Широтно-импульсный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания с повышенным требованием к длительности переходных процессов. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик путем уменьшения длительности переходных процессов при сбросе-набросе нагрузки. Устройство состоит из силового ключа 1, дросселя 2 со средним выводом, коммутатора 7, соединенных последовательно между входным и выходным выводами. Датчик 5 тока подключен к выходному выводу и через управляемый источник 8 тока и коммутатор 9 подключен к компенсирующей обмотке 10 дросселя, через цифровой регулятор 6-к управляющему входу силового ключа 1, а через устройство 11 управления - к управляющим входам коммутаторов 7, 9. Между выходом ключа 1 и общим выводом включен в обратном направлении диод 3. Между выходным и общим выводами включен конденсатор 4. Указанное выполнение устройства и соответствующий алгоритм его работы приводят к снижению переходного процесса до четырех периодов. При этом использование дросселя со средним выводом основной обмотки и с дополнительной обмоткой, управляемого источника тока, двух коммутаторов и устройство управления коммутаторами позволяет при сбросе-набросе нагрузки уменьшить величину индуктивности дросселя и расширить область значений переменных состояния, при которых возможно реализовать переходный процесс конечной длительности. За два периода до окончания переходного процесса введенные блоки позволяют повысить индуктивность дросселя до исходной величины, определяемой требуемым значением коэффициента пульсаций . 3 ил. в & О N VJ VJ о чэ

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (у) Н 02 M 3/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4694455/07 (22) 24.05.89 (46) 07.05,91. Бюл. )ч 17 (71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.Я.Жуйков, Т.А.Терещенко (SU) и Абдулла Гандур (SY) (53) 621.314.1 (088.8) (56) Руденко В.С. и др. Преобразовательная техника. — Киев; Вища школа, 1978, с. 424.

Справочник по преобразовательной технике. /Под ред. И.М.Чиженко, Киев: Техника, 1978, с. 447.

Гладышев С.П. Расчет нелинейных систем на ЭВМ. — M. Машиностроение, 1987, с.155-159, (54) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания с повышенным требованием к длитель;-ости переходных процессов, Цель изобретения — улучшение динамических характеристик путем уменьшения длительности переходных процессов при сбросе-набросе нагрузки. Устройство состоит из силового ключа 1, дросселя 2 со средним выводом, коммутатора 7, соединенных

„„. Ж,, 1647799 А1 последовательно между входным и выходным выводами. Датчик 5 тока подключен к выходному выводу и через управляемый источник 8 тока и коммутатор 9 подключен к компенсирующей обмотке 10 дросселя, через цифровой регулятор 6 — к управляющему входу силового ключа 1, а через устройство

11 управления — к управляющим входам коммутаторов 7, 9. Между выходом ключа 1 и общим выводом включен в обратном направлении диод 3, Между выходным и общим выводами включен конденсатор 4.

Указанное выполнение устройства и соответствующий алгоритм его работы приводят к снижению переходного процесса до четырех периодов, При этом использование дросселя со средним выводом основной обмотки и с дополнительной обмоткой, управляемого источника тока, двух коммутаторов и устройство управления коммутаторами позволяет при сбросе-набросе нагрузки уменьшить величину индуктивности дросселя и расширить область значений переменных состояния, при которых возможно реализовать переходный процесс конечной 0 длительности. За два периода до окончания переходного процесса введенные блоки позволяют повысить индуктивность дросселя до исходной величины, определяемой тре- . 4 буемым значением коэффициента пульса- О ций. 3 ил. 0

1647799

L, С, R — значение емкости, индуктивности фильтра и значение сопротивления нагрузки;

0 — значение входного напряжения.

Пусть значения переменных состояния преобразователя до начала переходного процесса равны 0см и 1 м, а после переходного процесса Ucg и! щ. Начальные и конечные значения переходного процесса на плоскости переменных состояния (Uc, Ig соответствуют точкам M u N (фиг, 2). Координаты точки N соответствуют установившемуся процессу и могут быть вычислены по формуле

Yg = (I - 8) d. (4)

Координаты точек линии ff (фиг. 2), на которой находится точка N, вычисляются как начальные значения последнего периода переходного процесса при разных значениях длительности импульсов у„на последнем периоде

Yn - В (Уд+1 — 4) = В (YN — d). (5)

Из каждой точки линии ff можно перейти к точке установившегося режима N за один период, задавая соответствующую длительность импульса ти >. из точки А можно перейти в точку N при те = О, из точки В при хи =0 1Т, иэ точки С вЂ” при т„=о 2Т и т.д.

Задавшись, в свою очередь, любой точкой на линии ff, как конечной, можно пол 1 учить следующую линию, иэ точки которой также можно перейти в выбранную точку эа один период. Так, точки, расположенные на линиях аа, bb, ..., kk, соответствуют значениям t> на предпоследнем периоде 0; . 0.1Т; 0.2Т;...,T соответственно.

