Устройство для управления полупроводниковым преобразователем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного и переменного напряжения с широтно-импульсной модуляцией . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и обеспечение повышения быстродействия преобразователя путем реализации во всем диапазоне регулирования входного напряжения переходных процессов конечной длительности. Устройство для управления полупроводниковым преобразователем 1 содержит датчик 4 обратной связи по напряжению нагрузки 3, выходом, соединенный с одним из входов первого сумматора 5, к другому входу которого подключен выход задатчика 6 и вход функционального преобразователя 7. Выход первого сумматора подключен ко входу ПИ-регулятора 9. В отличие от известного, предложенное устройство снабжено датчиком 2 тока нагрузки, П-регулятором 8 с переменным коэффициентом усиления и вторым сумматором 10. Выход датчика тока 2 связан с первым входом второго сумматора 10, к другому входу которого подключен выход ПИ-регулятора 9, а выход второго сумматора 10 подключен к одному из входов П-регулятора 8 с переменным коэффициентом усиления, ко второму управляющему входу подключен выход функционального преобразователя 7, выходы П-регулятора 8 предназначен для подключения к управляющему входу полупроводникового преобразователя 1. Замкнутая система авторегулирования, параметры которой настроены на реализацию переходных процессов конечной длительности, при параболической зависимости коэффициента усиления П-регулятора 8 обеспечивает абсолютную устойчивость к автоколебаниям на основной гармонике и субгармониках. I ил. Х4 Ю О - СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИAflИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Н 02 M ..7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4788929/07 (22) 05.02.90 (46) 15,03.92, Бюл. М 10 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) В.П. Шипилло, И.И. Чикатило, В.В. Варвянская и С.И. Дрейслер (53) 621.316.727 (088.8) (56) Гришанин Ю.С., Мелешин В,И. Анализ структурных схем и переходных процессов в источниках вторичного электропитания с

LUMM-2. —. В сб,: Электронная техника в автоматике /Под ред. Ю,И. Конева, М.: Радио и связь, вып. 17, 1986, с. 60, рис. 1, б, Авторское свидетельство СССР

N 776600336622, кл. Н 02 P 5/06, 1978, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ blM П P ЕОБ РАЗО ВАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного и переменного напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и обеспечение повышения быстродействия преобразователя путем реализации во всем диапазоне регулирования входного напряжения переходных процессов конечной длительности. Устройство для управления

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного и переменного напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), полупроводниковым преобразователем 1 содержит датчик 4 обратной связи по напряжению нагрузки 3, выходом, соединенный с одним из входов первого сумматора 5, к другому входу которого подключен выход эадатчика 6 и вход функционального преобразователя 7. Выход первого сумматора подключен ко входу ПИ-регулятора 9, В отличие от известного, предложенное устройство снабжено датчиком 2 тока нагрузки, П-регулятором 8 с переменным коэффициентом усиления и вторым сумматором 10.

Выход датчика тока 2 связан с первым входом второго сумматора 10, к другому входу ,которого подключен выход ПИ-регулятора

9, а выход второго сумма-|ора 10 подключен к одному из входов П-регулятора 8 с переменным коэффициентом усиления, ко второму управляющему входу подключен выход функционального преобразователя 7, выходы П-регулятора 8 предназначен для .подключения к управляющему входу полупроводникового преобразователя 1.

Замкнутая система авторегулирования, параметры которой настроены на реализацию переходных процессов конечной длительности, при параболической зависимости коэффициента усиления П-регулятора

8 обеспечивает абсолютную устойчивость к автоколебаниям на основной гармонике и субгармониках. l ил.

В преобразователях такого типа с помощью замкнутой структуры можно осуществить точное регулирование выходного напряжения с высоким быстродействием как в режиме автоматической стабилизации

1720131 тром, содержащая во внутреннем контуре регулирования тока пропорциональное звено, реализуемое, например, в виде блока Кд, и внешний контур регулирования напряже10 ния также с пропорциональным звеном в цепи обратной связи в виде блока l4, Данное устройство работает в режиме автоматической стабилизации при соответ15 ствующем выборе параметров элементов схемы, что позволяет обеспечивать в фиксированной точке высокое быстродействие.

Однако его использование в широком диапазоне регулирования оказывается невоз20 можным, так как при этом от положения рабочей точки зависит не только быстродействие, но и устойчивость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является устройство для преобразования постоянного напряжения с

ШИП, используемое в электроприводе постоянного тока.

Известное устройство для управления полупроводниковым преобразователем содержит датчик обратной связи по напряже- нию нагрузки, выходом соединенный с

35 одним из входов сумматора, к другому входу которого подключен выход задатчика и вход функционального преобразователя, а к выходу сумматора подключен вход пропорционально-интегрального регулятора (ПИ-регулятор). Изменение коэффициента усиления ПИ-регулятора осуществляется с помощью полупроводникового ключа, периодически шунтирующего входной резистор

ПИ-регулятора, при этом реализуется гиперболический закон изменения его коэф40

45 фициента усиления в функции сигнала задатчика.

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, что сужает область его применения. Это обусловлено тем, что переходный процесс конечной длительности в устройстве может быть достигнут только для нагрузки первого порядка (апериодическое звено, якорная цепь электродвигателя без учета влияния электромеханических процессов и т.д.). При повышении порядка нагрузки в известном устройстве невозможно получить высокое быстродействие, при этом в части диапазоS0

55 (широтно-импульсный преобразователь (ШИП) постоянного напряжения), так и в режиме программного управления (автономный инвертор напряжения с ШИМ). При этом быстродействие системы достигается 5 во всем диапазоне регулирования ШИМ.

