[發(fā)明專利]感性負(fù)載的單極性梯形脈沖電流控制方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910190945.3
• 申請(qǐng)日: 2009-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN101672931A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付志紅;常承志;劉翔宇;朱學(xué)貴;張淮清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/02
• 分類號(hào): G01V3/02
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心
• 代理人: 孫榮川

1.一種感性負(fù)載的單極性梯形脈沖電流控制方法，其特征在于該方法按以下順序步驟進(jìn)行：

(1).合上開關(guān)(S)，通過調(diào)節(jié)時(shí)序控制(3)，調(diào)節(jié)輸出負(fù)載電流i_o(t)的頻率，負(fù)載電流的周期須大于電子開關(guān)的開通、關(guān)斷時(shí)間之和；

(2).恒流源控制電路(6)和恒流電感(2)構(gòu)成一個(gè)恒流源，通過調(diào)節(jié)恒流源控制電路(6)中恒流源基準(zhǔn)電壓電路，設(shè)定恒流源電流幅值；

(3).調(diào)節(jié)負(fù)載電流控制電路(1)中負(fù)載電流基準(zhǔn)電壓電路，設(shè)定負(fù)載電流幅值；

(4).時(shí)序控制(3)的輸出端、恒流源控制電路(6)的輸出端和負(fù)載電流控制電路(1)的輸出端，分別連接到驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)的輸入端，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)按驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路真值表1-1完成邏輯運(yùn)算后，分別輸出信號(hào)(Y₁)、(Y₂)到驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸出端分別連接到第一開關(guān)管(J₁)和第二開關(guān)管(J₂)的控制端；從而控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，按設(shè)定頻率輸出脈沖電流，并使恒流源輸出的電流以及負(fù)載電流都穩(wěn)定在設(shè)定值；

驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路真值表1-1

表中：

1-表示高電平；???????????????0-表示低電平；

K₀-開關(guān)使能時(shí)序信號(hào)；????????K₁-負(fù)載電流周期信號(hào)；

K₂-恒流源控制電路輸出信號(hào)；??K₃-負(fù)載電流控制電路輸出信號(hào)；

Y₁-驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路輸出端信號(hào)；

Y₂-驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路另一輸出端輸出信號(hào)；

(5).設(shè)定上升鉗位器件(9)的恒壓鉗位電壓(V₁)，從而改變發(fā)射電流上升沿的斜率，(V₁)遠(yuǎn)大于(V_S)，使上升沿線性上升，(V₁)須小于所有開關(guān)管、所有二極管的最小額定耐壓；

(6).按公式③設(shè)定下降鉗位器件(10)的恒壓鉗位電壓(V₂)，從而改變發(fā)射電流下降沿的斜率，使下降沿線性下降；

在t₀時(shí)刻：恒流電感(2)中的電流達(dá)到設(shè)定值；

在t₀～t₁期間：第一開關(guān)管(J₁)關(guān)斷，第二開關(guān)管(J₂)導(dǎo)通，恒流源與負(fù)載電感接通，負(fù)載電流開始上升，上升沿恒壓鉗位電路(4)開始工作，給負(fù)載提供上升沿恒壓鉗位電壓(V₁)，V₁遠(yuǎn)大于直流電源電壓(V_S)，負(fù)載電流由零線性上升到I；

在t₂～t₃期間：開關(guān)使能時(shí)序信號(hào)(K₀)為高電平1，第一開關(guān)管(J₁)、第二開關(guān)管(J₂)允許開關(guān)動(dòng)作，負(fù)載電流控制電路(1)中的負(fù)載電流采樣電路轉(zhuǎn)換i_o(t)為電壓信號(hào)，通過和負(fù)載電流控制電路(1)中的負(fù)載電流基準(zhǔn)電壓電路作比較，使第一比較器(A₁)輸出控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)按驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路真值表1-1完成邏輯運(yùn)算后，分別輸出信號(hào)(Y₁)、(Y₂)到驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸出端分別輸出控制信號(hào)到第一開關(guān)管(J₁)和第二開關(guān)管(J₂)的控制端，使第一開關(guān)管(J₁)、第二開關(guān)管(J₂)關(guān)斷或?qū)ǎＷC負(fù)載電流i_o(t)在設(shè)定值I；

在t₃～t₄期間：第一開關(guān)管(J₁)導(dǎo)通，第二開關(guān)管(J₂)關(guān)斷，下降沿恒壓鉗位電路(5)開始工作，給負(fù)載提供下降沿恒壓鉗位電壓(V₂)，使負(fù)載電流由I線性下降到零；

