Двухпозиционная система регулирования тока Советский патент 1987 года по МПК G05F1/10 

112

Изобретение относится к электротехнике, в частности к импульсным системам автоматического регулирования, и может быть использовено в транзисторных электроприводах пос- тоянного и переменного тока„

Цель изобретения - повышение КПД при одновременном повышении точности воспроизведения входного сигнала,

На фиг.1 приведена функциональ- ная схема двухпозиционной системы регулирования тока, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Двухпозиционная система регулирования тока содержит источник 1 входного сигнала, выход которого подключен к инвертирующему входу перво- го компаратора 2, неинвертирующий вход которого совместно с первым входом усилителя 3 рассогласования подключен к общей шине. Второй вход усилителя 3 рассогласования подключен к выходу датчика 4 тока, а тре- тий вход соединен с выходом источника 1 входного сигнала. Выход усилителя 3 рассогласования подключен к инвертирующему входу второго компаратора 5, неинвертирую1дий вход кото- рого подключен к общей шине, а выход соединен с первым входом 6 блока 7 выдержек времени и с общей точкой последовательно включенных диодов 8 и 9, катод диода 8 подключен к вто- рому входу 10, а анод диода 9 - к третьему входу 11 блока 7 выдержек времени.

Выходы блока 7 выдержек времени подключены к первому и второму вхо- дам логического узла 12, к третьему входу которого подключен выход первого компаратора 2. Логический узел управляет ключевым преобразователем 13 напряжения, содержащим ключи 14- 17, включенные по мостовой схеме и шунтированные обратными диодами 18- 21. Цепь нагрузки 22 включена последовательно с датчиком 4 тока в диагональ мостовой схемы ключевого пре- образователя 13 напряжения.

Блок 7 вьщержек времени содержит два транзистора 23 и 24 разного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с общей шиной.схемы, базы между собой и подключены через резисторы 25 к первому входу 6 блока 7 выдержек времени, коллектор п- р-П транзистора 23 подключен через ре12

зистор 26 к источнику положительного напряжения и непосредственно соединен с вторым входом 10 блока 7 выдержек времени, входом порогового элемента 27 и первым выводом конденсатора 28, второй вывод которого подключен к общей шине, а коллектор р-п-р транзистора 24 подключен через резистор 29 к источнику отрицательного напряжения и непосредственно соединен с третьим входом 11 блока 7, входом порогового элемента 30 и первым выводом конденсатора 31, .второй вывод которого подсоединен к общей шине. Выходы пороговы элементов 27 и 30 являются выходами блока 7 выдержек времени.

Двухпозиционная система регулирования работает следующим образом.

Предположим, что в начальный момент времени (фиг,2) напряжение входного сигнала U близко к нулю, но все же меньше нуля,, противоЭДС нагрузки , конденсатор 28 заряжен, на выходах порогового элемента 27 и компаратора 2 имеются положительные сигналы и включены ключи 14 и 1 ключевого преобразователя 13 напряжения (фиг,1). Тогда ток в нагрузке 22 начинает нарастать в положительном направлении. На выходе усилител рассогласования появляется отрицательный сигнал Uj, а на выходе компаратора 5 - положительный сигнал 1)5, который вызывает открывание транзистора 23 и запирание транзистора 24. Конденсатор 28 быстро разряжается, вызывая снятие положительного сигнала с выхода порогового элемента 27 и отключение логическим узлом 12 одного из ключей, например, 14, (

Как только ключ 14 отключится,ток в нагрузке под действием запасенной в ее индук тивности энергии начнет протекать через ключ 17 и обратный диод 20, медленно уменьшаясь по величине. Одновременно начинается заряд конденсатора 31 и отсчет вьщерж ки времени . Как только конденсатор зарядится до напряжения, соответствующего порогу порогового эле- мента 30 (эо ) выходе последнего появится положительный сигнал (отсчет выдержжи времени f закончился) , под действием которого логический узел 12 отключит ключ 17, Ток в нагрузке 22 быстро спадет до

