Аннотация

Полный текст статьи

Исследование посвящено вопросам оценки частотных характеристик импульсных преобразователей постоянного напряжения, а именно входного и выходного операторных сопротивлений. В настоящее время системы вторичного электропитания представляют собой сложные многомодульные системы, где актуальной задачей является обеспечение структурной устойчивости. Устойчивость таких систем определяется на основе соотношения выходного и входного сопротивлений каскадно включенных модулей. В статье рассматриваются преобразователи напряжения на основе непосредственного повышающего преобразователя с системой управления на основе запаздывающей обратной связи, которые могут работать в составе сложных систем электропитания. Предложена модифицированная структура блока управления нелинейными процессами, реализуемая с помощью аналоговых компонентов. Представлена малосигнальная электрическая модель рассматриваемого преобразователя. Получены аналитические выражения для входного и выходного операторных сопротивлений, позволяющие их анализировать в частотной области. Построены границы областей существования желаемых режимов работы преобразователя в пространстве двух параметров регулятора и показано, что возможна ситуация, когда в определенной области параметров линеаризованная модель показывает неустойчивость системы, а нелинейная динамическая модель показывает в той же области существование и устойчивость желаемого динамического режима. Проведен анализ частотных характеристик входного и выходного сопротивлений преобразователя и показано, что введение блока управления нелинейными процессами на основе запаздывающей обратной связи приводит к трансформации частотных зависимостей модуля и фазы входного и выходного сопротивлений, что может существенно повлиять на систему электропитания, в составе которой работает рассматриваемый преобразователь. Показано, что частотные зависимости сопротивлений претерпевают наибольшую трансформацию в области средних частот. Особенно изменяется фаза сопротивлений. В областях высоких и низких частот влияние запаздывающей обратной связи не обнаруживается. Предлагаемые аналитические выражения носят универсальный характер и могут быть адаптированы для преобразователей постоянного напряжения широкого класса.

Ключевые слова

система электропитания, непосредственный повышающий преобразователь напряжения, широтно-импульсная модуляция, устойчивость, операторное сопротивление, частотные характеристики, метод точечных отображений, малосигнальная модель, нелинейная динамическая модель, желаемый динамический режим

 

Андриянов Алексей Иванович – д-р техн. наук, профессор, кафедра электронных, радиоэлектронных и электротехнических систем, Брянский государственный технический университет, Брянск, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0002-4083-040X

1. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988. 294 с.

2. Белов Г.А. Теория импульсных преобразователей. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2016. 330 с.

3. Татуйко П.С. Математическое описание режимов работы резонансного преобразователя напряжения с последовательным LC-резонансным контуром // Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. 2022. № 1 (15). С. 73-79.

4. Баушев В.С., Жусубалиев Ж.Т. О недетерминированных режимах функционирования стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием // Электричество. 1992. № 8. С. 47-53.

5. Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and chaos in piece-wise-smooth dynamical systems. Singapore: World Scientific Pub Co Inc, 2003. 376 p.

6. Михальченко С.Г., Бородин К.В. Динамические режимы функционирования преобразователя напряжения с частотно-импульсной модуляцией // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2012. № 1-1 (25). С. 278-287.

7. Андриянов А.И. Развитие теории управления нелинейными динамическими процессами импульсных систем электропитания: дис. … д-ра техн. наук. 05.09.12. / Андриянов Алексей Иванович. Чебоксары, 2022.

8. Batlle C., D. Apljicada de M. Time-delay stabilization of the buck converter // 1st International Conference, Control of Oscillations and Chaos Proceedings. 1997. Vol. 3. Pp. 590-593. doi: 10.1109/COC.1997.626675

9. Dattani J., Blake J.C.H., Hilker F.M. Target-oriented chaos control // Physics Letters A. 2011. Vol. 375. No. 45. Pp. 3986-3992. doi: 10.1016/j.physleta.2011.08.066

10. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость и электромагнитная совместимость устройств и систем электропитания. Москва: Научно-техническое издательство «Горячая линия-Телеком», 2019. 540 с.

11. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость систем электропитания // Электропитание. 2012. № 2. С. 5-19.

12. Андриянов А.И. Расчет оптимальных параметров систем управления нелинейными динамическими процессами импульсных преобразователей напряжения // Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. 2022. № 4 (18). С. 87-96.

13. Андриянов А.И. Теория систем управления транзисторных преобразователей постоянного напряжения: учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Курск: ЗАО Университетская книга, 2023. 145 с.

14. Astrom, K.J., Wittenmark B. Computer Controlled Systems. New Jersey: Prentice-Hall, 2011. 576 p.

15. Андриянов А.И. Проектирование импульсных преобразователей постоянного напряжения с учетом динамических нелинейностей // Электротехнические системы и комплексы. 2021. № 2(51). С. 39-44. doi: 10.18503/2311-8318-2021-2(51)-39-44

Андриянов А.И. К расчету входного и выходного операторных сопротивлений преобразователя постоянного напряжения с системой управления на основе запаздывающей обратной связи// Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 2(63). С. 90-97. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-2(63)-90-97