RU2569679C1 - Method to control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation and device for control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation - Google Patents
Method to control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation and device for control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569679C1 RU2569679C1 RU2014128227/07A RU2014128227A RU2569679C1 RU 2569679 C1 RU2569679 C1 RU 2569679C1 RU 2014128227/07 A RU2014128227/07 A RU 2014128227/07A RU 2014128227 A RU2014128227 A RU 2014128227A RU 2569679 C1 RU2569679 C1 RU 2569679C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- signals
- pwm
- frequency
- converter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления импульсным многофазным преобразователем постоянного напряжения повышающего типа, и может быть использовано в зарядно-разрядных устройствах, в устройствах имитации аккумуляторной батареи, имитации нагрузки, используемых для испытаний систем электроснабжения, а также в других устройствах, где требуется получать стабилизированный ток и постоянное выходное напряжение при изменении входного напряжения в широких пределах.The invention relates to electrical engineering, and in particular to methods of controlling a pulsed multiphase constant-voltage converter of step-up type, and can be used in charge-discharge devices, in battery simulation devices, load simulation used for testing power supply systems, as well as in other devices, where It is required to obtain a stabilized current and a constant output voltage when the input voltage changes over a wide range.
Известен способ управления импульсным стабилизатором напряжения (тока), предполагающий применение контура регулирования, исполнительным элементом в котором является электронный ключ, управляемый с помощью сигналов, полученных методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), а также устройство, построенное на этом принципе. При изменении стабилизируемого напряжения или тока с помощью обратной связи и ШИМ получают управляющий сигнал, у которого длительность импульсов на фиксированной частоте изменяется таким образом, что напряжение или ток остаются стабильными с определенной степенью точности (Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др. Под ред. Г.С. Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986. - 576 с. (с. 32, рис. 1.10).A known method of controlling a pulsed voltage (current) stabilizer, involving the use of a control loop, the actuating element of which is an electronic switch controlled by signals obtained by pulse width modulation (PWM), as well as a device based on this principle. When the stabilized voltage or current is changed using feedback and PWM, a control signal is obtained in which the pulse width at a fixed frequency changes so that the voltage or current remains stable with a certain degree of accuracy (Power supplies of electronic equipment. Reference / G.S. Naivelt , K.B. Mazel, Ch.I. Khusainov, etc. Under the editorship of G.S. Naivelt. - M .: Radio and communications, 1986. - 576 p. (P. 32, Fig. 1.10).
Недостатком этого способа управления является небольшой диапазон входных напряжений, при которых может стабилизироваться напряжение или ток. Для построения широкодиапазонных многофазных систем на основе повышающего преобразователя со стабилизацией входного тока и со стабильным выходным напряжением необходима синхронизация ШИМ-контроллеров каждой из фаз внешним импульсом синхронизации длительностью 1,5 мкс. Особенностью применения ШИМ-контроллеров серии UCx846 является то, что длительность бестоковой паузы, формируемой в нем, определяется длительностью импульса синхронизации. Со снижением входного напряжения относительная длительность импульсов управления γ, определяемая как
Известны способы управления преобразователями, в которых ШИМ работает с переменной частотой, зависящей от различных условий работы, например, в устройстве по патенту США №5675479 достигают повышения эффективности работы преобразователя при низких нагрузках путем уменьшения частоты ШИМ, при высоких нагрузках, наоборот, частоту ШИМ повышают. Известен также патент США №5390101, в котором с помощью управляемого напряжением генератора увеличивают частоту ШИМ при увеличении нагрузки. Все эти примеры относятся к повышению эффективности работы преобразователей с ШИМ на части нагрузочной кривой, где существенная мощность потребляется от преобразователя и диапазон частот, на котором они работают, относительно