SU1621128A1 - Variable current source - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в быстропе- рестраиваемых по мощности регулируемых источниках питани . Цель изобретени  - 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, регул тора 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 позвол ет уменьшить потери мощности в нагрузке, обусловленные переменной составл ющей , путем увеличени  частоты пульсаций тока при одновременном уменьшении размаха пульсаций. 3 ил. |А JSiStuf вы г ю чэ 09 The invention relates to electrical engineering and can be used in power-adjustable power sources. The purpose of the invention is to improve the quality of the output current. The current source consists of a master 1 and N - 1 slave amplifying-converter 7 blocks. Each block consists of an integrator 3, a relay element 5, keys 7, 8, an additionally inserted time delay block 11, a compensation block 13, a current controller 15, an adaptation block 17, an adder 19, a comparator 21, a power stage 23, and a current sensor 25 connected in a specific way. Moreover, the output of the block of time delay 11 through the key 9 is connected to the input of the relay element 5, and the input to the second input of the current source. The first output of the current source is connected to the input of the relay element 5. The first input of each previous amplifier-conversion unit is connected to the second input of the subsequent unit. The invention makes it possible to reduce the power loss in the load due to the variable component by increasing the frequency of the current pulsations while reducing the scope of the pulsations. 3 il. | And JSiStuf you r you che 09

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, в быстроперестраиваемых по мощности регулируемых источниках питани ,fThe invention relates to electrical engineering and can be used in electric drive systems, in fast-tunable power sources, f

Целью изобретени   вл етс  улучшение качества выходного тока за счет увеличени  частоты и уменьшени  размаха пульсаций тока в нагрузке при неизменных частоте и размахе пульсаций тока в параллельно включенных усилительно-преобразовательных блоках.The aim of the invention is to improve the quality of the output current by increasing the frequency and decreasing the amplitude of the current ripples in the load at constant frequency and the amplitude of the current ripples in the parallel-connected amplifying and conversion units.

На фиг, 1 приведена функциональна  схема регулируемого источника тока; на фиг. 2 - схема регул тора тока с блоками компенсации и адаптации; на фиг, 3 - эпюры напр жений на основных элементах регулируемого источника тока.Fig, 1 shows a functional diagram of the adjustable current source; in fig. 2 is a current regulator circuit with compensation and adaptation blocks; Fig. 3 shows voltage plots on the main elements of a controlled current source.

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).The proposed adjustable current source contains one master 1 and N -1 slave amplifying-conversion units (UPB) (in Fig. 1 shows one master 1 and one slave 2 UPB).

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, регул тор 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, обща  точка 29 соединени  которых образует вывод дл  подключени  нагрузки 30.Each UPB contains an integrator 3 (4), a relay element 5 (6), two keys first 7 (8) and second 9 (10), time delay 11 (12), block 13 (14) compensation, regulator 15 (16) current, block 17 (18) adaptation, adder 19 (20), comparator 21 (22), power stage 23 (24), current sensor 25 (26) and smoothing choke (not shown), as well as keys 27 and 28, are common The connection point 29 forms an output for connecting the load 30.

В каждом УПБ имеетс  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.Each UPB has two inputs: the first 31 (32) and the second 33 (34) and two outputs: the first 35 (36) and the second 37 (38). The first output of the first UPB is connected to the second input of the second UPB, and the second outputs 37 and 38 are connected via keys 27 and 28 to the load 30.

Регул тор 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).The current controller 15 (16) has inputs 39 (40) and 41 (42). Block 17 (18) adaptation has inputs 43 (44) and 45 (46). The adder 19 (20) has inputs 47 (48) and 49 (50). The comparator 21 (22) has inputs 51 (52) and 53 (54). The current sensor 25 (26) is made with outputs 55 (56) and 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.In the UPB master, the first 7 key is closed, and the second key 9 is open. In all N - 1 slaves UPB (in the drawing only two are shown) the first 8 key is open, and the second key 10 is closed.

