CS243284B1 - Zapojení rychlého reverzačního koncového stupně - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zapojení rychlého reverzačního koncového stupně pro pohony. Zapojení je vytvořeno z kladné a záporné větve. Vstupní analogový signál se zpracovává podle polarity v příslušné větvi. Nejprve se reverzuje polarita signálu, potom se signál napěťově přizpůsobí a zesílí. Zesílený signál se rozděluje do jednotlivých výkonových zesilovačů. Na bočníku se vytváří úbytek napětí úměrný celkovému výstupnímu proudu příslušné větve a zajišťuje se dodržení povolených proudových mezí použitých součástek. Řešení se využije u pohonů zařízení pro kreslení filmových předloh plošných spojů a u pohonů průmyslových robotů.

Description

(54) Zapojení rychlého reverzačního koncového stupně

Řešení se týká zapojení rychlého reverzačního koncového stupně pro pohony.

Zapojení je vytvořeno z kladné a záporné větve. Vstupní analogový signál se zpracovává podle polarity v příslušné větvi. Nejprve se reverzuje polarita signálu, potom se signál napěťově přizpůsobí a zesílí. Zesílený signál se rozděluje do jednotlivých výkonových zesilovačů. Na bočníku se vytváří úbytek napětí úměrný celkovému výstupnímu proudu příslušné větve a zajišťuje se dodržení povolených proudových mezí použitých součástek.

Řešení se využije u pohonů zařízení pro kreslení filmových předloh plošných spojů a u pohonů průmyslových robotů.

Vynález se týká zapojení rychlého reverzačního koncového stupně.

Pro rychlé reverzační pohony malých výkonů se v regulační technice používají speciální stejnosměrné servomotory, jejichž rotor je vytvořen bez feromagnetických otáčivých částí. Rotor má malou hmotnost a tím velmi malý moment setrvačnosti. Uspořádání motoru dovoluje krátkodobé přetěžování a tím dosažení velkého záběrového momentu a elektromechanické časové konstanty, řádově milisekundy. Aby se plně využily jejich dobré dynamické vlastnosti musí být koncový stupeň, který napájí jejich kotvu, navržen tak, aby krátkodobě s minimálním časovým zpožděním dodával do kotvy motoru cca pětinásobek jmenovitého proudu motoru. Při rychlých reverzacích z jednoho směru rotace na druhý, dochází kromě proudového i k napěťovému namáhání použitých součástek koncového stupně.

Jsou známa zapojení, která využívají vlastností servomechanismu s vnitřní proudovou regulační smyčkou, která umožňuje omezovat proud do motoru s určitým časovým zpožděním, nebo se používají impulsní koncové stupně. Řešení, která využívají proudovou regulační smyčku, musejí provádět změnu časových konstant proudového regulátoru během rozběhu motoru a při změně momentu setrvačnosti na hřídeli motoru znovu optimalizovat celou regulační smyčku, aby se dosáhlo špičkových dynamických parametrů pohonu. Použití impulsních koncových stupňů není výhodné, protože indukčnost kotvy motoru nedovolí plně využít výhodných vlastností zapojení těchto koncových stupňů. Tyto impulsní koncové stupně navíc vytvářejí rušivé elektromagnetické pole. Použití tyristorových reverzačních měničů napájených napětím o frekvenci 50 Hz není výhodné pro jejich relativně velkou časovou konstantu, vzhledem k časové konstantě motoru.

