Частотный синтез автоколебательного импульсного преобразователя с гистерезисным релейным элементом и двусторонней разностной ШИМ
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-7-61-74Ключевые слова:
импульсные преобразователи постоянного напряжения, разностная ШИМ, обратная связь по току, гистерезисный релейный элемент, автоколебания, последовательное корректирующее устройство, частотный метод, аналитический алгоритмАннотация
Статья посвящена обеспечению приемлемых качества процессов в линеаризованной системе управления автоколебательным импульсным преобразователем, частоты и амплитуды автоколебаний. Решение этой задачи подразумевает обоснование аналитического алгоритма определения параметров автоколебаний, основанного на известном частотном методе Гольдфарба. Для расчета параметров автоколебаний используются аналитические соотношения, по которым рассчитываются зависимости коэффициента усиления скорректированной линеаризованной разомкнутой системы от частоты среза асимптотической ЛАЧХ, а также два уравнения, вытекающие из частотного метода определения автоколебаний, позволяющие рассчитать частоту и амплитуду автоколебаний при заданных частоте среза и параметрах среднечастотного участка асимптотической ЛАЧХ скорректированной линеаризованной разомкнутой системы. Выполнены расчеты зависимостей коэффициента усиления линеаризованной разомкнутой системы и запаса устойчивости по фазе от частоты среза, частоты и амплитуды автоколебаний от параметров среднечастотного участка асимптотической ЛАЧХ при заданной частоте среза. Анализ расчетных зависимостей позволяет проводить расчет параметров последовательного корректирующего устройства. Полученные аналитические соотношения и расчетные кривые проверены экспериментами на имитационной модели в MATLAB/Simulink
Библиографические ссылки
1. Mei S. et al. The Class D Audio Power Amplifier: A Review. – Electronics, 2022, vol. 11, No. 19, DOI: 10.3390/electronics11193244.
2. Shao S. et al. A 94% Efficiency Near-Constant Frequency Self-Oscillating Class-D Audio Amplifier with Voltage Control Resistor. – IEEE Int. Symposium on Circuits and Systems, 2013, pp. 602–605, DOI: 10.1109/ISCAS.2013.6571914.
3. Int. Pat. No. WO 2003/090343 A3. International Application Number: PCT/IB2003/001253. Power Amplifiers / B.G.J. Putzeys, 2003.
4. Кибакин В.М. Основы теории и расчет транзисторных низкочастотных усилителей мощности. М.: Радио и связь, 1988, 240 с.
5. Lu J., Gharpurey R. Design and Analysis of a Self-Oscillating Class D Audio Amplifier Employing a Hysteretic Comparator. – IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2011, vol. 46, No. 10, pp. 2336–2349, DOI: 10.1109/JSSC.2011.2161415.
6. Белов Г.А. Автоколебательный усилитель мощности класса D с однозначной характеристикой релейного элемента. – Нелинейный мир, 2009, т. 7, № 9, с. 665–674.
7. Белов Г.А. Импульсные преобразователи с системами управления на серийных микросхемах. Чебоксары: Изд-во Чувашского государственного университета, 2015, 330 с.
8. Белов Г.А., Мещеряков П.В. Анализ и расчет автоколебательных автономных инверторов напряжения с разностной широтно-импульсной модуляцией и гистерезисным компаратором. – Практическая силовая электроника, 2024, № 2 (94), с. 2–11.
9. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука, 1973, 584 с.
10. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1988, 256 с.
11. Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974, 435 с.
12. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1966, 992 с.
13. Пейтон А.Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. М.: БИНОМ, 1994, 352 с.
14. Белов Г.А. Теория импульсных преобразователей. Чебоксары: Изд-во ЧГУ, 2016, 330 с.
15. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1989, 304 с.
16. Андреев В.Д. и др. Основы проектирования следящих систем / под ред. Н.А. Лакоты. М.: Машиностроение, 1978, 391 с.
17. Теория автоматического управления / под ред. А.В. Нетушила. М.: Высшая школа, 1976, 400 с.
18. Душин С.Е. и др. Теория автоматического управления / под ред. В.Б. Яковлева. М.: Высшая школа, 2005, 567 с.
#
1. Mei S. et al. The Class D Audio Power Amplifier: A Review. – Electronics, 2022, vol. 11, No. 19, DOI: 10.3390/electronics11193244.
2. Shao S. et al. A 94% Efficiency Near-Constant Frequency Self-Oscillating Class-D Audio Amplifier with Voltage Control Resistor. – IEEE Int. Symposium on Circuits and Systems, 2013, pp. 602–605, DOI: 10.1109/ISCAS.2013.6571914.
3. Int. Pat. No. WO 2003/090343 A3. International Application Number: PCT/IB2003/001253. Power Amplifiers / B.G.J. Putzeys, 2003.
4. Kibakin V.M. Osnovy teorii i raschet tranzistornyh nizkochas-totnyh usiliteley moshchnosti (Fundamentals of Theory and Calculation of Transistor Low-Frequency Power Amplifiers). M.: Radio i svyaz’, 1988, 240 p.
5. Lu J., Gharpurey R. Design and Analysis of a Self-Oscillating Class D Audio Amplifier Employing a Hysteretic Comparator. – IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2011, vol. 46, No. 10, pp. 2336–2349, DOI: 10.1109/JSSC.2011.2161415.
6. Belov G.A. Nelineynyy mir – in Russ. (A Non-Linear World), 2009, vol. 7, No. 9, pp. 665–674.
7. Belov G.A. Impul’snye preobrazovateli s sistemami upravleniya na seriynyh mikroshemah (Pulse Converters with Control Systems on Serial Microcircuits). Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo gosudarst-vennogo universiteta, 2015, 330 p.
8. Belov G.A., Meshcheryakov P.V. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2024, No. 2 (94), pp. 2–11.
9. Popov E.P. Prikladnaya teoriya protsessov upravleniya v ne-lineynyh sistemah (Applied Theory of Control Processes in Nonlinear Systems). M.: Nauka, 1973, 584 p.
10. Popov E.P. Teoriya nelineynyh sistem avtomaticheskogo regulirovaniya i upravleniya (Theory of Nonlinear Automatic Control and Control Systems). M.: Nauka, 1988, 256 p.
11. Tsypkin Ya.Z. Releynye avtomaticheskie sistemy (Relay Auto-matic Systems). M.: Nauka, 1974, 435 p.
12. Besekerskiy V.A., Popov E.P. Teoriya sistem avtomaticheskogo regulirovaniya (Theory of Automatic Control Systems). M.: Nauka, 1966, 992 p.
13. Peyton A.J., Volsh V. Analogovaya elektronika na operatsion-nyh usilitelyah (Analog Electronics on Operational Amplifiers). M.: BINOM, 1994, 352 p.
14. Belov G.A. Teoriya impul’snyh preobrazovateley (Theory of Pulse Converters). Cheboksary: Izd-vo ChGU, 2016, 330 p.
15. Popov E.P. Teoriya lineynyh sistem avtomaticheskogo regulirovaniya i upravleniya (Theory of Linear Automatic Control and Control Systems). M.: Nauka, 1989, 304 p.
16. Andreev V.D. et al. Osnovy proektirovaniya sledyashchih sistem (Fundamentals of Tracking System Design) / Ed. by N.A. Lakota. M.: Mashinostroenie, 1978, 391 p.
17. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya (Theory of Automatic Control) / Ed. by A.V. Netushil. M.: Vysshaya shkola, 1976, 400 p.
18. Dushin S.E. et al. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya (Theory of Automatic Control) / Ed. by V.B. Yakovlev. M.: Vysshaya shkola, 2005, 567 p