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) регул тора тока 15 (16) и второму входу 45 (46) блока 17 (18) адаптации, первый вход 39 (40) регул тора 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), первыйThe sensor input 25 (26) current is connected to the output of the power stage 23 (24), the first output 55 (56) - to the load, the second output 57 (58) - to the second input 41 (42) of the current regulator 15 (16) and the second the input 45 (46) of the adaptation block 17 (18), the first input 39 (40) of the current regulator 15 (16) and the first input 40 (46) of the adaptation block 17 (18) are connected to the input 31 (32) of the UPB. The input of the power stage 23 (24) is connected to the output of the comparator 21 (22), the first

вход 51 (52) которого подключен к выходу интегратора 3 (4), а второй вход 53 (54) - к выходу сумматора 19 (20). Выход регул тора 15 (16) тока через блок 13 (14) компенсацииthe input 51 (52) of which is connected to the output of the integrator 3 (4), and the second input 53 (54) - to the output of the adder 19 (20). The output of the controller 15 (16) current through block 13 (14) compensation

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.connected to the first input 47 (48) of the adder 19 (20), the second input 49 (50) of which is connected to the output of the adaptation block 17 (18), the First key 7 (8) is connected between the output of the integrator 3 (4) and the input of the relay element 5 (6), the second 9 (10) key through the time delay 11 (12) is connected to the second input 33 (34) SIL 1 (2). The output of the relay element 5 (6) is connected to the input of the integrator 3 (4) and to the first output 35 (36) of the UPB.

Интегратор 3 (4). релейный элементб (6), компаратор 21 (22), выходной каскад 23 (24) и датчик 25 (26) тока  вл ютс  известными функциональными элементами.Integrator 3 (4). The relay element (6), the comparator 21 (22), the output stage 23 (24) and the current sensor 25 (26) are known functional elements.

Блок 17(18) (фиг. 2) адаптации имеет дваBlock 17 (18) (fig. 2) of adaptation has two

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 выводinputs 43 (44), 45 (46) and one output. Block 17 contains four resistors 59–62, an operational amplifier 63 of the K553UD2 type, and a capacitor 64, one of which is connected to the common bus and the other is

через первый резистор 59 - к первому входу 43 (44), через второй резистор 60 к неинвертирующему входу операционного усилител  63, подключенному, в свою очередь, через третий резистор 61 к второму входу 45 (46)through the first resistor 59 to the first input 43 (44), through the second resistor 60 to the non-inverting input of the operational amplifier 63 connected in turn through the third resistor 61 to the second input 45 (46)

блока 17 (18) адаптации и через четвертый резистор 62 к выходу операционного усилител  63,  вл ющемус  выходом блока адаптации .block 17 (18) adaptation and through the fourth resistor 62 to the output of the operational amplifier 63, which is the output of the adaptation block.

Регул тор тока 15 (16) имеет два входаThe current controller 15 (16) has two inputs

39 (40) и 41 (42) и один выход регул тора тока реализует стандартный закон регулировани . 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 усилител  63,39 (40) and 41 (42) and one current regulator output implements a standard control law. Three resistors 65, 66 and 67, a capacitor 68 and an operational amplifier 69, the non-inverting input of which is connected to the first input 39 (40) through the first resistor 65, through the second resistor 66 to the second 41 (42) input and through a series resistor-capacitor circuit 67-68 to output 70 of operational amplifier 63,

 вл ющемус  выходом 49 (48) регул тора тока 15(16).which is the output 49 (48) of the current regulator 15 (16).

Блок 13 (14) компенсации имеет один вход и один выход и содержит общий резистор 71 и N - 1 включенных параллельно цепей, кажда  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  вл етс  выходом 76 блока 13 (14) компенсации .Block 13 (14) compensation has one input and one output and contains a common resistor 71 and N - 1 connected in parallel circuits, each of which contains one resistor 72 one switch 73. The first output of the resistor 72 is connected to one output (input) 74, and the second through the key 73 - to another output 75 of the common resistor 7g. Pin 75 is the output 76 of compensation block 13 (14).

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,The adder 19 (20) (Fig. 2) is made of two resistors 77, 78 and one operational amplifier 79 of the type K553UD2. It contains two inputs 47 (48) and 49 (50) and one output 80,

Ключи 7 (8), 9 (10), 27, 28 и 73 выполнены в виде перемычек.The keys 7 (8), 9 (10), 27, 28 and 73 are made in the form of jumpers.

Регулируемый источник тока работает следующим образом.Adjustable current source operates as follows.

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  вл етс  ведущим, а остальные N - 1 - ведомыми,Suppose that in the first UPB the key 7 is closed, the key 9 is open, and in the second UPB (and the rest) the key 8 is open, the key 10 is closed. In this case, the first transducer is the master, and the remaining N - 1 slaves,