Tyto nedostatky do značné míry odstraňuje zapojení rychlého reverzačního koncového stupně podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vstup zapojení je přes první vstupní odpor spojen s bází vstupního tranzistoru, s jedním pólem filtračního kondenzátoru a s bází prvního vstupního tranzistoru, jehož kolektor je spojen s prvním vývodem prvního kolektorového odporu. Emitor prvního vstupního tranzistoru je spojen s prvním vývodem prvního zpětnovazebního odporu, s jedním pólem prvního zpětnovazebního kondenzátoru a s jedním vývodem prvního ochranného odporu, jehož druhý vývod je spojen se druhým pólem filtračního kondenzátoru, se středem napájecího zdroje a se druhým vývodem druhého ochranného odporu. První vývod druhého ochranného odporu je spojen s jedním pólem druhého zpětnovazebního kondenzátoru, s prvním vývodem druhého zpětnovazebního odporu a s emitorem druhého vstupního tranzistoru. Kolektor druhého vstupního tranzistoru je spojen přes druhý kolektorový odpor s bází druhého budicího tranzistoru, jehož kolektor je spojen se druhým vývodem druhého zpětnovazebního odporu, s druhým pólem druhého zpětnovazebního kondenzátoru, s prvním vývodem výstupního odporu, se druhým pólem prvního zpětnovazebního kondenzátoru, se druhým vývodem prvního zpětnovazebního odporu a s kolektorem prvního budicího tranzistoru, jehož báze je spojena se druhým vývodem prvního kolektorového odporu. Emitor prvního budicího tranzistoru je spojen s jedním pólem prvního blokovacího kondenzátoru, s kladným napájecím vývodem zapojení, s napájecím vstupem každého zesilovacího bloku kladné větve. Řídicí vstup každého zesilovacího bloku kladné větve je spojen se druhým vývodem přiřazeného bázového odporu kladné větve. Výstup každého zesilovacího bloku je spojen s prvním vývodem přiřazeného emitorového odporu kladné větve, jehož druhý vývod je spojen s bází prvního ochranného tranzistoru a s prvním vývodem prvního bočníku. Druhý vývod prvního bočníku je spojen s emitorem prvního ochranného tranzistoru, s emitorem druhého ochranného tranzistoru, s výstupem zapojení a se druhým vývodem druhého bočníku. První vývod druhého bočníku je spojen s bází druhého ochranného tranzistoru a se druhým vývodem každého emitorového odporu záporné větve, jehož první vývod je spojen s výstupem odpovídajícího zesilovacího bloku záporné větve, jehož řídicí vstup je spojen s druhým vývodem přiřazeného bázového odporu záporné větve. Napájecí vstup každého zesilovacího bloku záporné větve je spojen se záporným napájecím vývodem zapojení, s emitorem druhého budicího tranzistoru a s jedním pólem druhého blokovacího kondenzátoru. Druhý pól druhého blokovacího kondenzátoru je spojen s prvním vývodem každého bázového odporu záporné větve, s kolektorem druhého ochranného tranzistoru a s anodou druhé ochranné diody, jejíž katoda je spojena s druhým vývodem výstupního odporu a s anodou první ochranné diody. Katoda první ochranné diody je spojena s kolektorem prvního ochranného tranzistoru, s prvním vývodem každého bázového odporu kladné větve a s druhým pólem prvního blokovacího kondenzátoru.

Výhodou takto zapojeného obvodu je, že umožňuje napájet motor bez nutnosti vytvářet nadřazenou proudovou regulační smyčku. Obvod pracuje spojitě a má minimální časové zpoždění. Protože není zdrojem rušivého signálu, je možné ho konstrukčně umístit společně s mikroprocesorovými obvody do jednoho bloku a vytvářet tak autonomní pohony pro různé technologické procesy. Vzájemné propojení jednotlivých prvků vylučuje jejich proudové a napěťové přetěžování, což je předpoklad k dosažení vy243284 soké provozní spolehlivosti. Zapojení je sestaveno z běžně dost! pných tuzemských součástek.

Příklad uspořádání podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkresu.

Vstup 001 zapojení je spojen přes první vstupní odpor 01 s prvním vývodem filtračního kondenzátoru 02, s bází prvního vstupního tranzistoru 101, který je typu NPN a s bází druhého vstupního tranzistoru 201, který je typu PNP. Emitor prvního vstupního tranzistoru 101 je spojen s prvním vývodem prvního zpětnovazebního odporu 104, s prvním vývodem prvního zpětnovazebního kondenzátoru 105 a prvním vývodem prvního ochranného odporu 102. Emitor druhého vstupního tranzistoru 201 je spojen s prvním vývodem druhého zpětnovazebního odporu 204, prvním vývodem druhého zpětnovazebního kondenzátoru 205 a prvním vývodem druhého ochranného odporu 202. Střed 004 napájecího zdroje zapojení je spojen s druhým vývodem filtračního kondenzátoru 02, s druhým vývodem prvního ochranného odporu 102 a druhým vývodem druhého ochranného odporu 202. Kolektor prvního vstupního tranzistoru 101, který je typu NPN, je spojen přes první kolektorový odpor 103 s bází prvního budicího tranzistoru 106, který je typu PNP. Kolektor druhého vstupního tranzistoru 201 je spojen přes druhý kolektorový odpor 203 s bází druhého budicího tranzistoru 206, který je typu NPN. Kolektor prvního budicího tranzistoru 106 je spojen s druhým vývodem prvního zpětnovazebního odporu 104, s druhým vývodem prvního zpětnovazebního kondenzátoru 105, s prvním vývodem výstupního odporu 03, s druhým vývodem druhého zpětnovazebního kondenzátoru 205, s druhým vývodem, druhého zpětnovazebního odporu 204 a kolektorem druhého budicího tranzistoru 206.

