Цифровой модулятор Советский патент 1993 года по МПК H03K7/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях систем управления.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения управления цифровым модулятором силовых транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя.

На фиг.1 представлены временные диаграммы сигналов датчика положения ротора синхронного двигателя и необходимый порядок включения транзисторов силового моста; на фиг.2 - функциональная схема цифрового модулятора; на фиг.З - функциональная схема схемы ограничения; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства.

Управление синхронным двигателем осуществляется изменением напряжения в фазах обмоток статора. Это достигается путем широтно-импульсной модуляции включенного и выключенного состояний соответствующей пары силовых транзисторных ключей трехфазного моста. Выбор

пары работающих транзисторных ключей осуществляется в функции углового положения ротора синхронного двигателя (см. Чернов Е.А., Кузьмин В.П, Комплектные электроприводы станков с ЧПУ Справочное пособие.-Горький: Волга-Вятское книжное издательство, 1989 г, - с. 161-228).

Порядок включения транзисторов в зависимости от сигналов встроенного датчика положения ротора синхронного двигателя и направления вращения вала двигателя приведен на фиг.1.

Вводя в рассмотрение знак направления вращения и принимая, что направлению вперед соответствует логический нуль, а направлению назад -логическая единица, составим таблицу (см.таблицу ) состояния схемы выбора транзисторов. При этом учтем, что фаза з датчика подключена к 1-му (младшему) разряду схему выбора, фаза b - код 2-му разряду, фаза с - к 3-му разряду, а знак направления - к 4-му (старшему) разряду.

LO

Ч Ю 00

ю

О NJ

Следовательно, схема выбора транзисторов должна представлять собой дешифратор с четырьмя входами и шестью выходами. Возьмем за основу технической реализации схемы выбора ключей дешифратор, например, К155ИДЗ, позволяющий преобразователь четырехразрядный код в направление низкого логического уровня, появляющееся на одном из шестнадцати выходов Fo+Fis. Причем коду Na на входе соответствует тот же порядковый номер FN« выхода. Тогда сигналам выбора транзисторного ключа Sk (К 1,2,...6) соответствуют следующие логические функции

Si FlFsFviFio; 82 Р2РзРг1Р1з; Зз F7FHF9FTT; S/i T2T FgFT3;

. Ss F FsFioFTT; SB FTFsF FT.,

Цифровой модулятор (фиг.2) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, триггер 4 знака, триггер 5, элементы 6 и 7 ИЛИ, инвертор 8, элементы 9, 10, 11, 12; 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И, элементы 20, 21, 22, 23, 24 и 25 И-НЕ-, дешифратор 26, формирователи 27, 28 и 29 импульсов, схему 30 ограничения, схему 31 сброса, выходные, шины 32, 33, 34, 35, 36 и 37, шины 38 входного сигнала, шину 39 знака, шины 40, 41, 42 датчика положения ротора синхронного двигателя. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен со счетным входом счетчика 3 и первыми входами элементов 6 и 7 ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 4 знака, первый вход которого соединен с шиной 39 знака, а второй вход (вход стробмро- вания) - с выходом инвертора 8. Выходы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета счетчика 2, выход переноса которого соединен с первым входом элемента 9 И. Разрядные входы счетчика 2 соединены с выходом схемы 3. ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной 38 входного сигнала, а знаковый вход - с шиной 39 знака. Разрядные входы счетчика 3 соединены с общей шиной, а выход переноса-с первым входом элемента 10 И, выход которого соединен с первым входом элемента 11 И, выход которого соединен с первым входом (входом сброса)триггера 5 и первым входом элемента 12 И, выход которого соединен с входами записи информации счетчиков 2 и 3 и входом инвертора.8. Второй вход элемента 10 И соединен с выходом схемы 31 сброса. Прямой выход триггера 4 знака сое

динен с первым входом (старший разряд) дешифратора 26 и входом формирователя 27 импульсов, а инверсный выход -с входом формирователя 28 импульсов. Выходы фор5 мирователей 27 и 28 импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами элемента 13 И, выход которого соединен со вторыми входами элементов 9 и 12 И и входом формирователя 29 импульсов, выход ко-.

Ю торого соединен со вторым входом .элемента 11 И. Выход элемента 9 И соединен со вторым входом (входом установки) триггера 5, инверсный выход которого соединен с первыми входами элементов 14, 15,

15 16, 17, 18 и 19 И. Второй (3 разряд), третий (2-разряд) и четвертый (1 разряд) входы дешифратора 26 соединены с шинами 40 (фаза с), 41 (фаза Ь) и 42 (фаза а) датчика положения ротора синхронного двигателя. Первый

20 выход (FiJ дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 20 и 25 И-НЕ. Второй (Fz) выход дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 21 и 23 И-НЕ. Третий (Fa) выход дешифратора 26 соединен

