Формирователь импульсов тока Советский патент 1987 года по МПК H03K5/08 

1128

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для управления различными устройствами -с индуктивным характером нагрузки, например, волноводными переключателями.

Цель изобретения - повышение ста- бильности амплитуды выходных импульсов.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 - структурная электрическая схема блока формирования порога; на фиг, 4 - структурная электрическая схема блока управления; на фиг. 5 - структурная электрическая схема формирователя импульсов начальной установки; на фиг, 6 - эпЮры напряжения, поясняющие работу формирователя импульсов начальной установки; на фиг. 7 - структурная электрическая схема первого формирователя задержанных импульсов ; на фиг. 8 - эпюры напряжения, поясняющие работу первого формирователя задержанных импульсов.

Формирователь импульсов тока содержит электронный ключ 1; индук

тивную нагрузку 2, элемент 3 обрат- 30 вых импульсов, выход элемента И 15

ной связи, демпфирующий элемент 4, компаратор 5, блок 6 формирования ,порога, задающий блок 7 и блок 8 управления.

Первый вход электронного ключа 1 соединен г. источником питания, а в:i- ход с первым выводом демпфирующего элемента 4 и первым выводом индуктивной нагрузки 2, второй вывод которой соединен с входом элемента 3 обратной связи, первый выход которого соединен с первым входом компаратора 5 и аналоговым входом блока 6 формирования порога, а второй вывод

и второй вывод демпфирующего элемен- 45 тора 20, вторая группа разрядных

та 4 соединен с общей щиной, второй вход компаратора 5 соединен с информационным выходом блока 6 формирования порога, цифровой вход которого соединен с выходом задающего блока 7, при этом выход компаратора 5 соединен с первым входом блока 8 управления, второй вход которого соединен

входов которого соединена с пер группой разрядных входов мульти плексора 21 и является входом б 6 формирования порога, разрядны 50 выходы сумматора 20 соединены с вой группой разрядных входов сум тора 22, вторая группа разрядны входов которого соединена с раз ньЫи выходами регистра 23, разр

с установочным выходом блока 6 формирования порога, а третий вход - с с 55 выходы сумматора 22 соединены с управляющим входом блока 6 формиро- второй группой разрядных входов вания порога и входной щиной устройства, а выход с управляющим входом электронного ключа.

мультиплексора 21, разрядные вы которого соединены с разрядными формационными входами регистра

3

2

Блок 6 формирования порога содержит пиковый детектор 9, компаратор 10, первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦЛП) I, первый формирователь I 2 задержанных 11мпульсов , первый элемент ИЛИ 13, RS-триггер 1А, элемент И 15, генератор 16 тактовых импульсов, счетчики 17 и 18, импульсов, второй формирователь 19 задержанных импульсов, первый сумматор 20, мультиплексор 21, второй сумматор 22, регистр 23, второй ЦАП 24, формирователь 25 импульсов начальной установки и второй элемент ШШ 26.

Информационный вход пикового детектора 9 является аналоговым входом блока 6 формирования порога,выход пикового детектора 9 соединен с первым входом компаратора 10, второй вход которого соединен с выходом первого НАЛ 11, выход компаратора 10 соединен с входом формирователя 12 и с первым входом элемента ИЛИ 13, выход которого соединен с R-входом RS-триггера 14, выход которого соединен с первым входом элемента И 15, второй вход которого соединен с выходом генератора 16 такто

соединен с вычитающим входом счетчика 1 7 импульсов и суммирующим входом счетчика 18 импульсов, разрядные выходы которого соединены с входом

35 первого цифро-аналогового преобразователя 11, входы установки обнуления счетчиков 17 и 18 импульсов соединены с входом формирователя 19 и являются управляюр1им входом блока 6

40 формирования порога, выход формирователя 19 соединен с S-входом RS- триггера 14, разрядные выходы счетчика 17 импульсов соединены с первой группой разрядных входов суммавходов которого соединена с первой группой разрядных входов мультиплексора 21 и является входом блока 6 формирования порога, разрядные 50 выходы сумматора 20 соединены с первой группой разрядных входов сумматора 22, вторая группа разрядных входов которого соединена с разряд- ньЫи выходами регистра 23, разрядные

55 выходы сумматора 22 соединены с второй группой разрядных входов

выходы сумматора 22 соединены с второй группой разрядных входов

мультиплексора 21, разрядные выходы которого соединены с разрядными информационными входами регистра 23

