Импульсный стабилизатор для активно-индуктивной нагрузки Советский патент 1986 года по МПК G05F1/56 

входом интегратора 5. Входы блока 7 подключены соответственно к выходам согласующего каскада 8, а выход к входу релейного элемента 6. Среднее значение тока нагрузки в каж/;ом пери- оде модуляции пропорционально среднему значению напряжения управления при

1

Изобретение относится к электротехнике и. может быть применено для питания различных электроустройств.

Целью изобретения является повышение стабильности тока нагрузки в динамическом режиме импульсного стабилизатора.

На фиг. 1 приведены схемы стабилизатора и характеристика релейного элемента; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы.

Стабилизатор состоит из силовой части и устройства управления. Силовая часть включает в себя последовательно соединенные полупроводни- ковый (транзисторный или тиристорный ключ 1 и активно-индуктивную нагрузку 2, зашунтированную диодом 3. Си- ловак часть подключается к источнику питания с напряжением и„.

В уст15Ьйство управления входит датчик 4 мгновенных значений тока, интегратор 5, релейньй элемент 6, блок измерения текушего среднего значения напряжения на нагрузке 7, согласующий каскад 8 и источник управляющего напряжения Уц 9,

Выходным сигналом датчика тока является напряжение UQ , пропорциональное мгновенному значению тока нагрузки: Ua .

В качестве датчика тока может использоваться измерительный резистор Если в нагрузке может быть вьщелена активная составляющая R, которая при этом постоянная во времени, то сигналом, характеризуккдим foK, ножет служить напряжение, снимаемое с В ц.

Интегратор 5 имеет два входа и может быть выполнен на основе операционного усилителя (фиг. 1 а), RC- цепочки магнитных элементов„ Один вход интегратора подключен к выходу

любых допустимых изменениях напряжения питания, напряжения управления и самой нагрузки. Это равенство вы- поликется как в установленном, так и динами -геском режиме при действии БОзм н;ения на входе регулятора. 2 ил.

датчика токВв другой - к источнику управляющего напряжения. Напряжения и а и Ujj должны иметь противоположную полярность, в результате чего ко входу интегратора прикладывается разность (Ua-Uy). Если полярность этих напряжений одинакова, то одно из них следует подключать к неинвер- тирукхцему входу интегратора.

Релейный элемент имеет релейную характеристику с положительным гистерезисом и порогами срабатывания

ч

Z, (фиг. 1 б). Он имеет также

ва входа, и может быть выполнен на перационном усилителе с положительной обратной связью (фнг. 1 а), на азе триггера Шмитта, лавинного диоа и т.д. К одному входу релейного элемента подключен выход интеграто- ра, к другому - выход блока 7. Блок 7 определяет среднее напряжение на нагрузке за время t, отсчитываемое от начала каждого периода модуляции

и определяемое по формуле t

UH(t)cJt. e

Выход релейного элемента через согласующий каскад подключен к уп- paвля ctцe ry входу ключа 1 и к устано- вочноед. входу блока 7. Согласующий каскад служит для согласования сигналов по мощности и уровням, в отдельных случаях он может вообще отсутствовать.

Схема работает следующим образом.

В интервале времени t,, (фиг. 2 а) ключ 1 открыт выходным сигналом релейного элег-гента, напряжение подключено к нагрузке 2 (,), ток i нарастает. При U const кривая iv,(t) представляет собой экспоненту.

Напряжение U, снимаемое с датчика тока, изменяется пропорционально iu (фиг. 2 б). На входе инл

тегратора действует разность напряжений (), на выходе интегратора напряжение при этом изменяется

(с учетом знака) согласно выражению t

гН (Ug-Ua)dt-z,,

о

где Т - постоянная интегрирования.

При Ufl i UN напряжение U возрастает, при Uj Ujj - падает (фиг. 2 в) .

На выходе блока 7 формируется напряжение U , (фиг. 2 г) пропорциональное среднему значению U за время t и обратное ему по,знаку

U,(t)

и.

- ).

При и const

и, -к,и„.

Когда сумма напряжений U и U, станет равной значению порога сраба- тьтания релейного элемента Z, последний срабатьгоает, формирование интервала t заканчивается. В момент

t,

выполняются равенства t,

U,(t) - J (U,-U,j)dt + Z,;

U,(t,)

KjU(t)

Z.

или

тГ J

(,j)dt

Z Z

Z

где

Za

2 ,).

Zy можно рассматривать как скоррек- тированный порог срабатывания релейного элемента. График его изменения показан на фиг. 2 в.

После срабатывания релейного элемента ключ 1 запирается, диод 3 отпирается. Ток i начинает убывать. Интегратор блока 7 разряжается сигналом с согласукяцего каскада 8, в течение интервала t напряжение Цц равно О (фиг. 2 г).

Напряжение на выходе интегратора в течение интервала t изменяется согласно выражению

и„(ь)

гЫ

224799

Оно сначала убывает (при Uj U) ,

затем начинает нарастать (при UqCUo). При Urt(t) Z,peлeйньri элемент срабатывает, заканчивается формирование интервала t и периода модуляции Т t.( + t. Ключ 1 отпи10

рается, диод 3 повторяется.