25 со вторыми входами элементов И 21 и 25 И-НЕ. Четвертый (F/i) дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 22 и 24 И-НЕ..Пятый (Fs) выход дешифратора 26 соединен со вторыми входами элементов 20 и

30 24 И-НЕ, Шестой (Fe) выход дешифратора 26 соединен со вторыми входами элементов 22 и 23. И-НЕ. Седьмой (Fg) выход дешифратора 26 соединен с третьими входами элементов 22 и 23 И-НЕ. Восьмой (Рю) выход дешифра35 тора 26 соединен с третьими входами элементов 20 и 24 И-НЕ. Девятый (Fn) выход дешифратора 26 соединен с четвертыми входами элементов 22 и 24 И-НЕ. Десятый (Fi2J выход дешифратора 26 соединен с

40 третьими входами 21 и 25 И-НЕ. Одиннадцатый (Fis) выход дешифратора 26 соединен с четвертыми входами элементов 21 и 23. И-НЕ. Двенадцатый (Fi4) выход дешифратора 26 соединен с четвертыми входами эле45 ментов 20 и 25 И-НЕ. Выходы элементов 20, 21,22, 23, 24 и 25 И-НЕ соединены соответственно со вторыми входами элементов 14, 15,16, 17,18 и 19 И, выходы которых соединены соответственно с выходными шинами

50 32, 33, 34, 35, 36 и 37.

Генератор 1 прямоугольных импульсов может быть выполнен, например, на микросхеме К155ЛАЗ с кварцевой стабилизацией или с времязадающим конденсатором.

55 Счетчики 2 и 3 реализованы, например, на микросхемах К155ИЕ7, причем выход переноса может быть сформирован подключением на соответствующий выходной разряд одновибратора К155АГ1 или объединением через элемент И штатных выходов переноса. Триггер 4 знака и триггер 5, например, выполнены на микросхемах К155ТМ2, элементы 6 и 7 ИЛИ- на микросхеме К155ЛЛ1, инвертор 8 - на микросхеме К155ЛН1, элементы 9, 10, 11,12, 13, .14. 15, 16, 17, 18 и 19 И - на микросхемах К155ЛИ1, элементы 20, 21. 22, 23, 24 и 25 И-НЕ - на микросхемах К155ЛА1, дешифратор 26 - на микросхеме К155ИДЗ, формирователи 27, 28 и 29 импульсов - на микросхемах К155АГЗ.

Схема 30 ограничения (фиг.З) содержит, например, группу 43 элементов ИЛИ, группу 44 элементов И, элемент 45 И-НЕ, элемент 46 ИЛИ, элемент 47 ИЛИ, элемент 48 ИЛИ-НЕ, инвертор 49.

В зависимости от величины, на которой должен быть ограничен входной сигнал, п- разрядные входы шины 38 разбиваются на две группы: с 1 до (п - т) и с (п - т + 1) до п, причем . Первая группа разрядов - с 1 до (п - т) соединена с первыми входами группы 43 элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами группы 44 элементов И, выходы которых являются (п - т)- младшими разрядами выхода схемы 30 ограничения. Вторая группа разрядных входов шины 38 - с (п - m + 1) до п - являются соответствующими разрядами выхода схемы 30 ограничения. Они соединены с гп-вхо- дами элемента 45 И-НЕ и элемента 46 ИЛИ. Выход элемента 45 И-НЕ соединен с первым входом элемента 47 ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами группы 44 элементов И.. Выход элемента 46 ИЛИ соединен с первым входом элемента 48 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора 49, а выход - со вторыми входами группы 43 элементов ИЛИ. Второй вход элемента 47 ИЛИ и вход инвертора 49 соединены с шиной 39 знака.

Схема 31 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, причем второй вывод резистора присоединяется к шине питания, а второй вывод конденсатора - к общей шине. Вывод сопротивления, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 31 сброса.

Цифровой модулятор работает следующим образом.

После включения напряжения питания схема 31 сброса формирует сигнал, который через элементы 10 и 11 И устанавливает триггер 5 в исходное состояние и далее через элемент 12 И стробирует счетчики 2 и 3 и далее через инвертор 8 стробирует триггер 4 знака. При этом входной сигнал, пройдя через схему 30 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или в обратном (при от0

5

0

5

рицательном знаке сигнала) коде в счетчик 2, а код знака этого сигнала записывается в триггер 4 знака.

В зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой f0 проходят либо через элемент 6 ИЛИ (знак положительный) либо через элемент 7 ИЛИ (знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход обратного счета, либо на вход прямого счета счетчика 2. В зависимости от величины N входного сигнала на выходе переноса счетчика 2 через интервал времени

n-N Ъ

после стробировэния появится отрицательный импульс (фиг.4а)л. Этот отрицательный импульс с выхода счетчика 2, пройдя через элемент 9И поступает на вход установки триггера 5, на инверсном выходе которого при этом появляется сигнал низкого уровня (фиг.4в). Через интервал времени

2П

t2 T о

0

5

0

где п - количество разрядов двоичного счетчика, после стробирования на выходе счетчика 3 появится отрицательный импульс (фиг.46), который пройдя через элементы 10 и 11 устанавливает на инверсном выходе триггера 5 сигнал высокого уровня.

