SU1534677A1

SU1534677A1 - Adjustable current source

Info

Publication number: SU1534677A1
Application number: SU874267146A
Authority: SU
Inventors: Владимир Владимирович Кротенко; Александр Николаевич Пискарев; Вячеслав Алексеевич Синицын; Валерий Александрович Толмачев
Original assignee: Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1990-01-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике. Оно может быть использовано в качестве быстроперестраиваемого по мощности регулируемого источника питани дл систем электропривода, систем электротехнологии, гальванотехники и др. Целью изобретени вл етс повышение надежности работы и степени унификации источника тока при сохранении высокого быстродействи систем регулировани тока, построенных на его основе. Регулируемый источник тока содержит один ведущий и N-1 ведомых, работающих на общую нагрузку, параллельно включенных усилительно-преобразовательных устройств (УПУ) 1 и 2, каждое из которых содержит регул тор 15 тока, сумматор 19, интегратор 3, релейный элемент 5, компаратор 21, силовой каскад 24, датчик 25 тока, три ключа 7-9, блок 13 компенсации и блок 17 адаптации. Источник тока обеспечивает заданное распределение выходных токов составл ющих УПУ в квазиустановившемс и переходном режиме работы. 2 з.п. ф-лы. 2 ил.The invention relates to electrical engineering. It can be used as a power-adjustable regulated power supply for electric drive systems, electrical technology systems, electroplating, etc. The aim of the invention is to increase the reliability of operation and the degree of current source unification while maintaining the high performance of current control systems based on it. The regulated current source contains one master and N-1 slaves operating on a common load, parallel-connected amplifying-conversion devices (UPU) 1 and 2, each of which contains a current regulator 15, an adder 19, an integrator 3, a relay element 5, a comparator 21, power stage 24, current sensor 25, three switches 7-9, compensation block 13 and adaptation block 17. The current source provides a predetermined distribution of output currents of the components of the UPA in a quasi-stable and transient mode of operation. 2 hp f-ly. 2 Il.

Description

высокого быстродействи систем регулировани тока, построенных на его основе. Регулируемый источник тока ефдержит один ведущий и N-1 ведомых, работающих на общую нагрузку, па- рЈллельно включенных усилительно-преобразовательных устройств ГУЛУ) 1 и 2, каждое из которых содержит регул тор 15 тока, сумматор 19, интегhigh speed current control systems based on it. An adjustable current source emits one master and N-1 slaves operating on a common load, parallel-connected amplifying devices GULU 1 and 2, each of which contains a current regulator 15, adder 19, integra

ратор 3, релейный элемент 5, компаратор 21, силовой каскад 24, датчик 25 тока, три ключа 7-9, блок 13 компенсации и блок 17 адаптации. Источник тока обеспечивает заданное распределение выходных токов составл ющих УПУ в квазиустановившемс и переходном режиме работы 2 з.Поф-лы, 2 ил.Rator 3, relay element 5, comparator 21, power stage 24, current sensor 25, three switches 7-9, compensation block 13 and adaptation block 17. The current source provides a specified distribution of output currents of the components of the UPA in a quasi-steady and transient operating mode of 2 h. P-tly, 2 Il.

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, в быстропе- рёрастраиваемых по мощное и регулиру- ейых источниках питани .The invention relates to electrical engineering and can be used in electric drive systems, in fast-tuned power sources and controlled power supplies.

Целью изобретени вл етс увеличение надежности и повышение степени унификации регулируемого источника т|ока на основе параллельно работающих широтно-импульсных преобразователей (ШИП) .The aim of the invention is to increase the reliability and increase the degree of unification of the adjustable source m | eye based on parallel-running pulse-width converters (SHIP).

На фиг.1 приведена функциональна схема регулируемого источника тока; на фиг„2 - схема регул тора тока с блоками компенсации и адаптации .Figure 1 shows the functional diagram of the adjustable current source; Fig 2 shows a current regulator circuit with compensation and adaptation blocks.

Регулируемый источник тока (фиг„1) содержит один ведущий 1 и N-1 ведо- м;ых 2 усилительно-преобразовательных блоков (УПБ).The adjustable current source (fig „1) contains one lead 1 and N-1 led; 2 s amplifier-converter units (UPB).