узок, а также узок диапазон входных напряжений, при котором возможно обеспечить стабилизацию тока или напряжения (минимальная величина входного напряжения, указанная, например, в патенте США №5390101, составляет 90 В). Тем не менее, в разрядных устройствах, а также в устройствах имитации аккумуляторной батареи, используемых, например, для наземных испытаний систем электроснабжения космических аппаратов, часто возникает потребность в работе преобразователя при сравнительно низких входных напряжениях (от 5 В), при неизменных уровнях выходного напряжения, например, в 180 В, при этом обеспечивая стабилизацию входного тока. В связи с этим задачей изобретения является расширение диапазона входных напряжений в сторону низких значений, обеспечивая при этом стабилизацию входного тока с помощью простой и недорогой схемы.Known methods for controlling converters in which the PWM operates with a variable frequency depending on various operating conditions, for example, in the device according to US patent No. 5675479 achieve improved efficiency of the converter at low loads by reducing the PWM frequency, at high loads, on the contrary, increase the PWM frequency . Also known US patent No. 5390101, in which using a voltage-controlled generator increase the frequency of the PWM with increasing load. All these examples relate to improving the efficiency of PWM converters in the part of the load curve, where significant power is consumed from the converter and the frequency range on which they operate is relatively narrow, as well as a narrow input voltage range at which it is possible to stabilize the current or voltage ( the minimum value of the input voltage, indicated, for example, in US patent No. 5390101, is 90 V). However, in discharge devices, as well as in battery simulation devices used, for example, for ground tests of spacecraft power systems, the converter often needs to operate at relatively low input voltages (from 5 V), at constant output voltage levels , for example, 180 V, while ensuring stabilization of the input current. In this regard, the object of the invention is to expand the range of input voltages in the direction of low values, while ensuring stabilization of the input current using a simple and inexpensive circuit.
Поставленная задача решается тем, что в способе управления многофазным повышающим преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией входного тока, основанном на широтно-импульсной модуляции сигналов управления, так же, как и в прототипе, формируют методом широтно-импульсной модуляции управляющие сигналы для высокочастотных ключей каждой фазы, для чего текущие значения сигналов обратной связи по току в каждой фазе сравнивают с их опорными значениями, на основании результатов сравнения вырабатывают сигналы рассогласования, с помощью сигналов рассогласования формируют ШИМ-сигналы с фиксированной частотой. В отличие от прототипа в способе управления в каждой фазе дополнительно сравнивают с пороговой величиной сигналы входного напряжения и, когда входное напряжение имеет величину ниже установленного порогового уровня, формируют второй ШИМ-сигнал, частота которого ниже частоты первого ШИМ-сигнала не менее чем в 4 раза, и указанный второй ШИМ-сигнал используют для управления ключами соответствующей фазы преобразователя, пока величина входного напряжения не превысит установленный пороговый уровень.The problem is solved in that in the method of controlling a multiphase step-up DC-DC converter with stabilization of the input current, based on pulse-width modulation of the control signals, in the same way as in the prototype, control signals for high-frequency switches of each phase are generated by pulse-width modulation method, why the current values of the current feedback signals in each phase are compared with their reference values, based on the results of the comparison, mismatch signals are generated, with power error signals form PWM signals with a fixed frequency. Unlike the prototype, the control method in each phase additionally compares the input voltage signals with a threshold value and, when the input voltage has a value lower than the set threshold level, a second PWM signal is generated, the frequency of which is not less than 4 times lower than the frequency of the first PWM signal , and the specified second PWM signal is used to control the keys of the corresponding phase of the converter, until the value of the input voltage exceeds the set threshold level.
