ЧАСТОТНО-ІМПУЛЬСНИЙ МОДУЛЯТОР З АДАПТИВНОЮ КОРЕКЦІЄЮ ТРИВАЛОСТІ ІМПУЛЬСУ
DOI:
https://doi.org/10.25140/2411-5363-2020-1(19)-177-190Ключові слова:
квазірезонансний імпульсний перетворювач, КРІП, ЧІМ, ПЛІС, FPGA, VHDL, перемикання при нульовій напрузі (ПНН), перемикання при нульовому струмі, ПНС, адаптивне вимірюванняАнотація
Актуальність теми дослідження. Вирішення ряду таких актуальних проблем імпульсних напівпровідникових перетворювачів енергії (ІНПП) для бортових систем, що входять до складу рухомих платформ і безпілотних літальних апаратів (БПЛА), як підвищення точності стабілізації цільового параметру (кута, швидкості, напруги, струму), а також покращення динаміки систем автоматичного керування, масо-габаритних та теплових характеристик можливо шляхом розробки нових структур ІНПП та алгоритмів керування ними.
Постановка проблеми. Зміна періоду та форми резонансної кривої (РК) напруги/струму в квазірезонансних імпульсних перетворювачах (КРІП) в залежності від імпедансу навантаження призводить до неузгодженості сигналу закриття силового транзисторного ключа (СТК) з моментом переходу РК через нульове значення, а отже, – до різкого зниження ККД системи.
Аналіз останніх досліджень і публікацій. Типові реалізації частотно-імпульсних модуляторів (ЧІМ) містять у своєму складі керований напругою генератор та одновібратор, а повністю керовані рішення виконують на основі реверсивних лічильників та керуючого автомату. В якості новітніх ланок ЧІМ для задач керування ІНПП вводяться спостерігачі імпедансу навантаження та модулятори, побудовані на кільцевих зсувних регістрах та лініях затримки. Швидкодія ЧІМ підвищується за рахунок каскадування та використання табличного синтезу сигналу.
Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Існуючі рішення не корегують тривалість імпульсу керування СТК для забезпечення його комутації при нульових значеннях напруги/струму, що нівелює можливість практичного втілення КРІП з широким діапазоном навантажень.
Постановка завдання. Стаття присвячена розробці структури цифрового частотно-імпульсного модулятора з адаптивною корекцією тривалості імпульсу (ЦЧІМ-АКТІ) та метода автоматичного слідкування за РК з метою прогнозування її переходу через нуль.
Викладення основного матеріалу. Запропонована схемотехнічна структура та алгоритм функціонування модулятора у складі блоків ЦЧІМ та АКТІ на основі декількох цифрових автоматів, набору лічильників та арифметико-логічних пристроїв. Пара зовнішніх гістерезисних компараторів детектує перехід резонансної кривої через порогові рівні, розміщені симетрично відносно нульового рівня.
Висновки відповідно до статті. Створено новий завершений цифровий блок, який реалізований на основі програмованої логічної інтегрованої схеми (ПЛІС) з використанням мови VHDL. Введення цього блоку до складу стабілізатора напруги ланки постійного струму (ЛПС) на основі КРІП в електроприводі точного позиціювання рухомої платформи з безколекторним двигуном постійного струму (БДПС) дозволяє стабілізувати напругу ЛПС з точністю до 1%. Роздільна здатність за часом ширини імпульсу та паузи не перевищує 5нс.
Посилання
Yershov R. FPGA-based Pulse-Frequency Modulator with Adaptive Zero-Crossing Detection for Quasi-Resonant Pulsed Converters. Proc (IEEE) 38th International Scientific Conf. on Electronics and Nanotechnology (ELNANO’2018). 2018. Р. 721–726.
Revko A., Yershov R. Control Rapidity Optimization Technique of DC-Motor Driven by Quasi-Resonant Converter Using Pontryagin's Maximum Principle. Proc. (IEEE) 38th International Scientific Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO’2018). Р. 705-710.
