Регулятор тока

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) (11) 1/4 1)4 АВТОРСКО цепи реили мощисторе. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗО СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт электродинамики АН УССРи Специальное конструкторско-технологическое бюро Института электродинамики АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 915070, кл. С 05 Р 3/00, 1982,Фонкенберн Л. Применение операционных усилителей и линейных интегральных схем;М.: Мир, 1985, с.245246, рис.9,8 б,(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вустройствах регулирования тока черезнагрузку или регулируемого отборамощности, например,при испытаниях усилителей или источников электропитания. Целью изобретения является повышение динамической стабильности тока, повышение надежности и расширениефункциональных возможностей регулятора за счет введения режима модуляциитока и цифрового управления. Регулятор содержит и-блоков регулирования 3в каждый из которых входят последовательно соединенные регулирующий транзистор 15 и датчик тока 16, а такжеузлы управления и защиты транзистораот перегрузок . Задание режима работырегулирующего транзистора 15 осуществляется путем подачи из блока параметров 1 управляющих сигналов, которые изменяют проводимость транзистора 15. Более точная установка токапроизводится благодаря действию цепиобратной связи с датчика тока 16.Блок защиты 17 выключает транзистор 15 в случае превьппения вгулирования тока, напряженияности, рассеиваемой на транэ1 з,п. ф-лы 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в уст"ройствах регулирования тока через нагрузку или регулируемого отбора мощ 5ности, например, при испытаниях усилителей или источников питания,Цель изобретения - повышение динамической стабильности тока, повышениенадежности и расширение Функциональ Оных возможностей регулятора за счетвведения режима модуляции тока и цифрового управления,На Фиг,1 представлена структурнаясхема регулятора тока; на Фиг,2 - структурная схема блока защиты,Регулятор тока содержит блок 1ввода параметров кодоуправляемъЙ ге, нератор 2 и бгоков 3 регулирования,Блок регулирования содержит первый 4и второй 5 блоки гальва.еской раз)вязки, оегнстр 6, ,логический элемент И"11 Е 7, блок 8 элементов ИЛИ,источник 9 стабильного напряжения, первый 10 и второй 11 цифроаналоговые, греобразова тели, диффереьциальныйусилитель 12, аналоговый сумматор 13,аналоговый кгиоч4, регулирующий транзистор 15, датчик 16 тока и блок 7защиты от перегрузок, Последний со;держит компараторы 18-20, перемножи тель 1, блок 22 опорных напряжений,ВЯ-триггер 23 и коммутационный элементт 24 а С 3 гОвым Входо ре Гулг тораявгяотся выводы 25 и о.,Первые выхоцы блока 1 ввода параметров соединены с первыми входамиблоков 3 реулирования, вторые вхо-.ды которых объединены и подключены квыходу кодоуправляемого импульсногогенератора , вход которого подкгпо-,чен к первому выходу блока 1 вводапараметров Входь блоков 4 и 5 гальванической развязки являются соответственно первым и вторым управгяющимивходами блока регулирования, Выходблока 4 гальванической развязки подключен к входу регистра 6, выходыпервой группы которого подключены куправляющим входам цифроаналоговогопреобразователя 10. Выход блока 5гальванической развязки подключен кодному входу логического элементаИ"НЕ 7, выход которого подключен кобъединенным одним входам блока 8логических элементов ИЛИ, другие входы которых подключены к выходам второй группы регистра 6, вьход третьей группы которого подключен к другому входу логического элемента И-НЕ 7, Выходы блока 8 логических элементов ИЛИ подкгпочены к управляющим входам цифроаналогового преобразователя 11, опорный вход которого подклочен к выходу источника 9 стабильного напряжения, Выход цифроаналогового преобразователя 11 подключен к опорному входу цифроаналогового преобразователя 10, выход которого подключен к первым входам дифференциального усилителя 12 и аналогового сумматора 13, второй вход которого подключен к выходу дифФеренциального усилителя 12, второй вход которого подключен к выходу датчика 16 тока, Бьход аналогового сумматора подключен к управляющему выводу регулирующего транзистора 15 через размыкаемые контакты аналоговогокгпоча 14, управгяющий вход которогоподклочен к выходу блока 17 защиты,Регулирующий транзистор 15 первым силовым выводом соединен с первым входным выводом датчика 16 тока, второйвходной вывод которого соединен спервым входным выводом 25, второйвходной вывод 26 подклочен к второмусиловому выводу регулиру 1 ощего транзистора 15.