Устройство управления многофазным повышающим преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией входного тока в каждой фазе содержит датчик входного тока, схему сравнения сигналов датчика тока с опорным сигналом и ШИМ-контроллер, на вход которого поступают сигналы рассогласования по току, выходы которого соединены с драйверами ключей каждой фазы преобразователя. В отличие от прототипа устройство дополнительно содержит компаратор напряжения, сравнивающий входное напряжение с пороговым уровнем, второй ШИМ-контроллер, работающий с частотой не менее чем в 4 раза ниже частоты первого ШИМ-контроллера, и устройство выборки, соединенное с компаратором напряжения и подключающее первый или второй ШИМ-контроллеры к драйверам ключей каждой фазы преобразователя в зависимости от сигнала компаратора напряжения.A control device for a multiphase step-up DC-DC converter with stabilization of the input current in each phase contains an input current sensor, a circuit for comparing the signals of the current sensor with the reference signal, and a PWM controller, the input of which receives current mismatch signals, the outputs of which are connected to the key drivers of each phase of the converter . Unlike the prototype, the device further comprises a voltage comparator comparing the input voltage with a threshold level, a second PWM controller operating at a frequency of at least 4 times lower than the frequency of the first PWM controller, and a sampling device connected to the voltage comparator and connecting the first or second PWM controllers for the key drivers of each phase of the converter, depending on the signal of the voltage comparator.
При переключении на более низкую частоту можно расширить диапазон входного напряжения с поддержанием необходимой длительности импульса синхронизации для многофазных систем. Например, при частоте синхронизации первого ШИМ-контроллера 50 кГц уменьшение частоты синхронизации второго ШИМ-контроллера до 10 кГц позволяет достичь максимального значения γ, равного 0,985, при котором минимально возможное входное напряжения Uвx=2,7 В при выходном напряжении в 180 В.When switching to a lower frequency, the input voltage range can be expanded while maintaining the required synchronization pulse duration for multiphase systems. For example, at a synchronization frequency of the first PWM controller of 50 kHz, reducing the synchronization frequency of the second PWM controller to 10 kHz allows you to achieve a maximum value of γ equal to 0.985, at which the minimum possible input voltage U in = 2.7 V at an output voltage of 180 V.
В каждом случае кратность снижения частоты определяется исходя из величины минимального входного напряжения при заданной величине входного напряжения. Для нормальной работы преобразователя важно, чтобы на заданной частоте при максимальной γ время бестоковой паузы составляло не менее 1,5 мкс. При этом большая разница между частотами первого и второго ШИМ-контроллеров может привести к увеличению амплитуды пульсации в дросселе. При частоте второго ШИМ в 2-3 раза ниже частоты первого ШИМ невозможно достичь необходимого нижнего порога входного напряжения, обеспечивая необходимую величину бестоковой паузы.In each case, the frequency reduction ratio is determined on the basis of the minimum input voltage at a given input voltage. For normal operation of the converter, it is important that at a given frequency with a maximum γ, the time of a dead time pause is at least 1.5 μs. In this case, a large difference between the frequencies of the first and second PWM controllers can lead to an increase in the ripple amplitude in the inductor. When the frequency of the second PWM is 2–3 times lower than the frequency of the first PWM, it is impossible to achieve the required lower threshold of the input voltage, providing the necessary amount of dead time.