и информационными входами цифро-ана- лотового преобразователя 24, выход которого является информационным выходом блока формирования порога, первый выход формирователя 25 соединен с управляющим входом мультиплексора 21, вторым входом элемента ИЛИ 13 и является установочным выходом блока формирования порога, второй выход формирователя 25 соединен с первым входом элемента 26, второй вход которого соединен с управляющим входом пикового детектора 9 и выходом формирователя 12, выход элемента ИЛИ 26 соединен с синхровходом регистра 23 и управляющим входом цифро-аналогового преобразователя 24,

Блок 8 управления содержит элемент ИЛИ 27, RS-триггер 28 и усилитель 29; причем первый и второй входы элемента ИЛИ 27 являются соответственно первым и вторым входом блока управления, выход элемента ИЛИ 27 соединен с R-входом RS-триггера 28, S-вход которого является третьим входом блока управления, выход триггера 28 соединен со входом усилителя 29, выход которого является выходом блока управления.

Формирователь импульсов начальной установки содержит- последовательно соединенные элемент 30 формирования, элемент 31 задержки, элемент 32 НЕ и элемент И, второй вход которого соединен с входом элемента 31

Первый формирователь задержанных импульсов содержит последовательно соединенные элемент 34 формирования, элемент 35 задержки и элемент 36 И, второй вход которого соединен с входом элемента 35 задержки. .

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания формирователь 25 вырабатывает на первом и втором выходах импульсы в соответствии с фиг. 6. Импульс и, с первого выхода формирователя 25 поступает на второй Вход блока 8 управления, где устанавливает выход триггера 28 в О. Этот сигнал, усиленный усилителем 29 поступая на управляющий вход ключа 1, удерживая его в запертом состоянии. Кроме того импульс U, поступает через элемент ИЛИ 13 на R-вход RS-Tp irrepa 14 и устанавливает его в О. Таким образом, на одном из входов элемента И 15 устанавливается

87263

О

же

10

15

20

и, соответственно, на выходе так- 0. Импульсы с выхода генератора 16 тактовых импульсов не поступают на входы счетчиков 17 и 18 импульсов. Кроме того, импульс U поступает на управляющий вход мультиплексора 21 и подключает его разрядные выходы к первой группе разрядных входов, устанавливая на его выходе двоичный код, поступающий с задающего блока 7 и равный цифровому значению заданной амплитуды импульсов. Появляющийся с задержкой на втором выходе формирователя -25 импульс U,j поступает на син- хровход регистра 23 и управляющий вход ЦАП 24 и записывает этот двоич- ньм код в память регистра и ЦАП, на выходе ЦДЛ 24 и втором входе компаратора 5 устанавливается начальное аналоговое значение порога 1 , соответствующее заданному значению ам5

0

5

0

плитуды I

эодПри переходе в О импульса и, поступающего на управляющий вход мультиплексора 21, выход мультиплексора подключается к второму входу мультиплексора 21, соединенному с выходом сумматора 22. Устройство установлено в начальное состояние.

Импульс запуска, поступающий на вход устройства, поступает на третий вход блока 8 управления и устанавливает выход триггера 28 в состояние . Усилитель 29 усиливает этот сигнал и подает его на управляющий вход электронного ключа 1. Ключ 1 открывается и через нагрузку 2 и элемент 3 обратной связи начинает протекать нарастающий ток. Компаратор 5 сравнивает значение нарастающего тока с начальным пороговым значением 1,, и в .момент равенства выдает импульс на первый вход блока 8 и опрокидывает триггер 28 в О. Этот сигнал по

5 дается на управляющий вход электронного ключа 1. Ключ 1 закрывается через время t , необходимое для рассасывания заряда в базе транзистора. В момент запирания ключа 1 на нагруэ0 ке 2 возникает импульс напряжения обратной полярности. В этот момент открывается демпфирующий элемент и рассеивает энергию, накопленную в нагрузке 2. За время в нагруз2 ке продолжает нарастать и возникает начальное отклонение амплитуды импульса от заданного значения (ошибка). С выхода :элемента 3 обратной связи импульс поступает на вход пикового

51

детектора 9, и детектор запоминает амплитуду импульса. Импульс запуска поступающий на вход устройства, поступает на установочные входы счетчиков 17 и 18 импульсов и обнуляет их, а также запускает формирователь 19. Импульс с выхода формирователя устанавливает выход RS-триггера 14

