Способ управления группой dc-dc преобразователей

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для управления группой DC-DC-преобразователей, использующих трансформаторную связь между цепями источника и приемника энергии. В группе DC-DC-преобразователей их входные цепи соединены последовательно, а выходные цепи, подключенные к нагрузке, шунтированной конденсатором выходного фильтра, соединены параллельно. В предлагаемом способе управления известными признаками являются то, что в первом DC-DC-преобразователе формируют первое напряжение, являющееся стабильным опорным, и второе напряжение, которое пропорционально выходному напряжению (выходному току или выходной мощности преобразователя). Кроме того, вырабатывают управляющее напряжение в виде усиленной и усредненной разности между сформированными напряжениями, и с помощью выработанного управляющего напряжения так изменяют параметр управления выходной мощностью первого DC/DC-преобразователя, чтобы минимизировать разность между напряжениями, сформированными в первом DC/DC-преобразователе. Предлагаемый способ управления отличается тем, что в каждом K-м DC/DC-преобразователе из их общего числа, равного N, входные цепи которых соединены последовательно, формируют первое напряжение, равное g⋅U_in,K, пропорциональное напряжению питания U_in,K входной цепи K-го DC/DC-преобразователя, где g - величина коэффициента пропорциональности, и формируют второе напряжение, равное , пропорциональное сумме напряжений питания соединенных последовательно входных цепей DC/DC-преобразователей, число которых равно K, a (g/K) - величина коэффициента пропорциональности. Кроме того, вырабатывают управляющее напряжение в виде усиленной и усредненной разности между напряжениями, сформированными в K-м DC/DC-преобразователе, и с помощью выработанного управляющего напряжения так изменяют параметр управления выходной мощностью K-го DC/DC-преобразователя, чтобы минимизировать разность между напряжениями, сформированными в K-м DC/DC-преобразователе. Предлагаемый способ управления позволяет одновременно стабилизировать напряжение на нагрузке или ток нагрузки, или мощность, передаваемую в нагрузку, на заданном уровне и, кроме того, обеспечить выравнивание напряжений питания на соединенных последовательно входных цепях всех DC/DC-преобразователей и установить величины этих напряжений на уровне U_in/N, где U_in - полное напряжение питания группы DC/DC-преобразователей. 1 ил.

 

Предлагаемый способ относится к силовой преобразовательной технике и предназначен для управления группой DC-DC преобразователей, использующих трансформаторную связь между цепями источника и приемника энергии. В группе DC-DC преобразователей их входные цепи соединены последовательно, а выходные цепи, подключенные к нагрузке, шунтированной конденсатором выходного фильтра, соединены параллельно.

В предлагаемом способе управления известными признаками являются то, что в первом DC-DC преобразователе формируют первое напряжение, являющимся стабильным опорным, и второе напряжение, которое пропорционально выходному напряжению (выходному току или выходной мощности преобразователя). Кроме того, вырабатывают управляющее напряжение в виде усиленной и усредненной разности между сформированными напряжениями, и с помощью выработанного управляющего напряжения так изменяют параметр управления выходной мощностью первого DC/DC-преобразователя, чтобы минимизировать разность между напряжениями, сформированными в первом DC/DC-преобразователе.

Предлагаемый способ управления отличается тем, что в каждом K-м DC/DC-преобразователе из их общего числа, равного N, входные цепи которых соединены последовательно, формируют первое напряжение, равное g⋅U_in,K, пропорциональное напряжению питания U_in,K входной цепи K-го DC/DC-преобразователя, где g - величина коэффициента пропорциональности, и формируют второе напряжение, равное , пропорциональное сумме напряжений питания соединенных последовательно входных цепей DC/DC-преобразователей, число которых равно K, a (g/K) - величина коэффициента пропорциональности. Кроме того, вырабатывают управляющее напряжение в виде усиленной и усредненной разности между напряжениями, сформированными в K-м DC/DC-преобразователе, и с помощью выработанного управляющего напряжения так изменяют параметр управления выходной мощностью K-го DC/DC-преобразователя, чтобы минимизировать разность между напряжениями, сформированными в K-м DC/DC-преобразователе.

