Линеаризация динамической модели мостовой схемы импульсного преобразователя с двусторонней разностной ШИМ
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-1-58-72Ключевые слова:
импульсный преобразователь, мостовая схема, разностная широтноимпульсная модуляция, двухканальное нелинейное управление, линеаризация динамической модели, высшие гармоникиАннотация
В статье рассмотрена мостовая схема реверсивного импульсного преобразователя постоянного напряжения (ППН) с разностной широтно-импульсной модуляцией (РШИМ), широко применяемой в качестве усилителей мощности класса D в режимах вынужденных колебаний и автоколебаний. Импульсные ППН с РШИМ отличаются простотой и точностью получения малых средних значений выходного напряжения. Для реализации РШИМ в мостовой силовой части используется двухканальная система управления с релейным элементом в каждом канале. Это затрудняет исследование динамики импульсных ППН с такой системой управления, что обусловлено отсутствием подходящей точной динамической модели из-за наличия двух релейных нелинейностей. Обоснована точная схемная линеаризованная динамическая модель ППН, состоящая из четырех параллельно включенных идеальных импульсных элементов. Показано, как разработанную дискретную линеаризованную динамическую модель использовать для точного учета второй гармоники искомой переменной, проникающей на вход рассматриваемой схемы с выхода силовой части по цепи обратной связи. Точными расчетами проверена адекватность разработанной линеаризованной динамической модели.
Библиографические ссылки
1. Mei S. et al. The Class D Audio Power Amplifier: A review. – Electronics, 2022, No. 11, DOI: 10.3390/electronics11193244.
2. Белов Г.А., Серебрянников А.В., Гаранин С.Г. Расчет и анализ процессов в реверсивных импульсных преобразователях с двусторонней разностной широтно-импульсной модуляцией. – Электричество, 2013, № 2, с. 42–53.
3. Adduci P., Bottie E., Dallago E. PWM Power Audio Amplifier with Voltage/Current Mixed Feedback for High-Efficiency Speakers. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2007, vol. 54, No. 2, pp. 1141–1149, DOI: 10.1109/TIE.2007.892610.
4. Jiang X. et al. Integrated Pop-Click Noise Suppression, EMI Reduction, and Short-Circuit Detection for Class-D Audio Amplifiers. – IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2013, vol. 48, No. 4, pp. 1099–1108, DOI: 10.1109/JSSC.2013.2238999.
5. Кибакин В.М. Основы теории и расчет транзисторных низкочастотных усилителей мощности. М.: Радио и связь, 1988, 240 с.
6. Белов Г.А., Зарубин Д.В., Семенов Д.А. Драйверы для силовых МДП- и IGB-транзисторов мостовых преобразователей и их применение в аппаратуре тестирования первичного оборудования в электроэнергетике. – Практическая силовая электроника, 2023, № 4 (92), с. 9–14.
7. Bech M.M. et al. A Methodology for True comparison of Analytical and Measured Frequency Domain Spectra in Random PWM Converters. – IEEE Transactions on Power Electronics, 1999, vol. 14, No. 3, pp. 578–586, DOI: 10.1109/63.761702.
8. Lai Y.-S., Chang Y.-T., Chen B.-Y. Novel Random-Switching PWM Technique with Constant Sampling Frequency and Constant Inductor Average Current for Digitally Controlled Convertor. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013, vol. 60, No. 8, pp. 3126–3135, DOI: 10.1109/TIE.2012.2201436.
9. Белов Г.А. Теория импульсных преобразователей. Чебоксары: Изд-во Чувашского государственного университета, 2016, 330 с.
10. Дуплякин Е. Усилители класса D – второе рождение. – Электронные компоненты, 2000, № 5, с. 14–20.
11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. М.: Наука, 1986, 544 с.
12. Петров Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука, 1973, 584 с.
13. Петров Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1979, 256 с.
14. Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974, 435 с.
