Ensuring the Clock Stability of Power Converters
Abstract
The article presents the main advantages of using synchronous PWM with subordinate peak current control in DC voltage converters. The DC/DC converter operation in the modes of intermittent and continuous currents with varying duty factors is analyzed. Factors causing the occurrence of subharmonic oscillations during the converter operation in the continuous current mode with a duty factor higher than 0.5 are considered. Analytical relationships describing the necessary and sufficient conditions for stable operation of the converter in a continuous current mode are given. Methods for excluding subharmonic oscillations through the introduction of a corrective sawtooth voltage in the feedback loop are proposed. A computer simulation model of the converter both with and without the introduced correcting circuit is presented along with the diagrams demonstrating the effectiveness of the proposed approach for ensuring clock stability. Circuit design solutions are proposed that make it possible to produce a sawtooth corrective voltage without using a sawtooth voltage generator integrated into the PWM controller. Instead, the same can be obtained by connecting to the PWM controller output. Analytical relationships are presented using which it is possible to determine both the sawtooth corrective voltage value and the stability boundaries.
References
2. Mohan N. et al. Power Electronics: Converters, Applications, and Design. – Cosmic Journal of Physics, 2023, 2(1), DOI:10.13140/RG.2.2.36786.58562.
3. Лукошин И.В. Классификация и особенности режимов широтно-импульсной модуляции, применяемых в импульсных транзисторных преобразователях и регуляторах электроэнергии. – Практическая силовая электроника, 2023, № 4, с. 14–21.
4. Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. М.: Техносфера, 2011, 576 с.
5. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых устройств. М.: Додэка-XXI, 2005, 528 с.
6. Pat. US4717994A. Current Mode Control for DC Converters Operating over 50 % Duty Cycle / B. Diaz, A.K. Upadhyay, 1988.
7. Лукин А.В. и др. Преобразователи напряжения силовой электроники. М.: Радио и связь, 2004, 416 с.
8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т. 1. М.: Мир, 1983, 568 с.
9. Перебаскин А.Б. Микросхемы для импульсных источников питания и их применения. М.: Додэка, 2000, 508 с.
10. Интегральные микросхемы управления импульсными источниками вторичного электропитания [Электрон. ресурс], URL: https://eandc.ru/pdf/mikroskhema/1156eu2.pdf (дата обращения 20.07.2024).
11. Лукошин И.В., Подгузова М.А., Шевцов Д.А. Устройство управления полумостовым четырехключевым преобразователем электроэнергии в режиме фазовой широтно-импульсной модуляции. – Практическая силовая электроника. 2024, № 2, с. 1–5.
12. Энергетическая электроника. Тематический выпуск ТИИЭР. М.: Мир, 1988, т. 76, № 4.
13. Теория и практика силовых транзисторных устройств. Тематический сборник научных трудов / Под ред. Е.В. Машукова. М.: ЭКОН, 2001, 64 с.
14. Лукошин И.В., Подгузова М.А., Шевцов Д.А. Методы обеспечения безопасной работы высоковольтных силовых каскадов преобразователей постоянного напряжения в аварийных и переходных режимах. – Практическая силовая электроника. 2024, № 1, с. 26–31.
15. Зиновьев Г.С. Силовая электроника. Ч. 1. М.: Юрайт, 2012, 671 с.
#
1. Skorohod Y.Y., Vol’skiy S.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No.10, pp. 44–51.
2. Mohan N. et al. Power Electronics: Converters, Applications, and Design. – Cosmic Journal of Physics, 2023, 2(1), DOI:10.13140/RG.2.2.36786.58562.
3. Lukoshin I.V. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2023, No. 4, pp. 14–21.
4. Meleshin V.I., Ovchinnikov D.A. Upravleniye tranzistornymi preobrazovatelyami elektroenergii (Control of Transistor Power Converters). M.: Tekhnosfera, 2001, 411 p.
5. Volovich G.I. Skhemotekhnika analogovykh i analogovo-tsifrovykh ustroystv (Circuit Design of Analog and Analog-to-Digital Devices). M.: Dodeca-XXI, 2005, 528 p.
6. Pat. US4717994A. Current Mode Control for DC Converters Operating over 50 % Duty Cycle / B. Diaz, A.K. Upadhyay, 1988.
7. Lukin A.V. et al. Preobrazovateli napryazheniya silovoy elektroniki (Power Electronics Voltage Converters). M.: Radio i svyaz’, 2004, 416 p.
8. Horowitz P., Hill W. Iskusstvo skhemotekhniki (The Art of Electronics). Vol. 1 / Ed. by M.V. Galperin. M.: Mir, 1983, 568 p.
9. Perebaskin A.B. Mikroskhemy dlya impul'snykh istochnikov pitaniya i ikh primeneniya (Integrated Circuits for Switching Power Supplies and Their Applications). M.: Dodeka, 2000, 508 p.
10. Integrated Circuits [Electron. resource], URL: https://eandc.ru/pdf/mikroskhema/1156eu2.pdf (Date of appeal 20.07.2024).
11. Lukoshin I.V., Podguzova M.A., Shevtsov D.A. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2024, No. 2, pp. 1–5.
12. Energeticheskaya elektronika. Tematicheskiy vypusk TIIER (Power Electronics. Thematic Issue TIIER). М.: Мir, 1988, vol. 76, No. 4.
13. Teoriya i praktika silovykh tranzistorных ustroystv. Tematicheskiy sbornik nauchnykh trudov (Theory and Practice of Power Transistor Devices. Thematic Collection of Scientific Works). / Ed. by E.V. Mashukov. M.: EKON, 2001, 64 p.
14. Lukoshin I.V., Podguzova M.A., Shevtsov D.A. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2024, No. 1, pp. 26–31.
15. Zinov’yev G.S. Silovaya elektronika. Ch.1 (Power Electronics. Part 1). М.: Yurayt, 2012, 671 p.