ДВУХТАКТНЫЙ ФАЗОИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК H03K7/08 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в ключевых генераторах, вторичных источниках электропитания и т. д.

Известны импульсные устройства, например, описанные в авт. св. N 752779, N 614535, использующие как одностороннюю, так и двухстороннюю широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Последовательность широтно-модулированных импульсов, формируемая в таких устройствах посредством использования известных технических средств (например, описанных в патенте Великобритании N 1505181), основанных на применении двух счетных триггеров, переключающихся по фронту и спаду импульсов с ШИМ, может быть преобразована в две импульсные последовательности с относительной фазовой модуляцией. Недостатком таких устройств является недостаточная устойчивость работы, так как возможные высокочастотные переключения широтно-импульсного модулятора в момент изменения состояния его выходного напряжения могут приводить к сбою работы фазоимпульсного преобразователя.

Реализация в таких устройствах односторонней ШИМ ограничивает их использование в ключевых генераторах со стабильной фазой выходного напряжения, так как в этом случае широтно-импульсная модуляция связана с дополнительной фазовой модуляцией выходных импульсов. Односторонняя ШИМ также ухудшает характеристики известных устройств при их использовании в регуляторах напряжения, так как такой вид модуляции имеет наихудший спектральный состав импульсного напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является фазоимпульсный модулятор по авт. св. N 1614110.

Цель изобретения - уменьшение искажений выходных сигналов при повышении надежности.

Цель достигается в устройстве, содержащем генератор тактовых импульсов (ГТИ), первый выход которого соединен с входом синхронизации широтно-импульсного модулятора (ШИМ), вход которого соединен с входной шиной управляющего напряжения, а выход - с первым входом сигнала х логического дешифратора, второй вход сигнала у которого соединен с вторым выходом ГТИ, а его первый выход сигнала а и второй выход сигнала b являются выходами устройства, введением фазовращателя, вход которого соединен с вторым входом ГТИ, вход управления - с первым выходом ГТИ, выход - с третьим входом сигнала z логического дешифратора, реализующего логическую функцию a = xy+, b = x + .

Благодаря такому построению в предлагаемом устройстве паразитные импульсы на выходах отсутствуют в принципе, так как используемые опорные сигналы для их формирования логическим дешифратором имеют одинаковую частоту и сдвинуты по фазе на 90^о и поэтому одновременно не изменяют свои уровни.

Оценивая отсутствие заявляемого технического решения критерию существенных отличий, следует отметить, что каждый блок и элемент, входящие в состав устройства, известны из многих источников как по построению, так и по функциональному назначению и проявляемым свойствам, однако ни отличительная, ни в целом заявляемая совокупность признаков заявителем и авторами в известных решениях не обнаружены, при этом отличительная совокупность признаков не является самостоятельной или выполняющей самостоятельную функцию частью объекта защиты. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "существенности отличий".

Структурная схема предлагаемого устройства показана на фиг. 1; на фиг. 2 приведены диаграммы напряжений, поясняющие работу этого устройства.

Предлагаемое устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, широтно-импульсный модулятор 2 и фазовращатель 4. Вход и управляющий вход фазовращателя 4 подключены соответственно к первому и второму выходам ГТИ, а выход фазовращателя 4 - к третьему входу сигнала z логического дешифратора 3. Второй вход сигнала н подключен к второму выходу ГТИ, а первый вход сигнала х через ШИМ 2 подключен к первому выходу ГТИ.

Генератор 1 тактовых импульсов предназначен для формирования импульсных последовательностей U1.2 и U1.1 типа меандр рабочей f_o и удвоенной рабочей частоты 2f_o. Генератор 1 может быть выполнен на мультивибраторе и двух счетных триггерах, переключающихся по спаду импульсного напряжения на их входах синхронизации.

Широтно-импульсный модулятор 2 предназначен для формирования сигнала с широтно-импульсной модуляцией удвоенной рабочей частоты по результату сравнения симметричного пилообразного напряжения U_п, сформированного в результате интегрирования импульсного напряжения U1.1 с входным сигналом U_o. Широтно-импульсный модулятор выполняется на операционном усилителе с емкостной обратной связью (интеграторе) и компараторе.

