电流环设计 - 360文档中心

小超调快过渡时间的电流环转速环设计

的设计准则设计系统的调节器。通过实验对比证明，本文提出的设计方法设计的系统具有超调量小、过渡时间快的
优点。该方法能够用于对超调、过渡时间要求高的电流环、转速环双闭环系统设计。
关键词：电流环；转速环；超调；过渡时间；零极点对消
中图分类号：ＴＰ２７６文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ６８４８（２０１４）０１・００４９ — ０４
（西北机电工程研究所，陕西咸阳７１２０９９）摘要：本文提出了一种新的电流环、转速环双闭环系统的设计方法，该方法减小了经典设计方法小时间常数处理
引入的误差，同时通过比例微分单元实现零极点对消，对消掉较大时间常数的极点，然后按照典型Ｉ型与 Ⅱ型系统
ｔｈｅｌａｒｇｅｔｉｍｅｃｏｎｓｔａｎｔｏｆｔｈｅｐｏｌｅｗｅｒｅｃａｎｃｅｌｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｅｓｉｇｎｃｒｉｔｅｉｏｒｎｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｔｙｐｅ１ａｎｄｔｙｐｅ２ｓｙｓｔｅｍ．Ｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｐｒｏｖｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈ — ｏｄｈａｖｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｍａｌｌｏｖｅｒｓｈｏｏｔａｎｄｆａｓｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｉｍｅ．Ｓｏ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎｄｕｌ— ａｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｏｆｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐ，ｓｐｅｅｄｌｏｏｐｔｈａｔｈａｖｅｈｉｇｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｍａｌｌｏｖｅｒｓｈｏｏｔａｎｄｆａｓｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ

图文全面解析电机马达驱动电流环设计

图文全面解析电机马达驱动电流环设计马达驱动电流环的设计，作为驱动器领域技术上的一个重点和难点一直困扰着很多工程师，今天让我们一起来揭开他的面纱。

对于一个马达来说，如果电流变大的话，可能造成的危害有两个：1.电机：本体本身会发热，会损坏;2.驱动器的MOSFET会由于电流过大导致发热，甚至损坏。

另外，我们这套系统使用电源或者电池供电的，电流变大的话，也就是功率变大了，这个时候提供能量的电源或者电池就会出现问题，或者出现异常保护。

因此，为了我们这样一个系统能够稳定的工作，我们就需要对电机的电流进行监控。

一般的，监控电流之后的保护措施有两种：1.当检测到电流过大之后，我们就实行一个关断保护;2.有的情况下，我们是不能关断保护的，比如说无人机，由于某种原因导致过流了，过流了之后如果进行关断的话，它就会摔下来，因此这个时候是不能进行关断的，还要继续保持一定功率去工作。

当然也不能过大功率去工作，这个时候就需要我们对它进行一个限功率输出，也叫恒功率输出。

那么恒功率的目的，也就是恒电流输出，也就是我们所说的“电流环”。

对于一个电机来说，实际上它的“环”是有很多的，比如说有:电压环、转速环、位置环、电流环。

我们这次和大家谈的主要是电流环，那么谈这个电流环的话，首先我们要和大家谈的是电机的电流如何进行一个采样。

电机电流的采样一般我们分两种形式：一种方式是我们直接从电源端采样，对于电源端采样，比如说像这个桥式电路，+15V是给电池供电的电压，我们把这样的一个电压叫做Vbus电压(如下图)。

这个Vbus电压实际上是由电源供过来的，我们可以在这个电压前面，我们串接一个很小的电阻，当然了，这个电路的网络就需要改动一下(如下图)，而且R3如果做采样电阻的话，所以说它的电阻的就不能大，大的话，它会影响功率的输出，比如说我们可以用一个10Ω这样的电阻。

当它流过电流之后，由于它有阻值，那么它两端就有一个电势差，我们测量这个电势差，然后它的电流等效成电势差除以一个10Ω的阻值，而R3两端的电压我们就可以通过一个运放进行采集。

电流环的设计

中国农业大学课程设计（2010-2011学年春季学期）论文题目：基于双闭环的直流脉宽调速系统计算书课程名称：电力拖动自动控制系统任课教师： *** 班级：自动化081 学号： 0808140823 姓名：李璐基于双闭环的直流脉宽调速系统建模及调节器设计一、设计总体要求：要求设计双闭环直流脉宽调速系统，可完成以下任务：(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作；(2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）；(3) 动态性能指标：转速超调量δn ＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s ；(4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续；(5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。

电路设计及分析根据设计任务可知，要求系统在稳定的前提下实现无静差调速，并要求较好的动态性能，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要。