3 - 12 нуля, протекая через обратные диоды 19 и 20 встречно напряжению питания ключевого преобразователя 13 напряжения, и затем начнет нарастать в обратном направлении до тех пор по- ка не восстановят запирающие свойства диоды 19 и 20. Если к этому времени сигнал на выходе источника 1 входного сигнала под действием, например, системы регулирования верх- него уровня (не показана) изменит знак на положительный, то, благодаря изменению знака выходного сигнала компаратора 2 на отрицательный сигнал, логический узел включит клю- чи 15 и 16 и ток нагрузки будет протекать частично и через эти ключи.

Нарастание тока в отрицательном направлении будет происходить до тех пор, пока не сменят знаки сигна- лы Uj и 1)5 и пока не включится транзистор 24, который вызовет снятие положительного сигнала и порогового элемента 30 и отключение одного из ключей 15 или 16, например 15. Цепь нагрузки замыкается при этом через ключ 16 и диод 21. Далее начинается заряд конденсатора 28 и отсчет выдержки времени т и т.д.

Если, например, в момент времени t,-сигнал и, изменится скачком до величины (фиг.2), при которой сигнал на выходе усилителя 3 рассогласования станет больше порога поро- гового элемента 27 ( & ,j) , то через диод 8 произойдет быстрый заряд конденсатора 28, появится положительный сигнал ла выходе порогового элемента 27 и включатся два ключа 14 и 16

Как только выходной сигнал датчика тока и сравняется по модулю с сигналом и , произойдет смена знака сигнала на выходе компаратора 5,раз- ряд конденсатора 28, отключится ключ 14 и начнется снижение тока в нагрузке. При этом на вьоСоде компаратора 5 снова станет отрицательный сигнал и начнется нЬвый заряд кон- денсатора 28, т.е. начнется отсчет выдержки времени, по окончании которой произойдет включение ключа 14 и новое нарастание тока нагрузки Далее процесс повторяется. Амплиту- да пульсаций тока при этом зависит : ОТ величины индуктивности нагрузки (по постоянной времени нагрузки) и от величины Т, ..Последняя определяет

14

также максимально возможную частоту переключения ключа 14 в этом режиме. Если, например, в моменты времени tj и tj произойдет увеличение противоЭДС нагрузки Е, то процесс регулирования тока изменится лишь в той части, что увеличится скорость снижения тока во время отсчета выдержки Т и увеличится амплитуда пульсации тока. Если эта амплитуда достигнет величины ь1 ,, т.е. сигнал на выходе усилителя 3 рассогласования достигнет порога & то напряжение на конденсаторе 28 форсированно достигнет этого же порога (мо- ,мент времени t ), что вызовет включение ключа 14, и процесс нарастания тска начнется раньше, чем он начинался в предыдущие периоды. Таким образом, амплитуда пульсаций тока будет на уровне &i,, а частота будет увеличиваться по мере роста противоЭДС Е. Далее работа идет без влияния выдержек времени на процесс пе- рек.гаочения.

Если же противоЭДС изменит свой знак на отрицательный (момент времени tj), то в режиме закоротки нагрузки (когда включен только один из ключей 14 или 17) ток начнет возрастать под действием этой ЭДС. При этом как только напряжение датчика тока и станет больше по модулю сигнала и,, произойдет разряд конденсатора 28 и начнется заряд конденса- 1 тора 31, т.е. отсчет выдержки времени tj . . Если во время отсчета выдержки времени t напряжение U. превысит и, на величину порога л ,, а и. превысит порог ЗQ то конденсатор 3t форсированно зарядится до порога 4 появится положительный сигнал на выхЪде порогового элемента 30 и произойдет отключение оставшегося включенным ключа 17.

