Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1983 года по МПК H03K7/08 

2.Модулятор no ri. 1, отличающийся тем, что блок автономного управления длительностью импульсов содержит выпрямитель, к выходу которого подключены соединенные последовательно ограничивающий и разрядный резисторы, причем параллельно разрядному резистору подключены конденсатор и управляемые ключи.

3.Модулятор по п, 1, о т л и ч а 10 щ и и с я тем, что источник опорного напряжения содержит включенные последовательно резистор, диод и стабилитрон, параллельно которым подключена первая дополнительная обмотка трансформатора,

4.Модулятор по п. 1, о т л и чающийся тем, что источник управляющего сигнала содержит включенные последовательно стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

выпрямители которых подключены к второй и трет1 еП дополнительным обмоткам трансформатора,

2. Модулятор поп, 1, отличающийся тем, что, трансФорматор снабжен дополнительной выходной обмоткрЛ, к которой последовательно подключены нагрузка и второй 4 люч-формкрователь, к управляющему, входу которого подключены соединенные последовательно дополнительный источник опорного напряжения и дополнительная обмотка импульсного трансформатора, параллельно которой включены соединенные последовательно резистор и диод, причем объединенные выводы диода и дополнительной обмотки импульсного трансформатора подключены к объединенным выводам ключа-формирователя и дополнительной выходной обмотки трансформатора .

1.ШИРОТНО-НМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР ,. содержащий преобразователь постоянного напряжения в переменное прямоугольной форкы, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к первому выводу вторичной обмотки которого подключен первый вывод первого конденсатора, импульсный трансформатор, ключ-формирователь выходных импульсов и источник управляющего сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, в него дополнительно введены источник опорного напряжения и соединенные последовательно второй конденсатор и блок автономного управления длительностью импульсов, включенные между первыми .выводами вторичной обмотки трансформатора и первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторые .выводы которых объединены, причем источник управляющего сигнала включен между вторым выводом первого конденсатора и первым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым выводом выходной обмотки, трансформатора, а управляюi щий вход подключен через соединенные последовательно согласнб источ(О ник опорного напряжения, резистор и диод к первому выводу вторичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к объединенным выводам резистора ц источника опорного напряжения. 01 |

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова но в источниках питания с широтноимпульсным управлением и стабилизац ей выходного напряжения. Известен широтно- импульсный моду лятор с гальванической развнзкой вхо ных и выходных цепей, предназначенный для управления с источниками пи тания. Модулятор содержит преобразо ватель, выходной трансформатор, управляемый ключ, конденсатор и управляемый источник тока Cl3, 1}едостатком этого модулятора явля ется непосредственная связь цепей нагрузки и управляемого источника то ка, что приводит к недостаточной надежности при работе в условиях мощных промьфщенных помех. Наиболее близким к предлагаемому по технической сутности является широтно-импульсный модулятор, содержащкК преобразователь постоянного на(пряжения в переменное прямоугольной формы, выход которого подключен первичной обмотке трансформатора, к первся 1у выводу вторичной обмотки которого подключен первый вывод первого конденсатора, импульсный трансформатор, ключи-формирователи выходных импульсов и источник управляющего сигнала С2 1, Однако этот модулятор характерызуется низким коэффициентом полезного действия (кпд) из-за того, что цепь передачи энергии выходных импульсов содержит соединенные последо вательно два ключа, импульсный трансформатор и диод, а также значительные массо-габаритные .характер|1стики из-за .выполнения обоих трансформаторов на полную передаваемую мощность, Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия широтно-импульсного модулятора. Поставленная цель достигается тем, что в широтно-импульсный модулятор, содержащий преобразователь постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к первому выводу вторичной обмотки которого подключен первый вывод первого конденсатора, импульсный трансформатор, ключформирователь выходных импульсов и источник управляющего сигнала, дополнительно введены источник опорного напряжения и соединенные последовательно второй конденсатор и блок автономного управления длительностью импульсов, включенные между первыми выводами вторичной обмотки трансформатора и первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторые выводы которых объединены, причем источник управляющего сигнала включен между вторым выводом первого конденсатора и первьм выводом первичной обмотки импульсного трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым выводом выходной обмотки трансформатора и первым входом ключа-формирователя, второй вход которого через нагрузку подклгочен к второму выводу выходной обмотки трансформатора, а управляющий вход подключен через соединенные последовательно согласно источник опорного напряжения, резистор и дио к первому выводу вторичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которого подключен к объединённым выводам резистора и источника опорного напряжения.