转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1-1所示。

图1-1 转速、电流双闭环调速系统系统框图两个调节器的输出均带限幅作用的,转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子电换器的最大输出电压。

双闭环直流调速系统原理框图如下图1-2所示：图1-2 双闭环直流调速系统原理框图由此得到系统电气原理图见附图1。

二、电流调节器设计电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。

对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。

转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

电机控制电流环带宽设计-概述说明以及解释

电机控制电流环带宽设计-概述说明以及解释1.引言1.1 概述电机控制是现代工业中不可或缺的一个重要环节。

通过对电机的精确控制，可以实现各种工业应用，如机器人自动化、工厂生产线等。

电机控制的一个关键方面是控制电流，因为电机的性能和稳定性很大程度上取决于其电流的准确控制。

本文将重点讨论电机控制中的一个关键问题，即电流环带宽的设计。

电流环带宽指的是电机控制系统中电流环的特性，即电流环对于变化的电流响应的速度和准确性。

一个高带宽的电流环可以更快、更准确地响应变化，从而提高电机的性能和稳定性。

在本文中，我们将首先介绍电机控制的基础知识，包括电机工作原理、控制方式等。

然后，我们将详细讨论电流环带宽的重要性，解释它对电机性能和稳定性的影响。

接下来，我们将研究影响电流环带宽的因素，包括电机参数、控制器参数等，并介绍相应的设计方法。

通过本文的学习，读者将能够全面了解电流环带宽的设计原理和方法，具备设计高性能电机控制系统的能力。

电机控制领域的研究和应用也将得到进一步推动和发展。

在工业自动化和机械控制等领域，电机控制的重要性将日益凸显。

因此，深入了解电流环带宽的设计是非常有必要的。

1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分来探讨电机控制电流环带宽的设计问题。

具体结构安排如下：引言部分首先对电机控制电流环带宽设计的背景和意义进行概述。

随后，介绍文章的整体结构和各部分内容的安排，为读者提供一个整体的框架，以便更好地理解本文的主题和论证过程。

正文部分将依次介绍电机控制的基础知识和电流环带宽的重要性。

其中，会详细讨论电机控制的基本原理、常用的控制方式以及电流环带宽对电机性能的影响。

通过对这些基础知识的理解和分析，读者可以更好地理解电流环带宽设计的必要性和优化方法。

结论部分将总结影响电流环带宽的因素和电流环带宽的设计方法。

首先，列举影响电流环带宽的主要因素，并分析它们对电机控制的影响程度。

其次，提供一些常用的电流环带宽设计方法，包括参数选择、控制策略和系统优化等方面的建议。

电流环系统设计实现与排故

电流环系统设计实现与排故作者：陈印胡莹来源：《科技视界》2016年第22期【摘要】基于空管单位转报传输的实际应用，设计电流环系统以延长传输距离和减少传输误码率。

要求电流环的传输信号稳定可靠、传输速率达到1200位/s及以上，具有较好的带负载能力和隔离度，传输电压不超过24V。

针对电流环系统无法传输信息的故障提出几点解决方法，分享排故经验。

【关键词】电流环；电流传输；电路板检修在空管系统中，转报通常采用双流接口来传输报文内容，通过电流信号传输信息的方式不仅干扰小，相比电压信号传输信息，这种方式还具有传输距离远的优势。

由于网络终端通常采用RS232接口，所以需要设计一个双流接口与RS232接口的转换电路。

但是这种转换电路在市场上应用较少，缺乏足够的研究资料，不利于系统的排故。

本文利用常规元器件，通过电路板焊接，实现了双流接口与RS232接口的转换功能，满足全双工串行通信，这个双向发射接收的环形电路称为电流环系统，双流接口与RS232的转换设备称为电流环设备。

电路的设计从PNP三极管和NPN三极管的串联电路开始，通过输入信号来控制这两个三极管处于一个导通一个截止的状态。

并在两个三极管的发射极分别接±24V稳定电压，以实现当输入正负不同信号时，输出满足要求的稳定的正负电压，根据负载电阻转换成稳定的电流信号。

为了实现输入信号与输出信号更好的隔离性，采用了型号为4N25的光电耦合器，如图1。

当输入负电压时，光电耦合器U1导通，U2截止；当输入正电压时，光电耦合器U2导通，U1截止，黄灯亮。

为了提高电路稳定性和可靠性，在光电耦合器和三极管串联电路之间设计一个控制电路。

当U1导通时，控制电路的三极管Q2导通，稳定管U4输出的-24V电压被R1、R7分压，引起三极管串联电路的Q3被导通，负载输出稳定的负值电流信号。

同理，当U2导通时，U1截止，稳压管U3输出的24V电压被R2、R8分压，引起三极管串联电路中Q4导通，Q3截止，负载输出稳定的正值电流信号。

电压环与电流环设计

控制电路设计一、电流环的设计电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值，使它处于稳定状态，根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下：IL其中Vcv 为电压环的输出电压（即系统的参考电压），Vs 为锯齿波的幅值，IL 为电感上的电流，K1为采样的放大倍数。