В момент t 1

запирается, процесс

Т т

имеем:

и„(т) - - ( (u.-U4)dt + ,.(3)

1ц j 3 j Z I t,

Из

(1) и

t(

(3)

j(u-u,)

получаем

т

(и -ujdt.

20

25

Разделив обе части последнего

равенства на Т и заменяя ,i.,,

3

30

т.е.

35

. K:

il

(4)

)

)

40

,

Из полученного выражения видно, что среднее значение тока нагрузки в каждом периоде модуляции пропорционально среднему значению напряжения управ лений при любых изменениях напряжения питания, напряжения управления и самой нагрузки, если только эти изменения не выходят за пределы, в которых обеспечивается нормальная

5 работа схемы. Полученное равенство

выполняется как в установленном, так и в динамическом режиме при действии возмущений на входе регулятора. При увеличении напряжения U

50 возрастает скорость изменения тока нагрузки, а следовательно, стремится увеличиться приращение тока i за время t, т.е. уровень пульсаций тока. Причем это приращение, в силу

55 интегрирующего характера индуктивности нагрузки, определяется средним значением напряжения и„ . Однако за счет того, что при увеличении

среднего значения U возрастяег согласно (2) величина Z . уменьша.ется согласно (1) длительность интервала t,, а в результате - и приращение тока 1ц. Можно подобрать такое значение коэффициента К. что уровень пульсаций тока будет практически не зависеть от значен -ти U .

На фиг. 2 приведены временные ди- для случак, когда и„ скачком возрастает в начале третьего периода модуляции. Величина U возрастает,, Zg увеличивается, Т уменьшается, а амплитуда пульсаций остается постоян ной,, Это благоприятно отражается на работе нагрузки. Если нагрузкой является двигатель, то постоянство уровн пульсаций трка обеспечивает постоянство уровня пульсаций момента и частоты вращения якоря. Кроме того облегчается работа полупроводникового ключа 1, так как с понижением Uy, при сохранении допустимого уровня ггульсац1-1Й тока снижается частота переключе} ий, что приводит к снижению потерь мощности.

Если на вход интегратора подавать напряжениеJ сн -1маемое с нагрузки Р. (в случае, когда L является фнпьт- ром) 5 то схема, обеспечивает стабшти- зацию напряжения на нагрузке.

Таким образом, в данном устройстве обеспечивается высокое качество стабшшзации тока нагрузки, сред- нее значение которого оказывается инвариантным к напряжению питания как в установившемся, так и в динамическом . Кроме того, уровень пульсаций тока к как и в релей- ньсх схемах, остается неизменным. Однако в отличие от обычных релейных схем в предлагаемой схеме регулирование ведется не по самому току, а по интегралу от тока что обеспечи- вает стабильность его среднего значения, которое является полезньм значением для большинства активно- индуктивньос нагрузок.

Инвариантность среднего значения тока нагрузки к напряжению, питания позволяет значительно снизить требования к качеству напряжения -питания,

его стабильности, уровню тульсации и т.д., а следовательно, упростить силовую часть системы питания: упростить сгл.ажива ОИ);ие фг пьтры, исключить дополнительные стабилизаторы.

S качестве управляющего сигнала U, может использоваться сигнал, характерна ующ. :г отклонение выходной координаты нагрузки (например, частоты вращения двигателя) от заданного значения. В этом случае получается система регулирования комбинированного типа - по отклонению и возмущению.

Формула изобретения

Им:ггульсный стабилизатор для активно-индуктивной нагрузки, содержащий полупроводниковый ключ, вход которого подключен к первому входному выводу, а выход - к первому выходному выводу и катоду замыкакмцего диода, анод которого подключен к второму выходному вьшоду, интегратор, к первому входу которого подключен выход источника управляющего сигнала, релейный элемзнт, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к входу согласующего кас- када, первьй выход которого подключен к управляющему входу полупроводникового ключа, отличающий- с я тем, что, с целью повьппения стабильности тока нагрузки в динамическом режиме, введены датчик мгновенных значений тока нагрузки и блок измерения текущего среднего значения выходного напряжения, причем датчик мгновенных значений тока нагрузки включен между вторыми входным к выходным выводами,а второй выходной выво подключен к второму входу интегратора, первый и второй входы блока измерени текущего среднего значения выходного напряжения подключены соответственно к первому выходному вьтоду и второму выходу согласующего каскада, а выход блоки измерения текущего среднего значения выходного напряжения - к второму входу релейного элемента

Изобретение относится к.области стабилизированных источников питания. Целью изобретения является повышение стабильности тока Нагрузки в динамическом режиме импульсного.стабилизатора для активно-индуктивной нагрузки. Цель достигается тем, что в устройство введены датчик 4 мгновенных значений тока и блок 7 измерения текущего среднего значения напряжения на нагрузке . Причем датчик 4 соединен с СЛ to to 4 ;о со

Составитель С. Макаров Редактор Н. Слободяник Техред Н.Бонкало КорректорМ. Пожо

Заказ 1952/48

Тираж 836

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное