Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное



Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное
Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное
Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное
Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное
Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное

 


Владельцы патента RU 2565577:

Кругликов Илья Алексеевич (RU)
Ширяев Александр Олегович (RU)
Якименко Игорь Владимирович (RU)
Дроздецкий Сергей Владимирович (RU)

Изобретение относится к преобразовательной технике. Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное, содержащими индуктивный элемент в выходном фильтре или в индуктивном накопителе энергии. К традиционным режимам работы преобразователя: увеличению и уменьшению энергии в индуктивном элементе, добавляются два дополнительных режима - хранение верхнего уровня накопленной энергии и хранение нижнего уровня, в течение которых запас энергии в индуктивном элементе не меняется. Технический результат - устранение выбросов и провалов выходного напряжения при быстром выходе на режим и при скачкообразном изменении параметров нагрузки. 5ил.

 

Настоящее изобретение относится к методам управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное импульсных источников питания [Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Импульсные регуляторы и преобразователи постоянного напряжения // М.: Изд-во МЭИ, 1998].

Из существующего уровня техники известны преобразователи постоянного напряжения в постоянное с непосредственной связью (понижающий, повышающий, инвертирующий регуляторы) и их трансформаторные аналоги: понижающего регулятора (прямоходовые однотактные и двухтактные конверторы напряжения), повышающего регулятора [Боровиков В.М., Красников Ю.В. Импульсный регулятор напряжения повышающего типа с непрерывным выходным током и расширенным диапазоном регулирования выходного напряжения (варианты). Патент RU №2299511 C1, H02M 3/335, 26.10.2005] и понижающего регулятора (однотактные обратноходовые конверторы).

Традиционный способ управления преобразователем подразумевает наличие двух режимов (состояний). Первый режим - накопление энергии в магнитном поле индуктивного элемента (или накопление энергии в магнитном поле индуктивного элемента с одновременной передачей энергии в нагрузку), когда ключи открыты. Второй режим - передача энергии в нагрузку (или передача энергии в нагрузку и бестоковая пауза), когда ключи заперты. Для реализации двух режимов работы достаточно одного ключа.

Одним из основных недостатков такого способа управления являются плохие динамические свойства преобразователя импульсного источника питания, а именно возникновение перерегулирования выходного напряжения при включении преобразователя, а также выбросов и провалов выходного напряжения при скачкообразном изменении параметров нагрузки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение динамических свойств преобразователя импульсного источника питания.

Данная задача решается за счет того, что вводятся дополнительные режимы работы преобразователя - хранение верхнего и нижнего уровней энергии в индуктивном элементе. Введение дополнительных режимов требует использования в схеме преобразователя как минимум двух ключей. Если преобразователь одноключевой, то необходимо использование дополнительного ключа и полное изменение алгоритма управления. Если преобразователь выполнен на двух или более ключах, то возможно только изменение алгоритма управления.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является введение двух дополнительных режимов - хранение верхнего уровня накопленной энергии и хранение нижнего уровня, в течение которых запас энергии в индуктивном элементе не меняется.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - понижающий регулятор напряжения;

на фиг.2 - повышающий регулятор напряжения;

на фиг.3 - инвертирующий регулятор напряжения;

на фиг.4 - переходные процессы при включении преобразователя;

на фиг.5 - переходные процессы в режиме сброса/наброса нагрузки в понижающем регуляторе напряжения.

Удобно рассмотреть процессы, протекающие в регуляторах с непосредственной связью (фиг.1-3), так как и регуляторы, и их аналоги работают идентично.

Общим для трех типов регуляторов является то, что, во-первых, после открывания ключа происходит увеличение энергии в индуктивном элементе. Увеличение энергии индуктивного элемента у понижающего регулятора сопровождается одновременным поступлением энергии в нагрузку. У повышающего и инвертирующего регуляторов этот эффект не наблюдается.

Во-вторых, при закрывании ключа уменьшается количество энергии в индуктивном элементе. При этом у понижающего и инвертирующего регуляторов в нагрузку поступает энергия, накопленная в индуктивном элементе. У повышающего регулятора в нагрузку поступает суммарная энергия, накопленная в индуктивном элементе и отдаваемая источником.

Понижающий, повышающий и инвертирующий регуляторы имеют схожие динамические характеристики. Поэтому удобно рассмотреть переходные процессы при скачкообразном изменении параметров нагрузки на примере одного из регуляторов, в частности понижающего регулятора (фиг.1).