15. Ту Ю.Т. Цифровые и импульсные системы автоматического управления. М.: Машиностроение, 1964, 704 с.
16. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. М.: Наука, 1976, 576 с.
17. Белов Г.А. Теория автоматического управления. Дискретные и импульсные системы автоматического управления. Чебоксары: Изд-во Чувашского университета, 2009, 448 с.
#
1. Mei S. et al. The Class D Audio Power Amplifier: A review. – Electronics, 2022, No. 11, DOI: 10.3390/electronics11193244.
2. Belov G.A., Serebryannikov A.V., Garanin S.G. Elektrichest-vo – in Russ. (Electricity), 2013, No. 2, pp. 42–53.
3. Adduci P., Bottie E., Dallago E. PWM Power Audio Amplifier with Voltage/Current Mixed Feedback for High-Efficiency Speakers. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2007, vol. 54, No. 2, pp. 1141–1149, DOI: 10.1109/TIE.2007.892610.
4. Jiang X. et al. Integrated Pop-Click Noise Suppression, EMI Reduction, and Short-Circuit Detection for Class-D Audio Amplifiers. – IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2013, vol. 48, No. 4, pp. 1099–1108, DOI: 10.1109/JSSC.2013.2238999.
5. Kibakin V.M. Osnovy teorii i raschet tranzistornyh nizko-chastotnyh usiliteley moshchnosti (Fundamentals of Theory and Calculation of Transistor Low-Frequency Power Amplifiers). M.: Radio i svyaz’, 1988, 240 p.
6. Belov G.A., Zarubin D.V., Semenov D.A. Prakticheskaya silo-vaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2023, No. 4 (92), pp. 9–14.
7. Bech M.M. et al. A Methodology for True comparison of Analytical and Measured Frequency Domain Spectra in Random PWM Converters. – IEEE Transactions on Power Electronics, 1999, vol. 14, No. 3, pp. 578–586, DOI: 10.1109/63.761702.
8. Lai Y.-S., Chang Y.-T., Chen B.-Y. Novel Random-Switching PWM Technique with Constant Sampling Frequency and Constant Inductor Average Current for Digitally Controlled Convertor. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013, vol. 60, No. 8, pp. 3126–3135, DOI: 10.1109/TIE.2012.2201436.
9. Belov G.A. Teoriya impul’snyh preobrazovateley (Theory of Pulse Converters). Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo gosudarstven-nogo universiteta, 2016, 330 p.
10. Duplyakin E. Elektronnye komponenty – in Russ. (Electronic Components), 2000, No. 5, pp. 14–20.
11. Bronshteyn I.N., Semendyaev K.A. Spravochnik po matema-tike dlya inzhenerov i uchashchihsya vuzov (Handbook of Mathematics for Engineers and University Students). M.: Nauka, 1986, 544 p.
12. Petrov E.P. Prikladnaya teoriya protsessov upravleniya v nelineynyh sistemah (Applied Theory of Control Processes in Nonlinear Systems). M.: Nauka, 1973, 584 p.
13. Petrov E.P. Teoriya nelineynyh sistem avtomaticheskogo regu-lirovaniya i upravleniya (Theory of Nonlinear Automatic Control and Control Systems). M.: Nauka, 1979, 256 p.
14. Tsypkin Ya.Z. Releynye avtomaticheskie sistemy (Relay Automatic Systems). M.: Nauka, 1974, 435 p.
15. Tu Yu.T. Tsifrovye i impul’snye sistemy avtomaticheskogo upravleniya (Digital and Pulse Automatic Control Systems). M.: Mashinostroenie, 1964, 704 p.
16. Besekerskiy V.A. Tsifrovye avtomaticheskie sistemy (Digital Automatic Systems). M.: Nauka, 1976, 576 p.
17. Belov G.A. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya. Diskretnye i impul’snye sistemy avtomaticheskogo upravleniya (Theory of Au-tomatic Control. Discrete and Pulse Automatic Control Systems). Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo universiteta, 2009, 448 p