设置PI 为单零点—单极点补偿网络。

如下图所示：因为系统的开关频率为100KHZ ，为了避免开关频率对控制环路的影响，穿越频率fci 必须远远小于开关频率，当然为了对系统动态响应的速度，我们希望fci 越大越好，在一般的开关电源中，fci 都小于开关频率的1/10，此处我们设置为开关频率的1/10，即10KHZ 。

补偿网络的传递函数为：211111()R C S G s R C S +=, 由系统框图可以得系统的开环传递函数为：21211(1)11()1S R C S G S K R C S V SL+=，式中：Vs=5V ；L=15uH;K1=1/100; S=jw;代入上式，当fci=10KHz 时，2()G S =1，令补偿零点角频率1211w R C =在fci/2处，即1211w R C ==5KHz ，经计算得11R C =62.710-⨯,21R C =4210-⨯,所以21R R =74，令1R =1K ，得2R =74K ，1C =2.7 nf, 代入得开环传递函数为：2245000()/10S G S S -+=，经MATLAB 画出BODE 图如下：从上图可以看出，在(1/2)fci 频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，可以达到较快的动态响应，由于传递函数以-20dB 的斜率穿越0dB 线，也可以获得足够的相位裕量（64度）。

同时由于从0Hz~(1/2)fci 之间，开环传递函数以-40dB 斜率衰减，可以获得很高的静态增益，从而使得静态误差非常的小。

根据乃奎斯特环路稳定性判据，系统是稳定的，设计也合理。

pfc电流环参数设计

PFC电流环参数设计指南============本文档将详细介绍PFC（功率因子校正）电流环参数设计的主要方面，包括环路带宽、环路增益、相位裕度、采样电阻、滤波器、限流保护、零漂补偿以及交叉保护。

1. 环路带宽-------环路带宽是指电流环路能够响应的最大频率。

在设计环路带宽时，应考虑以下几个因素：* 开关频率：开关频率越高，环路带宽也应相应提高。

* 响应时间：为了在短时间内达到稳定状态，需要适当增加环路带宽。

* 噪声抑制：为了抑制高频噪声，可以适当增加环路带宽。

2. 环路增益-------环路增益是指电流环路对输入信号的放大倍数。

在设计环路增益时，应考虑以下几个因素：* 放大倍数：根据实际需要，选择合适的放大倍数。

* 线性范围：避免在放大倍数较大的情况下出现非线性失真。

* 稳定性：确保环路在各种条件下都能保持稳定。

3. 相位裕度-------相位裕度是指电流环路的相位差与90度之间的差值。

在设计相位裕度时，应考虑以下几个因素：* 稳定性：为了确保环路的稳定性，相位裕度应大于等于45度。

* 响应时间：适当减小相位裕度可以加快响应时间。

* 噪声抑制：适当增加相位裕度可以增强对高频噪声的抑制能力。

4. 采样电阻-------采样电阻用于将电流信号转换为电压信号。

在设计采样电阻时，应考虑以下几个因素：* 电阻值：根据实际需要选择合适的电阻值。

* 功率容量：考虑采样电阻上可能出现的最大功率损耗，并选择合适的电阻材质。

* 线性范围：选择线性范围较大的采样电阻，以减小非线性失真。

5. 滤波器-----滤波器用于消除电流信号中的高频噪声和干扰。

在设计滤波器时，应考虑以下几个因素：* 滤波器类型：根据实际情况选择合适的滤波器类型，如LC滤波器、RC滤波器等。

* 截止频率：根据需要选择合适的截止频率，以滤除高频噪声和干扰。

* 衰减率：考虑滤波器的衰减率，以确保达到预期的滤波效果。

6. 限流保护-------限流保护用于防止电流过大导致器件损坏或故障。

基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计

基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计摘要:介绍了SVPWM机理，设计了伺服电机的电流环控制的软硬件方案，对电流环伺服控制策略进行了研究，分析了电流采样原理，并对电机驱动中逆变器的死区补偿问题做了一些探讨，最后详细介绍了电流环中断的软件实现方法。

