ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТОКА
PULSE CURRENT REGULATOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным импульсным регуляторам тока в цепях питания различных потребителей и может быть использовано для управления двухфазными и трёхфазными электродвигателями в следящих приводах.
Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, патент RU 2588051 C1, 13.05.2015 г., которое по техническому эффекту наиболее близко соответствует заявленному устройству. Известное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ и блок управления, выход которого соединён с управляющим входом ключа, а первый вывод источника напряжения постоянного тока соединён с первым выводом ключа, устройство задания тока, датчик тока, реактор, диод и блок временной задержки, при этом, второй вывод ключа соединён через реактор с первой клеммой для подсоединения конденсатора нагрузки, второй вывод источника напряжения через датчик тока подсоединён ко второй клемме для подключения конденсатора нагрузки, выход устройства задания тока подключён к первому входу блока управления, а выход датчика тока через блок временной задержки подсоединён ко второму входу блока управления, причём между вторым выводом ключа и вторым выводом источника напряжения постоянного тока подключён диод катодом ко второму выводу ключа.
Для заявленного устройства выявлены общие с прототипом признаки:
- импульсный регулятор тока;
- источник напряжения постоянного тока;
- транзисторный ключ со схемой (блоком) управления;
- устройство задания тока;
- датчик тока;
- дроссель (реактор) с шунтирующим диодом;
- конденсатор нагрузки.
Недостатком известного устройства является то, что сигнал управления транзисторным ключом формируется в блоке управления относительно шины питания «минус», а ключ находится в цепи питания «плюс», это существенно ограничивает область применения подобных устройств в регуляторах тока с высоковольтным источником питания из-за необходимости применения в блоке управления ключом трансформаторной или оптронной гальванической развязки, и усложнению схемного решения.
Настоящим изобретением решается техническая проблема упрощения схемы импульсного регулятора тока в шинах нагрузки высоковольтного источника питания. Указанная техническая проблема решается тем, что применён высоковольтный импульсный регулятор тока, содержащий источник напряжения постоянного тока, транзисторный ключ со схемой управления, состоящей из компаратора напряжения, биполярного источника напряжения, устройства задания тока, резистора обратной связи по напряжению и резистора обратной связи по току, датчика тока, дросселя с шунтирующим диодом и конденсатора нагрузки. Устройство задания тока состоит из верхнего и нижнего резисторов делителя напряжения, резистора обратной связи по напряжению и резистора обратной связи по току, источник напряжения постоянного тока шиной «минус» подключён к стоку транзисторного ключа, а шиной «плюс» к выводу «плюс» конденсатора нагрузки и катоду шунтирующего диода, анод которого подключён к первому выводу датчика тока, истоку транзисторного ключа, первому выводу нижнего резистора делителя напряжения и «нулевой» шине биполярного источника питания, «минусовая» шина которого подключена к «минусовому» выводу компаратора напряжения, а «плюсовая» шина подключена к «плюсовому» выводу компаратора напряжения и первому выводу верхнего резистора делителя напряжения, второй вывод которого объединён со вторым выводом нижнего резистора делителя напряжения и подключён к инвертирующему входу компаратора напряжения, выход которого подключён к затвору транзисторного ключа и первому выводу резистора обратной связи по напряжению, второй вывод которого подключён к неинвертирующему входу компаратора напряжения и первому выводу резистора обратной связи по току, второй вывод которого подключён ко второму выводу датчика тока и первому выводу дросселя, второй вывод которого подключён к выводу «минус» конденсатора нагрузки.
Заявленный высоковольтный импульсный регулятор тока состоит из источника напряжения постоянного тока 1; транзисторного ключа 8 со схемой управления, состоящей из компаратора напряжения 5 и биполярного источника напряжения 2; устройства задания тока в составе верхнего 3 и нижнего 4 резисторов делителя напряжения, резистора обратной связи по напряжению 6 и резистора обратной связи по току 7; датчика тока 10; дросселя 11 с шунтирующим диодом 9 и конденсатора нагрузки 12. Согласно заявленному изобретению источник напряжения постоянного тока 1 шиной «минус» подключён к стоку транзисторного ключа 8, а шиной «плюс» к выводу «плюс» конденсатора нагрузки 12 и катоду шунтирующего диода 9, анод которого подключён к первому выводу датчика тока 10, истоку транзисторного ключа 8, первому выводу нижнего резистора 4 делителя напряжения и «нулевой» шине биполярного источника питания 2, «минусовая» шина которого подключена к «минусовому» выводу компаратора напряжения 5, а «плюсовая» шина подключена к «плюсовому» выводу компаратора напряжения 5 и первому выводу верхнего резистора 3 делителя напряжения, второй вывод которого объединён со вторым выводом нижнего резистора 4 делителя напряжения и подключён к инвертирующему входу компаратора напряжения 5, выход которого подключён к затвору транзисторного ключа 8 и первому выводу резистора 6 обратной связи по напряжению, второй вывод которого подключён к неинвертирующему входу компаратора напряжения 5 и первому выводу резистора 7 обратной связи по току, второй вывод которого подключён ко второму выводу датчика тока 10 и первому выводу дросселя 11, второй вывод которого подключён к выводу «минус» конденсатора нагрузки 12.
Суть предлагаемого изобретения поясняется на фиг. 1, где предоставлена электрическая схема высоковольтного импульсного регулятора тока.
Высоковольтный импульсный регулятор тока работает следующим образом. При включении источника питания 1 на транзисторный ключ 8 подаётся напряжение питания. На переходе исток-затвор транзисторного ключа 8 приложено нулевое напряжение, при этом транзисторный ключ 8 закрыт, ток в цепи нагрузки отсутствует. При включении источника питания 2 запитывается схема управления транзисторным ключом 8 и на инвертирующий вход компаратора 5 через резистор 3 подаётся положительное напряжение, которое переключает выход компаратора 5 в отрицательный уровень напряжения, которое поступает на затвор транзисторного ключа 8 и приводит к его отпиранию. Ток в цепи (датчик тока 10, дроссель 11, конденсатор нагрузки 12) плавно нарастает и на датчике тока 10 возникает отрицательное напряжение, которое через резистор 7 поступает на неинвертирующий вход компаратора 5 и при достижении заданного уровня переключает выход компаратора 5 с отрицательного в положительный уровень напряжения, что приводит к запиранию транзисторного ключа 8. Энергия, накопленная в дросселе 11, через датчик тока 10 и диод 9 поступает в нагрузку, напряжение на датчике тока 10 снижается, достигает напряжения отпускания компаратора 5 и переводит выход компаратора 5 в отрицательный уровень напряжения и транзисторный ключ 8 снова включается. Таким образом, схема переходит в генераторный режим частотно-токового управления. Осциллограмма напряжения на выходе компаратора 5 и форма тока на датчике 10, полученные по результатам моделирования, приведены на фиг. 2 и фиг. 3 соответственно.
Техническим результатом изобретения является упрощение схемы импульсного регулятора тока в шинах нагрузки высоковольтного источника питания и стабилизация тока при изменении питания нагрузки в широком диапазоне напряжений, что обеспечивается за счёт применения дополнительного биполярного источника напряжения питания 2 и управления транзисторным ключом 8 относительно одной шины питания.
Максимальное напряжение источника питания 1 определяется только допустимым напряжением исток-сток транзисторного ключа 8 и допустимым обратным напряжением диода 9.
Данное изобретение предназначено для применения в блоках управления приводами, разрабатываемых в АО «ИСС» в качестве регулятора тока для управления двухфазными и трёхфазными электродвигателями в следящих приводах.
Из известных заявителю патентных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.