RU2638295C1 - Method of controlling n-phase pulse transducer - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in the method of controlling N-phase pulse transducer, which consists in generating and feeding on in parallel turning N of power blocks of control pulses, changing after duty ratio, depending on the required output voltage value and shifted from one another by the time 1/Nf, where f is the frequency of these pulses (Hz), and in the control of the state of power phase blocks, upon detection of failures of m power blocks, the mutual shift of pulses is set equal to 1/(Nm) f.

EFFECT: reducing energy losses and improving the quality of voltage.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в импульсных преобразователях питания.The invention relates to electrical engineering and can be used in switching power converters.

Известный /1/ способ управления N-фазным импульсным преобразователем постоянного напряжения, состоящий в формировании и подаче на параллельно включенные N силовых блоков импульсов управления, изменяемых по скважности в зависимости от требуемой величины выходного напряжения. Недостаток способа состоит в больших потерях энергии из-за больших пульсаций выходного напряжения, так как N силовых блоков управляются синхронно.The known / 1 / method of controlling an N-phase pulse DC-DC converter, which consists in generating and supplying N power blocks of control pulses that are parallel-connected and vary in duty cycle depending on the required output voltage. The disadvantage of this method is the large loss of energy due to large ripples of the output voltage, since N power blocks are controlled synchronously.

Наиболее близким по сути изобретения является способ /2, 3/ управления N-фазным импульсным преобразователем постоянного напряжения, состоящий в формировании и подаче на параллельно включенные N силовых блоков импульсов управления, изменяемых по скважности в зависимости от требуемой величины выходного напряжения и сдвинутых друг от друга на время равное 1/Nf, где f - частота этих импульсов, и в контроле состояния силовых фазных блоков. Этот способ-прототип имеет недостаток, состоящий в относительно ухудшенном качестве напряжения и увеличенных потерях энергии в режиме частичных отказов, так как при потере работоспособности части блоков в выходном напряжении значительно увеличиваются пульсации напряжения.The closest in essence to the invention is a method / 2, 3 / for controlling an N-phase pulse DC-DC converter, which consists in generating and supplying N power blocks of control pulses that are parallel-connected and vary in duty cycle depending on the required value of the output voltage and shifted from each other for a time equal to 1 / Nf, where f is the frequency of these pulses, and in monitoring the state of the power phase blocks. This prototype method has the disadvantage of a relatively degraded voltage quality and increased energy losses in the partial failure mode, since when a part of the units becomes inoperative in the output voltage, the voltage ripple increases significantly.

Техническим результатом изобретения является снижение потерь энергии и улучшение качества напряжения.The technical result of the invention is to reduce energy loss and improve voltage quality.

Заявленный результат достигается за счет того, что при обнаружении отказов m силовых блоков взаимный сдвиг импульсов устанавливают равным 1/(N-m)f.The claimed result is achieved due to the fact that upon detection of m power unit failures, the mutual pulse shift is set to 1 / (N-m) f.

На фиг. 1 представлена схема для реализации способа.In FIG. 1 shows a diagram for implementing the method.