Пусть в исходном состо нии (момент времени ti на фиг. 3) напр жение 81 на выходе интегратора 3 равно напр жению 82 срабатывани  порогового (релейного) элемента 5, пороговый элемент находитс  в состо нии, при котором его выходное напр жение 83 равно +Uoi, и под действием этого напр жени  интегратором 3 формируетс  линейно падающее напр жение 81 (фиг. 3). При достижении выходным напр жением 81 порога 84 опускани  реле (момент времени t2 на фиг. 3) напр жение 83 на выходе последнего мен ет знак и становитс  равным-Uoi. В результате этого напр жение 81 9чинает возрастать до тех пор, пока его величина не станет равной порогу 82 срабатывани  релейного элемента 5 (момент времени t3 на фиг. 3) Далее релейный элемент мен ет состо ние, и начинаетс  процесс убывани  напр жени . Таким образом , в схеме интегратор 3 - релейный элемент 6 организуетс  автоколебательный режим работы, напр жение 81 на выходе интегратора 3 имеет форму равнобедренного треугольника, посто нную амплитуду и период Т, а напр жение 83 на выходе релейного элемента 5 имеет форму симметричных двухпол рных пр моугольных импульсов с амплитудой Den и тем же периодом Т.Suppose that in the initial state (time ti in Fig. 3) the voltage 81 at the output of the integrator 3 is equal to the voltage 82 of the response of the threshold (relay) element 5, the threshold element is in the state at which its output voltage 83 is + Uoi , and under the action of this voltage, a linearly falling voltage 81 is formed by the integrator 3 (Fig. 3). When the output voltage 81 reaches the threshold 84 for lowering the relay (time t2 in Fig. 3), the voltage 83 at the output of the latter changes sign and becomes equal to-Uoi. As a result, the voltage 81 9 begins to increase until its value becomes equal to the threshold 82 of the operation of the relay element 5 (time t3 in Fig. 3) Next, the relay element changes state and the voltage decreasing process begins. Thus, in the scheme the integrator 3 - relay element 6 organizes a self-oscillatory mode of operation, the voltage 81 at the output of the integrator 3 has the form of an isosceles triangle, a constant amplitude and period T, and the voltage 83 at the output of the relay element 5 has the form of symmetric two-pole pr pulses with amplitude Den and the same period T.

Напр жение 81 вместе с выходным напр жением регул тора 19 (20)тока поступает на вход реверсивного компаратора 21 (22). Генератор пилообразного напр жени , состо щий из интегратора 3 и релейного элемента 5, вместе с реверсивным компаратором 21 (22) образуют широтно-импуль- сный модул тор, так что выходное напр жение блока 21 (22) представл ет собой последовательность пр моугольных импульсов с периодом следовани  Т и длительностью и пол рностью, завис щими соответственно от величины и знака выходного напр жени  регул тора тока 15 (16). Эти импульсы управл ют транзисторными ключами силового каскада 23 (24).Voltage 81 together with the output voltage of current regulator 19 (20) is fed to the input of reversing comparator 21 (22). The sawtooth generator, consisting of the integrator 3 and the relay element 5, together with the reversing comparator 21 (22), forms a pulse-width modulator, so that the output voltage of the block 21 (22) is a sequence of square pulses a period of following T and duration and polarity, depending, respectively, on the magnitude and sign of the output voltage of the current regulator 15 (16). These pulses drive the transistor switches of the power stage 23 (24).

Выходное напр жение 83 релейного элемента 5 первого УПБ поступает и на вход интегратора 3 первого УПБ и через блок 12The output voltage 83 of the relay element 5 of the first UPB is fed to the input of the integrator 3 of the first UPB and through the block 12

временной задержки на вход релейного элемента б второго УПБ. На выходе релейного элемента 6 формируетс  двухпол рное пр моугольное выходное напр жение 83,the time delay for the input of the relay element b of the second UPB. At the output of the relay element 6, a two-pole rectangular output voltage 83 is formed,

5 сдвинутое относительно импульсов на выходе релейного элемента 15 на T/N (в нашем случае на Т/2).5 is shifted relative to the pulses at the output of the relay element 15 at T / N (in our case, at T / 2).

Двухпол рное пр моугольное выходное напр жение 85 релейного элемента 6 посту0 пает на вход интегратора 4 второго УПБ и обусловливает формирование на выходе последнего пилообразного напр жени  86 аналогично тому, как это происходило на выходе интегратора 3 под действием вход5 ного напр жени  81. Напр жение 81 поступает на вход компарзтооа 2-1 первого УПБ, а напр жение 86, сдвинутое на Т/2 (в общем случае на T/N), поступает на вход компаратора 22 второго УПБ в качестве опорногоThe bipolar rectangular output voltage 85 of the relay element 6 is supplied to the input of the integrator 4 of the second UPB and causes the formation at the output of the last sawtooth voltage 86 in the same way as it did at the output of the integrator 3 under the influence of the input voltage 81. Voltage 81 arrives at the input of the comparator 2-1 of the first UPB, and the voltage 86 shifted by T / 2 (generally T / N) is fed to the input of the comparator 22 of the second UPB as a reference