У вышеназванного регулятора в установившемся режиме средний ток через индуктивный элемент равен среднему току нагрузки. При скачкообразном изменении параметров нагрузки возникают провалы или выбросы выходного напряжения, сопровождающиеся затухающим колебательным переходным процессом на частоте автоколебаний LC-фильтра (фиг.4).

Устранить этот эффект можно с помощью введения режимов хранения. Введение дополнительных режимов требует установки еще одного ключа, шунтирующего индуктивный элемент.

Благодаря дополнительному ключу можно обеспечить избыточный запас энергии в индуктивном элементе и устранить провал выходного напряжения при скачкообразном увеличении тока нагрузки, а также в нужный момент прекратить поступление энергии в нагрузку, тем самым исключив выбросы выходного напряжения при скачкообразном сбросе нагрузки (фиг.5).

Похожие переходные процессы имеют место в повышающем и инвертирующем регуляторах с той лишь разницей, что затухание выбросов носит апериодический характер. Введение режимов хранения позволяет устранить вышеназванные негативные эффекты.

Вышесказанное относится к режиму непрерывных токов (РНТ). В частном случае, в режиме прерывистых токов (РПТ) остается только хранение верхнего уровня энергии, нижнему уровню соответствует отсутствие энергии в индуктивном элементе. Поэтому при работе в РПТ устраняются только выбросы, а провалы напряжения нельзя устранить.

Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное, содержащими индуктивный элемент в выходном фильтре или в индуктивном накопителе энергии, заключающийся в том, что в таких преобразователях в зависимости от состояния ключей используются два режима работы: первый сопровождается увеличением энергии в индуктивном элементе, второй - ее уменьшением, отличающийся тем, что вводятся два дополнительных режима - хранение верхнего уровня накопленной энергии и хранение нижнего уровня, в течение которых запас энергии в индуктивном элементе не меняется.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сильнотоковой импульсной технике и может быть использовано в качестве вторичного источника электрической мощности для питания нагрузок. Согласно изобретению, через последовательно включенные индуктивный накопитель энергии, первичный источник питания и коммутатор электрической цепи пропускают ток накачки индуктивного накопителя энергии и после достижения током накачки заданного значения размыкают общую цепь коммутатором, а энергию импульса экстратока размыкания выводят в нагрузку, причем для увеличения отношения энергии экстратока размыкания к энергии тока накачки первичным источником питания выполняют электрическую цепь, содержащую активное сопротивление и индуктивность накопителя с такими значениями номиналов, при которых длительность тока накачки меньше постоянной времени индуктивного накопителя на заданную величину.

Изобретение относится к системам электропитания, в частности электрическим преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение заданного уровня, ограниченного верхним уровнем напряжения источника питания, и может быть использовано для электроснабжения активной нагрузки с возможностью рекуперации энергии от активной нагрузки в источник питания для его подзарядки в долевых режимах работы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3 кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12-24 кВ и т.д.).

Изобретение относится к области электротехнике и может быть использовано для управления быстродействующими сетевыми трансформаторными источниками питания с улучшенными динамическими свойствами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения на нагрузках потребителей путем широтно-импульсной модуляции протекающих в них токов.

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для питания активно-индуктивной нагрузки регулируемым постоянным напряжением. .

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям (регуляторам) постоянного напряжения в постоянное, например, регуляторах (стабилизаторах) скорости двигателя постоянного тока.

Изобретение относится к области преобразователей постоянного напряжения и предназначено для регулирования тока в нагрузке, например в регуляторах напряжения (тока) генератора постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Техническим результатом является увеличение надежности и повышение коэффициента полезного действия. Двухтактный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит первичную обмотку первого трансформатора, конец которой соединен со стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, исток которого соединен с отрицательным полюсом входного напряжения, а затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр1; начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, сток которого соединен с положительным полюсом входного напряжения, а затвор является входом для управляющего сигнала Uупр2. Один вывод накопительного конденсатора соединен между концом первичной обмотки первого трансформатора и стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, второй вывод которого соединен между началом первичной обмотки второго трансформатора и истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом первого выпрямительного диода, катод которого соединен с положительными выводами нагрузки, выходного конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом нагрузки. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом второго выпрямительного диода, катод которого соединен с положительным выводом нагрузки. 2 ил.
Наверх