Двухпозиционная система регулирования тока

(71) Всесоюзный научно-ительский проектно-констри технологический инстит сследова торскии релестрое ния-ток197 ванов Е щ уп с. 7 л 1 частот Энерги орское свидетельство 78, кл. С 05 Г 1/10,ССР 980(57) Изотротехнисистемам ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ХПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИТОКАбретение относится к элекке, в частности к импульсным автоматического регулирования. Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия и повышение точности обработкивходного сигнала. В изобретении переключение ключей ключевого преобразователя осуществляется не только вфункции достижения сигналом рассогласования пороговой величины компаратора 2, но и в функции длительностиэтого рассогласования за счет введения усилителя 3 и блока 7 выдержкивремени. Благодаря этому при малыхпротивоЭДС нагрузки 22 снижаются пульации выходного тока при ограниченной частоте коммутации ключей ключевого преобразователя 3. Ток нагрузки в этом случае более точно воспроизводит входной сигнал, а его среднеквадратичная величина приближаетсяк, средней, что повышает коэффициентполезного действия устройства. 2 ил.1291941 Изобретение относится к электротехнике, в частности к импульснымсистемам автоматического регулирования, и может быть использовано нтранзисторных электропринодах постоянного и переменного тока,Цель изобретения - повышение КПДпри одновременном повышении точности воспроизведения входного сигнала.На фиг.1 приведена функциональная схема двухпозиционной системырегулирования тока, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу,Двухпозиционная система регулирования тока содержит источник 1 входного сигнала, выход которого подключен к инвертирующему входу первого компаратора 2, неиннертирующий вход которого совместно с первым входом усилителя 3 рассогласования подключен к общей шине. Второй вход усилителя 3 рассогласования подключен к выходу датчика 4 тока, а третий вход соединен с выходом источника 1 входного сигнала. Выход усилителя 3 рассогласования подключен к инвертирующему входу второго компаратора 5, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а выход соединен с первым входом б блока 7 выдержек времени и с общей точкой последовательно включенных диодов 8 и 9, катод диода 8 подключен к второму входу 10, а анод диода 9 - к третьему входу 11 блока 7 выдержек времени.Выходы блока 7 ныдержек времени подключены к первому и второму входам логического узла 12, к третьему входу которого подключен выход первого компаратора 2. Логический узел управляет ключевым преобразователем 13 напряжения, содержащим ключи 14- 17, включенные по мостовой схеме и шунтированные обратными диодами 18- 21. Цепь нагрузки 22 включена последовательно с датчиком 4 тока в диагональ мостовой схемы ключевого преобразователя 13 напряжения.Блок 7 выдержек времени содержит два транзистора 23 и 24 разного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с общей шиной, схемы, базы - между собой и подключены через резисторы 25 к первому входу б блока 7 выдержек времени, коллектор И - Р-Л транзистора 23 подключен через ре 2зистор 2 б к источнику положительного напряжения и непосредственно соединен с вторым входом 10 блока 7 выдержек времени, входом пороговогоэлемента 27 и первым выводом конденсатора 28, второй вывод которогоподключен к общей шине, а коллекторр-и-р транзистора 24 подключен через резистор 29 к источнику отрицаЮ тельного напряжения и непосредственно соединен с третьим входом 11.