Способ управления равномерным токораспределением в многоканальном импульсном преобразователе напряжения

Изобретение относится к электротехнике. Техническим результатом является сохранение равномерности токораспределения в многоканальном импульсном преобразователе напряжения при наличии нестабильности значений индуктивности дросселей в каналах преобразователя. Он достигается тем, что параллельно работающие каналы синхронизуют сигналами синхронизации, которые формируют со смещением, равным длительности периода синхронизации, деленной на число параллельно работающих каналов, в каждом канале преобразователя формируют сигнал ошибки как разность сигналов выходного и заданного напряжения, определяют переменную составляющую тока дросселя как разность между измеренным значением тока дросселя и током нагрузки, деленным на число параллельно работающих каналов, формируют сигнал развертки, сигнал, переключающий ключевой элемент, формируют по сигналу синхронизации и сумме сигнала ошибки, сигнала, пропорционального переменной составляющей тока дросселя, и сигнала развертки, при этом измеренное значение тока дросселя определяют как среднее за период синхронизации значение тока дросселя, а сигнал развертки формируют как сумму пилообразного сигнала с амплитудой, пропорциональной разности напряжений, поступающих на дроссель до и после коммутации ключевого элемента, и сигнала смещения, пропорционального напряжению, поступающему на дроссель после коммутации ключевого элемента. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Известен способ управления многоканальным импульсным стабилизатором напряжения, заключающийся в том, что в каждом канале вводится дополнительная обратная связь по превышению выходного тока от среднего значения [1].

Недостаток известного способа заключается в низком быстродействии и точности равномерного токораспределения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления равномерным токораспределением в многоканальном импульсном преобразователе напряжения, заключающийся в том, что параллельно работающие каналы синхронизованы сигналами синхронизации, которые формируют для них со смещением, равным длительности периода синхронизации, деленной на число параллельно работающих каналов, в каждом канале преобразователя формируют сигнал ошибки как разность сигналов выходного и заданного напряжения, определяют переменную составляющую тока дросселя как разность между измеренными значениями тока дросселя и тока нагрузки, деленного на число параллельно работающих каналов, формируют сигнал развертки как прогнозируемое после коммутации ключевых элементов канала значение пульсирующей составляющей тока дросселя с противоположным знаком, сигнал управления напряжением формируют по сигналу синхронизации и суммы сигнала ошибки, сигнала, пропорционального пульсирующей составляющей тока дросселя, и сигнала развертки.

В известном способе автоматически учитывается рассогласование между выходным током каждого канала и средним на один канал значением тока нагрузки.

Недостатком известного способа управления является то, что индуктивность дросселя с магнитным сердечником зависит от величины протекающего тока, что приводит к отклонению значений коммутационных приращений токов дросселей параллельно работающих каналов от расчетных в сигнале развертки, что ухудшает равномерность токораспределения.

Целью технического решения является сохранение равномерности токораспределения в многоканальном импульсном преобразователе напряжения при наличии нестационарности значений индуктивности дросселей в каналах преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления равномерным токораспределением в многоканальном импульсном преобразователе напряжения, заключающемся в том, что параллельно работающие каналы синхронизованы сигналами синхронизации, которые формируют для них со смещением, равным длительности периода синхронизации, деленной на число параллельно работающих каналов, в каждом канале преобразователя формируют сигнал ошибки как разность сигналов выходного и заданного напряжения, определяют переменную составляющую тока дросселя как разность между измеренным значением тока дросселя и током нагрузки, деленным на число параллельно работающих каналов, формируют сигнал развертки, сигнал переключающий ключевой элемент формируют по сигналу синхронизации и сумме сигнала ошибки, сигнала, пропорционального переменной составляющей тока дросселя, и сигнала развертки, при этом согласно изобретению измеренное значение тока дросселя определяют как среднее за период синхронизации значение тока дросселя, а сигнал развертки формируют как сумму пилообразного сигнала с амплитудой, пропорциональной разности напряжений, поступающих на дроссель до и после коммутации ключевого элемента, и сигнала смещения, пропорционального напряжению, поступающему на дроссель после коммутации ключевого элемента.