В каждом УПБ 1 и 2 имеютс задающие генераторы, собранные на интеграторах 3 и 4 и релейных элементах 5 и 6, которые объедин ютс в схему генератора ключами 7-9 и 10-12„ Блоки 13 и 14 компенсации изменени коэффициента передачи соединены с выходами регул торов 15 и 16 тока„ Блоки 17 и 18 адаптации подключены через сумматоры 19 и 20 к компараторам 21 и 22, Выходы которых через силовые каскады 23 и 24 и датчики 25 и 26 тока св заны с нагрузкой 27 о Дл по снени работы в устройстве отмечены контакты (точки) 28-57„Each UPB 1 and 2 have master oscillators assembled on integrators 3 and 4 and relay elements 5 and 6, which are combined into a generator circuit with keys 7–9 and 10–12. Blocks 13 and 14 of the compensation gain are connected to the control outputs. Current Tors 15 and 16 “Adaptation Blocks 17 and 18 are connected via adders 19 and 20 to comparators 21 and 22, the outputs of which through power stages 23 and 24 and current sensors 25 and 26 are connected to a load 27 o. contacts (points) 28-57 „

Блок 17 содержит (фиг.2) резисторы 58-61, усилитель 62 и конденсатор 63. Блок 15 содержит резисторы 64-66 конденсатор 67 и усилитель 68. Выход 69 усилител 68 соединен с входом блока 13, который содержит резисторы 70-71, ключ 72, цепочки 73, аналогичные резистору 71 и ключу 72, числом , равным 2.Unit 17 contains (FIG. 2) resistors 58-61, amplifier 62 and capacitor 63. Block 15 contains resistors 64-66, capacitor 67 and amplifier 68. The output 69 of amplifier 68 is connected to the input of block 13, which contains resistors 70-71, a switch 72, the chain 73, similar to the resistor 71 and the key 72, a number equal to 2.

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

Вход 74 блока 13 соединен с точкой 43 блока 15. Вывод 75 резистора 70 через выход 76 соединен с точкой 42 сумматора 19„ Выход 77 усилител 62 через резисторы 78 и 79 соединен с усилителем 80, выход 81 которого соединен с точкой 49. Нагрузка 27 подключена к блокам 1 и 2 через ключиThe input 74 of the block 13 is connected to the point 43 of the block 15. The output 75 of the resistor 70 is connected via the output 76 to the point 42 of the adder 19 “The output 77 of the amplifier 62 is connected via resistors 78 and 79 to the amplifier 80, the output 81 of which is connected to the point 49. The load 27 is connected to blocks 1 and 2 through the keys

82 и 83.82 and 83.

ii

Регулируемый источник тока работает следующим образомоAdjustable current source works as follows

Предположим, что в первом УПБ ключи 7 и 9 замкнуты, ключ 8 разомкнут, а во втором УПБ (и остальных УПБ 2) ключи 10 и 12 разомкнуты, ключ 11 замкнут. В этом случае первый преобразователь вл етс ведущим, а остальные - ведомыми.Suppose that in the first UPB, keys 7 and 9 are closed, key 8 is open, and in the second UPB (and the other UPB 2), keys 10 and 12 are open, key 11 is closed. In this case, the first converter is the master, and the others are the slaves.

Пусть в исходном состо нии напр жение на выходе интегратора 3 равно напр жению срабатывани порогового (релейного) элемента 5. Пороговый элемент находитс в состо нии, при котором его выходное напр жение положительно , и под действием этого напр жени интегратором 3 формируетс линейно падающее напр жение„При достижении выходным напр жением ин тегратора 3 порога отпускани реле напр жение на выходе последнего мен ет знак, в результате «его напр жение начинает возрастать до тех пор, пока его величина не станет равной порогу срабатывани релейного элемента . Далее релейный элемент мен ет состо ние и начинаетс процесс убывани напр жени . Таким образом, в схеме интегратор 3 - релейный элемент 5 организуетс автоколебательный режим работы, так что напр жение на выходе интегратора 3 имеет форму равнобедренного треугольника, посто нную амплитуду и период Т, а на- пр жеьие на выходе релейного эленостью и пол рностью, завис щими величины и знака выходного напр ж ни регул тора тока УПБ 2.Suppose that in the initial state the voltage at the output of the integrator 3 is equal to the trigger voltage of the threshold (relay) element 5. The threshold element is in a state where its output voltage is positive, and under the influence of this voltage by the integrator 3 a linearly falling voltage is formed "When the output voltage of the integrator 3 reaches the release threshold of the relay, the voltage at the output of the latter changes sign, as a result," its voltage starts to increase until its value becomes equal to the threshold value no relay element. Next, the relay element changes state and the voltage diminishing process begins. Thus, in the scheme, the integrator 3 - relay element 5 organizes a self-oscillatory mode of operation, so that the voltage at the output of the integrator 3 has the form of an isosceles triangle, a constant amplitude and period T, and the voltage at the output of the relay by polarity and polarity the magnitude and sign of the output voltage of the FBD current regulator 2.