блока 7, входом порогового элемента 30 и первым выводом конденсатора 31 второй вывод которого подсое-динен к общей шине. Выходы пороговыхэлементов 27 и 30 являются выходамиблока 7 выдержек времени,Двухпозиционная система регулирования работает следующим образом.20 Предположим, что н начальный момент времени (фиг,2) напряжение входного сигнала 13, близко к нулю, нонсе же меньше нуля., противоЭДС нагрузки Е=О, конденсатор 28 заряжен,25 на выходах порогового элемента 27и компаратора 2 имеются положительные сигналы и включены ключи 14 и 17ключевого преобразователя 13 напряжения (фиг.1). Тогда ток н нагрузкеЗО 22 начинает нарастать в положительном направлении. На выходе усилителя-рассогласования появляется отрицательный сигнал П , а на выходе компаратора 5 - положительный сигнал35 У, который вызывает открываниетранзистора 23 и запирание транзистора 24, Конденсатор 28 быстро разряжается, вызывая снятие положительного сигнала с выхода порогового40 элемента 27 и отключение логическимузлом 12 одного из ключей, например, 14,Как только ключ 14 отключится,ток н нагрузке под действием запасенной в ее индуктинности энергии начнет протекать через ключ 17 и обратный диод 20, медленно уменьшаясь по величине. Одновременно начинается заряд конденсатора 31 и отсчет выдержки времени " . Как только конденса 2тор зарядится до напряжения, соответствующего порогу порогового элемента 30 (ь ), на выхоце последнего появится положительный сигнал (отсчет выдержки времени Г закончился), под действием которого логический узел 12 отключит ключ 17. Ток н нагрузке 22 быстро спадет до,мент времени), что вызовет включение ключа 14, и процесс нараста ния тска начнется раньше, чем он начинался в предыдущие периоды. Таким 20 образом, амплитуда пульсаций токабудет на уровне ах а частота будетувеличиваться по мере роста противоЭДС Е. Далее работа идет беэ влияния выдержек времени на процесс переключения.Если же противоЭДС изменит свойзнак на отрицательный (момент времени Й ), то в режиме эакоротки нагрузки (когда включен только один из 30 ключей 14 или 17) ток начнет возрастать под действием этой ЭДС. Приэтом как только напряжение датчикатока П станет больше fо модулю сигнала Б произойдет разряд конденфсатора 28 и начнется заряд конденсаКак только выходной сигнал датчи-. ка тока 0сравняется по модулю с сигналом П , произойдет смена знака сигнала на выходе компаратора 5,разряд конденсатора 28, отключитсяключ 14 и начнется снижение тока в нагрузке. При этом иа вьводе компаратора 5 снова станет отрицательный сигнал и начнется нЬвый заряд кон- ц денсатора 28, т.е. начнется отсчет выдержки времени Ч, по окончании которой произойдет включение ключа 14 и новое нарастание тока нагрузки. Далее процесс повторяется. Амплитуда пульсаций тока при этом зависит от величины индуктивности нагрузки (по постоянной времени нагрузки) и от величиныТ, Последняя определяет 3 129 нуля, протекая через обратные диоды 19 и 20 встречно напряжению питания ключевого преобразователя 13 напряжения, и затем начнет нарастать в обратном направлении до тех пор по" ка не восстановят вапирающие свойства диоды 19 и 20. Если к этому времени сигнал на выходе источника 1 входного сигнала под действием, например, системы регулирования верхнего уровня (не показана) изменит знак на положительный, то, благодаря изменению знака выходного сигнала компаратора 2 на отрицательный сигнал, логический узел включит ключи 15 и 16 и ток нагрузки будет протекать частично и через эти ключи.Нарастание тока в отрицательном направлении будет происходить до тех пор, пока не сменят знаки сигналы 17, и 0 и пока не включится транзистор 24, который вызовет снятие положительного сигнала и порогового элемента 30 и отключение одного из ключей 15 или 16, например 15. Цепь нагрузки замыкается при этом черезключ 16 и диод 21. Далее начинается заряд конденсатора 28 и отсчет выдеркки времени т, и т,д. Если, например, в момент времени С, сигнал О, изменится скачком до величины (фиг.2), при которой сигнал на выходе усилителя 3 рассогласования станет больше порога порогового элемента 27 ( ь ,), то через диод 8 произойдет быстрый заряд конденсатора 28, появится положительный сигнал ла выходе порогового элемента 27 и включатся два ключа 14 и 16. также максимально возможную частоту переключения ключа 14 в этом режиме,Если, например, в моменты времени С, и С произойдет увеличение противоЭДС нагрузки Е, то процесс регулирования тока изменится лишь в той части, что увеличится скорость снижения тока во время отсчета выдержки 7, и увеличится амплитуда пульсации тока. Если эта амплитудадостигнет величины М т.