188460. lajstromszámú szabadalom • Többcélú kapcsolási elrendezés áramköri paraméterek meghatározására

1

188 460

2

szinuszos feszültségre kapcsolt, ismert struktúrájú áramkörök bekapcsolási szögének, valamint az áramköri paramétereknek a meghatározására szolgál. Ez a kiviteli alak olyan mérést tesz lehetővé, amely révén a bekapcsolási szög meghatározása a kapocsfeszültség bekapcsolási pilla- 5 natbeli értékének ismerete nélkül is lehetséges. A kiviteli alak speciális áramköre a 20 automatikus mérésindító áramkör. A mérés a 24 kezelő és kijelző egységről indítható, amely egyik kimenetével aktivizálja a 20 automatikus mérésindító egységet. Ez utóbbi ennek hatására má- 10 sodik menetén keresztül figyeli a vizsgálandó áramkör áramát. Ha a 20 automatikus mérésindító egység detektál, akkor azonnal jelzi ezt a 19 ütemadó áramkörnek, amely ennek hatására megkezdi ciklikus mintavételezési üzemmódját, ami a találmány tárgyát képező kapcsolási 15 elrendezés működésének megfelelően megy végbe. (Azaz egy mintavételezési cikluson belül a kapocsfeszültséget és a vizsgálandó áramkör áramát egyaránt mintavételezi.)

A feszültség mintavételezésére akkor van szükség, ha a kapocsfeszültség amplitúdója és frekvenciája ismeretlen. 20 Ellenkező esetben a kapocsfeszültség mintavételezésére nincs szükség, tehát a 13. ábra kapcsolási elrendezéséből a kapocsfeszültségből mintát vevő 1 első mintavevő-tartó áramkör és a hozzá tartozó 3 első analóg-digitális áramkör elhagyható. Ez utóbbi esetben egy mintavételezési 25 ciklusban csak az áram mintavételezése történik meg, ebből következően az áram gyakoribb mintavételezése lehetséges. Feltételezzük, hogy a bekapcsolás pillanata és az első mintavételezés időpontja közötti időtartam a kiviteli alak megfelelő egységeinek működési idejéből 30 vagy előre meghatározható, vagy elhanyagolhatóan kis értékű. Ez a feltétel az ismertetésre kerülő algoritmus pontos működéséhez szükséges.

Rövid példával mutatjuk be az algoritmus lényegét képező diszkrét modell meghatározását. Az egyszerűség 35 kedvéért tekintsünk ismét egy R—L kört. Kapcsoljunk rá szinuszos feszültséget:

U= U0.sin(cot+i//) = U0.sinwt.cosi//+U0.cos6ut.sini/'

Ui = U0 . sin cut (34) 40

U2 = U0 . coscot

ahol ¥ a bekapcsolási szög. Célunk az, hogy a ^ szög olyan diszkrét paraméterekben jelenjen meg, amelyekből az R, Lés f paraméterek egyaránt visszatranszformálha- 45 tők. Ebből a célból a (23) összefüggések szerint felállítunk egy kétmenetű modellt (14. ábra), amelynek alapján a program alapját képező differenciaegyenlet meghatározható. AZ . , ry-l

A_ _ - 50

uk 1 *at.ry (35)

egyenlet jobb oldala a (2) összefüggés szerint a soros R—L kör átviteli függvényének egységugrás-ekvivalens z-transzformáltja. A modell alapján felállítható diffe- 55 renciaegyenlet:

i(t) = -a1 -l(t-T) + Ci . Ui(t-T) + C2 . U2(t-T) (36)

ahol 60

C] = bj . cos\p (37)

C2 = bj . sini^ (38)

A bekapcsolási szög tehát megjelent a diszkrét paraméterben. A diszkrét paraméterekhez a (36) differencia- 65

egyenlet alapján az (5) legkisebb négyzetes összefüggésben szereplő mátrixok és vektorok meghatározásával jutunk A felújításokat most is a (6) és (7) összefüggések szerint végezzük. A becslés eredményeként kapott diszkrét paraméterek vektora:

P

n

(39)

A folytonos paramétereket a következő összefüggések alapján kapjuk meg:

. , C2 ,

4> = arctg(—)

h = C- 1

1 cosip

(40)

(41)

~ ■ .j--In(.a,) (42)

1 , (43)

L T-(l+ai)

ahol a T a mintavételezési időköz. Az Uj = UQ.sin w t és az llj = UQ.cos ej t bemenő jeleket a program generálja. Amint már említettük, U0 és u a mintavételezett fesziiltségértékekből határozható meg, ha a kapocsfeszültség e két jellemzőjét ismeretlennek feltételezzük. A már említett másik lehetőségként az UQ és u> értékek eleve ismertek.

Egy bekapcsolási jelenség szimulációját, valamint a paramétereket meghatározó program működését szemlélteti a 15. ábra. A legfelső koordinátarendszer a feszültség- és az áramtranziens időfüggvényét ábrázolja. A következe koordinátarendszer pontjai pedig azt mutatják, hogy a mérés elindítása (tj) után mekkora lenne a Ÿ becsült értéke, ha a program a becslést az illető ponthoz tartozó időpontig tartó mintavételezés alapján végezte volna el. Az alsó koordinátarendszerbe tj időpontnál kezdődő, előre behúzott vízszintes vonal a tényleges bekapcsolási szöget mutatja. Látható, hogy kb. a t2 időpontig érdemes csak mintavételezni, mert a becsült érték itt már pontosnak tekinthető. Fölülről a harmadik koordinátarendszer a soros R—L kör tényleges és becsült ellenállásának értékeit, a legalsó koordinátarendszer pedig az induktivitás tényleges és becsült értékeit mutatja be. A mintavételezési időköz: T = 100 ms. A mintavételezéshez szükséges adatgyűjtés időtartamát nem érdemes túl hoszszúra választani a bekapcsolási szög meghatározása szempontjából, mert a bekapcsolási szög információját az áramtranziens tartalmazza.

A bekapcsolási szög más, ismert stuktúrájú szinuszos feszültségre kapcsolt áramkör esetén is meghatározható a közölt kapcsolási elrendezéssel és módszerrel. A számítógépes szimuláció alapján a módszer pontossága az adott mintavételezési időközhöz és az analóg-digitális kvantálási tartományhoz megválasztható korrekciós tényező alkalmazásával a jelenlegi félvezetőeszközök paramétereit figyelembevéve 0,5% körüli értékre beállítható. Az ismertetett módszer alkalmazható bekapcsolási szög tárolós oszcilloszkópon, vagy oszcillogramon rögzített áramtranziens időfüggvény digitalizálásán alapuló identifikációval történő meghatározására is.

15