the ISN PV with the claimed control, the maximum deviation of the mismatch signal ε (t) will also be through the period T, we write (22) in the form
С учетом (21) и (23)In view of (21) and (23)
Отклонение U3.П через период ТDeviation U 3.P through period T
Подставив (25) и (26) в (24) и преобразовав, получаемSubstituting (25) and (26) into (24) and transforming, we obtain
где RС и С - внутреннее активное сопротивление и емкость конденсатора 5 (фиг.2).where R C and C is the internal resistance and capacitance of the capacitor 5 (figure 2).
Блоки 13-15 имеют коэффициенты передачи KI, KU, KP, определяемые выражениями (12) и (27). Сумматор 16 совместно с перемножителем 17 обеспечивают вычисление тока Ic(t) в соответствии с (10) и (11). Сумматоры 18 и 19 обеспечивают формирование входного сигнала интегратора 10 и сигнала рассогласования по напряжению ε (t).Blocks 13-15 have transmission coefficients K I , K U , K P defined by expressions (12) and (27). The
Поскольку статическая ошибка при стабилизации выходного напряжения, при использовании схемы (фиг.7), устраняется посредством контура обратной связи, включающего интегратор 11, то нет необходимости вычислять посредством интегратора 10 постоянную составляющую напряжения UC(t) на емкости конденсатора 5 и путем сравнения UC(t) с UЭТ получать сигнал ε C(t). Для обеспечения малой длительности переходных процессов достаточно в (21) использовать только переменную составляющую напряжения ε C(t). Переменная составляющая ε C.П(t) напряжения на емкости конденсатора 5 для модели ИСН (фиг.4) вычисляется путем интегрирования тока IC(t) интегратором 10. Охват интегратора 10 отрицательной обратной связью посредством блока 20 и сумматора 18 необходим для исключения постоянного увеличения (или уменьшения) выходного сигнала интегратора 10 в установившемся режиме из-за неидеальности самого интегратора или наличия постоянной составляющей во входном сигнале интегратора, например из-за неидеальности датчиков тока. Величина коэффициента К0 передачи блока 20 выбирается достаточно малой, чтобы исключить влияние цепи отрицательной обратной связи на процесс интегрирования тока IС(t). При выборе К0<<1/Т, где Т - период преобразования, блок 20 не оказывает существенного влияния на процесс интегрирования тока IC(t) интегратором 10 на интервале переходного процесса в (2-4) Т. На фиг.8 приведен ИСН ПВ со схемой управления, в которой реализован предлагаемый способ управления. Кроме рассмотренных ранее элементов, силовая цепь ИСН ПВ (фиг.8) содержит датчики 21 и 22 токов дросселя и нагрузки. Схема управления относительно схемы (фиг.7) дополнена делителем 23, который совместно с перемножителем 17 обеспечивают вычисление IC(t) в соответствии с выражениями (10) и (11). Широтно-импульсный модулятор 24 формирует сигнал управления УЭК 3 (фиг.2) по принципу ШИМ с блокировкой модулятора в момент образования регулируемого фронта импульса.Since the static error in stabilizing the output voltage, when using the circuit (Fig. 7), is eliminated by means of a feedback loop including an
При коммутации значительной активной или активно-емкостной нагрузок, приводящих к прерыванию ШИМ, сигнал рассогласования Δ UВЫХ(t) имеет большие значения по амплитуде и длительности. При этом к моменту возврата напряжения на выходе ИСН к стабильному значению интеграл сигнала рассогласования по напряжению принимает максимальное значение. Причем возврат интеграла сигнала рассогласования к его значениям до момента коммутации нагрузки и переход ИСН к статическому режиму работы возможен только за счет смены знака Δ UВЫХ, т.е. перерегулирования, приводящего к увеличению длительности переходного процесса. Исключить или существенно уменьшить перерегулирование можно за счет прерывания процесса интегрирования в случае выхода интеграла сигнала рассогласования за границы зоны его изменений в режимах работы ИСН, не приводящих к прерыванию модуляции. Для улучшения качества выходного напряжения в динамических режимах работы, связанных со значительными возмущающими воздействиями, приводящими к прерыванию процесса широтно-импульсной модуляции, в схеме (фиг.8) использован интегратор 25 с ограниченным диапазоном изменения значений интеграла сигнала рассогласования ε (t). Прерывание процесса интегрирования сигнала интегратором 11 достигается за счет применения пороговых устройств 26, 27, управляемых ключей 28, 29 и диодов 30, 31. Возможна другая реализация интегратора 25 с ограниченным диапазоном изменения значений интеграла сигнала рассогласования ε (t), например, путем шунтирования двуханодным стабилитроном конденсатора интегратора, выполненного на операционном усилителе.When switching significant active or active-capacitive loads, leading to interruption of the PWM, the error signal Δ U OUT (t) has large values in amplitude and duration. In this case, by the time the voltage at the output of the ISN returns to a stable value, the integral of the voltage error signal takes the maximum value. Moreover, the return of the integral of the mismatch signal to its values up to the moment of switching the load and the transition of the ISN to the static mode of operation is possible only by changing the sign of Δ U OUT, i.e. overshoot, leading to an increase in the duration of the transition process. Overshoot can be eliminated or significantly reduced due to interruption of the integration process in the event that the integral of the mismatch signal goes beyond the boundaries of the zone of its changes in the operating modes of the SRI that do not lead to interruption of the modulation. To improve the quality of the output voltage in dynamic modes of operation associated with significant disturbances that interrupt the process of pulse-width modulation, an
Для подтверждения реализуемости предлагаемого способа на основе схемы ИСН ПВ (фиг.8) была разработана математическая модель ИСН ПВ в формате Pspise и изготовлен его макет. Макет ИСН ПВ и его математическая модель имеют следующие параметры: UВЫХ=100 В, UВХ=40-95 В, L=200 мкГн, С=1000 мкФ, RС=0,01 Ом, Т=25 кГц.To confirm the feasibility of the proposed method on the basis of the ISN PV scheme (Fig. 8), a mathematical model of the ISN PV in the Pspise format was developed and its layout was made. The model of the ISN PV and its mathematical model have the following parameters: U OUT = 100 V, U IN = 40-95 V, L = 200 μH, C = 1000 μF, R C = 0.01 Ohm, T = 25 kHz.