Второй входной вывод 26 и выходдатчика 16 тока подклочены соответственно к первому и второму входам блока 17 защиты от перегрузок, которымияьляются соответственно первые входыкомпараторов 18 и 19, которые соединены с входами перемножителя 21, Выходперемножителя соединен с первым входом компаратора 20. Вторые входы компараторов 18-20 соединены с выходамиблока 22 опорных напряжений, Выходыкомпараторов 18-20 подключены к входам установки КБ-триггера 23, входсброса которого подключен к выходукоммутационного элемента 24 ВыходЙБ-триггера 23 является выходом блока 17 защиты,1 егулятор тока работает следующим образом.Б исходном состоянии регистр 6 находится в обнуленном состоянии, логический элемент И-НЕ 7 запрещает прохождение модулирующих импульсов, а нулевое состояние на управляющих входах цифроаналогового преобразователя 1 О приводит к тому, что на его выходе - нулевое напряжение, гто напряжение проходит через дФференпиальныйразавателя 10, пропорционально уменьшается и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 1 О.Таким образом, на выходе цифроаналогового преобразователя 10 в первомслучае формируется постоянное напря"жение, пропорциональное задаваемомутоку, а во втором случае - прямоугольное, высокий уровень которого такойже, как и в первом случае, а низкийуровень пропорционально соответствует уровнюпровала" тока при его модуляции,Напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 10 поступает черезаналоговый сумматор 13 и аналоговыйключ 14 на управляющий электрод регулирующего транзистора 15, Это приводит к установлению некоторого,близкого к заданному, тока в цепивывод 26 - транзистор 15 - датчик 16тока - вывод 25 (при этом предполагается, что между выводами 25 и 26приложено напряжение от некоторогоиспытываемого внешнего источника).Более точно ток устанавливается в результате действия обратной связи,напряжение которой от датчика 16 тока поступает на инверсный вход дифФеренциального усилителя 12, гдесравнивается с выходным напряжениемцифроаналогового преобразователя 10,и сигнал ошибки через аналоговый сумматор 13 и аналоговый ключ 14 воздействует на управляющий электрод.транзистора 15, После этого ток в це"пи выводов 25 и 26 устанавливаетсяболее точно, На входы блока 17 защитыот перегрузок поступают напряжения,пропорциональные напряжению между выводами 26 и 25 и току в цепи этих вы"водов, В блоке защиты эти напряженияи/или их Функции сравниваются с заданными, и в случае превышения заданных постоянных значений блок защитывоздействует на управляющий вход аналогового ключа и переключает транзистор 15 в безопасное состояние,В качестве примера на фиг,2 показан блок 7 защиты от перегрузок, защищающий транзистор 15 от избыточноготока, избыточной мощности, избыточна"го напряжения путем запирания транзистора (и замыкания перехода баэаэмиттер при применении биполярноготранзистора), Напряжение, пропорциональное току в цепи силовых выводовтранзистора 15 поступает на первые з 1432481усилитель 12, аналоговый сумматор 13и аналоговый ключ 4 на управляющийвывод транзистора 15 и запирает его,Ток в регулируемой цепи не проходит5независимо от напряжения на входныхсиловых выводах 25 и 26.При подаче из блока 1 ввода параметров управляющих сигналов происходит установка частоты в кодоуправляемом импульсном генераторе 2 и черезблок 4 гальванической развязки устанавливается управляющий код в регистре 6.