Этот же отрицательный импульс с выхода переноса счетчика 3 через элементы 10, 11 и 12 И стробирует счетчики 2 и 3 и далее через инвертор 8 - триггер 4 знака. Процесс формирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3 и триггера 5 повторяется. В результате на выходе триггера 5 (фиг.4в) получается сигнал со скважностью

v .N.

гуп

В зависимости от соотношения сигналов датчика положения ротора синхронного двигателя, появляющихся на шинах 40, 41, 5 42 (фиг.4г, д, е, соответственно), дешифратор 26 и элементы 20, 21. 22. 23, 24 и 25 И-НЕ, реализующие логические функции (1), подают сигналы высокого уровня.на входы той или иной пары элементов 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И. В результате широтно-модулиро- ванный сигнал поступает на соответствующие выходы 32, 33, 34, 35, 36, 37 (фиг.4ж, з, и, к, л, м) модулятора.

Формирователи 27, 28 и 29 импульсов и 5 элемент 13И необходимы для формирования раздвижки фронтов при перемене знака сигнала задания.

Таким образом, дополнительное введение в цифровой модулятор формирователя импульсов, элементов И, дешифратора и

0

элементов И-НЕ с соответствующими связями позволяет обеспечить в нем способность управления транзисторными ключами в силовой цепи синхронного двигателя.

Формула и зоб рете кия Цифровой модулятор, содержащий вый и второй счетчики, триггер знака, генератор прямоугольных импульсов, триггер, первый и второй элементы ИЛИ, инвертор, первый, второй, третий и четвертый элемен- ты И, первый и второй формирователи импульсов, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, вход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчиков, выход переноса первого счетчика соединен с первым входом первого элемента И, разрядные входы второго счетчика соединены с общей шиной, а выход переноса - с первым входом второго элемента И, разрядные в ходы первого счетчика соединены с выходами схемы ограничения, разрядные в ходы которой соединены с шинами входного сигнала, а знаковый вход - с шиной знака, выход схемы сброса соединен с вторым входом второго элемента И, о т л и ч а ю щи й- с я тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения управления цифровым модулятором транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя, в него дополнительно введены третий формирователь импульсов, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый элементы И, дешифратора пер- вый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И-НЕ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета первого счетчика, выход гене- ратора прямоугольных импульсов соединен со счетным входом второго счетчика; выход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первыми входамитриггера и чет- вертого элемента И, выход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчиков, прямой выход триггера

знака соединен с первым входом дешифратора и входом первого формирователя импульсов, а инверсный выход - с входом второго формирователя импульсов, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами пятого элемента И, выход которого соединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И и входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с вторым входом триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одинадцятого элементов И, второй, третий и четвертый входы дешифратора соединены с шинами датчика положения ротора синхронного двигателя, первый выход дешифратора соединен с первыми входами первого и шестого элементов И- НЕ, второй выход дешифратора соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И-НЕ, третий выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и шестого элементов И-НЕ, четвертый выход дешифратора соединен с первыми входами третьего и пятого элементов И-НЕ, пятый выход дешифратора соединен с вторыми входами первого и пятого элементов М-НЕ, шестой выход дешифратора соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, седьмой выход дешифратора соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, восьмой выход дешифратора соединен с третьими входами первого и пятого элементов И-НЕ, девятый выход дешифратора соединен с четвертыми входами третьего и пятого элементов И-НЕ, десятый выход дешифратора соединен с третьими входами второго и шестого элементов И-НЕ, одиннадцатый выход дешифратора соединен с четвертыми входами второго и четвертого элементов И-НЕ, двенадцатый выход дешифратора соединен с четвертыми входами первого и шестого элементов И-НЕ, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с вторыми входами шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого элементов И, выходы которых соединены с выходными шинами.

t У. V:; ;;: :; я v -. --;- - ; .-.-.

irnriTTTirirnrl ТПГ1ГПГПГТГТГЛГПГТ Т

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях системы управления. Цифровой модулятор содержит генератор прямоугольных .импульсов, счетчики, триггер знака, триггер, элементы ИЛИ, инвертор, элементы I/I. элементы W-HE, дешифратор, формирователи импульсов, схему ограничения, схему:сброса, выходные шины, шины входного сигнала, шину знака, шины датчика положения ротора синхронного двигателя. Использование данного устройства позволяет обеспечить управление цифровым модулятором транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя, 4 ил., 1 табл. .

JTJlJTJTJ

JlJlJl-rLrLrLTLn.

J JlXLTUarLnjl.

J

JTJlJTJTJTJTLrt-TL.

JTJTJ1JTJTJTJTJ-L.