Регулируемый источник тока Советский патент 1991 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, в быстроперестраиваемых по мощности регулируемых источниках питания,f

Целью изобретения является улучшение качества выходного тока за счет увеличения частоты и уменьшения размаха пульсаций тока в нагрузке при неизменных частоте и размахе пульсаций тока в параллельно включенных усилительно-преобразовательных блоках.

На фиг, 1 приведена функциональная схема регулируемого источника тока; на фиг. 2 - схема регулятора тока с блоками компенсации и адаптации; на фиг, 3 - эпюры напряжений на основных элементах регулируемого источника тока.

Предлагаемый регулируемый источник тока содержит один ведущий 1 и N -1 ведомых усилительно-преобразовательных блоков (УПБ) (на фиг. 1 показаны один ведущий 1 и один ведомый 2 УПБ).

Каждый УПБ содержит интегратор 3 (4), релейный элемент 5 (6), два ключа первый 7 (8) и второй 9 (10), временную задержку 11 (12), блок 13 (14) компенсации, регулятор 15 (16) тока, блок 17 (18) адаптации, сумматор 19 (20), компаратор 21 (22), силовой каскад 23 (24), датчик 25 (26) тока и сглаживающий дроссель (не показан), а также ключи 27 и 28, общая точка 29 соединения которых образует вывод для подключения нагрузки 30.

В каждом УПБ имеется два входа: первый 31 (32) и второй 33 (34) и два выхода: первый 35 (36) и второй 37 (38). Первый выход первого УПБ подключен к второму входу второго УПБ, а вторые выходы 37 и 38 через ключи 27 и 28 подключены к нагрузке 30.

Регулятор тока 15 (16) имеет входы 39 (40) и 41 (42). Блок 17 (18) адаптации имеет входы 43 (44) и 45 (46). Сумматор 19 (20) имеет входы 47 (48) и 49 (50). Компаратор 21 (22) имеет входы 51 (52) и 53 (54). Датчик тока 25(26) выполнен с выходами 55(56) и 57(58).

В ведущем УПБ первый 7 ключ замкнут, а второй ключ 9 - разомкнут. Во всех N - 1 ведомых УПБ (на чертеже показаны только два) первый 8 ключ разомкнут, а второй ключ 10 замкнут.

Вход датчика 25 (26) тока подключен к выходу силового каскада 23 (24), первый выход 55 (56) - к нагрузке, второй выход 57 (58) - к второму входу 41 (42) регулятора тока 15 (16) и второму входу 45 (46) блока 17 (18) адаптации, первый вход 39 (40) регулятора 15 (16) тока и первый вход 40 (46) блока 17 (18) адаптации подключен к входу 31 (32) УПБ. Вход силового каскада 23 (24) подключен к выходу компаратора 21 (22), первый

вход 51 (52) которого подключен к выходу интегратора 3 (4), а второй вход 53 (54) - к выходу сумматора 19 (20). Выход регулятора 15 (16) тока через блок 13 (14) компенсации

подключен к первому входу 47 (48) сумматора 19 (20), второй вход 49 (50) которого подключен к выходу блока 17 (18) адаптации, Первый ключ 7 (8) включен между выходом интегратора 3 (4) и входом релейного элемента 5 (6), второй 9 (10) ключ через временную задержку 11 (12) подключен к второму входу 33 (34) УПБ 1 (2). Выход релейного элемента 5(6) подключен к входу интегратора 3 (4) и к первому выходу 35 (36) УПБ.

Интегратор 3 (4). релейный элементб (6), компаратор 21 (22), выходной каскад 23 (24) и датчик 25 (26) тока являются известными функциональными элементами.

Блок 17(18) (фиг. 2) адаптации имеет два

входа 43 (44), 45 (46) и один выход. Блок 17 содержит четыре резистора 59 - 62, операционный усилитель 63 типа К553УД2 и конденсатор 64, один вувод которого подключен к общей шине, а другой вывод

через первый резистор 59 - к первому входу 43 (44), через второй резистор 60 к неинвертирующему входу операционного усилителя 63, подключенному, в свою очередь, через третий резистор 61 к второму входу 45 (46)

блока 17 (18) адаптации и через четвертый резистор 62 к выходу операционного усилителя 63, являющемуся выходом блока адаптации.

