Устройство управления импульсными преобразователями постоянного тока (варианты)

Изобретение относится к устройствам импульсного регулирования мощности при питании нагрузки от нерегулируемого источника постоянного тока и может найти применение, в частности, в регулируемых электроприводах постоянного тока. Устройство управления однофазным импульсным преобразователем содержит генератор пилообразного напряжения, выполненный на интеграторе с пороговым элементом, и компаратор. Для достижения технического результата - расширения функциональных возможностей с получением требуемой зависимости частоты напряжения преобразователя от коэффициента заполнения при частотно-широтном регулировании - между управляющим напряжением и входом интегратора введен блок деления управляющего напряжения на амплитудное значение пилообразного напряжения и преобразователь с функцией преобразования, пропорциональной требуемой зависимости частоты напряжения преобразователя от коэффициента заполнения. Устройство управления многофазным импульсным преобразователем содержит генераторы пилообразного напряжения, выполненные на интеграторах, и компараторы по числу фаз импульсного преобразователя, причем входы всех интеграторов подсоединены к выходу функционального преобразователя с функцией преобразования, пропорциональной требуемой зависимости частоты напряжения преобразователя от коэффициента заполнения, а вход обнуления каждого последующего интегратора соединен с выходом компаратора, формирующего управляющее напряжение для ключевого элемента предыдущей фазы преобразователя. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам импульсного регулирования мощности при питании нагрузки от нерегулируемого источника постоянного тока и может найти применение, в частности, в регулируемых электроприводах постоянного тока.

Известны устройства управления импульсными преобразователями постоянного тока, содержащие генератор пилообразного напряжения (ГПН), выполненный на интеграторе, и компаратор, сравнивающий выходное напряжение ГПН U_ГПН с управляющим напряжением U_у (см., например, Герман Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. - СПб.: КОРОНА принт, 2001. - С.165, рис.3.30).

При U_ГПН≤U_У на выходе компаратора в течение времени t_И формируется напряжение высокого уровня, поддерживающее ключевой элемент импульсного преобразователя в открытом состоянии. В оставшуюся часть периода Т пилообразного напряжения t_П=Т-t_И, на выходе компаратора поддерживается напряжение низкого уровня, при котором ключевой элемент преобразователя находится в закрытом состоянии. Изменением управляющего напряжения U_У в диапазоне от нуля до U_МАКС, где U_МАКС - амплитуда пилообразного напряжения, осуществляют изменение коэффициента заполнения импульсного цикла γ=t_И/Т, а следовательно, и широтно-импульсное регулирование напряжения на нагрузке при постоянной частоте f=1/Т.

На практике применяют и другие способы регулирования, в частности частотно-широтное импульсное регулирование, когда одновременно с изменением коэффициента заполнения γ изменяют по определенному закону частоту выходного напряжения преобразователя f=1/T. Так, например, изменение частоты в функции коэффициента заполнения по параболической зависимости обеспечивает постоянство амплитуды пульсаций тока в нагрузке (см. Бирзниекс Л.В. Импульсные преобразователи постоянного тока. - М.: Энергия, 1974. - С.18-20). Кроме того, для снижения пульсаций тока в цепи источника питания часто используют многофазные импульсные преобразователи.

Реализовать в импульсных преобразователях постоянного тока, особенно многофазных, частотно-широтное регулирование выходного напряжения с требуемой зависимостью f(γ) известными устройствами управления сложно.

Технический эффект предложения заключается в расширении функциональных возможностей известного устройства управления импульсными преобразователями постоянного тока с возможностью получения требуемой зависимости частоты от коэффициента заполнения, в том числе для многофазных импульсных преобразователей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 изображены, соответственно, устройства управления однофазным и многофазным (N-фазным) импульсными преобразователями.