и I 11

в состояние 1 и, следовательно, устанавливает на входе элемента И 15 l. Поэтому импульсы с выхода генератора 16 тактовых импульсов через злемент 15 начинают поступать на соответствующие входы счетчиков 17 и 18 импульсов, причем счетчик 17 работает в вычитающем режиме, а счетчик 18 - в суммирующем, С выхода счетчика 18 двоичный код поступает на вход ЦА.П 1 1 , на выходе которого формируется ступенчатое нарастающее напряжение, которое подается на второй вход компаратора 10, В момент равенства ступенчатого напряжения и выходного напряжения пикового детектора 9, поступающего на первый вход компаратора 10, на выходе компаратора возникает перепад напряжения в 1 который поступает на R-вход RS-триггера -14 через элемент ИЛИ 13 и опрокидывает RS-триггер 14 в О. На выходе элемента И 15 устанавливается О и счетчики I7 и 18 импульсов перестают считать. Кроме того, перепад напряжения с выхода компаратора 10 поступает на вход формирователя 12.

Таким образом, на выходах счетчиков 17 и 18 устанавливается цифровое значение амплитуды импульсов 1 (на выходе счетчика 18 - в прямом коде, а на выходе счетчика 17 - в дополни- тельн бм коде). С выхода счетчика 17 цифровое значение амплитуды импульса в дополнительном коде поступает на первый вход сумматора 20 и суммиру-ет- ся с цифровым значением заданной амплитуды 1,ад поступающим на второй вход сумматора 20 в прямом коде. На выходе сумматора появляется цифровое значение ощибки 5 в прямом или в дополнительном коде. Цифровое значение начальной ощибки S после первого импульса тока в нагрузке получается в дополнительном коде, так как в этом случае амплитуда импульса больше заданного значения. Цифровое значение ощибки поступает на один вход сумматора 22, на другой вход которого по- ступает значение предыдущего порога

tio

равное в первый.цикл заданному

значению амплитуды I. . На выходе

5(3 Д

сумматора 22 устанавливается цифровое значение нового порога, равное разности заданного значения амплитуды и ошибки. Это значение поступает на второй вход мультиплексора- 21 .и устанавливается на выходе мультиплексора, а значит, и на информационных входах регистра 23 и ЦАП 24.

При появлении импульса на выходе формирователя 12, поступающего через элемент ИЛИ 26 на синхровход регистра 23 и управляющий вход ЦАП 24, это новое значение порога записывается в память ЦАП и регистра. Кроме того, импульс с выхода формирователя 12 поступает на управляющий вход пикового детектора 9, где он используется для разряда накопительного

конденсатора.

При поступлении на вход устройства следующего импульса запуска вновь обнуляются счетчики 17 и 18 и на выходе компаратора 10 формируется задНИИ фронт импульса, запускается формирователь J9, триггер 28 устанавливается в 1 и начинается формирование нового импульса тока в нагрузке. Компаратор 5 сравнивает теперь ток в

нагрузке с новым значением порога 1 . В момент сравнения подается команда на выключение ключа 1. В момент запирания ключа открывается диод демпфирующего элемента и отводит

энергию, накопленную в индуктивной нагрузке. Затем измеряют амплитуДу импульса, вычисляют первичную ошибку 8( и определяют новое значение порога

-П1

который необходимо подать

на второй вход компаратора 5 для того, чтобы свести к минимуму эту ошибку.

Измеряя в каждом цикле ошибку и вычисляя значение порога, получают на выходе блока 6 формирования порога такое его значение, которое позволяет получать импульсы тока в нагрузке с заданной амплитудой с точностью до единицы младшего разряда.