Таким образом осуществл етс с хронна работа широтно-импульсных модул торов всех УПБ, составл ющи регулируемый источник токаThus, the time-consuming operation of the pulse-width modulators of all UPB, constituting an adjustable current source, is carried out.

Регулирование тока в N-м канал осуществл етс с помощью пропорци нально-интегрального регул тора 1 ( 16) на контакты 34 и 35 которого подаютс соответственно заданное истинное значени тока канала, до 15 полненного блоком 13 компенсации, устран ющего взаимное вли ние кана лов регулировани тока друг на дру га и тем самым обеспечивающего неи менность настройки параметров регCurrent control in the Nth channel is carried out using proportional-integral regulator 1 (16) to contacts 34 and 35 of which are fed respectively to the specified true value of the channel current, up to 15 completed by compensation unit 13, eliminating the mutual influence of control channels current of each other and thereby ensuring the invariability of the settings of the reg

10ten

мента 5, имеет форму симметричных двухпоЛ рных пр моугольных импульсов посто нной амплитуды и с тем же периодом Т.5, has the form of symmetric two-pitch rectangular impulses of constant amplitude and with the same period T.

Напр жение с выхода интегратора 3 вместе с выходным напр жением сумматора 19 поступает на вход реверсивного компаратора 21„ Генератор пилообразного напр жени , состо щий из интегратора 3 и релейного элемента 5, вместе с реверсивным компаратором 21 образуют широтно-импульсный модул тор, так что выходное напр жение блока 21 представл ет собой последовательность пр моугольных импульсов с указанным периодом следовани Т и длительностью и пол рностью, завис щими соответственно от величины и знака выходного напр жени ре- 20 л тора 15 (16) тока при изменении гул тора УПБ 1. Эти импульсы управ- числа параллельно работающих УПБ.The voltage from the output of the integrator 3 together with the output voltage of the adder 19 is fed to the input of the reversing comparator 21. The saw voltage generator, consisting of the integrator 3 and the relay element 5, together with the reversing comparator 21 form a pulse-width modulator, so that the output the voltage of block 21 is a sequence of rectangular pulses with a specified period of following T and duration and polarity, depending, respectively, on the magnitude and sign of the output voltage of the reactor 20 l torus 15 (16) and changing hum UPB torus 1. These pulses are controlled number of parallel UPB.

л ют транзисторными ключами силового каскада 23„L are transistor keys of the power cascade 23 "

Выходное напр жение релейного элемента 5 УПБ 1 поступает не только на вход интегратора 3 УПБ 1, но и на входы всех остальных Ы-2 УПБ, составл ющих регулируемый источник тока. Опорные напр жени широтно-импульсных модул торов каждого из ведомых УПБ формируютс идентично, поэтому здесь описано формирование его дл случа N-20The output voltage of the relay element 5 of the UPS is not only fed to the input of the integrator 3 of the UPB 1, but also to the inputs of all the other S-2 UPB that make up the regulated current source. The reference voltages of the pulse-width modulators of each of the slave UPSs are formed identically, so its formation for the case of N-20 is described here.

Выходное напр жение релейного элемента 5 ведущего УПБ 1 поступает через замкнутые ключи 9 и 11 на вход релейного элемента 6 ведомого УПБ 2 и обуславливает его синхронное с элементом 5 переключение, так что выходное напр жение элемента 6 представл ет собой симметричное пр моугольное напр жение, периодом Т и фронтами, практически совпадающими по времени с фронтами выходного напр жени релейного элемента 50The output voltage of the relay element 5 of the SIL 1 is fed through the closed keys 9 and 11 to the input of the relay element 6 of the slave SIL 2 and causes it to be switched synchronously with the element 5, so that the output voltage of the element 6 is a symmetrical rectangular voltage with a period T and the fronts almost coinciding in time with the fronts of the output voltage of the relay element 50

Двухпол рное пр моугольное выходное напр жение релейного элемента 6 поступает на вход интегратора 4 УПБ 2 и обуславливает формирование на выходе последнего пилообразного напр жени аналогично тому, как это про- исходило на выходе интегратора 3 под действием входного напр жени .Это напр жение поступает на вход компаратора 22 ведомого УПБ 2 в качестве опорного напр жени широтно-импульс- ного модул тора, формирующего последовательность выходных импульсов с периодом следовани Т и длитель- The bipolar rectangular output voltage of the relay element 6 is fed to the input of the integrator 4 UBB 2 and causes the formation of the last sawtooth voltage at the output in the same way as it occurred at the output of the integrator 3 under the action of the input voltage. This voltage goes to the input the comparator 22 of the slave UPB 2 as a reference voltage of the pulse-width modulator that forms a sequence of output pulses with a period of following T and a duration

53467765346776

ностью и пол рностью, завис щими от величины и знака выходного напр жени регул тора тока УПБ 2.value and polarity, depending on the magnitude and sign of the output voltage of the UPB current regulator 2.