关键词:空间矢量脉宽调制; 逆变器; 死区补偿 Design of Current Loop for Motors Control System Based on SVPWMSUN Jie , LUAN Zhong-quanAbstract : Introduce the SVPWM, design the software and hardware scheme of current loop in servo motor, study the control strategy, analyze the current sampling, and do some research to keep the force ripple of load motor and compensate death-time in motor inverter. At last, the software realization plan about current loop interruption was focused on. Key words : space vector pulse width modulation (SVPWM) ; inverter ; d ead-time compensation0 引言近十几年来，DSP控制器广泛应用于电机控制中。

TI公司的TMS320F2812 DSP 具有更完备的外围控制接口和更丰富的电机控制外设电路。

它的事件管理器(EV)含有硬件SVPWM产生电路。

产生SVPWM具有硬件结构简单, 控制精度高, 实时性强, 软件编程容易等优点。

电流环的设计

中国农业大学课程设计（2010-2011学年春季学期）论文题目：基于双闭环的直流脉宽调速系统计算书课程名称：电力拖动自动控制系统任课教师： *** 班级：自动化081 学号： 0808140823 姓名：李璐基于双闭环的直流脉宽调速系统建模及调节器设计一、设计总体要求：要求设计双闭环直流脉宽调速系统，可完成以下任务：(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作；(2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）；(3) 动态性能指标：转速超调量δn ＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s ；(4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续；(5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。

电路设计及分析根据设计任务可知，要求系统在稳定的前提下实现无静差调速，并要求较好的动态性能，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要。

转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1-1所示。

图1-1 转速、电流双闭环调速系统系统框图两个调节器的输出均带限幅作用的,转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子电换器的最大输出电压。

双闭环直流调速系统原理框图如下图1-2所示：图1-2 双闭环直流调速系统原理框图由此得到系统电气原理图见附图1。

二、电流调节器设计电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。

对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。

转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

buck电路的电流环设计

buck电路的电流环设计
设计Buck电路的电流环涉及到多个方面，包括电路拓扑、元件选择、控制策略等。

首先，Buck电路是一种降压型DC-DC转换器，其基本拓扑包括MOSFET开关管、电感、二极管和电容。

在设计电流环时，需要考虑到电感电流的稳定性和响应速度。

以下是一些设计考虑因素：
1. 元件选择，选择合适的电感和电容以确保电路的稳定性和效率。

电感的电流饱和电流和电阻、电容的容值和ESR都会影响到电流环的性能。

2. 控制策略，常见的控制策略包括电压模式控制和电流模式控制。

在电流环设计中，需要选择合适的控制策略来实现电流的准确控制和快速响应。

3. 反馈回路设计，设计合适的反馈回路来监测电感电流，并将其与参考电流进行比较，以调节MOSFET的导通时间，从而实现对电流的精确控制。

4. 稳定性分析，进行稳定性分析以确保电流环在各种工作条件
下都能保持稳定的工作状态，避免振荡和不稳定性。

5. 抑制电磁干扰，在设计中需要考虑到电磁干扰的抑制，包括
布局设计、滤波器的选择等，以保证电流环的稳定性和可靠性。

总之，设计Buck电路的电流环需要综合考虑电路拓扑、元件选择、控制策略、反馈回路设计、稳定性分析和电磁干扰等多个方面，以实现对电流的精确控制和稳定运行。

希望这些信息能够对你有所
帮助。

电压环与电流环设计

控制电路设计一、电流环的设计电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值，使它处于稳定状态，根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下：IL其中Vcv 为电压环的输出电压（即系统的参考电压），Vs 为锯齿波的幅值，IL 为电感上的电流，K1为采样的放大倍数。

设置PI 为单零点—单极点补偿网络。

如下图所示：因为系统的开关频率为100KHZ ，为了避免开关频率对控制环路的影响，穿越频率fci 必须远远小于开关频率，当然为了对系统动态响应的速度，我们希望fci 越大越好，在一般的开关电源中，fci 都小于开关频率的1/10，此处我们设置为开关频率的1/10，即10KHZ 。

补偿网络的传递函数为：211111()R C S G s R C S +=, 由系统框图可以得系统的开环传递函数为：21211(1)11()1S R C S G S K R C S V SL+=，式中：Vs=5V ；L=15uH;K1=1/100; S=jw;代入上式，当fci=10KHz 时，2()G S =1，令补偿零点角频率1211w R C =在fci/2处，即1211w R C ==5KHz ，经计算得11R C =62.710-⨯,21R C =4210-⨯,所以21R R =74，令1R =1K ，得2R =74K ，1C =2.7 nf, 代入得开环传递函数为：2245000()/10S G S S -+=，经MATLAB 画出BODE 图如下：从上图可以看出，在(1/2)fci 频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，可以达到较快的动态响应，由于传递函数以-20dB 的斜率穿越0dB 线，也可以获得足够的相位裕量（64度）。