Далее сущность заявленного изобретения поясняется с помощью чертежа, на котором схематически представлена схема управления для одной из фаз 1 многофазного повышающего преобразователя со стабилизацией тока в соответствии с заявляемым изобретением, каждая из фаз которого сдвинута по управлению на 360/m эл. градусов относительно друг друга, где m - число фаз. Устройство управления повышающим преобразователем в каждой фазе содержит датчик тока 2, ячейку повышающего преобразователя 3, общий для всех фаз выходной фильтр 4, первый ШИМ-контроллер (высокой частоты) 5, второй ШИМ-контроллер 6 (пониженной частоты), устройство выборки 7 и компаратор напряжения 8, сравнивающий величину входного напряжения с пороговым уровнем. Выходы датчика тока соединены с первым и вторым ШИМ-контроллерами. Каждый из ШИМ-контроллеров 5 и 6 содержит в себе устройство сравнения текущих значений тока с опорным значением, обозначенным на чертеже как Уст. I. Устройство выборки 7 соединено с устройством сравнения 8 и с выходами первого и второго ШИМ-контроллеров 5 и 6. С выхода устройства выборки 7 сигналы управления, соответствующие первому или второму ШИМ-контроллеру, поступают на ключи повышающего преобразователя 3.Further, the essence of the claimed invention is illustrated using the drawing, which schematically shows a control circuit for one of the phases 1 of a multiphase boost converter with current stabilization in accordance with the claimed invention, each phase of which is shifted by 360 / m el. degrees relative to each other, where m is the number of phases. The step-up converter control device in each phase contains a current sensor 2, a step-up converter cell 3, an output filter 4 common to all phases, a first PWM controller (high frequency) 5, a second PWM controller 6 (low frequency), a sampling device 7, and a comparator voltage 8, comparing the magnitude of the input voltage with a threshold level. The current sensor outputs are connected to the first and second PWM controllers. Each of the PWM controllers 5 and 6 contains a device for comparing current current values with a reference value, indicated in the drawing as Ust. I. Sampling device 7 is connected to a comparison device 8 and to the outputs of the first and second PWM controllers 5 and 6. From the output of the sampling device 7, control signals corresponding to the first or second PWM controller are supplied to the keys of boost converter 3.
При работе повышающий преобразователь 3 начинает выполнять преобразование входного постоянного напряжения со стабилизацией входного тока, например, с целью разряда аккумуляторной батареи, которое через фильтр 4 подается к дальнейшей схеме разрядного устройства. При этом сигналы текущих значений входного тока с датчика тока 2 поступают в ШИМ-контроллер 5 или 6, где сравниваются с поступающим опорным значением тока Уст. I. В составе каждого ШИМ-контроллера 5 или 6 при этом работает внутренний генератор пилообразного напряжения, синхронизируемый внешним импульсом синхронизации. Пока величина входного напряжения остается в диапазоне (15-180) В, с выхода схемы сравнения 8 приходит сигнал на подключение первого ШИМ-контроллера 5, по которому ШИМ-контроллер 5 выдает высокочастотные импульсы с частотой 50 кГц, формируя при этом сигналы управления силовыми ключами преобразователя 3. Формирование ШИМ-сигнала происходит с коэффициентом заполнения γ, определяемым по формуле:During operation, boost converter 3 begins to convert the input DC voltage with stabilization of the input current, for example, to discharge the battery, which is fed through the filter 4 to the further circuit of the discharge device. In this case, the signals of the current values of the input current from the current sensor 2 enter the PWM controller 5 or 6, where they are compared with the incoming current reference value. I. As a part of each PWM controller 5 or 6, an internal sawtooth voltage generator, synchronized by an external synchronization pulse, is operating. As long as the input voltage remains in the range (15-180) V, the output of the comparison circuit 8 receives a signal to connect the first PWM controller 5, through which the PWM controller 5 generates high-frequency pulses with a frequency of 50 kHz, thereby generating power switch control signals Converter 3. The formation of the PWM signal occurs with a duty cycle γ, determined by the formula:
Если величина входного напряжения составляет, например, 5 В, а выходного - 180 В, то
С уменьшением входного напряжения и переходом на более низкую частоту работы темп нарастания тока в дросселе повышающего преобразователя, определяемый формулой