Предлагаемый способ управления позволяет одновременно стабилизировать напряжение на нагрузке (или ток нагрузки, или мощность, передаваемую в нагрузку) на заданном уровне и, кроме того, обеспечить выравнивание напряжений питания на соединенных последовательно входных цепях всех DC/DC-преобразователей и установить величины этих напряжений на уровне U_in/N, где U_in - полное напряжение питания группы DC/DC-преобразователей.

На фиг. 1 представлена структурная схема группы DC/DC-преобразователей, у которых имеется трансформаторный канал передачи энергии в нагрузку. Цифрами 1, 2, 3 обозначены 1-й, 2-й, …, N-й DC/DC-преобразователи, образующие группу. Питание группы напряжением U_in обеспечивает источник 4. Входные цепи преобразователей соединены последовательно, а выходные - параллельно. Соединенные параллельно выходные цепи устройств подключены к общему конденсатору выходного фильтра 5, параллельно которому включена нагрузка 6.

Схемотехника преобразователей, равно как и схемотехника устройств управления ими, не являются существенными признаками изобретения. Преобразователи могут быть выполнены с силовыми транзисторами, соединенными по схеме моста, а для управления транзисторами использована микросхема UC1825 [1]. Для упрощения изложения предполагается использование этой конструкции в группе DC/DC-преобразователей, хотя могут быть применены и другие конструкции (однотактные прямоходовые или обратноходовые схемы, двухтатктные мостовые преобразователи с фазовым принципом управления силовыми транзисторами [2], резонансные схемы и т.п.).

В схеме на фиг. 1 первый DC/DC-преобразователь в их группе определяет напряжение на нагрузке. Оно устанавливается на уровне, который равен U_out=U_o/α, где U_o - опорное напряжение, задаваемое на прямой вход операционного усилителя, а α - доля выходного напряжения, передаваемого на его инвертирующий вход. Сигналом на выходе операционного усилителя режим работы схемы преобразователя устанавливается так, чтобы минимизировать разность напряжений между напряжениями на прямом и инвертирующем входах операционного усилителя [1]. Тем самым обеспечивается выполнение соотношения (U_o-α⋅U_out)→0, из которого следует приведенный выше уровень выходного напряжения.

При сформулированном в формуле изобретения алгоритме управления DC/DC-преобразователями, достигается выравнивание напряжений на входных цепях этих схем, соединенных последовательно. Далее рассматривается, как это происходит.

В соответствии с формулой изобретения, на инверсный вход операционного усилителя, которое содержится в устройстве управления последним DC/DC-преобразователем (т.е. N-м), передается напряжение, равное g⋅U_in,N. Оно пропорционально напряжению питания U_in,N входной цепи этого преобразователя, где g - величина коэффициента пропорциональности. На прямой вход операционного усилителя передается (g/N)-я часть напряжения . Последнее равно полному напряжению питания U_in входных цепей группы, содержащей DC/DC-преобразователи числом N, т.е. . Устройством управления режим работы преобразователя устанавливается так, чтобы минимизировать разность напряжений на прямом и инверсном входах операционного усилителя [1]. Таким образом, в устройстве автоматически возникает выполнение соотношения (g⋅U_in,N-(g/N)⋅U_in)→0. Из него следует, что U_in,N=U_in/N.