Блок автономного управления длительностью импульсов содержит выпрямитель, к выходу которого подключены соединенные последовательно ограничивающий и разрядный резисторы, причем параллельно разрядному резистору подключены конденсатор и управляемые ключи.

Источник опорного напряжения содержит включенные последовательно резистор, диод и стабилитрон, параллельно которым подключена первая дополнительная обмотка трансформатора .

Источник управляющего сигнала сбдержит включенные последовательно стабилизатор тока и стабилизатор напряжения, выпрямители которых подключены к второй и третьей дополнительным обмоткам трансформатора.

Кроме того, для обеспечения двухфазного управления трансформатор снабжен дополнительной выходной обмоткой, к которой последовательно подключены нагрузка и ключ-формирователь , к упра вляющему входу которого подключены соединенные последовательно дополнительный источник опорного напряжения и дополнительна обмотка импульсного трансформатора, параллельно которой включены соединенные последовательно резистор и диод, причем объединенные выводы диода и дополнительной обмотки импульсного трансформатора подключены к объединенным выводам ключа-формирователя и дополнительной выходной обмотки трансформатора.

На чертеже представлена блок-схема широтно-импульсного модулятора.

Он содержит преобразователь 1 постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора 2, первый вывод обмотки 3 которого через соединенные последовательно конденсатор 4, стабилизатор 5 тока и стабилизатор 6 напряжения подключен к первому выводу обмотки 7 импульсного трансформатора 8, вторые выводы обмоток 3 и 7 объединены, выпрямитель стабилизатора 5 тока подключен к обмотке 9 трансформатора 2, а выпрямитель стабилизатора 6 напряжения - к обмотке 10 трансформатора 2, первый вывод обмотки 11 трансформатора 8, подключен к первому выводу источника 12 опорного напряжения, второй вывод которого подключен к управляющему входу ключа-формирователя 13, первый вход которого соединен с объединенньп/ и выводами обмотки 11 трансформатора и обмотки 14 трансформатора 2, другой вывод обмотки 14 через нагрузку 15 соединен с вторым входом.ключа 13. Для Двухфазного управления канал 16 выполняется с противофазным включением о.бмоток трансформаторов 2 и 8. Параллельно обмотке 11 включены соединенные последовательно резистор 17 и диод 18, образующие последовательно согласное включение для управляющего тока источника 12 опорного напряжения. Конденсатор 19 включен последовательно с выпрямителем 20 между первыми выводами обмоток 3 и 7. К выходу выпрямителя 20 подключены соединенные последовательно резистор 21 и конденсатор 22, параллельно которому подключены ключи 23 и 24 и разрядный резистор 2.5. Выпрямитель 20, резисторы 21 и 25, ключи 23 и 24 и конденсатор 22 образуют блок автононого управления длительностью импульса. Стабилизатор 5 тока, стабилизатор 6 напряжения и обмотки 9 и 10 трансформатора 2 образуют источник управляющего сигнала. К стабилизатору 5 тока подключены управляющие шины 26, а к стабилизатору 6- напряжения управляющие ишны 27.

Стабилизатор 5 тока может быть вполнен, например, на транзисторе, в эмиттер которого включен датчик тока, соединенный с шинами 26, а база подключена к источнику опорного напряжения, состоящего из соединенных последовательно выпрямителя, вход которого подключен к обмотке 9, и компенсационного источника.

Стабилизатор 6 напряженияможет быть выполнен в виде последовательного стабилизатора напряжения выпрямителя, к входу которого подключена обмотка 10, а шины 27 подключены к источнику опорного уровня. Ключ 13 может быть выполнен, например, на транзисторе, параллельно цепи коллектор-эмиттер которого вклчен.-диод, пропускающий ток нерабоче полярности транзистора, а параллельно переходу эмиттер-база включен диод обратной полярности.

Трансформатор 2 может иметь обмотки 28 импульсов неизменной скважности и обмотки питания ключей 23, выполненных на реле.

Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.