Источник 1 питания постоянного тока одним полюсом связан с нагрузкой 2 и фильтром-конденсатором 3 непосредственно, а вторым - через N силовых блоков 4. Блоки 4 составляют фазы преобразователя. В данном случае N=3. Блоки 4 подсоединены через предохранители 5, снабженные блок-контактами 6, которые подключены к входу блока 7 управления. В данном примере датчиками состояния силовых блоков 4 являются блок-контакты 6. Однако возможны и другие способы контроля состояния силовых блоков 4, например могут использоваться датчики токов и т.п. На фиг. 2 представлен пример схемы силового блока обратноходового повышающего преобразователя. В схеме используются реактор 8, диод 9 и запираемый (полностью управляемый) вентиль 9. Такой преобразователь повышает постоянное входное напряжение. Однако может использоваться и прямоходовой понижающий преобразователь.The DC power supply 1 is connected directly to the load 2 and the filter-condenser 3 by one pole, and by the second through N power blocks 4. Blocks 4 comprise the phases of the converter. In this case, N = 3. Blocks 4 are connected through fuses 5, equipped with block contacts 6, which are connected to the input of the control unit 7. In this example, the state sensors of the power units 4 are block contacts 6. However, other methods for monitoring the state of the power units 4 are possible, for example, current sensors and the like can be used. In FIG. 2 shows an example of a power block diagram of a flyback boost converter. The circuit uses a reactor 8, a diode 9, and a lockable (fully controllable) valve 9. Such a converter increases the constant input voltage. However, a downstream buck converter may also be used.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Напряжение источника 1 преобразуется силовыми блоками 4 в напряжение тоже постоянного тока, но другого уровня. С этой целью блок 7 управления подает управляющие импульсы на силовые блоки 4, которые в широтно-импульсном режиме осуществляют это преобразование. Импульсы, подаваемые с блока 7 управления в каждой фазе, следуют с одинаковой частотой f (Гц), однако в разных фазах они сдвинуты друг относительно друга на один и тот же промежуток времени, равный 1/Nf. На фиг. 3,а представлена диаграмма тока дросселя в штатном режиме в режиме гранично-прерывистого тока. Токи разных фаз обозначены разными линиями. Первая половина этого тока - нарастающая - потребление от источника 1 питания, а вторая половина - спадающая - это ток, передаваемый в нагрузку 2 и фильтр-конденсатор 3. Как видно, три тока симметричны и сдвинуты на треть периода. Частота пульсаций напряжения на фильтре-конденсаторе равна 3f. Когда один из силовых блоков 4 не работает (при перегорании предохранителя 5), то тогда сдвиг между токами первой и второй фазы будет 33,3% периода повторения (1/f), а между вторым и первым током 66,6%. То есть в суммарном выходном токе появятся пульсации с частотой повторения импульсов. В нормальном же режиме пульсаций выходного тока такой частоты не было, а были пульсации тройной частоты 3f. На фиг. 3,б показаны диаграммы токов двух фаз при отказе (отключении) одного блока 4 (m=1). Вследствие того, что блок управления 7, получив сигнал от датчика (блок-контакта 6 предохранителя 5) об отказе в одном блоке 4, изменяет взаимный сдвиг импульсов управления, оставшихся в работе двух нормально работающих силовых блоков 4, до величины равной 1/(N-m)f=1/2f. B данном случае этот сдвиг составит 50% периода повторения. Осуществление этой операции - переход на другую дистанцию между импульсами - производится блоком 7 управления благодаря программе, заложенным в работу его контроллера (входит в состав блока 7).The voltage of the source 1 is converted by power units 4 into a voltage of direct current also, but of a different level. To this end, the control unit 7 supplies the control pulses to the power units 4, which in the pulse-width mode perform this conversion. The pulses supplied from the control unit 7 in each phase follow with the same frequency f (Hz), however, in different phases they are shifted relative to each other by the same time interval equal to 1 / Nf. In FIG. 3, a diagram of the inductor current in the normal mode in the mode of boundary-discontinuous current is presented. Currents of different phases are indicated by different lines. The first half of this current - increasing - consumption from power source 1, and the second half - decreasing - is the current transmitted to load 2 and filter capacitor 3. As you can see, the three currents are symmetrical and shifted by a third of the period. The voltage ripple frequency across the filter-capacitor is 3f. When one of the power units 4 does not work (when fuse 5 blows), then the shift between the currents of the first and second phases will be 33.3% of the repetition period (1 / f), and between the second and first current 66.6%. That is, ripples with a pulse repetition rate will appear in the total output current. In the normal mode there was no ripple of the output current of such a frequency, but there were ripples of the triple frequency 3f. In FIG. 3b shows current diagrams of the two phases in case of failure (shutdown) of one unit 4 (m = 1). Due to the fact that the control unit 7, having received a signal from the sensor (contact block 6 of the fuse 5) about a failure in one unit 4, changes the mutual shift of the control pulses remaining in the operation of two normally working power units 4 to a value equal to 1 / (Nm ) f = 1 / 2f. In this case, this shift will be 50% of the repetition period. The implementation of this operation - the transition to another distance between pulses - is performed by the control unit 7 due to the program embedded in the operation of its controller (part of block 7).

Как видно из диаграммы, таким образом снижается уровень пульсаций выходного напряжения.As can be seen from the diagram, the level of ripple of the output voltage is thus reduced.

Источники информацииInformation sources

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982, стр. 407, рис. 7.2.1. Zabrodin Yu.S. Industrial Electronics. - M.: Higher School, 1982, p. 407, Fig. 7.2.

2. Руденко B.C. и др. Преобразовательная техника. Киев, Выща школа, 1978, стр. 231-233, рис. 231.2. Rudenko B.C. and other transformative technology. Kiev, Vyscha School, 1978, pp. 231-233, Fig. 231.

3. Журнал «Электротехника». - М.: 2001, стр. 59, рис. 3.3. The journal "Electrical Engineering". - M.: 2001, p. 59, Fig. 3.

Claims (1)

Способ управления N-фазным импульсным преобразователем постоянного напряжения, состоящий в формировании и подаче на параллельно включенные N силовых блоков импульсов управления, изменяемых по скважности в зависимости от требуемой величины выходного напряжения и сдвинутых друг от друга на время равное 1/Nf, где f - частота этих импульсов (Гц), и в контроле состояния силовых фазных блоков, отличающийся тем, что при обнаружении отказов m силовых блоков взаимный сдвиг импульсов устанавливают равным 1/(N-m)f.A method of controlling an N-phase pulsed DC-DC converter, which consists in generating and supplying N power blocks of control pulses that are parallel-connected and vary by duty cycle depending on the required output voltage and shifted from each other by a time equal to 1 / Nf, where f is the frequency of these pulses (Hz), and in monitoring the state of the power phase blocks, characterized in that upon detection of m power unit failures, the mutual pulse shift is set to 1 / (Nm) f.

Images