Výstupní odpor 03 může být též vytvořen jako paralelní kombinace dvou polovičních odporů. Druhý vývod výstupního odporu 03 je spojen s anodou první ochranné diody 108 a katodou druhé ochranné diody 208. Katoda první ochranné diody 108 je spojena s kolektorem prvního ochranného tranzistoru 112, který je typu NPN, s prvním vývodem prvního blokovacího kondenzátoru 107 a s prvním vývodem prvního až n-tého bázového odporu 109.1 až 109.n kladné větve. Anoda druhé ochranné diody 208 je spojena s kolektorem druhého ochranného tranzistoru 212, který je typu PNP, s prvním vývodem druhého blokovacího kondenzátoru 207 a s prvním vývodem prvního až n-tého bázového odporu 209.1 až 209.n záporné větve. Kladný napájecí vývod 002 zapojení je spojen s emitorem druhého budicího tranzistoru 106, s druhým vývodem prvního blokovacího kondenzátoru 107 a s napájecím vstupem 110.11 až HO.n zesilovacího bloku 110.1 až llO.n kladné větve. Všechny zesilovací bloky 110.1 až llO.n kladné větve jsou stejné a jsou vytvořeny z tranzistorů typu

NPN v Darlingtonově zapojení. Záporný napájecí vývod 003 zapojení je spojen s druhým vývodem druhého blokovacího kondenzátoru 207 a s napájecím vstupem 210.11 až 210.1n prvního až n-tého zesilovacího bloku 210.1 až 210.51 záporné větve, které jsou vytvořeny z tranzistoru typu PNP v Darlingtonově zapojení. Výstup 005 zapojení je spojen s prvním vývodem prvního bočníku 113, s prvním vývodem druhého bočníku 213 a se spojenými emitory prvního ochranného tranzistoru 112 a druhého ochranného tranzistoru 212. Výstup 110.13 až 110.n3 prvního až n-tého zesilovacího bloku 110.1 až llO.n kladné větve je spojen přes přiřazený první až n-tý emitorový odpor 111.1 až llí.n kladné větve s bází prvního ochranného tranzistoru 112 a druhým vývodem prvního bočníku 113. Výstup 210.13 až 21O.n3 prvního až n-tého zesilovacího bloku 210.1 až 21O.n záporné větve je spojen přes přiřazený první až n-tý emitorový odpor 211.1 až 211.n záporné větve s bází druhého ochranného tranzistoru 212 a druhým vývodem druhého bočníku 213. Zapojení podle vynálezu pracuje takto.

Na vstup 001 zapojení se přivede analogový signál, jehož velikost je nositelem informace o žádané ampulitudě signálu na výstupu 005 zapojení. Polarita tohoto analogového signálu rozhodne, zda se tento signál bude zpracovávat v kladná větvi zapojení, kterou tvoří součásti označené 101 až 113, nebo zda se bude zpracovávat v záporné větvi zapojení, kterou tvoří součásti označené 201 až 213. V dalším bude popsána funkce kladné větve, protože funkce záporné větve je shodná. Vstupní analogový signál kladné polarity se přivede přes první vstupní odpor 01 na filtrační kondenzátor 02 a řídí první vstupní tranzistor 101, který ovládá proud báze prvního budicího tranzistoru 106. Emitor prvního budicího tranzistoru 106, který je připojen přímo na kladný napájecí vývod 002 zapojení, přizpůsobuje úroveň vstupního analogového signálu na úroveň napájecího napětí zapojení. Vhodná velikost hodnot součástek prvního ochranného odporu 102, prvního kolektorového odporu 103, prvního zpětnovazebního odporu 104 a prvního zpětnovazebního kondenzátoru 105 a jejich propojení zajišťuje, že s minimálním časovým zpožděním dojde při reverzaci polarity vstupního analogového signálu k zablokování funkce té větve zapojení, která byla v činnosti před reverzací, což je podmínka bezporuchové funkce celého zapojení.

Zesílený vstupní analogový signál je veden přes výstupní odpor 03 a první ochrannou diodu 108 přes bázové odpory 109.1 až 109.n na řídicí vstupy 110.12 až 110.n2 zesilovacích bloků 110.1 až llO.n kladné větve, které jsou zapojeny paralelně a pracují jako emitorové sledovače. Počet paralelně zapojených zesilovacích bloků 11.1 až llO.n kladné větve může být podle typu použité- chranne diody 108, 208 zajištují správné rozho motoru různý. V konkrétním zapojení byly použity čtyři zesilovací bloky. Emitorové odpory 111.1 až lll.n kladné větve zajišťují rovnoměrné rozdělení emitorových proudů jednotlivých zesilovačů 110.1 až HO.n kladné větve. Na prvním bočníku 113 se vytváří úbytek napětí, úměrný celkovému výstupnímu proudu kladné větve zapojení. Tímto úbytkem napětí se řídí první ochranný tranzistor 112. První bočník 113 je navržen tak, že při překročení součtu mezních proudových hodnot tranzistoru v zesilovacích blocích 110.1 až HO.n kladné větve se první ochranný tranzistor 112 vybudí a zajistí proudové omezení výstupního napětí a tím i proudu kladné větve zapojení. Obě odělení budicího signálu pro tranzistory v zesilovacích blocích 110.1 až llO.n kladné větve v závislosti na polaritě signálu a působí současně jako nelineární prvek v obvodu řízení zesilovacích bloků 110.1 až llO.n kladné větve i zesilovacích bloků 210.1 až 2l0._n záporné větve. Oba blokovací kondenzátory 107, 207 zlepšují přenosové vlastnosti celého zapojení, je-li vstupní analogový signál záporné polarity, je ve funkci záporná větev zapojení tvořená součástkami označenými 201 až 213.