Регулятор тока 15 (16) имеет два входа

39 (40) и 41 (42) и один выход регулятора тока реализует стандартный закон регулирования. Три резистора 65, 66 и 67, конденсатор 68 и операционный усилитель 69, неинвертирующий вход которого через первый резистор 65 подключен к первому входу 39 (40), через второй резистор 66 к второму 41 (42) входу и через последовательную ре- зисторно-конденсаторную цепь 67-68 к выходу 70 операционного усилителя 63,

являющемуся выходом 49 (48) регулятора тока 15(16).

Блок 13 (14) компенсации имеет один вход и один выход и содержит общий резистор 71 и N - 1 включенных параллельно цепей, каждая из которых содержит один резистор 72 один ключ 73. Первый вывод резистора 72 подключен к одному выводу (входу) 74, а второй через ключ 73 - к другому выводу 75 общего резистора 7г. Вывод 75 является выходом 76 блока 13 (14) компенсации.

Сумматор 19 (20) (фиг. 2) выполнен на двух резисторах 77, 78 и одном операционном усилителе 79 типа К553УД2. Он содержит два входа 47 (48) и 49 (50) и один выход 80,

Ключи 7 (8), 9 (10), 27, 28 и 73 выполнены в виде перемычек.

Регулируемый источник тока работает следующим образом.

Предположим, что а первом УПБ ключ 7 замкнут, ключ 9 разомкнут, а во втором УПБ (и остальных) ключ 8 разомкнут, ключ 10 замкнут. В этом случае первый преобразователь является ведущим, а остальные N - 1 - ведомыми,

Пусть в исходном состоянии (момент времени ti на фиг. 3) напряжение 81 на выходе интегратора 3 равно напряжению 82 срабатывания порогового (релейного) элемента 5, пороговый элемент находится в состоянии, при котором его выходное напряжение 83 равно +Uoi, и под действием этого напряжения интегратором 3 формируется линейно падающее напряжение 81 (фиг. 3). При достижении выходным напряжением 81 порога 84 опускания реле (момент времени t2 на фиг. 3) напряжение 83 на выходе последнего меняет знак и становится равным-Uoi. В результате этого напряжение 81 9чинает возрастать до тех пор, пока его величина не станет равной порогу 82 срабатывания релейного элемента 5 (момент времени t3 на фиг. 3) Далее релейный элемент меняет состояние, и начинается процесс убывания напряжения. Таким образом, в схеме интегратор 3 - релейный элемент 6 организуется автоколебательный режим работы, напряжение 81 на выходе интегратора 3 имеет форму равнобедренного треугольника, постоянную амплитуду и период Т, а напряжение 83 на выходе релейного элемента 5 имеет форму симметричных двухполярных прямоугольных импульсов с амплитудой Den и тем же периодом Т.

Напряжение 81 вместе с выходным напряжением регулятора 19 (20)тока поступает на вход реверсивного компаратора 21 (22). Генератор пилообразного напряжения, состоящий из интегратора 3 и релейного элемента 5, вместе с реверсивным компаратором 21 (22) образуют широтно-импуль- сный модулятор, так что выходное напряжение блока 21 (22) представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с периодом следования Т и длительностью и полярностью, зависящими соответственно от величины и знака выходного напряжения регулятора тока 15 (16). Эти импульсы управляют транзисторными ключами силового каскада 23 (24).

Выходное напряжение 83 релейного элемента 5 первого УПБ поступает и на вход интегратора 3 первого УПБ и через блок 12

временной задержки на вход релейного элемента б второго УПБ. На выходе релейного элемента 6 формируется двухполярное прямоугольное выходное напряжение 83,

5 сдвинутое относительно импульсов на выходе релейного элемента 15 на T/N (в нашем случае на Т/2).

