Формирователь тока в индуктивной нагрузке Советский патент 1989 года по МПК H03K4/60 

Сл

Ф

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах намагничивания ферромагнитных материалов. Цель изобретения -повышение точности установки тока в индуктивной нагрузке и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности хранения установленного значения тока в нагрузке - достигается путем введения в устройство накопительного элемента 5, биполярного генератора 6 тока, инвертора 7, триггеров 8 и 9 и образования новых функциональных связей. Кроме того устройство содержит выходной двухтактный каскад 1, индуктивную нагрузку 2, датчик 3 тока и компаратор 4, шины 10,11,12 запуска, единичного уровня, управления соответственно. Устройство также позволяет получать информацию о достижении заданного значения тока в индуктивной нагрузке и индицировать отказ за счет введения в устройство дополнительных элементов, указанных в описании изобретения. 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

фи1.1

31504797

Изобретение относится к импульсой технике и может быть использоано, например, в устройствах намагичивания ферромагнитных материалов, ;.

Целью изобретения является повыение точности установки тока в инуктивной нагрузке и расширение функциональных возможностей путем обесечения возможности хранения установ-ю енного значения тока в нагрузке, получения информации о времени достиения заданного значения тока в индуктивной нагрузке, индикации отказа формирователя.15

На фиг а 1 приведена структурная электрическая схема формирователя; на фиг. 2,.3 - структурные схемы формирователя согласно пи. 2, 3 формулы; на фиг,4-7 - примеры выполне- 20 ния отдельны х элементов формирователя; на фиг, 8 - эпюры, поясняющие его работу.

Формирователь тока в индуктивной нагрузке содержит выходной двухтакт- 25 ный каскад-- 1, выход которого подключен к первому выводу индуктивной нагрузки 2, второй вывод которой соединен с первым выводом датчика 3 тока, второй вывод которого соединен с 30 общей шиной устройства, компаратор 4, накопительный элемент 5, биполярный генератор 6 тока, инвертор 7, первый 8 и второй 9 триггеры, тактовые входы которых соединены с шиной 35

10запуска, информационные - с шиной

11единичного уровня, вход сброса первого триггера 8 непосредственно, а второго - через инвертор 7 соединен с выходом компаратора 4, первый . 40 вход которого соединен с шиной 12 управления, второй - с первым выводом датчика 3 тока, выходы первого

и второго триггеров 8., 9 соединены с первым и вторым соответственно вхо- 45 дами накопительного элемента 5, выход которого соединен с входом биполярного генератора 6 тока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым соответственно входа-50 ми выходного двухтактного каскада 1; элемент КПП 13, первый и второй вхо- , ды которого соединены с выходами соответственно первого и второго триггеров 8, 9, третий, четвертый и пя- 55 тый триггеры 14-16, элемент 17 инди- кации, элемент И-НЕ 18, первый 19 и второй 20 элементы задержки, причем вход запуска третьего триггера 14 и

информационный вход четвертого триггера 15 соединены с выходом элемента ИЛИ 13, тактовый вход четвертого триггера 15 соединен через первый элемент 19 задержки с шиной-10 запуска и через второй элемент 20 задержки - с входом сброса третьего триггера 14 и тактовым входом пятого Триггера 16, прямой выход которого соединен с входом элемента 17 индикации, информационный вход - с выходом элемента И-НЕ 18, первый и второй входы которого соединены с прямым выходом третьего триггера 14 и инверсным выходом четвертого триггера 15 соответственно.

Двухтактный выходной каскад 1 (фиг. 4) . содержит транзисторы 20, 21, резисторы 22, 23, шины 24, 25 источника питания.

Биполярный генератор 6 тока ,(фиг. 5) построен на транзисторах 26, 27, резисторе 28.

Накопительный элемент 5 (фиг. 6) при построении в аналоговой форме содержит резистор 29, конденсатор 30 первый 31 и второй 32 управляемые ключи, истоковьш повторитель 33, шины 34, 35 источников опорного напряжения. При построении в цифровой фор ме (фиг. 7) - реверсивный счетчик 36 циФроаналоговый преобразователь 37, элементы И 38, 39, генератор 40 импульсов.