同时由于从0Hz~(1/2)fci 之间，开环传递函数以-40dB 斜率衰减，可以获得很高的静态增益，从而使得静态误差非常的小。

根据乃奎斯特环路稳定性判据，系统是稳定的，设计也合理。

双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)

为,在实际产品的研制过程中,电流环采取PI调节器,系统将更易于实现.
3结束语
通过对双环反馈控制的SPWM逆变电源系统的电流环设计原则及系统的开环特性分析,可得出如下结论:在系统参数不太明了的情况下,电流内环尽量采取PI调节器设计,它将使系统的稳定性更好,参数调整比较方便,能满足一定的带宽和动态特性.当系统参数比较明确或者系统惯性较小时,采取P调节器,可以降低系统调节的难度和复杂性.总之,内环采取哪种调节器应该由系统的本身性能来决定.参考文献:
[1]Naser Mabdel-Rahim, John E Quaicoe . Analysis and De-sign of a multiple Feedback Loop Control Strategy for Single-phase Voltage Source UPS Inverters [J ]. IEEE Trans . on PE , 1996,11(4 :532-541.
与G O
的零极点抵消的设计
方法只是一个理想的分析.
若在
s
V
s +
11+T /r
T 1s +
1T +Kp K PWM K
s +1
(9
G
b =
K V K i K PWM K
/r
i
s
i s +
1
i
s +1
s +1
(10
式中K p为P调节器的放大倍数; K
V
V
s +1
, L =
900
i
=0.001, K =0.025,
[2]Navid R Zargari , Phoivos D Ziogas , Geza Joos . A Two-Switch high-performance Current Regulated DC/ACCon-verter Module [J ]. IEEE Trans on Industry Applications , 1995, 31(3 :583-589.