Таким образом, из любой точки плоскости S1, кроме точек линии ff, можно перей1 ти в точку установившегося режима N за два периода, а из точек, принадлежащих линии

ff, эа один период, Начальные значения переменных состояния для третьего периода с конца переходного процесса определяются по формуле

Уд-2 81 (Yn - 1 41) (6) где 8ç, d> вычисляются по формулам (2), (3), но при другом значении индуктивности 1, равном L1 (L1< 1). Минимальное значение L1 ограничивается переходом преобразователя в режиме прерывистых токов.

На фиг. 2 совокупность точек, соответствующих начальным значениям третьего периода при L - L>, представляется в виде плоскости $2, а для четвертого периода S3.

При уменьшении индуктивности L (фиг. 2) область переменных состояния значительно увеличивается, что позволяет пе5

55 реходить иэ удаленных точек плоскости переменных к точке установившегося процесса за конечное число шагов, Так, в нашем случае точка M соответствует начальным значениям переходного процесса, лежит на плоскости S3, точка N, соответствующая параметрам установившегося процесса — на плоскости Sl.

Пользуясь вычисленными значениями переменных и соответствующим Хи возможно перевести систему иэ точки М в точку

N за 4 периода. При длительности ги1 соответствующей точке М, система перейдет в точку Х, лежащую на плоскости $2, а при длительности импульса ти2, соответствующей точке Х, система перейдет в точку Z, лежащую на плоскости S1. Перевод из точки

M в точку Х, а затем s точку Z должен осуществляться при L = L1. При значении длительности импульса таз, соответствующей точке Z, система может перейти в точку D, лежащую на линии ff, а при значении дли1 тельности импульса и4, соответствующей точке О, система перейдет в тачку N, имеющую значения переменных состояния Ucq u

Ipg при ти . Перевод из точки Z в точку О, а затем в точку N осуществляется при основной индуктивности преобразователя L. В частном случае, если начальные значения переменных состояния предпоследнего периода находятся на линии ff система мо1 жет перейти из точки M в точку N за 3 периода.

В памяти БИС цифрового регулятора запоминаются последовательно значения переменных, определяющих опорные точки, из которых система переводится в установившееся состояние эа конечное число периодов, а также соответствующие значения длительности импульсов, которые управляют силовым ключом. Эти опорные точки вычисляются, например, при длительности импульса, кратной одной десятой периода, Для точки, находящейся между двумя опорными точками, длительность импульса опоеделяется методом интерполяции.

Алгоритм работы (фиг. 3) устройства управления коммутаторами и цифрового регулятора, выполненных на основе микроконтроллера, заключается в том, что при возникновении переходного процесса, определяются координаты начальной и конечной точек(М и М) переходного процесса, В зависимости от их расположения на плоскостях Si выбирается путь протекания переходного процесса, число шагов и и значения т п на каждом шаге. При этом при n > 2 необходимо изменять индуктивность L с помощью устройства управления

1647799 коммутаторами, а при л <2 — индуктивность не изменяется, В рассмотренном примере при возникновении переходного процесса уменьшается индуктивность дросселя 2 L = L> и цифровой регулятор 6 .вырабатывает длительности-импульсов t><, <» > которые переводят систему из тоЧки М в точку Х и 2 последовательно. Затем опять изменяется (восстанавливается) значение индуктивности дросселя 2 посредством отключения среднего вывода основной обмотки компенсирующей обмотки 10 с помощью коммутаторов 7 и 9. Цифровой регулятор при этом вырабатывает. значения длительностей. %а, 44;, которые переводят преобразователь из точки Z в точку 0 и и последовательно. Таким образом, переходной процесс занимает 4 периода, Формула изобретения

Широтно-импульсный преобразователь постоянного напряжения в постоянное. содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно источника питания и нагрузки, подсоединенный к входному выводу силовой ключ, выход которого. соединен с дросселем и с одним из электродов включенного в обратном направлении диода, второй злектрод которого соединен с общим выводом преобразователя, конденсатор, включенный между выходным и общим выводами, а также датчик тока, вход которого соединен с вы5 ходным выводом, и цифровой регулятор, два входа которого подсоединены к входу датчика тока и выходному выводу соответственно, а выход — к управляющему входу силового ключа, отличающийся тем, 10 что, с целью улучшения динамических характеристик за счет уменьшения длительности переходных процессов при сбросе-набросе нагрузки, обмотка дросселя выполнена со средним выводом и дополни35 тельно введены устройство управления коммутаторами, компенсирующая обмотка дросселя, управляемый источник тока и два коммутатора, причем к двум входам первого коммутатора подключены выход дроссе20 ля и его средний вывод соответственно, а выход коммутатора — к выходному выводу, управляющий вход управляемого источника тока соединен с выходом датчика тока, а выход — с входом второго коммутатора, вы25 ход которого подключен к компенсирующей обмотке. к двум, входам устройства управления коммутаторами подключены, соответственно входы цифрового регулятора, а выход соединен с управляющими входами обоих

ЭО коммутаторов.

1647799

1647799

Составитель Л. Устинкина

Техред М.Моргентал Корректор И, Муска

Редактор M. Бланар

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

Эаказ 1411 Тираж 397 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5