Известна структура широтно-импульсного регулирования с однозвенным LC-филь-, на регулирования система может становиться неустойчивой.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и обеспечение повышения быстродействия полупроводникового преобразователя путем реализации во всем диапазоне регулирования выходного напряжения переходных процессов конечной длительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления полупроводниковым преобразователем, содержащее датчик обратной связи по напряжению нагрузки, выходом соединенный с одним из входов первого сумматора, к другому входу которого подключен выход задатчика и вход функционального преобразователя, а к выходу первого сумматора подключен вход

ПИ-регулятора, .введены датчик тока, нагрузки, пропорциональный регулятор (П-ре.гулятор) с переменным коэффициентом усиления и второй сумматор, первым входом подключенный к выходу датчика тока нагрузки, вторым входом —.к выходу

ПИ-регулятора, а выходом — к первому входу П-регулятора с переменным коэффициентом усиления. Второй управляющий вход П-регулятора подключен к выходу функционального преобразователя, а выход предназначен для подключения к управляющему входу полупроводникового прео6разователя.

В качестве нагрузки второго порядка полупроводникового и реобразователя могут быть использованы выходной LC-фильтр для сглаживания пульсаций напряжения, электродвигатель с учетом электромагнитных и электромеханических процессов и т.д.

На чертеже представлена блок-схема преобразователя.

Полупроводниковый преобразователь 1 содержит датчик 2 тока нагрузки 3: Для измерения напряжения на нагрузке 3 использован датчик 4 напряжения. Выход датчика

4 напряжения связан по цепи обратной связи с одним из входов первого сумматора 5, к другому входу которого подключен выход задатчика 6, подключенный также ко входу функционального преобразователя 7, обеспечивающего близкий к параболическому закон изменения коэффициента усиления

П-регулятора 8. Выход первого сумматора 5 подключен ко входу ПИ-регулятора 9, выходом подключенного к одному из входов второго сумматора 10, другой вход которого по цепи обратной связи связан с выходом датчика 2 тока нагрузки, Выход второго сумматора 10 подключен к первому входу

1720131

П-регулятора 8, ко второму управляющему входу которого подключен выход функционального преобразователя 7, а выход П-регулятора связан с управляющим входом полупроводникового преобразователя 1. 5

В функциональном преобразователе 7 имеется полупроводниковый ключ 11 и набор резисторов R1 — Rn 12-14, объединенных общей шиной, подключенной к управляющему. входу П-регулятора 8. 10

Полупроводниковый ключ 11 может быть выполнен Ilo известным схемам, например в виде нескольких транзисторных ключевых схем с общим входом, при этом пороговое напряжение срабатывания каж- 15 дой схемы в зависимости от уровня выходного напряжения эадатчика 6 может регулироваться включением на входе ключевой схемы стабилитронов либо наоборот полупроводниковых диодов, 20

Устройство для управления полупроводниковым преобразователем 1 работает . следующим образом.

Напряжение на нагрузке 3 измеряется датчиком 4 напряжения, выходной синал ко- 25 торого вычитается в сумматоре 5 из сигнала задатчика 6. Разностный сигнал с выхода первого сумматора 5 в ПИ-регуляторе 9 усиливается и интегрируется. В установившемся режиме ПИ-регулятор 9 обеспечивает 30 нулевую статическую ошибку в системе, т.е. равенство сигнала задатчика 6 и сигнала датчика 4 выходного напряжения. Выходной сигнал ПИ-регулятора 9, определяющий требуемое значение тока нагрузки 3, во вто- 35 ром сумматоре 10 сравнивается с выходным сигналом датчика 2 тока, а разностный сигнал поступает на вход П-регулятора 8. Близким к параболическому закон изменения коэффициента усиления П-регулятора 8 в 40 функции сигнала задатчика 6 для получения максимального быстродействия во всем диапазоне регулирования обеспечивается с помощью функционального преобразователя 7, в котором полупроводниковый ключ 11 45 в зависимости от уровня сигнала задатчика

6 подключает соответствующий резистор

В» 12-14, где 1 кап к управляющему входу П-регулятора S, Тем самым обеспечива ется необходимый коэффициент усиления, изменяемый в соответствии с сигналом задатчика 6. Выходной сигнал П-.регулятора 8 поступает на вход управления полупроводникового преобразователя 1.

Использование изобретения позволит увеличить быстродействие во всем диапазоне регулирования выходного напряжения преобразователя путем реализации переходных процессов конечной длительности и создания при этом замкнутой системы авторегулирования, устойчивой к автоколебаниям на основной и низших субгармониках.

Формула изобретения

Устройство для управления полупроводниковым преобразователем, содержащее датчик обратной связи по напряжению нагрузки, выходом соединенный с одним из входов первого сумматора, к другому входу которого подключены выход задатчика и вход функционального преобразователя, а к выходу первого сумматора подключен вход ПИ-регулятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и обеспечения повышения быстродействия полупроводникового преобразователя путем реализации во всем диапазоне регулирования выходного напряжения переходных процессов конечной длительности, в устройство введены датчик тока нагрузки, П-регулятор с переменным коэффициентом усиления и второй сумматор, первым входом подключенный к выходу датчика тока нагрузки, вторым входом — к выходу ПИ-регулятора, выходом подсоединенный к первому входу П-регулятора с переменным коэффициентом усиления, второй управляющий вход которого подключен к выходу функционального преобра- зователя, а выход предназначен для подключения к управляющему входу полупроводникового преобразователя.

1720131

Составитель А. Чесноков

Техред М.Моргентал

Корректор М. Максимишинец

Редактор Н. Горват

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

Заказ 776 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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