Фазовращатель 4 предназначен для сдвига импульсного сигнала типа меандр (U1.2) на 90^о. Его выходной сигнал U₄ также имеет вид меандра. Фазовращатель 4 может быть выполнен на основе D-триггера, на D-вход которого подается входной сигнал, а на вход синхронизации через инвертор-сигнал U1.1 удвоенной частоты (фиг. 2).

Логический дешифратор 3 имеет три входа сигналов Х, У, Z и два выхода сигналов а и b соответственно, реализуя логические функции: a = x·y + и b = x+, соответствующие таблице истинности (переключений):

Логический дешифратор 3 может быть реализован различным образом, например, на основе элементов И.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Импульсный сигнал U1.1 удвоенной рабочей частоты с первого выхода генератора 1 тактовых импульсов поступает на вход синхронизации широтно-импульсного модулятора 2, где в результате интегрирования преобразуется в симметричное пилообразное напряжение U_п частотой 2f_o и амплитудой U_пм. По результату сравнения пилообразного напряжения U_п с входным напряжением U_o на выходе модулятора 2 формируется сигнал с ШИМ U2:
U2
Фронт и спад импульсов сигнала U2 симметрично смещены относительно тактовых моментов времени t_k, а длительность импульсов t_п определяется выражением t_и = U_o/2f_oU_пм.

Сигнал U2 с ШИМ поступает на первый вход сигнала Х, на второй вход у поступает сигнал U1.2 и на третий вход Z логического дешифратора 3 поступает сигнал U₄ типа меандр, сдвинутый на 90^о относительно сигнала U1.2. В результате реализации логической функции логического дешифратора 3a = x·y+, b = x+ на его выходе формируются два сигнала а U3.1 и b U3.2, сдвинутые на t_и относительно друг друга (как и в устройстве-прототипе).

Таким образом, в предлагаемом двухтактном фазоимпульсном модуляторе обеспечивается симметричная фазовая модуляция двух импульсных последовательностей при отсутствии паразитных импульсов в выходных сигналах, т. е. устраняются искажения выходных импульсов, свойственные устройству-прототипу.

Использование в предлагаемом устройстве симметричной фазовой модуляции позволяет эффективно использовать его в качестве ключевых генераторов с неизменной относительно тактовых импульсов фазой выходного регулируемого по амплитуде напряжения, так как в процессе регулирования мощности генератора заявляемый фазоимпульсный модулятор не вносит какого-либо изменения фазы выходного напряжения, что выгодно отличает его от устройства-прототипа.

Применение предлагаемого устройства в регуляторах напряжений с частотой изменения входного сигнала от (0,1-0,3)f_o за счет использования симметричной ШИМ позволяет уменьшить искажения выходного сигнала в несколько раз по сравнению с устройством-прототипом (менее 1% ).

Введение в состав устройства дополнительного блока и связей позволило сохранить устойчивую работу предлагаемого двухтактного фазоимпульсного модулятора во всем диапазоне изменения входного сигнала, включая режим перемодуляции, при одновременном снижении искажений формы выходного сигнала.

На предприятии изготовлен экспериментальный образец и проведены испытания фазоимпульсного модулятора, результаты которого подтвердили указанные преимущества перед известными, что делает целесообразным его использование.

Изобретение относится к импульсной технике и мби в ключевых генераторах и вторичных источниках электропитания, обеспечивает уменьшение искажений выходных сигналов. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, широтно-импульсный модулятор, логический дешифратор, фазовращатель. Логический дешифратор реализует логическую функцию, приведенную в описании. 2 ил. , 1 табл.

ДВУХТАКТНЫЙ ФАЗОИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом синхронизации широтно-импульсного модулятора, вход которого соединен с входной шиной управляющего напряжения, а выход - с входом сигнала "x" логического дешифратора, вход сигнала "y" которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, выходы сигнала "a" и сигнала "b" дешифратора являются выходами модулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности модуляции за счет уменьшения искажений выходных сигналов, в него введен фазовращатель, вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, вход управления - с первым выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом сигнала "z" логического дешифратора, реализующего логическую функцию
a = x·y + ; b = x + .