Gorodny A., Dymerets A. Transistor Switches Quasi-Control in Quasi-Resonant Pulse Converters. Proc. (IEEE) 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO’2019). Р. 789–792.
Voytenko V., Stepenko S., Velihorskyi O., Chakirov R., Roberts D., Vagapov Y. Digital control of a zero-current switching quasi-resonant boost converter. Proc. (IEEE) Internet Technologies and Applications (ITA) conf. 2015. Р. 365–369.
Voytenko V., Stepenko S. Simulation peculiarities of high-frequency zero-current switching quasi-resonant boost converter. Proc. (IEEE) Electronics and Nanotechnology (ELNANO) 35th International conf. 2015. Р. 486–491.
Denisov Y., Stepenko S., Gorodny A., Kravchenko A. Input current parameters analysis for PFC based on quasi-resonant and conventional boost converters. Proc. (IEEE) Electronics and Nanotechnology (ELNANO) IEEE 34th International conf. 2014. Р. 393–397.
Friedland B. On design of observer-based pulse-frequency-modulated feedback control systems. Proc. IECON 2010-36th Annual Conf. on (IEEE) Industrial Electronics Society. 2010. Р. 187–192.
Ridley R. B., Lee F. C. Multi-loop control for quasi-resonant converters. United States patent US 4 866 367, 1989.
Murakami Y., Sato T., Nishijima K. PFM controller with phase lead characteristics using hysteretic comparator for LLC converter. Proc. (IEEE) Power Engineering and Renewable Energy (ICPERE) 3rd conf. 2016. Р. 13–18.
Single and Multichannel, Synchronous Voltage-to-Frequency Converters AD7741AD7742: Datasheet. Analog Devices Inc., 1999.
IttyBitty RC Timer/Oscillator MIC1555/57 (DS20005730A): Datasheet. Microchip Technology Inc., 2017.
Bombi F., Ciscato D. A modified integral pulse frequency modulator in control systems. IEEE Transactions on Automatic Control. 1967. Vol. 12 (6). Р. 784–785.
Capponi G., Livreri P., Di Blasi G.M., Marino F. Architecture of a digital PFM controller for IC implementation. Proc. Computers in Power Electronics (IEEE) Workshop Proceedings. 2004. Р. 75–79.
Maksimovic D., Zane R., Erickson R. Impact of digital control in power electronics. Proc. (IEEE) Int. Symp. Power Semicond. Devices ICs. 2004. Р. 13–22.
Syed A., Ahmed E., Maksimovic D., Alarcon E. Digital pulse-width modulator architectures. Proc. Power Electronics Specialists Conference (PESC’04) IEEE 35th Annual. 2004. Vol. 6. P. 4689–4695.
Wang K., Rahman N., Lukic Z., Prodic A. All-digital DPWM/DPFM controller for low-power DC-DC converters. Proc. (IEEE) Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC'06) Twenty-First Annual. 2006. Р. 719–723.
Agnihotri P., Kaabouch N., Salehfar H., Hu W.C. FPGA-based combined PWM-PFM technique to control DC-DC converters. Proc. North American (IEEE) Power Symposium (NAPS). 2010. Р. 1–6.
Radhika V., Baskaran K. FPGA-based DPWM/DPFM architecture for digitally controlled DCDC converters. Proc. Electrical, Computer and Electronics Engineering (UPCON’2016) IEEE Uttar Pradesh Section International Conf. 2016. Р. 78–82.
Sahu B., Rincon-Mora G.A. An accurate, low-voltage, CMOS switching power supply with adaptive on-time pulse-frequency modulation (PFM) control. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. 2007. Vol. 54(2). P. 312–321.
Rahman N., Wang K., Prodic A. Digital pulse-frequency/pulse-amplitude modulator for improving efficiency of SMPS operating under light loads. Proc. Computers in Power Electronics (COMPEL'06) IEEE Workshops on. 2006. Р. 149–153.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Чернігівський національний технологічний університет, 2015
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