50

Формула изобретения

I. Формирователь импульсов тока, содержащий электронный ключ, первый 55 вход которого соединен с источником питания, элемент обратной связи, демпфирующий элемент, компаратор и индук- тивную нагрузку, первый выэод которой соединен с выходом электронного

ключа и первым выводом демпфирующего элемента, а второй - с входом элемента обратной связи, первый выход которого соединен с первым входом компаратора, а второй вывод элемента обратной связи и второй вывод демпфирующего элемента соединены с обп;ей шиной, отличающийся тем, что, с целью повьшгения стабильности амплитуды выходных импульсов, в него введены блок формирования порога, блок управления и задающий блок, причем первый вход компаратора соединен с аналоговым входом блока формирования порога, второй вход с информационным выходом блока формирования порога, цифровой вход которого соединен с выходом задающего блока, при этом выход компаратора соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с установочным выходом блока формирования порога, а третий вход - с управляющим входом блока формирования порога и входной шиной устройства, а выход - с управляющим входом электронного ключа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования порога содержит пиковый детектор, два формирователя задержанных импульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, два элемента ИЛИ, элемент И, RS-триггер, два цифро-аналоговых преобразователя, два счетчика импульсов, два сумматора, мультиплексор, регистр и формирователь импульсов начальной установки, причем информационный вход пикового детектора является аналоговым входом блока формирования порога, выход пикового детектора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого цифро-аналогового преобразователя, выход с входом первого формирователя задержанных импульсов и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с R-входом RS-триг- гера, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход с вычитающим входом первого счетчика импульсов и суммирующим входом второго счетчика импульсов, выходы разрядов которого соединены с входами разрядов первого цифро-аналогового преобразователя, входы установки об-

5

0

нуления первого и второго счетчиков импульсов соединены с входом второго формирователя задержанных импульсов и являются управляющим входом блока формирования порога, выход второго формирователя задержанных импульсов соединен с S-входом триггера, разрядные выходы первого счетчика импульсов соединены с первой группой разрядных входов первого сумматора, вторые группы разрядных входов которого соединены с первой группой разрядных входов мультиплексора и явл яются цифровым входом блока формирования порога, разрядные выходы первого сумматора соединены с первой группой разрядны:: входов второго сумматора, вторая группа разрядных входов которого соединена с разрядными выходами регистра, разрядные выходы второго сумматора соединены с второй группой разрядных входов мультиплексора, разрядные выходы которого соединены с информационными входами

5 регистра и второго цифро-аналогового преобразователя, выход которого яв- ляется информационным выходом блока формирования порога, причем первый выход формирователя импульсов на0 чальной установки соединен с управляющим входом мультиплексора, вторым входом первого элемента ИЛИ и является установочным выходом блока формирования порога, второй выход формирователя импульсов начальной установки соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с управляющим входом пикового детектора и выходом первого

Q формирователя задержанных импульсов, выход с управляющим входом второго и синхровходом регистра.

5

45

50

55

3. Устройство по п. } , отличающееся тем, что блок управления содержит усилитель, RS-триггер и элемент ИЛИ, причем выход усилителя является выходом блока управления , вход соединен с выходом RS- триггера, R-вход RS-триггера соединен с выходом элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются, соответственно, первым и вторым входом блока управления, S-вход RS-триггера является третьим входом блока управления.

J 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что формирователь импульсов начальной установки содержит формирователь импульсов, элемент, задержки, инвертор и элемент И, причем выход формирователя импульсов соединен с входом элемента задержки и первым входом элемента И, а выход элемента задержки через инвертор соединен с вторьш входом элемента И и является первым выходом, а выход элемента И является вторым выходом формирователя импульсов начальной установки.

tbiKit. . Фиг. 2

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что первый формирователь задержанных импульсов содержит формирователь импульсов, элемент задержки и элемент И, причем вход формирователя импульсов является входной шиной, выход которого соединен с первым входом элемента И и через элемент задержки с вторым входом, выход которого является выходом первого формирователя задержанных импульсов.

Д

л

tUKn.

{pt/e.

Изобретение может быть использовано для управления различными устройствами с индуктивным характером нагрузки. Цель изобретения - повьгагение стабильности амплитуды выходных импульсов. Формирователь содержит электронный ключ 1, индуктивную нагрузку 2, элемент 3 обратной связи, демпфирующий элемент 4 и компаратор 5. Введение блока 6 формирования порога, задающего блока 7, блока 8 управления, образование новых функциональных связей и предложенное конструктивное выполнение блока 6 формирования порога, блока 8 управления, формирователя импульсов начальной установки и формирователя задержанных импульсов способствуют достижению поставленной цели. 4 з.п. ф-лы, 8 ил. с S (Л

Un

30

31

т

Ш

33

фиг. 5

Фиг.В

фиг,7

Составитель Б.Иванов Редактор М.Циткина Техред В.Кадар,

Заказ 830Тираж 902Подписное

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

Фиг. 8

Корректор М.Шароши