Предлагаемый способ управления реализует закон управления вида:

при модуляции заднего фронта импульса

при модуляции переднего фронта импульса

где j=1, … n - индекс соответствия с номером канала; n - количество параллельно работающих каналов; x_j=U_н.j-U_оп - сигнал ошибки j-го канала; U_н.j - выходной сигнал j-го канала; U_оп - сигнал задания; k_m - коэффициент связи; i_L.ср.j - среднее на интервале, равном периоду синхронизации значение тока дросселя j-го канала; i_н - ток нагрузки; Y_p.j - сигнал развертки j-го канала; - напряжения на дросселе j-го канала до и после коммутации его ключевых элементов на периоде модуляции; L_j - индуктивность дросселя j-го канала; t_p.j=T{(t+jT/n)/T} - сигналы синхронизации j-го канала; Т - длительность периода синхронизации; {t+jT/n)/T} - дробная часть выражения (t+jT/n)/T.

Сущность изобретения заключается в том, что сигнал переменной составляющей тока дросселя определяется как разность между средним за период коммутации током дросселя и током нагрузки, деленным на количество каналов.

На фигуре приведена схема многоканального импульсного преобразователя напряжения, реализующая предложенный способ управления.

Схема многоканального импульсного преобразователя напряжения состоит из трех каналов преобразования 1, 2 и 3, нагрузки 4, выходного конденсатора 5, измерителя тока 6, источника заданного напряжения 7 и формирователя синхроимпульсов 8, каждый из каналов преобразования 1-3 состоит из ключевого элемента 9, диода 10, дросселя 11, измерителя тока 12, двух узлов сравнения 13, 14, формирователя сигнала развертки 15, суммирующего устройства 16 и триггера 17. В каждом канале преобразования 1-3 первый силовой вывод ключевого элемента 9 соединен с выводом U_вх канала преобразования, второй силовой вывод ключевого элемента 9 соединен со вторым выводом диода 10 и с первым выводом дросселя 11, второй вывод дросселя 11 соединен с выводом U_вых канала преобразования, первый вывод диода 10 соединен с выводом U₀ канала преобразования, измеритель тока 12 включен в цепь дросселя 11, выход измерителя тока 12 соединен с прямым входом узла сравнения 13, инверсный вход узла сравнения 13 соединен с выводом канала преобразования, инверсный вход узла сравнения 14 соединен с выводом U_U канала преобразования, прямой вход узла сравнения 14 и первый вход формирователя сигнала развертки 15 соединены с выводом U_вых канала преобразования, второй вход формирователя сигнала развертки 15 соединен с выводом U_вх канала преобразования, три входа узла суммирования 16 соединены соответственно с выводом узла сравнения 13, узла сравнения 14 и формирователя сигнала развертки 15, выход узла суммирования 15 соединен с первым входом триггера 17, второй вход триггера 17 и синхронизующий вход формирователя сигнала развертки 15 соединены с выводом t₀ канала преобразования, выход триггера 17 соединен с управляющим входом ключевого элемента 9. Вывод U_вх всех каналов преобразования 1-3 соединен с потенциальной шиной питания U_вx многоканального импульсного преобразователя напряжения, вывод U₀ всех каналов преобразования 1-3 соединен с нулевой шиной питания U₀ многоканального импульсного преобразователя напряжения, первый вывод выходного конденсатора 5 соединен с выводом U_вых всех каналов преобразования 1-3, второй вывод выходного конденсатора 5 соединен с выводом U₀ всех каналов преобразования 1-3, нагрузка 4 соединена параллельно с конденсатором 5, в цепь нагрузки 4 включен измеритель тока 6, выход измерителя тока 6 соединен с выводом всех каналов преобразования 1-3, выход источника заданного напряжения 7 соединен с выводом U_U всех каналов преобразования 1-3, первый выход формирователя синхроимпульсов 8 соединен с выводом t₀ канала преобразования 1, второй выход формирователя синхроимпульсов 8 соединен с выводом t₀ канала преобразования 2, третий выход формирователя синхроимпульсов 8 соединен с выводом t₀ канала преобразования 3.