Устройство управления однофазным импульсным преобразователем содержит генератор пилообразного напряжения на интеграторе 1 и пороговом элементе 2, выходной сигнал которого периодически обнуляет интегратор при достижении определенного уровня напряжения U_МАКС на его выходе. Выход интегратора соединен с одним из входов компаратора 3, на другой вход которого поступает управляющее напряжение U_У. Управляющее напряжение поступает также через блок деления 4 на вход функционального преобразователя 5, выход которого соединен с входом интегратора 1.

Устройство управления многофазным преобразователем содержит несколько интеграторов и компараторов по числу фаз преобразователя; при этом входы всех интеграторов подсоединены с выходом функционального преобразователя, а вход R обнуления каждого следующего интегратора соединен с выходом компаратора, формирующего управляющее напряжение для ключевого элемента предыдущей фазы преобразователя.

Устройство управления однофазным импульсным преобразователем, изображенное на фиг.1, работает следующим образом. Под действием выходного напряжения U_П функционального преобразователя 5 напряжение на выходе интегратора 1 U_ГПН нарастает линейно во времени от нуля до U_МАКС. При достижении этого уровня выходным сигналом порогового элемента 2 интегратор обнуляется, и процесс повторяется. Период Т пилообразного напряжения U_ГПН зависит от уровня напряжения U_П, а следовательно, и от величины управляющего напряжения U_У. При U_ГПН≤ U_У на выходе компаратора 3 поддерживается напряжение U высокого уровня, тогда как в оставшуюся часть периода - низкого уровня. Коэффициент заполнения напряжения U при этом равен отношению напряжений U_У и U_МАКС

γ=U_У/U_МАКС.

Определим функцию U_П=F(γ) преобразователя для получения требуемой зависимости f(γ).

При U_П=const справедливо следующее соотношение:

откуда

U_П=K·f(γ),

где К=Т_И·U_МАКС, Т_И - постоянная интегрирования интегратора 1.

Таким образом, функция преобразования преобразователя 5 пропорциональна требуемой зависимости частоты импульсного преобразователя от коэффициента заполнения.

Устройство формирования импульсов управления ключевыми элементами фаз многофазного импульсного преобразователя работает аналогично описанному выше. Отличие заключается в том, что обнуление каждого последующего интегратора производится по спаду напряжения на выходе компаратора, формирующего управляющее напряжение для ключевого элемента предыдущей фазы преобразователя. В результате реализуется способ управления многофазным преобразователем с переменным фазовым сдвигом, равным продолжительности импульса. Нагрузка каждой последующей фазы подключается при отключении нагрузки предыдущей фазы на время, равное продолжительности включения последней. Такой способ управления многофазным импульсным преобразователем обеспечивает минимальную величину коэффициента формы тока источника питания и, следовательно, минимизирует дополнительные потери энергии в цепи источника питания, вызванные пульсациями потребляемого от него тока (см. Сташинов Ю.П. Гармонический анализ входного тока многофазного импульсного преобразователя. / Электротехника, №7, 2010. - С.23-27).

1. Устройство управления импульсными преобразователями постоянного тока, содержащее генератор пилообразного напряжения, выполненный на интеграторе с пороговым элементом, и компаратор, отличающееся тем, что между управляющим напряжением и входом интегратора введены блок деления управляющего напряжения на амплитудное значение пилообразного напряжения и преобразователь с функцией преобразования, пропорциональной требуемой зависимости частоты напряжения преобразователя от коэффициента заполнения.

2. Устройство управления импульсными преобразователями постоянного тока, содержащее генераторы пилообразного напряжения, выполненные на периодически обнуляемых интеграторах, и компараторы по числу фаз импульсного преобразователя, отличающееся тем, что входы всех интеграторов соединены с выходом функционального преобразователя с функцией преобразования, пропорциональной требуемой зависимости частоты выходного напряжения преобразователя от коэффициента заполнения, при этом вход обнуления каждого последующего интегратора соединен с выходом компаратора, формирующего управляющее напряжение для ключевого элемента предыдущей фазы преобразователя.