Преобразователь 1- постоянного напряжения в переменное вырабатывает прямоугольные импульсы со скваностью, равной 2. Величина тока J, в обмотке 7 задается стабилизатором 5 и может изменяться пол воздействием управляющих входных сигн лов на шинах 26 и 27. В обмотке 11 трансформатора 8 появляется ток, не личина KOTopioro обеспечивает падение напряжения на резисторе 17 и диода 18, препятствующее открыванию транзистора ключа напряжением источ ника опорного напряжения. Ключ 13 закрыт. При достижении на конденса торе 4 напряжения равного -с--бх где Ugx напряжение на обмотке 3; Ugp- сумма напряжений стабилизатора б напряжения и обмотки 1) ток в обмотке 7 прекращается, и ключ 13 открывается под воздействием напряжения источника 12.опорного напряжения. Таким образом, величина тока стабилизатора 5 регулирует длительность открытого состояния ключа 13 и, следовательно, длительность поло жительного импульса тока в нагрузке. Длительность отрицательного ток не регулируется, так как отрицатель ный ток протекает через диод, шунТНРУЮЩИЙ транзистор ключа 13. Во вр мя отрицательного полупериода в канале 16 формируется положительный импульс, сдвинуть1й на 180Я Время задержки замыкания ключа 13 для установившегося режима равно t,, и, где С - емкость конденсатора 4; начальное напряжение на конден саторе, обусловленйое его зарядом в предыдущий полупериод. Так как то (1) можно заi Uco Ugx- оп писать в виде 4 ) ъ- т; Время замкнутого состояния ключаформирователя tj,p равно Коэффициент заполнения положительно го выходного импульса напряжения ра вен 2i 2i, Тт С учетом выр1зжения (2) получим , с Выражение 4 представляет собой уравнение управления длительностью выходных импульсов модулятора. Из него видно, что коэффициент заполнения выходных импульсов можно менять, изменяя величину управляющих сигналов Up и J , а также и величину питающего напряжения, которое пропорционально Ugx. Для обеспечения оптимального параметрического управления длительностью выходных импульсов модулятора при постоянных частоте переменного напряжения и величине емкости конденсатора 4 ток 3 стабилизатора 5 тока должен изменяться пропорционально изменению , что обеспечивается использованием обмотки 9 трансформатора в качестве источника опорного напряжения. Формирование импульсов переменной скважности в канале 16 происходит аналогично. Блок автономного управления длительностью выходных импульсов модулятора обеспечивает независимое управление длительностью импульсов и может использоваться при регулировании длительности при включении или аварийной ситуации. Блок работает аналогично основному источнику управляющих сигналов.. В момент подачи питания ключи 23 и 24 разомкнуты, через конденсатор 19 и выпрямитель 20 протекает ток обмотки 7 трансформатора 8. Величина тока определяется . параметрами нагрузки выпрямителя 20, т.е. величинами сопротивления резистора. 21 и емкости конденсатора 22. Поскольку, напряжение на конденсаторе 22 нарастает от нуля, то и длительность положительных выходных импульсов также нарастает от нуля до требуемого значения со скоростью заряда конденсатора 22 до амплитудного значения напряжения на обмотке 3 трансформатора 2. После окойчания заряда ток через выпрямитель 20 прекращается и, следовательно, прекращается воздействие блока автономного управления на длительность выходного импульса. При отключении питающего модулятор напряжения конденсатор 22 разряжается через шунтирующий его резистор, и блок автономного управления приходит в исходное состояние. Для обеспечения нормального функционирования блока необходимо выбирать постоянную времени RC цепи,- образованной конденсатором 22 и резистором 25 много больше, чем постоянная времени цепи, образованной конденсатором 22 и резистором 21. Замыкание ключей 23 и 24 приводит к блокированию ключей-формирователей в непроводящем состоянии и прекращению генерации импульсовположительного напряжения. При размыкании ключей 23 и 24 генерация этих импульсов возобновляется, причем длительность их начинает возрастать от нуля. Включение импульсного трансформатора .в цепь управления ключами позволяет снизить его габаритную мощность в десятки раз, что совмест -но с исключением из цепи передачи . энергии выходных импульсов второй обмотки и второго ключа, что позволяет в несколько раз сократить потери мощности и увеличить КПД модулятора. Наличие автономных цепей управления длительностью выходного импульса обеспечивает наилучшие условия его совместимости с узлами импульсных стабилизаторов, в том числе и стабилизаторов с компенсационнопараметрическим управлением.