Таким образом осуществл етс синхронна работа широтно-импульсных модул торов всех УПБ, составл ющих регулируемый источник токаThus, the synchronous operation of the pulse-width modulators of all UPB, constituting an adjustable current source, is carried out.

Регулирование тока в N-м канале осуществл етс с помощью пропорционально-интегрального регул тора 15 (16) на контакты 34 и 35 которого подаютс соответственно заданное и истинное значени тока канала, до- 15 полненного блоком 13 компенсации, устран ющего взаимное вли ние каналов регулировани тока друг на друга и тем самым обеспечивающего неизменность настройки параметров регу.гCurrent regulation in the Nth channel is carried out with the help of proportional-integral regulator 15 (16) to contacts 34 and 35 of which are supplied respectively the set and true values of the channel current added by compensation unit 13, eliminating the mutual influence of the control channels current on each other and thereby ensuring the immutability of the parameter settings

10ten

20 л тора 15 (16) тока при изменении числа параллельно работающих УПБ.20 l of a torus of 15 (16) current with a change in the number of parallel UPSs.

5five

Подключение к нагрузке каждого нового УПБ приводит к снижению коэффициента передачи цепи вход ШИП 5 ток нагрузки, каждого канала незави- иимо от характера нагрузки. Уменьшение коэффициента передачи осуществл етс практически пропорционально числу параллельно включенных каналов.The connection to the load of each new UPB leads to a decrease in the transmission coefficient of the input of the GIP 5 load current, each channel independent of the nature of the load. The reduction of the transmission coefficient is carried out almost in proportion to the number of channels connected in parallel.

0 При высоких требовани х к динамичес- - ким качествам системы регулировани тока нагрузки в целом и, следовательно , каждого канала, коэффициент передачи регул тора тока канала выбираетс большим0 With high demands on the dynamic qualities of the control system for the load current as a whole and, consequently, for each channel, the transfer ratio of the channel current controller is chosen large

Уменьшение коэффициента передачи указанной цепи приводит как к снижению быстродействи канала и системы, так и во многих случа х к ухудшению качества продесса. Дл того, чтобы качественные показатели переходного процесса в канале и системе не изменились , пропорционально числу параллельно включенных каналов следуетA decrease in the transmission coefficient of the indicated circuit leads to a decrease in the speed of the channel and the system, and in many cases to a deterioration in the quality of the process. To ensure that the qualitative indicators of the transition process in the channel and the system do not change, in proportion to the number of channels connected in parallel,

5 увеличить коэффициент передачу регул тора тока В предлагаемом устройстве это осуществл етс уменьшением эквивалентного сопротивлени на контакте 44 усилител 80 регул тора5 to increase the current controller transfer coefficient. In the proposed device, this is done by reducing the equivalent resistance at pin 44 of the controller amplifier 80.

0 тока (фиг.2). Дл этого блок 13 (14) компенсации содержит резистор 70 и N-1 подключенных параллельно ему цепей , содержащих последовательно соединенный резистор 71 и ключ 720 При0 current (figure 2). For this, block 13 (14) of compensation contains a resistor 70 and N-1 of circuits connected in parallel with it, which contain a series-connected resistor 71 and a switch 720.

5 работе двух УПБ замкнут один ключ 72, параллельно резистору 70 включен один резистор 71 с сопротивлением , равным сопротивлению резистора 70, эквивалентное сопротивление5 operation of two UPB closed one key 72, parallel to the resistor 70 is included one resistor 71 with a resistance equal to the resistance of the resistor 70, equivalent resistance

00

на входе усилител 80 уменьшаетс вдвое, коэффициент передачи регул тора тока возрастает вдвое„ При работе трех УПБ замыкаютс два ключа 72 и подключаетс параллельно резистору 70 два одинаковых резистора 71, коэффициент передачи регул тора тока возрастает втрое и .at the input of the amplifier 80 is halved, the current regulator transfer ratio is doubled. When three UPSs operate, two switches 72 are closed and two identical resistors 71 are connected in parallel with the resistor 70, and the current regulator transfer ratio triples.

