Импульсный усилитель тока Советский патент 1992 года по МПК H03K17/08 

Изобретение относится к области автоматики, может быть использовано в импульсных усилителях тока, работающих с нагрузкой активно-индуктивного типа, в частности для управления электроприводом постоянного тока, и является усовершенствованием устройства по основному авт.св. №1637017.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является импульсный усилитель тока, содержащий усилитель мощности, к выходу которого подключена нагрузка, в цепь которой включен датчик тока, первую схему И, триггер, релейный элемент, инвертор, вторую схему И, первый и второй ждущие мультивибраторы и сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к входной шине усилителя, и выходы датчика тока, а выход сумматора соединен с входом релейного элемента, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, входу первого ждущего мультивибратора,. С-входу триггера и через инвертор к первому входу второй схемы И, D-вход триггера соединен с выходом первого ждущего мультивибратора, а выход триггера через второй ждущий мультивибратор подключен к R-входу триггера и вторым входам первой и второй схемы И, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами усилителя мощности.

К недостаткам данного устройства можно отнести низкую надежность при релейном алгоритме формирования тока нагрузки, Это обусловлено тем, что, несмотря на наличие в усилителе защиты от короткого замыкания по частоте, возможно возникновение аварийного режима при пересечении траекторий переключения силовых транзисторов области вторичного пробоя, а также при выходе из их насыщения.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства за счет фор- мирования безопасной траектории переключения силовых транзисторов с помощью реактивного элемента в цепи нагрузки в момент возникновения короткого замыкания и перевода силовых транзисторов усилителя мощности в режим отсечки при периоде коммутации релейного усилителя, определяемом параметрами дросселя

т - -Д у i к -„- х

Un . Л I Л Г Un

Xxftl (

Pigt g

-1з+Д1

- -1з+А1

О.

Re

Re

где Тк - период коммутации релейного усилителя;

Lg и Rg - соответственно индуктивное и активное сопротивления дросселя, включаемого в цепь нагрузки;

Un - напряжение питания выходного каскада усилителя мощности;

А I - заданная амплитуда пульсаций тока в установившемся режиме;

|з из/Кдт, где Us - сигнал задания на входе усилителя тока, Кд.т - коэффициент передачи датчика тока.

Цель изобретения достигается тем, что в импульсный усилитель, содержащий перВую схему И, усилитель мощности, нагрузку, датчик тока, триггер, сумматор, релейный элемент, инвертор, вторую схему И, первый и второй ждущие мультивибраторы, введен дроссель, один вывод которого соединен с

выходом усилителя мощности, а второй подключен к входу нагрузки.

Сущность изобретения состоит в том, что введение дросселя при наличии схемы защиты по частоте позволяет формировать

безопасные траектории переключения силовых транзисторов в момент возникновения короткого замыкания и устранить возможность возникновения аварийных режимов при выходе транзистора из насыщения.

На чертеже представлена электрическая схема импульсного усилителя тока.

Импульсный усилитель тока (фиг.1) содержит первый элемент И 1, усилитель 2

мощности, нагрузку 3, датчик 4 тока, триггер 5, сумматор 6, релейный элемент 7, второй элемент И 8, инвертор 9, первый 10 и второй 11 ждущие мультивибраторы, дроссель 12.

Выход усилителя 2 мощности через дроссель 12 соединен с нагрузкой 3, в цепь которой включен датчик тока 3. К первому и второму входам сумматора 6 подключены соответственно входная шина импульсного

усилителя и выход датчика 4 тока, а выход сумматора б соединен с входом релейного элемента 7, Выход релейного элемента 7 подключен к первому входу первого элемента И 1, входу первого ждущего мультивибратора 10, С-входу триггера 5 и через инвертор 9 - к первому входу второго элемента И 8.

Выход первого ждущего мультивибратора 10 соединен с D-входом триггера 5,

выход которого через второй ждущий мультивибратор 11 подключен к вторым входам первого 1 и второго 8 элементов И и R-входу триггера 5. Выходы первого 1 и второго 8 элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами усилителя 2 мощности.

Функции, выполняемые блоками, следующие.

Усилитель мощности 2 подает на свой выход положительное напряжение питания при поступлении на его первый вход логического сигнала высокого уровня и отрица- тельное напряжение питания при поступлении логического сигнала высокого уровня на его второй вход.

Нагрузка 3 имеет активно-индуктивный характер. Датчик 4 тока вырабатывает на своем выходе сигнал, пропорциональный току в нагрузке 3.

Сумматор б формирует на своем выходе сигнал, равный

UiBb. + ,

где DEI, Uj2 - соответственно сигналы на первом и втором входах сумматора 6.