Многоканальный импульсный преобразователь напряжения с предложенным управлением работает следующим образом; в каждом канале преобразования 1-3 на выходе измерителя тока 12 формируют сигнал i_L.ср, пропорциональный среднему на интервале, равном периоду синхронизации значению тока дросселя 11.

На выходе измерителя тока 6 формируют сигнал i_н/n, пропорциональный току нагрузки 4, деленному на число параллельно работающих каналов.

В каждом канале преобразования 1-3 на выходе узла сравнения 13 формируют сигнал , пропорциональный переменной составляющей тока дросселя 11, состоящий из рассогласования между выходным током канала и средним на один канал значением тока нагрузки, на выходе узла сравнения 14 формируют сигнал x=U_вых-U_U, пропорциональный ошибке по напряжению.

Количество выводов у формирователя синхроимпульсов 8 соответствует числу параллельно работающих каналов преобразования, при этом на выводах формирователя синхроимпульсов 8 формируют сигналы синхронизации

t_p.j=T{(t+jT/n)/T}

где j=1, … n - индекс соответствия с номером вывода; n - количество параллельно работающих каналов, Т - длительность периода синхронизации, {t+jT/n)/T} - дробная часть выражения (t+jT/n)/T.

В преобразователях с передним фронтом широтно-импульсной модуляции, для которых , a сигнал развертки на выходе формирователя сигнала развертки 15 в каждом канале преобразования 1-3 формируют пропорциональным выражению

,

где t_p - соответствующий каналу сигнал развертки, формируемый формирователем синхроимпульсов 8.

В преобразователях с задним фронтом широтно-импульсной модуляции, для которых , a сигнал развертки на выходе формирователя сигнала развертки 15 формируют пропорциональным выражению

.

На выходе суммирующего устройства 16 в каждом канале преобразования 1-3 формируют управляющий сигнал пропорциональным выражению

F=x+k_m(i_L.cp-i_н/n)+k_mY_p.

На выходе триггера 17 в каждом канале преобразования 1-3 из сигнала синхронизации t₀ и управляющего сигнала F в соответствии с законом управления (1) формируют переключающий сигнал VT, который управляет состоянием ключевого элемента 9.

Среднее на интервале, равном периоду синхронизации значению тока дросселя 11, формируемое в каждом канале преобразования 1-3 измерителем тока 12, не содержит пульсирующей от коммутации ключевого элемента 9 составляющей, поэтому зависимость индуктивности дросселя от протекающего тока не влияет на равномерность токораспределения в многоканальном импульсном преобразователе напряжения.

Литература

1. Чернышев А.И., Казанцев Ю.М., Патлахов Е.Н. Стабилизатор напряжения с повышенной функциональной надежностью. // Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА: Материалы семинара. - М.: МДНТП, 1983. С.92-96.

2. Патент РФ №2337393, МПК⁷ G05F 1/56, опубл. 27.10.2008.

Способ управления равномерным токораспределением в многоканальном импульсном преобразователе напряжения, заключающийся в том, что параллельно работающие каналы синхронизуют сигналами синхронизации, которые формируют со смещением, равным длительности периода синхронизации, деленной на число параллельно работающих каналов, в каждом канале преобразователя формируют сигнал ошибки как разность сигналов выходного и заданного напряжения, определяют переменную составляющую тока дросселя как разность между измеренным значением тока дросселя и током нагрузки, деленным на число параллельно работающих каналов, формируют сигнал развертки, сигнал переключающий ключевой элемент формируют по сигналу синхронизации и сумме сигнала ошибки, сигнала пропорционального переменной составляющей тока дросселя и сигнала развертки, отличающийся тем, что измеренное значение тока дросселя определяют как среднее за период синхронизации значение тока дросселя, а сигнал развертки формируют как сумму пилообразного сигнала с амплитудой, пропорциональной разности напряжений, поступающих на дроссель до и после коммутации ключевого элемента, и сигнала смещения, пропорционального напряжению, поступающему на дроссель после коммутации ключевого элемента.