4-20mA电流环详细设计指南

Current LoopApplication NoteDocument No. CLAN1495International HeadquarterB&B Electronics Mfg. Co. Inc.707 Dayton Road -- P.O. Box 1040 -- Ottawa, IL 61350 USA Phone (815) 433-5100 -- General Fax (815) 433-5105Home Page: Sales e-mail: sales@ -- Fax (815) 433-5109 Technical Support e-mail: support@ -- Fax (815) 433-5104European HeadquarterB&B Electronics Ltd.Westlink Commercial Park, Oranmore, Co. Galway, IrelandPhone (353) 91 792444 -- Fax (353) 91 792445Home Page: Sales e-mail: sales@Technical Support e-mail: support@Copyright 1995 B&B Electronics -- January 1995TABLE OF CONTENTS1.0INTRODUCTION (1)2.0THE BASICS OF CURRENT LOOP (3)2.1 Full-duplex 20 mA Circuit (3)2.2 The Simplex 20 mA Circuit (4)2.3 Problems with 20 mA Current Loop (5)2.4 Current Regulation in Current Loops (6)2.4.1 Constant Current Generator Current Source (7)2.4.2 Transmitter Current Limiter (8)2.4.3 Receiver Current Limiter (8)3.0CURRENT LOOPINTERFACE CONNECTIONS (9)3.1 Connection to an Active Current Loop Port (9)3.2 Connection to a Passive Current Loop Port (10)3.3 Interconnection of 2 Current Loop Converters..104.0WHAT ISN’T DIGITAL CURRENT LOOP (11)4.1 4 to 20 mA Analog Current Loop (11)4.2 HART® 4 to 20 mA Current Loops (11)1.0 IntroductionThe purpose of this current loop application note is to introduce the reader to the physical aspects of 20 mA current loop communications.Until the early 1960’s, military teleprinters used 60 ma current loops to communicate over long distances. In 1962, the Model 33 teletype was introduced and 20 mA current loop interfaces became widely used. Throughout the 60’s, 70’s, and early 80’s, 20 mA current loop interfaces were applied in many types of equipment. Current loop interfaces became popular at this time because they offered the most cost effective approach to long distance, noise immune data transmission. The 20 mA current loop is suitable for distances to 2000 feet at data rates up to 19.2k baud with careful attention to interface design. It can be used at longer distances when data rates are as low as 300 baud.When the EIA 422 Standard (December 1978) and the EIA 485 Standard (April 1983) brought forth the application of balanced differential digital data transmission, the popularity of 20 mA current loop rapidly diminished.2.0 The Basics of Current Loop2.1 Full-duplex 20 mA CircuitFigure 1 is a full-duplex 20 mA current loop circuit. Simultaneous two-way communications is possible with this circuit. Two 20 mA current generators are necessary with this circuit. It is possible to have one of the two current generators in one current loop interface and the other current generator in the other interface. For example, the original IBM PC serial adapter card had a current loop interface that contained only one current generator. When you made a correct connection to this current loop interface, the second current loop device would need to provide one current loop generator.Figure 1. Full duplex 20 ma circuit2.2 The Simplex 20 mA CircuitFigure 2 is a diagram of a simplex 20 mA current loop circuit. The fundamental elements of a 20 mA current loop are a current source, a current switch, and a current detector. The transmitter is the current switch and the receiver is the current detector. The interface that contains the current source is called the active unit and all other units are referred to as passive units. Figure 3 is a diagram of the levels in an RS-232 interface and how they relate to the presence and absence of current in a 20 mA current loop circuit. In a 20 mA loop the current flows when the loop is idle (no data being transmitted). In a simplex type circuit a number of transmitters and receivers are put in series in a current loop. As long as only one transmitter sends data, all receivers receive the data.(Only one device can transmit at a time)Figure 2. Simplex 20 mA CircuitFigure 3. Comparison of signal levels in an RS-232 Circuit and a 20-mA Current loop Circuit MARKSPACETransistion regionRS-232 Circuit-15 volts +15 volts+3 volts0 volts- 3 volts 20-mA current flows in circuitFlow of 20-mA curren is interrupted 20-mA circuit 2.3 Problems with 20 mA Current LoopThe main problem with 20 mA current loop is that there isno mechanical or electrical standard defined for this interface. This makes every interface somewhat unique and the user must know some of the technical details about the circuits used in the interface.Figure 4 is a simplified one-way current loop implementedwith two optocouplers, a voltage source, and a resistor. Optocoupler U1 is the transmitter and optocoupler U2 is the receiver. The value of the loop current in this circuit is:Figure 4. Simplified one direction current loopI loop = (Vs - V transmitter -V receiver)/Rsfor typical optocouplersV transmitter (U1) = .2 vwhen turned ONV receiver (U2) = 1.8 vwhen input LED is conductingIf Vs = 12 volts & Rs = 470 ohms thenI loop = (12v - .2v - 1.8v)/470 ohmsI loop = 10v/470 ohms = 21.3 mAIf we changed Vs = 60 v and left Rs = 470 thenI loop = (60v -.2v -1.8v)/470 ohms = 123 mAIf we changed Vs = 5 v and left RS = 470 ohms thenI loop = (5v -.2v -1.8v)/470 ohms = 6.4 mAThe point of showing these different calculations is to demonstrate that the loop currents circuit can vary by considerable amounts, if Vs is varied. Likewise, if Rs was changed the loop currents could also vary considerably. The only way to determine that currents are near 20 mA is to examine the circuit in detail.2.4 Current Regulation in Current LoopsSeveral methods can be used to control the amount of current in a current loop circuit. This section will illustrate several common methods of regulating the current in a current loop.2.4.1 Constant Current Generator Current SourceFigure 5 is a circuit that uses a linear voltage regulatorintegrated circuit to serve as a constant current source. Almost any fixed or adjustable voltage regulator can be used. The example shown in Figure 6 uses an LM317 adjustable regulator because is provides a low amount of voltage drop (3 volts) across