Реферат: Устройство и применение высокочастотного выпрямителя

 (4)

Из этого выражения следует, чтобы избежать искажений потребляемого тока около пересечения входным напряжением нуля, необходимо, чтобы коэффициент M(t) мог достигать значения бесконечности.

Для повышающего преобразователя в составе выпрямителя с ККМ, работающего в режиме непрерывного тока дросселя, имеет место соотношение:

 (5)

где d(t) - коэффициент заполнения импульсов для силового ключа.

Поэтому

 (6)

Пульсации тока дросселя (потребляемого тока) в течение периода коммутации силового ключа (Ts) составляют

 (7)

Среднее значение относительно Ts тока дросселя равно

 (8)

В любой момент времени должно выполняться условие режима непрерывного тока в дросселе:

 (9)

Используя выражения (7) и (8), получим: d(t)<2L/Re·Ts

Тогда, подставив выражение для d{t) в (6), получим:

 (10)

Вывод основных соотношений для режима разрывного тока в дросселе.

Рассмотрим работу выпрямителя в режиме разрывного тока в дросселе, который имеет место, когда um(t) близко к нулю. На рис.3 представлена диаграмма тока дросселя в этом режиме.

Рис. 3 Диаграмма тока дросселя в режиме разрывного тока

Согласно равенству нулю вольт-секундного баланса напряжения на дросселе относительно периода Ts длительность интервала d2Ts составляет

 (11)

При этом необходимо учесть, что d1 = d. Максимальный ток дросселя определяется выражением

 (12)

Найдем средний (относительно Ts) ток дросселя. В течение каждого интервала времени его величина определяется выражениями

Среднее значение тока относительно периода Ts может быть представлено как

 (13)

определим регулировочную характеристику в режиме разрывного тока в дросселе. Согласно выражению (3), которое имеет место в любом режиме тока в дросселе,

 (14)

Так как Re={Um}Ts/{iL}Ts

 (15)

Подставив это выражение в (13), получим:

 (16)

Найдем условие, при котором происходит переход из режима непрерывного тока в режим разрывного тока. Подставив в условие (9) выражение для пульсаций тока (7) и регулировочную характеристику (16), получим:

С учетом того, что 1-{Um}Ts/U0=d и выражения (15) это условие можно записать в следующем виде:

 (17)

Анализ данного условия показывает, что переход из режима непрерывного тока в разрывный зависит только от d при неизменных параметрах схемы, таких как выходное напряжение и L.

Окончательная система выражений для регулировочной характеристики выпрямителя с ККМ имеет вид:

(18)

Где

Аналогично можно получить систему выражений для коэффициента заполнения;

 (19)

График зависимости d от времени в течение полупериода сетевого напряжения представлен на рис. 4а. Зависимость условия от времени и график входного напряжения приведены на рис. 4б.

Рис. 4.а График зависимости d от времени

Рис. 4.б График входного напряжения

Режим разрывного тока характерен при входных напряжениях, близких к нулю. При этом коэффициент заполнения импульсов должен быть близок к единице.

Реализация алгоритма управления высокочастотным выпрямителем с ККМ без обратной связи.

Один из важных этапов проектирования высокочастотного выпрямителя - реализация алгоритма управления силовым ключом.

Согласно выражению (1) im(t)~Uвх(t), что соответствует {iL(t)}Ts~{Um(t)}Ts, где коэффициент пропорциональности - Re.

Если на выпрямитель не возлагается задача стабилизации выходного напряжения, то Re - постоянная величина. Тогда для реализации алгоритма управления (рис.5) необходимо сравнить ток дросселя и выпрямленное мостовым выпрямителем напряжение Um, умноженное на постоянный коэффициент Кv. Полученное таким образом напряжение ошибки Ue подается на ШИМ-контроллер. При этом в качестве информации о токе дросселя используется сигнал с датчика тока с сопротивлением Rs. Коэффициент Kv характеризует параметр Rе. Рассмотрим зависимость Re и Kv. Согласно (1), iL(t)=Um(t)/Re.

Так как Re=Um(t)/iL(t) и Uref(t)=Kvum(t),

Рис. 5 Схема реализации алгоритма управления выпрямителем без стабилизации выходного напряжения

в установившемся режиме сигнал ошибки близок к нулю, следовательно, Uref(t)= iL(t)Rs

Re=Rs/Kv (20)

Если учесть (3), то можно определить Kv (при номинальных значениях выходного тока и напряжения). Однако в данном алгоритме не учитывается изменение выходного напряжения. Изменение тока нагрузки в неявной форме учитывается током iL.

Реализация алгоритма управления высокочастотным выпрямителем с ККМ с обратной связью.

Для того, чтобы учитывать изменение выходного напряжения, необходимо ввести дополнительный сигнал исоп. Так как в формировании коэффициента заполнения участвует пилообразное напряжение и напряжение, пропорциональное модулю sin(ωt), то простое суммирование сигнала, характеризующего Re, неприемлемо. Стандартным решением этой проблемы является перемножение напряжения Um и сигнала, характеризующего изменяющееся Re. Схема реализации такого алгоритма представлена на рис.6.

Аналогично выражению (20) можно определить

 (21)

где Re(t)=U2вх rms/pn(t), а pn(t)-изменяющаяся мощность нагрузки.

Рис. 6 Схема реализации алгоритма управления высокочастотным выпрямителем с ККМ с обратной связью

Рис. 7 Функциональная схема выпрямителя с двумя контурами обратной связи

Алгоритм управления с умножителем и интегратором

В большинстве случаев требуется стабилизация выходного напряжения. Она необходима для выпрямителя как в составе системы распределённого питания, так и отдельного устройства. Для обеспечения стабилизации вводится второй контур обратной связи по выходному напряжению. Тогда в качестве сигнала Ucon выступает сигнал с усилителя ошибки по выходному напряжению. Функциональная схема выпрямителя с двумя контурами обратной связи показана на рис.7.

При данном алгоритме управления используется умножитель напряжения, что усложняет систему управления. Однако возможна и более простая реализация двухконтурной системы управления. Она основана на следующих соотношениях. Допустим, выпрямитель работает в режиме непрерывного тока, тогда, согласно (6),

где iвх - потребляемый ток.

Согласно (1), (1-d)U0sign(iвх)=Re·iвх

Если использовать датчик тока с сопротивлением Rs, то:

Для малых приращений можно заменить Uo на Ue - сигнал с усилителя ошибки:

 (22)

Такой алгоритм может быть легко реализован с помощью цифровых или аналоговых средств. Правая часть выражения получается с датчика тока, который может быть как резистивного типа, так и токовым трансформатором. Левая часть выражения получается путем интегрирования сигнала с усилителя ошибки по периоду коммутации для получения пилообразного напряжения Ue·t/Ts.

Другое достоинство данного алгоритма - отсутствие зависимости от входного напряжения. Схема реализации данного алгоритма управления приведена на рис.8.

Рис. 8 Схема реализации алгоритма управления с умножителем и интегратором

Анализ возможных вариантов однофазных корректоров коэффициента мощности показал, что наиболее предпочтительны два варианта цепи обратной связи: с умножением и интегрированием. Вариант управления с умножением обеспечивает простую реализацию двухконтурной системы управления и может быть создан на основе цифровых или аналоговых средств. Вариант управления с интегрированием допускает простую реализацию одноконтурной системы управления.

Страницы: 1, 2, 3