Блок 17 (18) адаптации обеспечивает неизменность параметров переходных процессов в цепи нагрузки при изменении ее параметров в некоторых пределах На резисторах 58 и 59 и конденсаторе 63 выполнена эталонна модель, задающа желаемую динамику переходного процесса в канале Выходной сигнал модели сравниваетс с реальным сигналом тока канала, В случае отличи реального процесса от желаемого по вл етс корректирующий сигнал, стрем щийс приблизить реальный переходный процесс в желаемыйAdaptation block 17 (18) ensures that the parameters of transient processes in the load circuit do not change when its parameters vary within certain limits. Resistors 58 and 59 and capacitor 63 have a reference model that specifies the desired transition dynamics in the channel. The output signal of the model is compared with the actual signal of the channel current, In the case of the difference between the actual process and the desired, a correction signal appears, which seeks to bring the real transition process closer to the desired

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства в сравнении с известным заключаютс в повышении надежности работы и степени унификации усилительно-преобразовательных устройств ( чеек). Эти преимущества достигаютс за счет того , что в усилительно-преобразовательных устройствах любого канала обеспечиваетс заданное распределение токов как в установившихс , так и в переходных режимах. При этом усилительно-преобразовательное устройство ( чейка) любого канала может быть как ведущим, так и ведомым, т.е. они взаимозамен емы. Указанные технические свойства обеспечивают высокую степень унификации как отдельных УПБ, таки регулируемого источника питани в целом формула изобретени The technical and economic advantages of the proposed device in comparison with the known one are in increasing the reliability of operation and the degree of unification of the amplifier-converting devices (cells). These advantages are achieved due to the fact that in amplifier-converter devices of any channel, a given distribution of currents is provided in both established and transient modes. In this case, the amplifier-converter device (cell) of any channel can be both master and slave, i.e. they are interchangeable. These technical properties provide a high degree of unification as separate SILs, as well as a regulated power source as a whole.

Claims

1. Adjustable current source containing a master oscillator, made on the integrator and relay element, designed for parallel connection to the load of the amplifier-converter units, each of which contains a current regulator, a comparator, a power stage and a current sensor, whose input is connected to the power output cascade, one output of the current sensor through the switch is designed to be connected to the load, and the other output is connected to one. input current regulator, another input. Which is connected to the input of the amplifier

five

0

five

0

five

0

five

0

five

but the converter unit, the input of the power stage is connected to the output of the comparator, the first input of which in the first amplifier and conversion unit is connected to the output of the integrator, the master oscillator, whose input is connected to the output of the relay element, which in order to improve the quality of control and ensuring the independence of the nature of the transient process in the load from the number of parallel-connected amplifier-converter units and the parameters of the load; N amplifier-converter units section one master and one N-1 slave identical amplifier / converter units each, except for the first one, has a master oscillator, similar to the above, a compensation gain change block containing a common resistor and NI parallel-connected circuits, each containing one a key and one resistor, the first output of which is connected to one output of a common resistor, which is the input of the compensation unit, and the second output through a switch to another output of the common resistor, which is the first output of the block compensation, the other outputs of which are connected respectively to the control inputs of the aforementioned switches, an adaptation unit for changing the parameters of the load circuit, containing an operational amplifier, four resistors and a capacitor, one output of which is connected to the common bus and the other output through the first resistor to the inverting input an operational amplifier connected in turn through a first resistor to the output of the operational amplifier, which is the output of an adaptation unit, and an adder, the output of which is connected to the second input omparatora, output current regulation by a torus compensation unit is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the adaptation unit, the first input of which is connected to the second output of the current sensor and the second input - to the input of the amplifying and conversion unit.

2, The current source according to clause 1, which is based on the fact that the number of connected keys in the compensation unit

changes in the transmission coefficient in all N amplifier-converter units are equal to the number of N-1 slave amplifier-converter units included.

Zo A current source as per PL, characterized in that, for the purpose of unification, each master oscillator is equipped with a switching node containing three keys, the first one is connected between the integrator output and the input of the relay element, the second and third keys are connected to each other after $ 6 OW

.

"Mshammnf

and connected between the input and output of the relay element, and the connection points of the second and third keys are connected to the first output of the amplifier and converter unit; the first and third keys in the master amplifier and converter unit are closed, and the second switch is open, in the slave amplifier units the first and third keys are open, and the second key is closed