Vynález se využije u pohonů zařízení, která kreslí filmové předlohy tištěných spojů a u pohonů průmyslových robotů.

Claims (2)

1. predmEt

   1. Zapojení rychlého reverzačního koncového stupně, vyznačující se tím, že vstup (001) zapojení je přes první vstupní odpor (01) spojen s bází druhého vstupního tranzistoru (201), s jedním pólem filtračního kondenzátoru (02) as bází prvního vstupního tranzistoru (101), jehož kolektor je spojen s prvním vývodem prvního kolektorového odporu (103) a emitor prvního vstupního tranzistoru (101) je spojen s prvním vývodem prvního zpětnovazebního odporu (104), s jedním pólem prvního zpětnovazebního kondenzátoru (105) a s jedním vývodem prvního ochranného odporu (102), jehož druhý vývod je spojen s druhým pólem filtračního kondenzátoru (02J, se středem (004) napájecího zdroje a s druhým vývodem druhého ochranného odporu (202), jehož první vývod je spojen s jedním pólem druhého zpětnovazebního kondenzátoru (205), s prvním vývodem druhého zpětnovazebního odporu (204) a s emitorem druhého vstupního tranzistoru (201), jehož kolektor je spojen přes druhý kolektorový odpor (203) s bází druhého budicího tranzistoru (206), jehož kolektor je spojen s druhým vývodem druhého zpětnovazebního odporu (204), s druhým pólem druhého zpětnovazebního kondenzátoru (205), s prvním vývodem výstupního odporu (03), s druhým pólem prvního zpětnovazebního kondenzátoru (105), s druhým vývodem prvního zpětnovazebního odporu (104), a s kolektorem prvního budicího tranzistoru (106), jehož báze je spojena s druhým vývodem prvního kolektorového odporu (103) a emitor prvního budicího tranzistoru (106) je spojen s jedním pólem prvního blokovacího kondenzátoru (107), s kladným napájecím vývodem (002) zapojení, s napájecím vstupem (110.11 až 110.nl), každého zesilovacího bloku (110.1 až llO.n) kladné větve, jehož řídicí vstup (110.12 až 110.n2) je spojen s druhým vývodem přiřazeného bázového odporu (109.1 vynalezu až 109.n) kladné větve a výstup (110.13 až 110.n3) každého zesilovacího bloku (110.1 až llO.n j je spojen s prvním vývodem přiřazeného emitorového odporu (111.1 až lll.n) kladné větve, jehož druhý vývod je spojen s bází prvního ochranného tranzistoru (112) a s prvním vývodem prvního bočníku (113), jehož druhý vývod je spojen s emitorem prvního ochranného tranzistoru (112), s emitorem druhého ochranného tranzistoru (212), s výstupem (005) zapojení a s druhým vývodem druhého bočníku (213), jehož první vývod je spojen s bází druhého ochranného tranzistoru (212), a s druhým vývodem každého emitorového odporu (221.1 až 211.n) záporné větve, jehož první vývod je spojen s výstupem (210.13 až 210.n3) odpovídajícího zesilovacího bloku (210.1 až 21O.n) záporné větve, jehož řídicí vstup (210.12 až 210.n2) je spojen s druhým vývodem přiřazeného bázového odporu (209.1 až 209.n) záporné větve a napájecí vstup (210.11 až 210.n) každého zesilovacího bloku (210.1 až 210.nj záporné větve je spojen se záporným napájecím vývodem (003) zapojení, s emitorem druhého budicího tranzistoru (206) a s jedním pólem druhého blokovacího kondenzátoru (207), jehož druhý pól je spojen s prvním vývodem každého bázového odporu (209.1 až 209.li) záporné větve, kolektorem druhého ochranného tranzistoru (212) a s anodou druhé ochranné diody (208), jejíž katoda je spojena s druhým vývodem výstupního odporu (03) a s anodou první ochranné diody (108), jejíž katoda je spojena s kolektorem prvního ochranného tranzistoru (112), s prvním vývodem každého bázového odporu (109.1 až 109.n) kladné větve a s druhým pólem prvního blokovacího kondenzátoru (107).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že výstupní odpor (03) je vytvořen jako paralelní kombinace dvou odporů.