Устройство для питания электромагнита Советский патент 1988 года по МПК H01H47/32 H01F7/18 

СА

;о

4 1С

Од

а

Изобретение относится к технике импульсного питания электромагнита и может быть использовано в качестве устройства для сканирования пучка ускоренных заряженных частиц.

Цель изобретения - повышение точности регулирования напряжения на нагрузке и повьшение надежности устройства.

На фиг, 1 показана функциональная схема устройства} на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Устройство содержит неуправляемый выпрямитель 1, подключенный через LC-фильтр 2 и мостовой коммутатор, состоящий из транзисторных ключей ,3-6 и диодов 7-10, к обмотке 11 электромагнита с датчиками тока 12 и напряжения 13. Выход датчика 13 напряжения подключен к первому входу регулятора 14 напряжения, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 15, а выход г с входами однопорогового компара ора 16 и двухтактного широтно-импульс- ного модулятора 17. ходы логических элементов НЕ 18 и 19 подключены соответственно к выходам модулятора 17. Выход датчика 12 тока подключен к входам однопорогового компаратора

20и двухпорогового компаратора 21. Прямой вькод компаратора 21 подключе к первым входам элементов И 22 и 23. Вторые входы элементов И 22 и 23 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам компаратора 20. Управляющие входы ключей 3-6 связаны соответственно с выхода- ми элементов ИЛИ 24-27, входы которых связаны с выходами элементов И 28-37. Инверсный выход компаратора

21соединен с первыми входами элементов И 28, 31, 34 и 36. Выход элемен- та И 22 соединен с первыми входами элементов И 32, 35 и 37, а выход элемента И 23 - с первыми входами элементов И 29, 30 и 33. Первый выход модулятора 17,соединен с вторыми входами элементов И 33 и 34, а второй выход - с вторыми входами элементов

И 31 и 32. Прямой выход компаратора 16 соединен с вторыми входами элементов И 28 и 30, а инверсный выход с вторыми входами элементов И 35 и 36. Выход элемента НЕ 18 соединен с вторым входом элемента И 37, а выход элемента НЕ 19 - с вторым входом эле

0

5 0 5 0

с 0

5

0

5

мента И 29. Последовательно соединенные резистор 38 и транзисторный ключ 39 подключены параллельно конденсатору фильтра 2. Управляющий вход ключа 39 через регенеративный компаратор 40 связан с выходами делителей напряжения 41 и 42.

На фиг. 2 приняты обозначения:

1- ток в обмотке электромагнита;

Un - сигнал на выходе регулятора напряжения 14; и,,, и, UK,- сигналы на выходах компараторов 16, 20 и 21; и, 1)4, и,, Ug - сигналы на управляющих входах ключей 3-6; напряжение на нагрузке.

Устройство работает следующим образом.

На интервале t - t, , где U- 0; i-iO, вырабатывается сигнал на выходе 2 модулятора 17; 0; U, 11, 1. При этом ключи 3-5 закрыты, а на вход ключа 6 через элементы НЕ 18, И 37 и ИЛИ 27 поступает сигнал с (Первого выхода модулятора 17. Ток нагрузки замыкается в зависимости от состояния ключа 6 либо через диод 7 и ключ 6, либо через диод 7, конденсатор фильтра 2 и диод 9. На данном интервале энергия электромагнита рекуперируется -в конденсатор фильтра

2и напряжение на нем растет. При достижении разности напряжений с делителей 41 и 42 порога срабатывания компаратора 40 включается ключ 39 и конденсатор разряжается на резистор 38 до уменьшения напряжения

на делителе 41 на ширину петли гистерезиса компаратора 40.

При достижении тока нагрузки значения порога срабатывания компаратора 21 и становится равным О, а U остается равным 1 и через элементы И 28 и ИЛИ 24 открывается ключ 3, а на вход ключа 5 через элементы И 34 и ИЛИ 26 поступает сигнал с первого выхода модулятора 17. При i О ток нагрузки замыкается через диод 7 и открытый ключ 3, конденсатор фильтра 2 и диод 9, либо через диод 9 и от- крыт1 1й ключ 5. При i О ток замыкается либо через диод 10 и ключ 3, либо через ключ 5, вьтрямитель с фильтром и ключ 3. При этом энергия потребляется из сети, питающей выпрямитель. К моменту переключения компаратора 21 U становится равным 1. При этом ток i замыкается по тем же цепям, но управление переходит на

элементы И 30 и 33 до момента t. В момент tj сигнал с регулятора 1А меняет знак и U/fy становится равным 0. При этом ключи 4-6 закрыты, а на вход ключа 3 поступает инвертированный сигнал с второго выхода модулятора 17 через элементы И 29 и ИЛИ 24. Ток нагрузки замыкается через диод 10 и ключ 3 либо через диод 10, конденсатор фильтра 2 и диод 8 с рекуперацией энергии электромагнита.