При этом возможны два случая, 15В первом случае на выходе третьейгруппы регистра 6 устанавливаетсяуровень логического нуля, Тогда логический элемент И-НЕ 7 блокирует прохождение импульсов от кодоуправляемого импульсного генератора 2 черезблок 5 гальванической развязки и напервые входы блока 8 логических элементов ИЛИ поступает уровень логической единицы, На выходах блока 8 логических элементов ИЛИ устанавливаетсяуровень логической единицы и напряжение источника 9 стабильного напряжения без изменений поступает через цифроаналоговый преобразователь 11 на 30опорный вход цифроаналогового преобразователя 10. Напряжение на выходе последнего устанавливается постоянными пропорциональным числовому значениюкода, поступающего с выхода первойгруппы регистра 6 на управляющие входы цифроаналогового преобразователя 10,Во втором случае на выходе третьейгруппы регистра 6 устанавливается 40уровень логической единицы. Тогда логический элемент И-НЕ 7 разрешаетпрохождение импульсного напряжения откодоуправляемого импульсного генератора 2 через блок 5 гальванической 45развязки на первые входы блока 8 элементов ИЛИ. При уровне логическойединицы на этих входах уровни напряжений на выводах цифроаналогового преобразователя 10 те же, что и в первомслучае, а при уровне логического нуля код с выходов второй группы регистра 6 поступает на управляющие входыцифроаналогового преобразователя 11 инапряжение на его выходе уменьшаетсяпропорционально числовому значениюкода на его управляющих входах, Поскольку это напряжение поступает наопорный вход цифроаналогового преоб 1432481входы компаратора 18 и перемножителя 21. Напряжение с выводов 25 и 2 бпоступает на второй вход перемножителя 21 и на первый вход компаратора 19,5С выхода перемножителя 21 напряжение,пропорциональное мощности, рассеиваемой на транзисторе 15, поступает напервый вход компаратора 20, На вторые входы компараторов 18-20 подаютпостоянные напряжения от блока 22опорных напряжений,При превьпчении указанными током,напряжением или мощностью заданныхзначений напряжение на первом входеминимум одного из компараторов 18-20Становится большим, чем напряжениена втором входе того же компаратораи последний устанавливает КБ-триггер 23 Уровень логической единицы с 20выхода КБ-триггера 23 действует нааналоговый ключ 14, который отключаетуправляющий электрод транзистора 15от выхода аналогового сумма. тора,обеспечивая защиту транзистора от перегрузок, В случае применения биполярного транзистора 15 аналоговый ключ 14замыкает эмиттерный переход транзистора и, благодаря тому, транзисторможет выдержать большее напряжение 30эмиттер-коллектор.Для восстановления работоспособНости регулятора после срабатываниязащиты необходимо замкнуть коммутационный элемент 24, который переводитВБ-триггер 23 в сброшенное состояние,Для испытаний вторичных источниковэлектропитания с большим числом выХодных каналов или при испытанияхМногоканальных усилителей число блоКов регулирования может быть установлено равным числу выходов испытываеМого устройства,При резком изменении напряжения между выводами 25 и 26 или при моду,45 ляции тока, формируемого на выходе цифроаналогового преобразователя 10 прямоугольным напряжением в цепи обратной связи могут возникать возмущения, Относительная амплитуда возмуще 50 ния зависит от соотношения напряженияна выходе цифроаналогового преобразователя 10 н диапазона д Б измене - ния напряжения на выходе дифференциального усилителя 12 и может достичь значения Такал амплитуда возмущения соответствует, например, скачкообразному нарастанию напряжения между выводами 25и 2 б от нулевого значения до некоторого постоянного, когда напряжениеошибки на выходе дифференциальногоусилителя 12 переходит от максимального одной полярности к максимальномупротивоположной полярности (ограниченному диапазоном выходных напряжений дифференциального усилителя 2)значению,Повышение надежности достигаетсяблагодаря ограничению режимов работытранзистора 15 областью работоспособности .(ограничению по напряжению, потоку и по мощности) и отключениюэтого транзистора при выходе его режима из зоны области работоспособности.Этим снижается вероятность выходаиз строя транзистора из-за пробоя илиперегрева.