Двухполярное прямоугольное выходное напряжение 85 релейного элемента 6 посту0 пает на вход интегратора 4 второго УПБ и обусловливает формирование на выходе последнего пилообразного напряжения 86 аналогично тому, как это происходило на выходе интегратора 3 под действием вход5 ного напряжения 81. Напряжение 81 поступает на вход компарзтооа 2-1 первого УПБ, а напряжение 86, сдвинутое на Т/2 (в общем случае на T/N), поступает на вход компаратора 22 второго УПБ в качестве опорного

0 напряжения широтно-импульсных модуляторов, формирующих последовательность выходных импульсов с периодом следования Т и длительностью и полярностью, зависящими от величины и знака выходного

5 напряжения регулятора тока первого и второго УПБ

Регулирование тока в N-ом блоке осуществляется с помощью пропорционально0 интегрального регулятора 15 (16), на входы 39 (401 41 (42) которого подаются соответственно заданное зад и истинное 0с значения тока канала. С выхода регулятора 15 (Ш сигнал проходит через блок 13 компенса5 ции, который устраняет взаимное влияние каналов регулирования тока друг на друга и тем самым обеспечивает неизменность настройки параметров регулятора тока 15 (16) при изменении числа параллельно работаю0 щихУПБ

При индуктивном характере нагрузки на выходе первого УПБ формируется ток 87, на выходе второго УПБ - ток 88 с периодом следования Т, а на выходе источника - ток

5 89 с периодом следования Т/2.

Блок 17 (18) адаптации обеспечивает неизменность параметров переходных процессов в цепи нагрузки при изменении ее

0 параметров в некоторых пределах. Он выполнен на резисторах 59 и 60 и конденсаторе 64 и является эталонной моделью, задающей желаемую динамику переходного процесса в канале. Выходной сигнал эта5 лонной модели сравнивается с реальным сигналом тока канала. В случае отпичия реального процесса от желаемого появляется корректирующий сигнал, стремящийся при- близить реальный переходный процесс к желаемому.

Формула изобретения Регулируемый источник тока, содержащий N идентичных широтно-ммпульсных усилительно-преобразовательных блоков, первый из которых ведущий, а N - 1 - ведо- мые, каждый из них выполнен с двумя входами и двумя выходами и включает задающий генератор, выполненный на интеграторе, релейном элементе и блоке коммутации на двух ключах, один мз которых включен между выходом интегратора и входом релейного элемента, выход которого со- единен с входом интегратора, блок компенсации изменения коэффициента передачи, регулятор тока, блок адаптации к изменению параметров цепи нагрузки, сумматор, компаратор, силовой каскад и датчик тока, вход которого соединен с выходом силового каскада, один выход датчика тока соединен с вторым выходом усилительно- преобразовательного блока и через ключевой элемент - с выходным выводом для подключения нагрузки, другой выходной вывод является общим, а другой выход датчика тока соединен с вторыми входами ре- гулятора тока и блока адаптации, первые

входы которых соединены с первым входом усилительно-преобразовательного блока, соединенным с входным выводом для подключения источника питания, выход регулятора тока через блок компенсации подключен к первому входу сумматора, а выход блока адаптации - к второму входу сумматора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к входу силового каскада, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного тока, в каждый усилительно-преобразовательный блок дополнительно введен блок временной задержки, выход которого через другой ключ блока коммутации подключен к входу релейного элемента, выход которого соединен с первым выходом усилительно-преобразовательного блока, второй вход которого подключен к входу блока временной задержки, причем первый выход каждого предыдущего усилительно-преобразовательного блока соединен с вторым входом соответствующего последующего усилительно-преобразовательного блока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в быстропе- рестраиваемых по мощности регулируемых источниках питания. Цель изобретения - улучшение качества выходного тока. Источник тока состоит из ведущего 1 и N - 1 ведомых усилительно-преобразовательных 7 блоков. Каждый из блоков состоит из интегратора 3, релейного элемента 5, ключей 7, 8, дополнительно введенного блока временной задержки 11, блока компенсации 13, регулятора тока 15, блока адаптации 17, сумматора 19, компаратора 21, силового каскада 23 и датчика тока 25, соединенных определенным образом. Причем выход блока временной задержки 11 через ключ 9 соединен с входом релейного элемента 5, а вход - с вторым входом источника тока. Первый выход источника тока соединен с входом релейного элемента 5. Первый вход каждого предыдущего усилительно-преобразовательного блока соединен с вторым входом последующего блока. Изобретение позволяет уменьшить потери мощности в нагрузке, обусловленные переменной составляющей, путем увеличения частоты пульсаций тока при одновременном уменьшении размаха пульсаций. 3 ил. |А JSiStuf вы г ю чэ 09

J

IS

-J