Ток нагрузки начнет спадать, протекая через обратные диоды 19 и 20. При этом ключи 13 и 16 не включаются так как сигнал на выходе компаратора 2 остается как и раньше положительным. При достижении напряжением U, уровня сигнала U, прюизойдет мгновенный разряд конденсатора 31 через транзистор 24, снимется положительный сигнал с выхода порогового элемента 30 и включится ключ 15. Ток в нагрузке снова начнет нарастать и начнется новый отсчет выдержки времеки t Если сигнал U j не достигнет порога & а напряжение Uj его превысит (момент времени t), то ключ 17 отключится раньше, чем будет дос- . тигнут порог &i, т.е. переключение произойдет в функции выдержки времени t . .Далее процессы повторяются.

Таким образом, при малых уровнях противоЭДС нагрузки переключение клюдам логического узла, первый вход блока выдержек времени подключен к выходу второго компаратора, инверт рующий вход которого подключен к входу усилителя рассогласования, а неинвертирующий вход подсоединен к общей шине, и последовательно вклю ченные диоды, общая точка которых подключена к выходу усилителя.расчей ключевого преобразователя напря- fO согласования, катод одного из них

жения происходит только в функции выдержек времени Т, или % и при амплитуде пульсаций, меньшей ii, , и тем меньшей, чем меньше величина Е.

Формула изобретения

Двухпозиционная система регулирования тока, содержащая клемму для подключения входного сигнала, первый и второй компараторы, трехвходовой логический узел, ключевой преобразователь напряжения, клеммы для подключения нагрузки и датчик тока,причем первый компаратор входом подсоединен к клемме для подключения входного сигнала, а выходом соединен с первым входом логического узла, выходы которого подключены к управляющим входам ключевого преобразователя напряжения, выходом подсоединенного к последовательно соединенным клеммам для подключения нагрузки и датчику тока, отличающая- с я тем, что, с целью повышения КПД при одновременном повышении- точности воспроизведения входного сигнала, в нее введены усилитель рассогласования, первый вход которого ;подсоединен к клемме для подключения входного сигнала, а второй вход подключен к выходу датчика тока,блок выдержек времени, выходы которого подключены к второму и третьему вхо.. 1941 6

дам логического узла, первый вход блока выдержек времени подключен к выходу второго компаратора, инвертирующий вход которого подключен к входу усилителя рассогласования, а неинвертирующий вход подсоединен к общей шине, и последовательно включенные диоды, общая точка которых подключена к выходу усилителя.рас0

5

подключен к второму входу блока выдержек времени5 а анод другого подсоединен к третьему входу блока вы- держеж времени, причем упомянутый

5 блок выдержек времени включает в себя два транзистора разного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с общей шиной, базы соединены между собой и подключены через первый резистор к первому входу блока выдержек времени, коллектор одного транзистора подключен через второй резистор к первой клемме для подключения вспомогательного источника питания и непосредственно соединен с вторым входом блока выдержек времени, входом первого порогового элемента и первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, коллектор другого транзистора подключен через третий резистор к второй клемме для подключения, вспомогательного источника питания и непосредственно соединен с

5 третьим входом блока выдержек времени, входом второго порогового элемента и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого совместно с третьей клеммой для подклю0 чения средней точки вспомогательного источника питания подключен к общей шине, выходы пороговых элементов подсоединены к выходам блока выдержек времени.

0

и.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к импульсным системам автоматического регулирования. Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия и повышение точности обработки входного сигнала. В изобретении переключение ключей к-лючевого преобразователя осуществляется не только в функции достижения сигналом рассогласования пороговой величины компаратора 2, но и в функции длительности этого рассогласования за счет введения усилителя 3 и блока 7 выдержки времени. Благодаря этому при малых противоЭДС нагрузки 22 снижаются пульсации выходного тока при ограниченной частоте коммутации ключей ключевого преобразователя 13. Ток нагрузки в этом случае более точно воспроизводит входной сигнал, а его среднеквадратичная величина приближается К средней, что повышает коэффициент полезного действия устройства. 2 ил. (Л fc i3 Фиг.1

Ж

И

/

и

Jf

%

tx.

еч

ф{/г.2

ВНИШИ Заказ 263/46 Тираж 864

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ч

/

/

Подписное