е, сигнал на выходе усилителя 3 рассогласования достигнет порога ато напряжение на конденсаторе 28 форсированно достигнет этого же порога (мо,тора 31, т.е. отсчет выдержки времени т Если во время отсчета выдержки времени Т напряжение Б прейвысит У, на величину порога а апревысит порог а, то конденсатор 31 форсированно зарядится до порога 4 появится положительныйЗОсигнал на выходе порогового элемента 30 и произойдет отключение остав" шегося включенным ключа 17. Ток нагрузки начнет спадать, протекая через обратные диоды 19 и 20. При этом ключи 15 и 16 не включаются, так как сигнал на выходе компаратора 2 остается как и раньше положительным. При достижении напряжением Бд уровня сигнала У, произойдет мгновенный разряд конденсатора 31 через транзистор 24, снимется положительный сигнал с выхода порогового элемента 30 и включится ключ 15. Ток в нагрузке снова начнет нарастать и начнется новый отсчет выдержки вре5 12919 мениЕсли сигнал 11 з не достигнет порога ь а напряжение Б его превысит (момент времени С 1), то ключ 17 отключится раньше, чем будет достигнут порог ы т.е, переключение произойдет в функции выдержки времени, Далее процессы повторяются.Таким образом, при малых уровнях противоЭДС нагрузки переключение ключей ключевого преобразователя напря жения происходит только в Функции выдержек времени , илии при амплитуде пульсаций, меньшей а 1 и тем меньшей, чем меньше величина Е. Фо р м ул а изобретения Двухпозиционная система регулирования тока, содержащая клемму для подключения входного сигнала, первый 20 и второй компараторы, трехвходовой логический узел, ключевой преобразователь напряжения, клеммы для подключения нагрузки и датчик тока,причем первый компаратор входом подсоединен к клемме для подключения входного сигнала, а выходом соединен с первым входом логического узла, выходы которого подключены к управляющим входам ключевого преобразователя напряжения, выходом подсоединенного к последовательно соединенным клеммам для подключения нагрузки и датчику тока, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения 35 КПД при одновременном повышении. точности воспроизведения входного сиг" нала, в нее введены усилитель рассогласования, первый вход которого подсоединен к клемме для подключе ния входного сигнала, а второй вход подключен к выходу датчика тока, блок выдержек времени, выходы которого подключены к второму и третьему входам логическо:о узла, первый входблока выдержек времени подключен квыходу второго компаратора, инвертирующий вход которого подключен квходу усилитепя рассогласования, анеинвертирующий вход подсоединен кобщей шине, и последовательно включенные диоды, общая точка которыхподключена к выходу уснлителя.рассогласования, катод одного из нихподключен к второму входу блока вы,цержек времени, а анод другого подсоединен к третьему входу блока выдержек времени, причем упомянутыйблок выдержек времени включает в себя два транзистора разного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с общей шиной, базы соединенымежду собой и подключены через первый резистор к первому входу блокавыдержек времени, коллектор одноготранзистора подключен через второйрезистор к первой клемме для подключения вспомогательного источника питания и непосредственно соединен свторым входом блока выдержек времени,входом первого порогового элементаи первым выводом первого конценсатора, второй вывод которого подключенк общей шине, коллектор другого травзистора подключен через третий резистор к второй клемме для подключения вспомогательного источника питания и непосредственно соединен стретьим входом блока выдержек времени, входом второго порогового элемента и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого совместно с третьей клеммой для подключения средней точки вспомогательногоисточника питания подключен к общейшине, выходы пороГовых элементовподсоединены к выходам блока выдержек времени.