На участке t,- t, вновь вступает

в работу компаратор 40, а следовательно, и ключ 39. Далее при уменьшении тока i и при О через элементы И 36 и ИЛИ 27 открывается ключ 6, а на вход ключа 4 поступает сигнал с второго выхода модулятора 17 через схемы И 31, ИЛИ 25. При i О ток замыкается через диод 10, ключ 6, конденсатор фильтра 2 и диод 8 либо через диод 8 и ключ 4, а при i ii. О - через ключ 4, выпрямитель фильтра 2 и ключ 6 либо через диод 7 и ключ 6. Далее процессы повторяются Компаратор 21, элементы И 22 и 23 необходимы для исключения неопределенности знака тока нагрузки при малых его значениях и обеспечения работоспособности устройства. I Таким образом, в предлагаемом устройстве исключается появление нелинейных искажений в выходном сигнале при. индуктивном характере нагрузки в широком диапазоне частот, что дает возможность его применения в быстродействующих системах питания электромагнита.

Формула изобретения

1. Устройство для питания электромагнита, содержащее неуправляемый вьтрямитель, выходы которого через LC-фильтр и транзисторный мостовой коммутатор, каждый из четырех транзисторных ключей которого зашунти- рован встречно включенным диодом, соединены с выводами для подключения электромагнита, зашунтированными датчиком напряжения, выход которого подключен к первому входу регулятора напряжения, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход - с входами однопорогового KdMnapaTopa и двухтактного широтно- импульсного модулятора, отличающееся тем, что, с целью

повьшения точности регулирования напряжения на нагрузке, в него введены второй однопороговый и двухпорогоЁьй компараторы, датчик тока нагрузки, четыре элемента ИЛИ, двенадцать элементов И и два элемента НЕ, причем выход датчика тока нагрузки подключен к входам второго однопорогового и двухпорогового компараторов, прямой . и инверсный вьрсоды однопорогового компаратора подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с прямым выходом двухпорогового компаратора, выходы третьего, четвертого и пятого элементов с управляющим входом первого транзисторного ключа транзисторного мостового коммутатора, выходы шестого и седьмого элементов И через второй элемент ИЛИ соединены с управляющим входом второго транзисторного ключа транзисторного мостового коммутатора, включенного согласно-последовательно с первым транзисторным ключом, выходы Восьмого, девятого и десятого элементов И через третий элемент ИЛИ соединены с управляющим входом третье-- го транзисторного ключа транзисторного мостового коммутатора, выключенного встречно-последовательно с первым транзисторным ключом, выходы одиннадцатого и двенадцатого элемен- тов И через четвертый элемент ИЛИ

соединены с управляющим входом четвер - того транзисторного ключа транзистор- jHoro мостового коммутатора, включенного согласно-последовательно с третьим ключом, инверсный выход двухпорогового компаратора соединен с первыми входами третьего, шестого, девятого и двенадцатого элемента И, выход первого элемента И-с первыми входами седьмого, восьмого и десятого элементов И, выход второго элемента И-с входами четвертого, пятого и одиннадцатого элементов И, прямой выход первого компаратора сое- динен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, его инверсный выход - с вторыми входами восьмого и девятого элементов И, первый выход пшротно-импульсного модулятора сое- динен с вторыми входами одиннадцатого и двенадцатого элементов И непосредственно, а с вторым входом десятого элемента И - через первый инвертор, второй выход широтно-импульсного модулятора соединен с вторыми входами шестого и седьмого элементов И непосредственно, а с вторым входом четвертого элемента И - через второй инвертор.

2. Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что, с целью повьшения надежности,в него введены пятый транзисторный ключ, резис- тор, регенеративный компаратор и два

гасителя напряжения, причем первый делитель напряжения подключен параллельно вьтрямителю, второй делитель напряжения и последовательно соединенные пятый транзисторный ключ и резистор - параллельно выходу LC-филь тра, управляющий вход пятого транзисторного ключа соединен с выходом регенеративного компаратора, входы которого подключены соответственно к выходам делителей напряжения.

Изобретение относится к технике импульсного питания электромагнита и может быть использовано в качестве устройства для сканирования пучка ускоренных заряженных частиц. Целью изобретения является повышение точности регулирования напряжения на .нагрузке и повышение надежности устройства. Напряжение, снимаемое с вы- прямителя 1, фильтруется LC-фильтром 2 и через мостовой транзисторный коммутатор на транзисторах 3-6 подается на обмотку 11 электромагнита, в цепи которой включен датчик 12 тока. Напряжение на обмотке контролируется датчиком напряжения, Управляющая часть устройства включает в себя регулятор 14 напряжения, задающий генератор 15, двухтактный широтно-им- пульсной модулятор 17, два однопоро- говых 16 и 20 и один двухпороговый 21 компараторы и логические элементы И, ШМ, НЕ. В предлагаемом устройстве исключается появление нелинейньЬс искажений в выходном сигнале при индуктивном характере нагрузки в широком диапазоне частот, что дает возможность его применения в быстродействующих системах питания электромагнита. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. g k«

UQ

VKI UKI

UK %

Л.

«t Л

пшшпппшшшм

1

5|

ЬШШППШ

/

U

Л

-

ппшшпппямлшм

тпппг;