在t₀～t₂期間：開關(guān)使能時(shí)序信號(hào)(K₀)為低電平0，第一開關(guān)管(J₁)保持關(guān)斷狀態(tài)、第二開關(guān)管(J₂)保持導(dǎo)通狀態(tài)，第一開關(guān)管(J₁)和第二開關(guān)管(J₂)禁止開關(guān)動(dòng)作，保證數(shù)據(jù)采集不受電子開關(guān)噪聲干擾；

在t₃～t₅期間，開關(guān)使能時(shí)序信號(hào)(K₀)為低電平0，第一開關(guān)管(J₁)保持導(dǎo)通狀態(tài)、第二開關(guān)管(J₂)保持關(guān)斷狀態(tài)，第一開關(guān)管(J₁)和第二開關(guān)管(J₂)禁止開關(guān)動(dòng)作，保證數(shù)據(jù)采集不受電子開關(guān)噪聲干擾；

其中：

鉗位器件是指當(dāng)它經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，能吸收瞬間大電流，把它的兩端電壓箝制在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上；

t₀-負(fù)載電流開始上升時(shí)刻；?????t₁-負(fù)載電流上升到I時(shí)刻；

t₂-開關(guān)管使能時(shí)刻；???????????t₃-負(fù)載電流開始下降時(shí)刻；

t₄-負(fù)載電流下降到零時(shí)刻；?????t₅-開關(guān)管使能時(shí)刻；

i_o(t)-負(fù)載電流；??????????????I-負(fù)載電流幅值；

K₀-開關(guān)使能時(shí)序信號(hào)；

Y₁-驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路輸出端信號(hào)；

Y₂-驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路另一輸出端輸出信號(hào)；

V₁-上升沿恒壓鉗位電壓；????V₂-下降沿恒壓鉗位電壓；

(7).計(jì)算負(fù)載電流下降沿斜率絕對(duì)值P₁，以下的“斜率”均指斜率的絕對(duì)值：

i_o(t)由I下降到零的斜率：

P1=|di0(t)dt|=|RLI+V2L1|]]>①

其中：

R_L-負(fù)載電阻；????????L₁-負(fù)載電感量；

I-負(fù)載電流幅值；?????V₂-下降沿恒壓鉗位電壓；

(8).計(jì)算負(fù)載電流上升沿斜率P₂

i_o(t)由零上升到I的斜率：

P2=|di0(t)dt|=|V1L1|]]>②

其中：

L₁-負(fù)載電感量；

V₁-上升沿恒壓鉗位電壓；

從①、②兩式可知，改變V₁或R₂的值，使

V₂＝V₁-IR_L????????③

則可實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流上升和下降沿斜率相等；

(9).計(jì)算負(fù)載電流上升、下降時(shí)間

負(fù)載電流上升時(shí)間：td1=-L1RLln(1-IRLV1)]]>④

負(fù)載電流下降時(shí)間：td2=-L1RLln(V2V2+IRL)]]>⑤

其中：

t_d1-i_o(t)由零上升到I的時(shí)間；????t_d2-i_o(t)由I下降到零的時(shí)間；

R_L-負(fù)載電阻；???????????????????L₁-負(fù)載電感量；

V₁-上升沿恒壓鉗位電壓；?????????V₂-下降沿恒壓鉗位電壓；

I-負(fù)載電流幅值；

(10).恒流電感(L₂)的確定

為實(shí)現(xiàn)i_o(t)在輸出期間恒定，i_L2(t)應(yīng)大于I，因此，可假設(shè)i_L2(t)在負(fù)載電流i_o(t)上升到I值時(shí)刻達(dá)到最小值I_L2min；i_L2(t)的最大值在負(fù)載電流為零期間上升到設(shè)定值I_L2max；在負(fù)載電流上升期間，i_L2(t)電流按下式下降

