Исследование компенсационных методов регулирования параметров ключевых преобразователей напряжения

Введение. Изучение особенностей введения отрицательной обратной связи в системах импульсного регулирования параметров потока электроэнергии с широтно-импульсной модуляцией всегда вызывало особый интерес разработчиков ключевых усилителей мощности (КУМ) и преобразователей напряжения (КПН). Оценка потенциала компенсационных методов является актуальной задачей при выборе направлений реализации устройств силовой электроники различного назначения.

Цель работы. Обзор компенсационных методов регулирования параметров и исследование условий устойчивости работы КПН с обратной связью по выходному напряжению и току.

Материалы и методы. В работе использованы основы теории импульсных систем автоматического регулирования, дополненные методом гармонической линеаризации с оценкой устойчивости по критериям Найквиста и методикой формирующего фильтра с применением метода кратных частот.

Результаты. Проведен анализ условий устойчивости работы, предложены аналитические зависимости и графическое представление величин предельной обратной связи от параметров модуляции и схемы ключевого преобразования.

Заключение. Проведенное исследование глубины обратной связи в ключевых регуляторах напряжения, ограниченной проникновением высокочастотных составляющих в тракт формирования широтномодулированного сигнала и его задержкой, обусловленные особенностями работы оконечного каскада КУМ, демонстрирует, что предельное значение глубины обратной связи по напряжению при типовых параметрах схемы не превышает 12 дБ, тогда как глубина обратной связи по току дросселя фильтра нижних частот может быть принципиально (более чем на 20 дБ) выше. При этом реализация режимов стабилизации напряжения и ограничения выходного тока для обеспечения надежной работы в пусковых режимах и режимах перегрузки возможна только при применении комбинированной обратной связи.

1. Алексанян А. А., Никитин К. К., Плюснин В. Н. Устойчивость усилителей класса D // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1981. Т. 24. С. 87–88.

2. A class D switching power amplifier with high efficiency and wide bandwidth by dual feedback loops / J. H. Jeong, H. H. Seong, J. H. Yi, G. H. Cho // Proc., of Intern. Conf. on Consumer Electronics. Rosemont, IL, USA. 1995. P. 428–429. doi: 10.1109/ICCE.1995.518049

3. Артым А. Д., Филин В. А. Эквивалентные частотные характеристики усилителя в режиме класса D с отрицательной ОС // Радиотехника. 1981. № 9. С. 44–46.

4. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М: Наука, 1975. 768 с.

5. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь. 1986. 460 c.

6. Александров В. А., Маркова Л. В., Смирнов В. А., Казаков Ю. В. Анализ результатов разработки энергетически эффективных широкополосных гидроакустических передающих устройств для звукоподводной связи // Гидроакустика. 2017. № 4(32). С. 56‒64.

7. Алексанян А. А., Галахов В. А., Перликов А. М. Расчет длительностей импульсных процессов в усилителях с адаптивной широтно-импульсной модуляцией // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1979. № 9. С. 48–51.

8. Полов К. П. К исследованию устойчивости усилителя в режиме D с обратной связью // Радиотехника. 1974. № 1. С. 79–82.

9. Suciu I., Ogrutan P. L., Pana G. Comparison between the current feedback amplifier and the modern voltage feedback amplifier. IEEE 21st Intern. Symp. for Design and Technology in Electronic Packaging. Piscataway: IEEE, 2015. P. 249–252. doi: 10.1109/SIITME.2015.7342334

10. Александров В. А., Алексанян А. А., Галахов В. А. Устойчивость усилителей с широтно-импульсной модуляцией // Развитие и внедрение новой техники радиоприемных устройств: тр. Всерос. науч.-тех. конф. М.: Радио и связь, 1985. С. 97.

11. Александров В. А., Казаков Ю. В., Киселев П. А. Способ динамического ограничения выходного тока усилителя класса D // Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики: тр. 12-й Всерос. конф. СПб.: Наука, 2014. С. 121–123.

12. Форсайт Дж., Малкольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений / пер. с англ. Х. Д. Икрамовой. М.: Мир, 1980. 280 с.

13. Игнатьев. К. В., Казаков Ю. В., Маркова Л. В. Особенности применения обратной связи в ключевых усилителях с широтно-импульсной модуляцией // Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики: Тр. XIV Всерос. конф. СПб.: ЛЕМА, 2018. С. 131–133 Conf. on Consumer Electronics, Rosemont, IL, USA. 1995, pp. 428–429. doi: 10.1109/ICCE.1995.518049