Формирователь работает следуюш {м образом.

В исходном состоянии через нагрузку 2 датчика 3 тока протекает ток ранее установленного значения, соответствующего напряжению 41 на датчик 3; оно отличается от напряжения 42 на выходе каскада 1 на величину (незначительную) падения напряжения на активном сопротивлении нагрузки 2; на выходе триггеров 8, 9 и элемента ИЛИ 13 имеются низкие уровни, при этом накопительный элемент 5 находится в режиме хранения заломненного ранее сигнала; с выхода гененатора 6 на вход каскада 1 поступает ток, по- лярность которого зависит от полярности напряжения на выходе каскада 1 величина которого пропорциональна величине напряжения на выходе элемента 5.

К моменту появления импульса 43 запуска на шине 10 напряжение 44 на первом входе компаратора 4 должно

15

20

соответствовать величине требуемого тока в нагрузке 2:

,

где и - напряжение 44;

I - требуемое значение тока в

нагрузке 2;

R - величина сопротивления датчика 3.

Пусть требуемое значение тока в нагрузке 2 вьше имевшегося в исходном состоянии, В этом случае, если первый вход компаратора 4 - неинвертирующий, на выходе компаратора 4 имеется единичный уровень, С появлением импульса 43 на шине 10 в единичное состояние переключится только триггер 8, так как на входе сброса триггера 9 присутствует нулев.ой уровень, блокирующий его срабатывание.. Появившийся на выходе триггера 8 импульс 45 проходит на выход элемента ИЛИ 13 в виде импульса 46 и приводит к изменению содержимого накопительного элемента 5 таким образом, что напряжение на входе гененатора 6 по- вьш1ается, приводя к повьш1ению тока, на его- выходе, что, в свою очередь, приводит практически к ска цкообраз- ному изменению напряжения 42 на- выходе каскада 1. Это изменение напряения зависит от величины индуктивности нагрузки 2 и скорости изменет- ния тока: 4U L«di/dt; оно полностью отображает возможные нелинейные изменения индуктивности, например в случае, перемагничивания ферромагнитного материала, а также нелинейные явления в генераторе 6 и каскаде 1

25

30

35

40

(см., например, провал в напряжении 42 на временной диаграмме, который возникает из-за, наличия мертвой зоны - зоны нечувствительности в характеристике генератора 6; последняя может быть значительно уменьшена, если в качестве выходного элемента в накопительном элементе 5 использовать генератор тока или его подобие) . Напряжение на датчике 3 пропорционально току через нагрузку 2, и как только его значение достигнет значения напряжения на шине 12, сработает компаратор 4; его выходной сигнал приме.т низкий уровень, Это приведет к сбросу триггера 8 и окончанию импульса 45 на его выходе. Одновременно заканчивается импульс 46 и на выходе элемента ИЛИ 13, По5

0

Q

5

0

5

0

5

0

5

еле этого выходное напряжение элемента 5 удерживается на прежнем уровне, а напряжение на выходе каскада 1 отличается от напряжения на шине 12 и датчике 3 на величину падения напряжения на активном сопротивлении нагрузки 2.

Импульс 45, поступающий на первый вход накопительного элемента 5 триггера 8, приводит к отпиранию, элемен- та И 38 или ключа 31 и возрастанию напряжения на выходе накопительного элемента 5, Импульс 47, постзтающий на §торой вход элемента 5, приводит к отпиранию элемента И 39 или ключа 32 и уменьшению напряжения на выходе накопительного элемента 5,