iL2(t)=IL2max-V1-VSL2t]]>⑥

在t＝t_d1時(shí)刻，下降到最小值，

iL2(t)=IL2max-V1-VSL2td1=IL2min]]>⑦

將式④代入上式，得：

L2=L1(V1-VS)ln(1-IRLV1)(IL2min-IL2max)RL]]>⑧

要使負(fù)載電流恒定，則必須使：I_L2min＞I????⑨

其中：

R_L-負(fù)載電阻；????????????L₁-負(fù)載電感量；

V₁-上升沿恒壓鉗位電壓；??V_S-直流電源電壓；

i_L2(t)-恒流源輸出電流；??I-負(fù)載電流幅值；

I_L2min-恒流源輸出的最小電流幅值；

I_L2max-恒流源輸出的最大電流幅值，小于開關(guān)管能承受的最大電流。

2.一種感性負(fù)載的單極性梯形脈沖電流控制裝置，其特征在于該裝置包括直流電源(V_S)、恒流電感(2)、恒流源控制電路(6)、時(shí)序控制(3)、上升沿恒壓鉗位電路(4)、下降沿恒壓鉗位電路(5)、上升鉗位器件(9)、下降鉗位器件(10)、負(fù)載電流控制電路(1)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)、驅(qū)動(dòng)電路(8)、兩個(gè)全控型電力電子器件第一開關(guān)管(J₁)和第二開關(guān)管(J₂)、第一二極管(D₁)、第二開關(guān)管(D₂)、第三二極管(D₃)和第四開關(guān)管(D₄)；直流電源(V_S)與開關(guān)(S)一端連接，開關(guān)(S)另一端與恒流電感(2)一端連接，恒流電感(2)另一端與第五二極管(D₅)正極連接，第五二極管(D₅)的負(fù)極與感性負(fù)載(11)的(A)端連接，感性負(fù)載(11)的(B)端與第二開關(guān)管(J₂)一端、第四二極管(D₄)的負(fù)極連接，第二開關(guān)管(J₂)的另一端與第四二極管(D₄)的正極、直流電源(V_S)負(fù)極連接；第一開關(guān)管(J₁)一端與第三二極管(D₃)的負(fù)極、第五二極管(D₅)的負(fù)極連接，第一開關(guān)管(J₁)另一端與第三二極管(D₃)的正極、直流電源(V_S)負(fù)極相連接；第一二極管(D₁)的正極與感性負(fù)載(11)的(A)端連接，第一二極管(D₁)的負(fù)極連接上升鉗位器件(9)的一端，上升鉗位器件(9)的另一端連接直流電源(V_S)的負(fù)極；第二二極管(D₂)的正極與感性負(fù)載(11)的(B)端連接，第二二極管(D₂)的負(fù)極與下降鉗位器件(10)的一端連接，下降鉗位器件(10)的另一端與直流電源(V_S)的負(fù)極連接；所述第一二極管(D₁)與上升鉗位器件(9)組成上升沿恒壓鉗位電路(4)，第二二極管(D₂)與下降鉗位器件(10)組成下降沿恒壓鉗位電路(5)，上升沿恒壓鉗位電路(4)和下降沿恒壓鉗位電路(5)分別連接到感性負(fù)載(11)的(A)、(B)兩端，從而給負(fù)載提供上升沿恒壓鉗位電壓(V₁)和下降沿恒壓鉗位電壓(V₂)，使負(fù)載電流能夠線性上升和下降；所述恒流源控制電路(6)包括恒流源電流采樣電路、恒流源基準(zhǔn)電壓電路、由第二比較器(A₂)和電阻(R₁)、(R₂)、(R₃)構(gòu)成的滯環(huán)控制電路，恒流源電流采樣電路轉(zhuǎn)換i_L2(t)為電壓信號(hào)，并和恒流源基準(zhǔn)電壓電路做比較，當(dāng)其小于恒流源基準(zhǔn)電壓電路的電壓時(shí)，恒流源控制電路(6)輸出信號(hào)(K₂)為高電平1，反之(K₂)為低電平0；負(fù)載電流控制電路(1)包括負(fù)載電流采樣電路、負(fù)載電流基準(zhǔn)電壓電路和第一比較器(A₁)，負(fù)載電流采樣電路轉(zhuǎn)換i_o(t)為電壓信號(hào)，并和負(fù)載電流基準(zhǔn)電壓電路做比較，當(dāng)其小于負(fù)載電流基準(zhǔn)電壓電路的電壓時(shí)，負(fù)載電流控制電路(1)輸出信號(hào)(K₃)為低電平0，反之(K₃)為高電平1；所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)的輸入端分別與恒流源控制電路(6)的輸出端、負(fù)載電流控制電路(1)的輸出端和時(shí)序控制(3)的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)的兩個(gè)輸出端分別連接到驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸出端分別連接到第一開關(guān)管(J₁)和第二開關(guān)管(J₂)的控制端；驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路(7)通過把時(shí)序控制(3)輸出的信號(hào)(K₀)和(K₁)、恒流源控制電路(6)輸出的信號(hào)(K₂)和負(fù)載電流控制電路(1)輸出的信號(hào)(K₃)按驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路真值表1-1完成邏輯運(yùn)算后，分別輸出信號(hào)(Y₁)、(Y₂)到驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路(8)的兩個(gè)輸出端分別輸出控制信號(hào)到第一開關(guān)管(J₁)、第二開關(guān)管(J₂)的控制端，控制第一開關(guān)管(J₁)、第二開關(guān)管(J₂)的導(dǎo)通或關(guān)斷，按設(shè)定頻率輸出脈沖電流，并使恒流源輸出的電流以及負(fù)載電流都穩(wěn)定在設(shè)定值。