В соответствии с формулой изобретения, на инверсный вход операционного усилителя, которое содержится в устройстве управления (N-1)-м DC/DC-преобразователем, передается напряжение, которое равно g⋅U_in,N-1. Оно пропорционально напряжению питания U_in,N-1 входной цепи этого DC/DC-преобразователя, где g - величина коэффициента пропорциональности. На прямой вход этого операционного усилителя передается часть напряжения . Последнее равно полному напряжению питания U_in входных цепей группы, содержащей DC/DC-преобразователи числом N, из которого вычитается напряжение питания входной цепи N-го преобразователя, т.е. . Устройством управления режим работы (N-1)-го преобразователя устанавливается так, чтобы минимизировать разность напряжений на прямом и инверсном входах операционного усилителя [1]. Таким образом, в устройстве автоматически возникает выполнение соотношения . Из него следует, что U_in,N-1=U_in/N. Следовательно, напряжения питания входных цепей N-го и (N-1)-го преобразователей устанавливаются одинаковыми и равными U_in/N.

В соответствии с формулой изобретения, на инверсный вход операционного усилителя, которое содержится в устройстве управления (N-2)-м DC/DC-преобразователем, передается напряжение, которое равно g⋅U_in,N-2. Оно пропорционально напряжению питания U_in,N-2 входной цепи этого DC/DC-преобразователя, где g - величина коэффициента пропорциональности. На прямой вход операционного усилителя передается часть напряжения . Последнее равно полному напряжению питания U_in входных цепей группы, содержащей DC/DC-преобразователи числом N, из которого вычитается напряжение питания входных цепей N-го и (N-1)-го преобразователей, т.е. . Устройством управления режим работы (N-2)-го преобразователя устанавливается так, чтобы минимизировать разность напряжений на прямом и инверсном входах операционного усилителя [1]. Таким образом, в устройстве автоматически возникает выполнение соотношения . Из него следует, что U_in,N-2=U_in/N. Следовательно, напряжения питания входных цепей N-го, (N-1)-го и (N-2)-го DC/DC-преобразователей устанавливаются одинаковыми и равными U_in/N.

На основе рассуждений, которые аналогичны приведенным выше, можно показать, что, при условии использования предложенного алгоритма управления группой DC/DC-преобразователей, входные цепи которых соединены последовательно, напряжения питания каждой из этих цепей устанавливаются одинаковыми и равными U_in/N.

Литературные источники

1. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2001. - 608 с., стр. 240-246, рис. 18.

2. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2001. - 608 с., стр. 248-262, рис. 26.

Способ управления группой DC/DC-преобразователей, в каждом из которых используется трансформатор для передачи энергии в нагрузку, и входные цепи DC/DC-преобразователей соединены последовательно, а выходные цепи соединены параллельно и подключены к общей нагрузке, шунтированной конденсатором фильтра, состоящий в том, что в первом DC/DC-преобразователе формируют первое напряжение, являющееся стабильным опорным, и второе напряжение, которое пропорционально выходному напряжению или выходному току или выходной мощности преобразователя, вырабатывают управляющее напряжение в виде усиленной и усредненной разности между сформированными напряжениями, и с помощью выработанного управляющего напряжения так изменяют параметр управления выходной мощностью первого DC/DC-преобразователя, чтобы минимизировать разность между напряжениями, сформированными в первом DC/DC-преобразователе, отличающийся тем, что в каждом K-м DC/DC-преобразователе из их общего числа, равного N, входные цепи которых соединены последовательно, формируют первое напряжение, равное g⋅U_{in, K}, пропорциональное напряжению питания U_{in, K} входной цепи K-го DC/DC-преобразователя, где g - величина коэффициента пропорциональности, и формируют второе напряжение, равное , пропорциональное сумме напряжений питания соединенных последовательно входных цепей DC/DC-преобразователей, число которых равно K, a (g/K) - величина коэффициента пропорциональности, вырабатывают управляющее напряжение в виде усиленной и усредненной разности между напряжениями, сформированными в K-м DC/DC-преобразователе, и с помощью выработанного управляющего напряжения так изменяют параметр управления выходной мощностью K-го DC/DC-преобразователя, чтобы минимизировать разность между напряжениями, сформированными в K-м DC/DC-преобразователе.