Расширение функциональных возможностей регулятора достигается введением отсутствующего в известном регуляторе режима модуляции тока, необходимого для динамических испытаний источников электрического тока, и введением цифрового управления, позволяющего включать регулятор тока в состависпытательных комплексов, управляемых от ЭВМ, и тем самым автоматизировать процесс испытаний источников питания или усилителей,Ф о р м у л а изобретения1, Регулятор тока, содержащий блок регулирования, в который входят датчик тока, дифференциальный усилитель и регулирующий транзистор, первый силовой вывод которого через датчик тока соединен с первым входным выводом, второй силовой вывод регулирующего транзистора является вторым входным выводом, выход датчика тока подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения динамической стабильности тока, повышения надежности и расширения функциональных возможностей за счет введения режима модуляции тока н цифрового управления, в него введены блок ввода параметров, кодоуправляемый импульсный генератор п-дополнительных блоков регулирования, во все блоки регулирования введены первый и второй блоки гальваническойразвязки, регистр, логический элемент И-НЕ, блок логических элементов ИЛИ, источник стабильного напряжения, первый и второй цифроаналоговые преобра 5 зователи, аналоговый сумматор, аналоговый ключ, блок зашиты от перегрузок, при этом первый выход блока ввода параметров соединен с входом кодоуправляемого импульсного генератора, первые управляющие входы блоков регулирования соединены с соответствующими вторыми выходами блока ввода парамет,ров, вторые управляющие входы блоков регулирования объединены и соединены 15 с выходом кодоуправляемого импульсного генератора, первый вход блока защиты от перегрузок соединен с выходом датчика тока, а второй вход - с вторым входным выводом, первый вход 20 аналогового сумматора соединен с выходом дифференциального .усилителя, а второй вход - с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и выходом первого цифроаналогового пре образователя, первый размыкаемый контакт аналогового ключа соединен с выходом аналогового сумматора, второй размыкающий контакт которого соединен с управляющим электродом регули рующего транзистора, выход второго цифроаналогового преобразователя соединен с опорным входом первого цифроаналогового преобразователя, выход источника стабильного напряжения соединен с опорным входом второго цифроаналогового преобразователя, выходы блока логических элементов ИЛИ соедииены с управляющими входами второго цифроаналогового преобразователя, вы ходы первой группы регистра соединены с управляющими входами первого цифроаналогового преобразователя, выходывторой группы - с первыми входами блока логических элементов ИЛИ, выходытретьей группы - с первым входом логического элемента И-НЕ, выход логичес.кого элемента И-НЕ соединен с объединенными вторыми входами блока логических элементов ИЛИ, вход первого блокагальванической развязки является первым управляющим входом блока регулирования, а выход соединен с входом ре-.гистра, вход второго блока гальванической развязки является вторым управляющим входом блока регулирования, авыход соединен с ьторым входом логического элемента И-НЕ, управляющийвход аналогового ключа соединен с выхотом блока защиты2, Регулятор по п,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок защиты содержит К-триггер, три компаратора,перемножитель, блок опорных напряжений и коммутадионный элемент выходыкомпараторов соединены соответственно с установочными входами КБ-триг-.гера, выход коммутационного элементасоединен с входом сброса триггера,первые входы компараторов соединенысоответственно с вь.ходами блока опорных напряжений, второй вход первогокомпаратора соединен с первым выходом перемножителя и является первымвходом блока защиты, второй вход второго компаратора соединен с вторымвходом перемножителя и является вторым входом блока защиты, второй входтретьего компаратора соединен с выходом перемножителя, выход триггераявляется выходом блока защиты,Составитель Е,финогеновТехред М,Дидык Корректор О,Крав Редактор И,Горная каэ 5439/4 одписно го комитета ССий и открытийушская наб., д играфическое предприяти эводственно Тираж 866 ВНИИПИ Государственн по делам иэобрете 13035, Москва, ЖР