0 напр жени  широтно-импульсных модул торов , формирующих последовательность выходных импульсов с периодом следовани  Т и длительностью и пол рностью, завис щими от величины и знака выходного0 voltage pulse-width modulators that form a sequence of output pulses with a period of following T and duration and polarity depending on the size and sign of the output

5 напр жени  регул тора тока первого и второго УПБ5 voltage regulator current first and second UPB

Регулирование тока в N-ом блоке осуществл етс  с помощью пропорционально0 интегрального регул тора 15 (16), на входы 39 (401 41 (42) которого подаютс  соответственно заданное зад и истинное 0с значени  тока канала. С выхода регул тора 15 (Ш сигнал проходит через блок 13 компенса5 ции, который устран ет взаимное вли ние каналов регулировани  тока друг на друга и тем самым обеспечивает неизменность настройки параметров регул тора тока 15 (16) при изменении числа параллельно работаю0 щихУПБThe current in the Nth block is controlled by proportional0 to the integral controller 15 (16), to the inputs 39 (401 41 (42) of which, respectively, the setpoint and true 0c channel current values are supplied. From the output of the controller 15 (W signal passes through the compensation block 13, which eliminates the mutual influence of the current control channels on each other and thereby ensures that the settings of the current regulator parameters 15 (16) remain unchanged when the number of concurrent CPUs changes

При индуктивном характере нагрузки на выходе первого УПБ формируетс  ток 87, на выходе второго УПБ - ток 88 с периодом следовани  Т, а на выходе источника - токWith the inductive nature of the load, at the output of the first UPB a current 87 is formed, at the output of the second UPB - a current 88 with a period of following T, and at the source output - a current

5 89 с периодом следовани  Т/2.5 89 with a period of following T / 2.

Блок 17 (18) адаптации обеспечивает неизменность параметров переходных процессов в цепи нагрузки при изменении ееBlock 17 (18) adaptation ensures the immutability of the parameters of transients in the load circuit when it changes

0 параметров в некоторых пределах. Он выполнен на резисторах 59 и 60 и конденсаторе 64 и  вл етс  эталонной моделью, задающей желаемую динамику переходного процесса в канале. Выходной сигнал эта5 лонной модели сравниваетс  с реальным сигналом тока канала. В случае отпичи  реального процесса от желаемого по вл етс  корректирующий сигнал, стрем щийс  при- близить реальный переходный процесс к желаемому.0 parameters in some limits. It is made on resistors 59 and 60 and a capacitor 64 and is a reference model defining the desired transient dynamics in the channel. The output signal of this model is compared to the actual signal of the channel current. In the case of rejecting the actual process from the desired, a correction signal appears, which tends to bring the actual transition process closer to the desired one.

Claims (1)

Формула изобретени  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 двум  входами и двум  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 изменени  коэффициента передачи , регул тор 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 дл  подключени  нагрузки, другой выходной вывод  вл етс  общим, а другой выход датчика тока соединен с вторыми входами ре- гул тора тока и блока адаптации, первыеClaims of the Invention An adjustable current source containing N identical pulse-width-pulsed amplifier-converter units, the first of which is master and N-1 are driven, each of which is made with two inputs and two outputs and includes a master oscillator made on the integrator, relay element and switching unit on two keys, one mz of which is connected between the integrator's output and the input of the relay element, the output of which is connected to the integrator's input, a gain compensation unit, a current controller, a unit adapting to changes in the parameters of the load circuit, adder, comparator, power stage and current sensor, whose input is connected to the output of the power stage, one output of the current sensor is connected to the second output of the amplifier-converter unit and through a key element to the output output for connecting the load, the other the output terminal is common, and the other output of the current sensor is connected to the second inputs of the current controller and the adaptation unit, the first входы которых соединены с первым входом усилительно-преобразовательного блока, соединенным с входным выводом дл  подключени  источника питани , выход регул тора 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, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  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.the inputs of which are connected to the first input of the amplifier-converter unit connected to the input output for connecting the power source, the output of the current regulator through the compensation unit is connected to the first input of the adder, and the output of the adaptation unit to the second input of the adder, the output of which is connected to the second input of the comparator , the first input of which is connected to the output of the integrator, and the output to the input of the power stage, characterized in that, in order to improve the quality of the output current, to each amplifier-converter unit it will complement The time delay block is entered, the output of which is connected to the input of the relay element via another switch block key, the output of which is connected to the first output of the amplifier and converter unit, the second input of which is connected to the input of the time delay block, the first output of each previous amplifier and converter block connected with the second input of the corresponding subsequent amplifier-conversion unit. JJ ISIS -J-J