the current regulator circuit. For example, if Vs was 12 volts in this circuit, then the maximum voltage that the constant current regulator could drive would be 9 volts. The 62 ohm, Rg resistor sets the regulator current because there is an internal voltage reference in the LM317between VO and the ADJ pins of 1.25 volts.Figure 5. Constant Current Generator for a 20 mA Current LoopMaximum output voltage equal to (Vs - 3v)In a current loop, the sum of all the voltage drops across all the devices must be less than the voltage source, Vs driving the loop. Each device in the current loop whether it is a transmitter (current switch) or receiver (current detector) has some voltage drop across it. For instance, a typical transistor switch can have typically 0.2 volts drop across it. For most of B&B Electronics converters, the voltage drop across the transmitters can be asmuch 2.3 volts when the switch is turned ON. The reason for this is that the transmitter switch must provide for the reverse bias of the internal photo detector diode inside the optocoupler. An optocoupler used as a current detector will have from 1.2 to 2.0 volts drop across it.Figure 6. Current Limiter built into TranmitterI loop max. =T-T+.7Rg2.4.2 Transmitter Current LimiterSome current loop interfaces incorporate current limitinginto the transmitter (current switch) itself. Figure 6 is an example of a circuit that has built-in current limiting so that the loop currentcannot exceed 20 mA. In this circuit Rg provides a source of bias current for Q2 so that if the loop current tries to exceed 20 mA Q2will shunt Q1 base bias current so that Q1 will not conduct more than 20 mA.Figure 7. Current Limiter built into ReceiverR-R+Rg.72.4.3 Receiver Current LimiterThe circuit shown in Figure 7 is used not to regulate theloop current, but to regulate the maximum emitter current in the optocoupler, U1. This is done because some optocouplers require less than 20 mA to operate at maximum speed. Transistor Q1 is used to shunt some of the loop current around the emitter of optocoupler, U1.3.0 Current Loop Interface ConnectionsTo connect our converter to an existing current loop port,you must first determine if the port is active or passive. What this means is: does the port have an internal power supply thatprovides the current (active) for the transmitter, the receiver, or both (transmitter and receiver). The simplest way to determine this is to break the loop (disconnect it) and see if there is any DC voltage across the output or input pairs. If you have access to theinstruction manual for the unit you can also look in there for the information.Current loop interfaces normally consist of four wires. Theyare usually labeled T+, T-, R+, and R-. T+ and T- are the transmit plus and transmit minus lines and data is output from that device on those lines. The R+ and R- lines are the receive plus and receive minus lines and data is input into that device on these lines.Interconnection of the two current loop devices is differentdepending on whether your unit is active or passive.3.1 Connection to an Active Current Loop PortConnection to an active current loop port is very simple.Your units T+ and T- lines go to our units R+ and R- lines. And your units R+ and R- lines go to our units T+ and T- lines. See the following drawing.Note: The T+ & T- indentification doesn't imply a direct connection across the transmitter.Note: The R+ & R- indentification doesn't imply a direct connection across the receiver.Figure 8. Connection to an Active Current Loop3.2 Connection to a Passive Current Loop PortConnection to a passive current loop port is a little harder.You must use a 12 VDC power supply with the 470 ohm resistors inside of our converter to "create" a 20 ma current source. See the following drawing.Figure 9. Connection to a Passive Current LoopRS232 TO CURRENT L O O P C O N V E R T E RPASSIVE CURRENT L O O P C O N V E R T E R3.3 Interconnection of Two Current Loop Converters Interconnection of two B&B current loop converters alsorequires the use of a 12 VDC power supply since they are both passive port. See the following drawing.Figure 10. Interconnection of Two Current Loop converters4.0 What Isn’t Digital Current Loop4.1 4 to 20 mA Analog Current LoopThe diagram shown in Figure 11 is an analog 4 to 20 mAcurrent loop. This circuit is mentioned here because it is sometimes confused with 20 mA digital current loop. The purpose of 4 to 20 mA analog current loop is to transmit the signal from an analog sensor over some distance in the form of current signal. Only two wires are required to send the analog signal and also supply power to the sensor. A loop supply voltage (24 volts in Figure 11) is used to power the remote sensor. The remote sensor regulates the loop current such that the loop current represents the value of the parameter being measured by the sensor. A series resistor RL at loop power supply converts this current to a voltage that can be used by the electronics to record or distribute the parameter being measured.Figure 11. 4 to 20 mA analog current loopSensor Output SignalV+ never drops below +12 v4.2 HART ® 4 to 20 mA Current LoopsFigure 12 is another example of a type of 4 to 20 mAcombined analog & digital current loop. This current loop uses HART ® Communications protocol. The HART ® (Highway Addressable Remote Transducer) protocol is used for SMART remote transducers that are compatible with 4 to 20 mA analogcurrent loops but also have digital communications on the same two wires. This is accomplished by superimposing a two-toneFrequency Shift Keyed (FSK) digital current signal on the 4 to 20mA analog signal.Analog SignalFigure 12. 4 to 20 mA analog current loop with digital communications using HART protocolControl system1,200 Hz 0-0.5mA+0.5mA 4 to 20 ma analog plus digital communications2,200 Hz "1""0"Cable to SensorsensorFrequency Shift Keying (FSK) Modulation used to add digital information to the analog 4 to 20 ma signalRemote Smart sensor withHART communications protocol。