Релейный элемент 7 реализует характеристику реле с гистерезисом.

Первый 10 (второй 11) ждущий мульти- вибратор вырабатывает на своем выходе импульс высокого (низкого) уровня длительностью (тн2 ) при поступлении на его вход переднего фронта импульса высокого уровня. Длительность импульса Гщ выби- рается из условия

U+Lg

tfe

rM -jf-X

Kg

1з+-У - + Д1 -Ј--1з+Д1

Hп п 1 l3+-fL-Al D--l3-Al

УУ

где La, Rg - соответственно индуктивность и активное сопротивление активно-индуктивной нагрузки 3, противо-ЭДС нагрузки 3.

Сумматор б может быть реализован по схеме многовходового сумматора-вычита- теля.

5

0 5

0

5

0 5

0

Импульсный усилитель работает следующим образом.

В начальный момент времени to на усилитель подается напряжение питания, а на входную шину поступает, например, нулевой входной сигнал. Так как оба силовые транзисторы усилителя 2 мощности закрыты, то через нагрузку 3 и дроссель 12 не протекает ток, что приводит к нулевому сигналу на выходе датчика 4 тока. В результате этого на входе релейного элемента 7 сформирован нулевой сигнал, под действием которого выход релейного элемента 7 устанавливается в состояние логического нуля.

Так как второй ждущий мультивибратор 11 находится в состоянии логической единицы., то на первый вход усилителя 2 мощности поступает напряжение уровня логического нуля, а на второй вход - напряжение уровня логической единицы. В результате этого на выходе усилителя 2 мощности вырабатывается напряжение отрицательной полярности, и через нагрузку 3 и дроссель 12 начинает протекать ток. По мере возрастания тока происходит увеличение отрицательного напряжения на выходе датчика 4 тока, что приводит к увеличению напряжения на выходе сумматора 6. При достижении этим напряжением порога срабатывания +Un релейного элемента 7 происходит переключение релейного элемента 7 в состояние логической единицы. Триггер 5 остается в прежнем состоянии (логического нуля), а на выходе первого ждущего мультивибратора 10 формируется импульс длительностью Гц-, а на первый и второй входы усилителя

2мощности поступает .соответственно напряжение логической единицы и логического нуля. На выходе усилителя 2 мощности формируется напряжение положительной полярности, что приводит сначала к уменьшению отрицательного тока через нагрузку

3и дроссель 12, а затем к возникновению положительного тока. Соответственно происходит изменение полярности сигналов на выходе датчика 4 тока и сумматора 6 . При достижении напряжения, на выходе сумматора 6 уровня - Un релейный элемент 7 устанавливается в состояние логического нуля, что приводит к формированию на выходе усилителя 2 мощности напряжения отрицательной полярности. Далее цикл повторяется. При нормальной величине нагрузки 3 длительность импульса т# на выходе первого ждущего мультивибратора 10 меньше периода сигнала с выхода релейного элемента 7 Тк, поэтому триггер 5 находится в состоянии логического нуля, а

выход второго мультивибратора 11 - в состоянии логической единицы. При коротком замыкании в нагрузке 3 происходит увеличение частоты fx на выходе релейного элемента 7, период коммутации Тк в этом случае будет о пределен параметрами дросселя 12. В связи с тем, чтотщ Тк, триггер 5 устанавливается в состояние логической единицы. По переднему фронту сигнала на выходе триггера 5 запускается второй ждущий мультивибратор 11, который на своем выходе формирует импульс низкого уровня. Этим импульсом производится блокировка первого 1 и второго 8 элементов И и установка в состояние логического нуля триггера 5. В результате этого оба выходные силовые транзисторы усилителя 2 мощности находятся в закрытом состоянии. Через время г U2 на выходе второго ждущего мультивибратора 11 формируется уровень логической единицы, что дает возможность прохождению импульсов с выхода релейного элемента 7 на входы усилителя 2 мощности.

Циклы блокировки будут следовать друг за другом до устранения повреждения нагрузки 3 или отключения напряжения питания усилителя.

Таким образом, в предлагаемом импульсном преобразователе происходит надежная блокировка силовых ключей усилителя мощности при коротком замыкании нагрузки.

Формула изобретения

Импульсный усилитель тока по авт.св. NS 1637017, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен дроссель, через который выход усилителя мощности соединен с нагрузкой.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в импульсных усилителях тока, работающих с нагрузкой активно-индуктивного типа, в частности, для управления электроприводом постоянного тока. Устройство содержит сумматор 6, релейный элемент 7, элементы И 1,8, усилитель 2 мощности, датчик-4 тока, дроссель 12, нагрузку 3, ждущие мультивибраторы 10,11, триггер 5, инвертор 9. 1 ил.