Исправная работа генератора пилообразного тока характеризуется обязательным и, быть может, очень кратковременным срабатыванием одного из триггеров 8 или 9 при появлении импульса на выходе элемента ИЛИ 13 и отсутствии импульса на выходе этого элемента после некоторого макс1шаль- ного порогового значения временного интервала 48. Поэтому при исправной работе устройства триггер 14 после импульса 43 на шине 10 должен перек: ключиться в единичное состояние (49). После окончания временного интервала 48 на выходе элемента 19 появляется импульс 50, фиксирукяций файт окончания установки тока в нагрузке 2, при этом на инверсном выходе триггера 15 устанавливается высокий, а на выходе элемента И 18 - низкий уровень, который фиксируется триггером 16 по импульсу 51, поступающему на его тактовый вход с выхода элемента 20. Импульсом 51 с выхо- да элемента 20 возвращается в нулевое состояние триггер 14. Практически любая неисправность устройства приводит к тому, что один из триггеров 8 и 9 или не устанавливается в единичное состояние, или не возвращается в нулевое состояние. При этом на выходе элемента И 18 в момент появления импульса 50 имеется высокий уровень, который запоминается триггером 16 и поступает на элемент 17, сигнализируя об отказе устройства. При использовании данного устройства в системе импульсы 43, 50, 51 вырабатываются одним источником, так как являются общими для всех генераторов пилообразного тока системы.

/15

В процессе установки тока в нагрузке 2 напряжение на шине I2 не должно изменяться: для этого может быть использован фиксатор напряжения состоящий из ключа, включенного в цепь шины 12, и конденсатора, включенного .между входом компаратора и общей шиной.

Таким образом, предлагаемый фор- мирователь по сравнению с прототипом имеет высокую точность установки и поддержания тока в на рузке, что обепечивается за счет наличия отри- |цательной обратной связи при установ Iке тока и отсутствия влияния измене- 1ния сигнала на шине управления при удержании этого тока.

Как указывалось вьшзе,. транзисторы каскада 1 работают в линейном режи- ме, что исключает перерегулирование при установке тока в нагрузке 2-. Отсутствие насьщения в каскаде 1 ухудшает КПД формирователя лишь в момент установки тока, но он остается та- КИМ же, как и в аналогах, в режиме удержания тока.

Использование каскада 1 в указанном режиме наделяет его свойствами генератора тока, что позволяет ис- пользовать формирователь при построе i НИН систем, в которых осуществляет- 1ся суммирование магнитных потоков в ферромагнитном материале.

Другой особенностью предлагаемого формирователя является возможность функционального управления работой накопительного элемента 5, а следовательно, и функциональным изменением тока в нагцузке 2 в процессе его установки, что позволяет учесть нели- Iнейные магнитные свойства нагрузки 2

: Формула изобретения

5

0 5

о

5

0

5

0

5

чения возможности хранения установленного значения тока в нагрузке, в него введены накопительный элемент, биполярньй генератор тока, инвертор, первый и второй триггеры, тактовые входы которых соединены с шиной запуска, информационные - с шиной единичного уровня, входы сброса .первого триггера непосредственно, а второго - через инвертор соединены с выходом компаратора, первый вход которого соединен с шиной управления, второй вход - с первым выводом датчика тока, выходы первого и второго триггеров соединены соответственнЪ с первым и вторым входами накопительного элемен-- та, выход которого соединен с входом биполярного генератора тока, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами выходного двухтактного каскада.

3,Формирователь по п. 2, отличающийся тем, что, с целью расширения, функциональных возможностей за счет обеспечения возможности индикации отказа формирователя, в него введе1й1 третий - пятый триггеры, элемент индикации, элемент И-НЕ, первый и второй элементы задержки, причем.вход запуска третьего триггера и информационный вход четвертого триггера соединены с выходом элемента ИЛИ, . тактовый вход четвертого триггера соединен через первый элемент задержки с шиной запуска и через второй элемент задержки - с входом сброса третьего триггера и с тактовым входом пятого триггера, прямой выход которого соединен с входом элемента индикации, информационный вход - с выходом элемента И-НЕ, первый и второй входы которого соединены соответственно с прямым выходом третьего триггера и инверсным выходом., четвертого триггера.

/f

11

D

8

aj

//

9

19

/5

Фив. 2

Г2

Вч

s

IS

фиъ.З