Проведенные исследования переходных и установившихся процессов в макете ИСН ПВ и его математической модели показали работоспособность ИСН ПВ с заявленным управлением и решение поставленных задач.Studies of transient and steady-state processes in the model of ISN PV and its mathematical model showed the operability of ISN PV with the claimed control and the solution of the tasks.
На фиг.9 а, б приведены временные диаграммы токов нагрузки IH и дросселя IL и напряжения UВЫХ на выходе ИСН полученные при использовании математической модели ИСН ПВ. Временные диаграммы получены для двух значений коэффициента КP Figure 9 a, b shows the timing diagrams of the load currents I H and the inductor I L and voltage U OUT at the output of the ISN obtained using the mathematical model of the ISN PV. Timing diagrams obtained for two values of the coefficient K P
KP=0.4· KI· C· UВЫХ/[UВХ· T(2· RC· C+T)], иK P = 0.4 · K I · C · U OUT / [U IN · T (2 · R C · C + T)], and
KP=KI· C· UВЫХ/[UВХ· T(2· RC· C+T)].K P = K I · C · U OUT / [U IN · T (2 · R C · C + T)].
Из анализа временных диаграмм видно, что при КP=0.4· KI· C· UВЫХ/[UBX· T(2· RC· C+T)] (фиг.9а) длительность переходных процессов, вызванных коммутацией активной нагрузки, составляет (3-4)Т, а при КP=KI· C· UВЫХ/[UВХ· T(2· RC· C+T)] длительность переходных процессов возрастает и появляется перерегулирование выходного напряжения. Это подтверждает необходимость ограничения величины коэффициента K1 на указанном уровне. При вариации параметров ИСН, входящих в выражение (27) с одновременной КP согласно (27), длительность переходных процессов, выраженная в периодах Т, сохраняется.From the analysis of time diagrams it is seen that at K P = 0.4 · K I · C · U OUT / [U BX · T (2 · R C · C + T)] (figa) the duration of the transient processes caused by switching active load , is (3-4) T, and at K P = K I · C · U OUT / [U IN · T (2 · R C · C + T)], the duration of the transients increases and an overshoot of the output voltage appears. This confirms the need to limit the value of the coefficient K 1 at the specified level. When varying the parameters of the SPI included in expression (27) with simultaneous K P according to (27), the duration of the transient processes, expressed in periods T, is preserved.
На фиг.10 а, б приведены временные диаграммы токов нагрузки IH и дросселя IL и напряжения UВЫХ на выходе ИСН, полученные при коммутации активно-емкостной нагрузки и при использовании в качестве интегратора 26 интегратора без прерывания процесса интегрирования (фиг.10 а) и при использовании в качестве интегратора 26 интегратора с прерыванием процесса интегрирования (фиг.10 б). Из сравнения переходных процессов в ИСН ПВ (фиг.10 а) и (фиг.10 б) видно, что прерывание процесса интегрирования сигнала рассогласования значительно сокращает время переходных процессов, связанных с прерыванием ШИМ.Figure 10 a, b shows the timing diagrams of the load currents I H and the inductor I L and voltage U OUT at the output of the ISN obtained by switching an active capacitive load and when using an
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. А.С. №1403037 СССР, кл. G 05 F 1/56. Способ стабилизации выходного напряжения импульсного стабилизатора / В.И.Иванчура, А.В.Манаков, Ю.В.Краснобаев, Б.П.Соустин. - Опубл. 15.06.88, Бюл. №22.1. A.S. No. 1403037 USSR, cl. G 05
2. А.С. №440659 СССР, кл. G 05 F 1/56. Стабилизатор постоянного напряжения / Ю.А.Мордвинов и П.П.Гурский. - Опубл. 15.10.92, Бюл. №38.2. A.S. №440659 USSR, cl. G 05
3. Патент №2025764 РФ, кл. G 05 F 1/56. Способ управления импульсным стабилизатором / В.И.Иванчура, А.В.Манаков, Ю.В.Краснобаев, Б.П.Соустин. - Опубл. 30.12.94, Бюл. №24.3. Patent No. 2025764 of the Russian Federation, cl. G 05
4. Иванчура В.И., Манаков А.В., Соустин Б.П. Синтез исследование быстродействующего ИПН с ШИМ // Техническая электродинамика. - 1987. - c.43-51.4. Ivanchura V.I., Manakov A.V., Soustin B.P. Synthesis study of high-speed IIT with PWM // Technical electrodynamics. - 1987. - p. 43-51.
5. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. - М.: Физматгиз, 1963. - 968 с.5. Tsypkin Ya. Z. Theory of linear impulse systems. - M .: Fizmatgiz, 1963 .-- 968 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118836/09A RU2238583C2 (en) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | Method for controlling impulse stabilizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118836/09A RU2238583C2 (en) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | Method for controlling impulse stabilizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002118836A RU2002118836A (en) | 2004-03-10 |
| RU2238583C2 true RU2238583C2 (en) | 2004-10-20 |
Family
ID=33537054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002118836/09A RU2238583C2 (en) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | Method for controlling impulse stabilizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2238583C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460114C1 (en) * | 2011-07-22 | 2012-08-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method to control pulse voltage stabiliser |
| RU2509337C1 (en) * | 2012-07-31 | 2014-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method to control pulse voltage stabiliser |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4683529A (en) * | 1986-11-12 | 1987-07-28 | Zytec Corporation | Switching power supply with automatic power factor correction |
| SU1403037A1 (en) * | 1986-12-11 | 1988-06-15 | Красноярский Политехнический Институт | Method of stabilizing output voltage of pulsed stabilizer |
| SU1495770A1 (en) * | 1985-12-23 | 1989-07-23 | Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта | Method for pulsed stabilizer control |
| RU2025764C1 (en) * | 1988-07-29 | 1994-12-30 | Соустин Борис Порфирьевич | Method of controlling pulse-type stabilizer |
-
2002
- 2002-07-12 RU RU2002118836/09A patent/RU2238583C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1495770A1 (en) * | 1985-12-23 | 1989-07-23 | Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта | Method for pulsed stabilizer control |
| US4683529A (en) * | 1986-11-12 | 1987-07-28 | Zytec Corporation | Switching power supply with automatic power factor correction |
| SU1403037A1 (en) * | 1986-12-11 | 1988-06-15 | Красноярский Политехнический Институт | Method of stabilizing output voltage of pulsed stabilizer |
| RU2025764C1 (en) * | 1988-07-29 | 1994-12-30 | Соустин Борис Порфирьевич | Method of controlling pulse-type stabilizer |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460114C1 (en) * | 2011-07-22 | 2012-08-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method to control pulse voltage stabiliser |
| EA019047B1 (en) * | 2011-07-22 | 2013-12-30 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method for controlling pulse voltage stabiliser |
| RU2509337C1 (en) * | 2012-07-31 | 2014-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method to control pulse voltage stabiliser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002118836A (en) | 2004-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Naim et al. | H/sup/spl infin//control applied to boost power converters | |
| JP4341753B2 (en) | Robust digital controller and its design equipment | |
| US10516346B2 (en) | Power converter for converting DC power to AC power with adaptive control on characteristics of load | |
| Yan et al. | Analysis and design of average current mode control using a describing-function-based equivalent circuit model | |
| US20070274114A1 (en) | Non-linear droop control system and method for isochronous frequency operation | |
| US9035633B1 (en) | Switching power converter control | |
| JP2009521016A (en) | Power conversion regulator using power feedback loop | |
| CN110199575A (en) | For generating the x-ray source device of X-ray radiation | |
| TWI307203B (en) | A pulse width modulation system with nonlinear ramp | |
| KR20160007130A (en) | An apparatus and a method for model predictive control of a DC/DC converter | |
| US20070018624A1 (en) | Current mode control with feed-forward for power devices | |
| RU2239225C2 (en) | Method for control of impulse voltage regulator | |
| US8970192B2 (en) | Buck converter with comparator output signal modification circuit | |
| RU2238583C2 (en) | Method for controlling impulse stabilizer | |
| Sun et al. | Discussions on control loop design in average current mode control [PWM DC/DC power convertors] | |
| Sun et al. | Ripple effects on small signal models in average current mode control | |
| Kumbhojkar et al. | A sliding mode controller with cascaded control technique for DC to DC boost converter | |
| Cortés et al. | An optimization algorithm to design fast and robust analog controls for Buck converters | |
| JP3738019B2 (en) | Switching power supply controller and switching power supply | |
| Karsenti et al. | A tracking controller-observer scheme for DC-to-DC converters | |
| US9647542B2 (en) | Switched mode power supplies | |
| RU2759688C1 (en) | Method for control of pulse voltage converter | |
| Ito et al. | Clock pulse modulation for ripple reduction in buck-converter circuits | |
| US20060164047A1 (en) | Switching regulator, especially down converter, and switching/regulating method | |
| RU2746798C1 (en) | Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050713 |