Понижение частоты ШИМ-сигнала с 50 кГц до 10 кГц в диапазоне входных напряжений от 5 В до 15 В позволило расширить диапазон входных напряжений повышающего преобразователя, при которых происходит стабилизация входного тока без увеличения пульсации при необходимом выходном напряжении.Reducing the frequency of the PWM signal from 50 kHz to 10 kHz in the input voltage range from 5 V to 15 V allowed expanding the input voltage range of the boost converter, at which the input current is stabilized without increasing ripple at the required output voltage.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128227/07A RU2569679C1 (en) | 2014-07-09 | 2014-07-09 | Method to control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation and device for control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128227/07A RU2569679C1 (en) | 2014-07-09 | 2014-07-09 | Method to control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation and device for control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2569679C1 true RU2569679C1 (en) | 2015-11-27 |
Family
ID=54753590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014128227/07A RU2569679C1 (en) | 2014-07-09 | 2014-07-09 | Method to control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation and device for control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569679C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638295C1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-12-13 | Надежда Владимировна Антипова | Method of controlling n-phase pulse transducer |
CN115373454A (en) * | 2022-07-22 | 2022-11-22 | 昂宝电子(上海)有限公司 | Current sharing control system and method for multi-phase voltage stabilizer |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1815629C (en) * | 1991-06-28 | 1993-05-15 | Научно-исследовательский институт электротехники | Voltage stabilizer with continuous pulse-controlled regulation |
US5390101A (en) * | 1994-01-04 | 1995-02-14 | Motorola, Inc. | Flyback power supply having a VCO controlled switching rate |
RU2178943C1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-01-27 | Семикин Владимир Михайлович | Method and device for digital voltage regulation |
-
2014
- 2014-07-09 RU RU2014128227/07A patent/RU2569679C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1815629C (en) * | 1991-06-28 | 1993-05-15 | Научно-исследовательский институт электротехники | Voltage stabilizer with continuous pulse-controlled regulation |
US5390101A (en) * | 1994-01-04 | 1995-02-14 | Motorola, Inc. | Flyback power supply having a VCO controlled switching rate |
RU2178943C1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-01-27 | Семикин Владимир Михайлович | Method and device for digital voltage regulation |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638295C1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-12-13 | Надежда Владимировна Антипова | Method of controlling n-phase pulse transducer |
CN115373454A (en) * | 2022-07-22 | 2022-11-22 | 昂宝电子(上海)有限公司 | Current sharing control system and method for multi-phase voltage stabilizer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101331721B1 (en) | Buck-boost control logic for pwm regulator | |
US9190909B2 (en) | Control device for multiphase interleaved DC-DC converter and control method thereof | |
US9837919B2 (en) | Electric power conversion apparatus and method of operating the same | |
US8773090B2 (en) | Voltage regulator with adaptive hysteretic control | |
US9093901B2 (en) | Switching converter and method for controlling a switching converter | |
CN104079167A (en) | Control circuit, switching power supply and control method | |
TWI675536B (en) | System and method for maintaining a constant output voltage ripple in a buck converter in discontinuous conduction mode | |
US20120286750A1 (en) | Switching regulators with adaptive clock generators and associated methods of control | |
US10044280B2 (en) | DC/DC converter | |
US8947065B2 (en) | DC-DC controller and control method thereof | |
US20080298092A1 (en) | Control circuit and method for controlling switching power supply | |
EP3468023A1 (en) | Apparatus comprising multiple power converters with real or artifical hysteresis | |
JP6858725B2 (en) | DC / DC converter and DC / DC converter control method | |
CN105210285A (en) | PWM control circuit and switching power supply device | |
RU2569679C1 (en) | Method to control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation and device for control multiphase step-up dc converter with input current stabilisation | |
US9300281B2 (en) | Triangular wave generating circuit to provide clock synchronization | |
US9081403B1 (en) | Optimal compensating ramp generator for fixed frequency current mode DC-DC converters | |
JP2016167896A (en) | Dc/dc converter | |
EP3312982B1 (en) | Step-up/step-down dc/dc converter | |
KR101730618B1 (en) | Pulse Modulator | |
WO2012164788A1 (en) | Power supply device | |
US9294076B2 (en) | Switching power supply device and pulse width modulation circuit used therein | |
KR101550529B1 (en) | Synchronous dc-dc buck converter and method for compensating propagation delay using 2-step delay locked loops | |
US9537390B2 (en) | Control circuit, control method, DC-DC converter and electronic device | |
JP6144374B1 (en) | Power converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190710 |