电压环与电流环设计

电压环与电流环设计电压环和电流环是一种常见的控制环节，用于控制电路中的电压和电流。

在电力系统、电子设备和工业自动化等领域都有广泛应用。

本文将详细介绍电压环与电流环的设计方法和注意事项。

一、电压环设计电压环是指通过对输出电压进行测量与控制，使得输出电压能够稳定在设定值上。

电压环的设计方法主要包括以下几个步骤：1.确定控制目标：首先需要明确电压环的控制目标，即输出电压应该稳定在多少伏特。

根据具体应用场景和要求，确定合适的电压控制目标。

2.选择合适的传感器：电压环的设计需要选取合适的传感器进行电压的测量。

常用的电压传感器有电压互感器和电压分压器等。

3.建立数学模型：根据电路的特点和控制目标建立数学模型。

可以通过对电路进行等效电路分析和参数提取，建立电路的数学模型。

4.设计控制算法：根据电路的数学模型设计合适的控制算法。

常用的控制算法有比例控制、积分控制、比例积分控制等。

5.参数调节和系统优化：根据实际情况对控制系统参数进行调节和优化。

通过仿真和实验等手段，不断调整参数，使得控制系统的性能和稳定性达到最优。

6.实时监测和故障处理：在电压环工作时，需要实时监测系统的状态和电压波动情况。

一旦发现异常情况，需要及时采取相应的故障处理措施，保证系统的安全稳定运行。

电流环是指通过对输出电流进行测量与控制，使得输出电流能够稳定在设定值上。

电流环的设计方法主要包括以下几个步骤：1.确定控制目标：首先需要明确电流环的控制目标，即输出电流应该稳定在多少安培。

根据具体应用场景和要求，确定合适的电流控制目标。

2.选择合适的传感器：电流环的设计需要选取合适的传感器进行电流的测量。

常用的电流传感器有电流互感器和电流采样电阻等。

3.建立数学模型：根据电路的特点和控制目标建立数学模型。

可以通过对电路进行等效电路分析和参数提取，建立电路的数学模型。

4.设计控制算法：根据电路的数学模型设计合适的控制算法。

常用的控制算法有比例控制、积分控制、比例积分控制等。

llc电流环设计

llc电流环设计LLC电流环设计是电力系统中重要的一环，它用于监测和控制电流，确保系统的稳定运行。

本文将从LLC电流环的基本原理、设计要点和优化方法等方面进行探讨。

LLC电流环是一种闭环控制系统，其基本原理是通过比较输出电流与参考电流之间的差异，调节控制器的输出来控制电流的大小。

其核心是一个比例积分控制器，通过不断调整输出电压来实现对电流的控制。

在设计LLC电流环时，需要考虑电流传感器的选择、控制器的设计和参数调节等因素。

选择合适的电流传感器对于LLC电流环的设计至关重要。

电流传感器的精度和响应速度直接影响到电流环的性能。

常见的电流传感器有电阻型、电感型和霍尔效应型传感器等。

在选择电流传感器时，需要考虑电流范围、精度要求和干扰抑制能力等因素，并根据实际应用场景进行合理选择。

控制器的设计是LLC电流环设计的核心。

控制器的作用是根据电流环的输入和输出特性，产生合适的控制信号来调节输出电压。

常见的控制器类型有比例控制器、积分控制器和微分控制器等。

在设计控制器时，需要根据电流环的动态特性和稳态误差要求，选择合适的控制器类型，并进行参数调节以实现良好的控制效果。

LLC电流环的参数调节是优化设计的重要环节。

参数调节的目标是使电流环具有良好的动态响应特性和稳态误差控制能力。

常见的参数调节方法有试误法、根轨迹法和频域法等。

通过合理选择参数调节方法和调节策略，可以快速调整控制器的参数，使电流环达到最佳性能。

除了基本设计原理和要点外，还有一些优化方法可以进一步提高LLC电流环的性能。

例如，采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制和自适应控制等，可以提高电流环的稳定性和鲁棒性。

此外，使用高性能的数字信号处理器和快速控制算法可以提高电流环的响应速度和精度。

LLC电流环设计是电力系统中重要的一环。

通过选择合适的电流传感器、设计优化的控制器和进行参数调节，可以实现对电流的精确控制。

此外，采用先进的控制算法和优化方法可以进一步提高电流环的性能。

基于自抗扰控制的电流环控制器设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐｉｓｔｈｅｋｅｙｔｏｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｌｏｏｐｃａｓｃａｄｅｄｓｅｒｖｏｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇ￣ｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒꎬ ａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｑｕａｌｉｔｙｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｓｅｖｅｒａｌｆａｃｔｏｒｓ. Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｐｏｓｉｔｉｏｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅꎬ ｒａｐｉｄｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｅｍａｎｄｅｄｉｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｍａｌｌｉｎｅｒｔｉａꎬ ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈｂａｃｋ￣ＥＭＦｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄｌｏｏｐｄｅｌａｙｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｈｉｇｈ￣ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ. ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｒｅｓｕｌｔｓｕｓｉｎｇＭａｔｌａｂ / ＳｉｍｕｌｉｎｋｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｍｍｏｎＰＩａｌｇｏｒｉｔｈｍꎬ ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｂａｃｋ￣ｅｍｆｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅꎬ ｂｕｔａｃｈｉｅｖｅａｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔｏｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｎｄｏｕｔｐｕｔｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ＰＭＳＭꎻ ｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐꎻ ａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ ( ＡＤＲＣ) ꎻ ｂａｃｋＥＭＦｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅꎻ ｌｏｏｐｄｅｌａｙ