Управляемый преобразователь напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/64 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичных источников питания 5 коллекторных модуляторов передатчиков и в других преобразонательных устройствах большой и сре ней мощности. Известен преобразователь напряжения, использующий широтно- мпульс ную модуляцию (ШИМ) сигнала 5 содержащие последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор 5 распределитель импульсов и оконечный ка кад, выполненный по двухтактной .трансформаторной схеме, включаюпщй двухтактный ключевой усилитель, силовой трансформатор9 выпрямитель и фильтр нижних частот (ФНЧ), Этот преобразователь имеет гальваническую развязку ключевого усилителя и нагрузки, что позволяет использовать его в качестве вторичного источника питания C1J. Недостатком такого преобразователя является нестабильность выходного напряжения при изменении нагрузки. Кроме того, при изменяющемся низкочастотном модулирз щем воздействии выходное напряжение такого преобразователя зависит от характеристик ФНЧ. Например, при использовании преобразователя в качес ве коллекторного модул5 гора передат чика его выходные амплитудно- и фазочастотные характеристики повторяют аналогичные характеристики ФНЧ Для повьшения стабильности выходного напряжения в известном преобразователе введена цепь обратной связи, включенная между выходом око вечного каскада и входом широтно- . импульсного модулятора. Однако пре дельная глубина обратной связи в этом преобразователе ограничена нарушением устойчивости работы, что обуславливает уменьшение стабильности и возрастание пульсаций выходного напряжения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является управ ляеь&й преобразователь напряжения, содержащий генератор тактовой частоты , счетчик 5 широтно-импульсный модулятор, распределитель импульсов с первым и вторым входами, оковечный каскад, цепь обратной связи и трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходам распределителя импульсов, а вторичные обмотки - к входам оконечного каскада, один из выходов которого подключен к выходному вьтоду, а другой соединен с входом цепи обратной связи, выход генератора тактовой частоты соединен со счетным входом счетчика, первый вход широтно-импульсного модулятора подключен к входному вьгооду, второй вход - к выходу цепи обратной связи, а выход - к первому входу распределцтеля импульсов 2j. Недостатком известного управляемого преобразователя напряжения является низкая стабильность выходно-. го напряжения, обусловленная небольшой глубиной обратной связи. Обеспечение в импульсных преобразователях напряжения (усилители класса Д) адаптивной широтно-импульсной модуляции (АШИМ) позволяет существенно повысить стабильность их выходного напряжения. При таком виде модуляции импульсный сигнал формируется в результате непосредственного сравнения модулирующего воздействия и,, и сигнала обратной связи UOQ . На выходе широтно-импульсного модулятора, выполненного на вычитающем устройстве и релейном элементе ,с шириной петли гистерезиса 2 Д, формируется импульс при U, - Uoc и пауза, если U UQC -Д . Таким образом, при использовании АШИМ форма выходного напряжения с точностью до ширины петли гистерезиса релейного элемента повторяет форму модулирзпрщего воздействия. Однако использование АШИМ в известных преобразователях вапряження затруднено тем, что при таком виде модуляции длительность импульсных процессов зависит от уровня модулирующего воздействия. При АШИМ длительность импульсов существенно изменяется и при больших уровнях модулирующего воздействия может достигать значительной величины. Необходимость передачи линных импульсов в известных преобразователях приводит к значительному увеличению габаритов трансфораторов, что делает неэффективным спользование в таких преобразова- телях АШИМ. Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения уп3

равляемого преобразователя напряжения.

Цель достигается тем, что управляемый преобразователь напряжения, содержащий генератор тактовой частоты, счетчик, широтно-импульсный модулятор, распределитель импульсов с первым и вторым входами, оконечный каскад, цепь обратной связи и трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходам распределителя импульсов, а вторичные обмотки - к входам оконечного каскада, один выход которого гЮдключен к выходному выводу, а другой соединен с входом цепи обратной связи, вькод генератора тактовой частоты соединен со счетным входом счетчика, первьм вход широтно-импульсного модулятора подключен к входному выводу, второй вход - к выходу цепи обратной связи, а выход - к первому входу распределителя импульсов, снабжен двумя дешифраторами и D-триггером, причем введенный установочный вход счетчика соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, установочным входом D -триггера И первым входом первого дешифратора, второй вход которого подключен к выходу Р -триггера, а третий вход - к счетному входу J) -триггера и выходу второго дешифратора, входы которого соединены с выходами счетчика, выход первого дешифратора соединен с вторым входом распределителя импульсов.

Введение в известное устройство дополнительных узлов и связей позволило обеспечить передачу длинных импульсов, сформированных широтноимпульсным модулятором через распределитель импульсов и высокочастотный трансформатор на вход оконечного каскада, и тем самым обеспечить в предлагаемом устройстве адаптивную ШШ.

Яа фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройстваJ на фиг. 2-5 эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Управляемый преобразователь напряжения (фиг. 1) содержит широтноимпульсный модулятор 1, распределитель 2 импульсов, трансформатор 3, оконечный каскад 4, цепь 5 обратной связи, генератор 6 тактовой частоты счетчик 7, первый дешифратор 8,

08514

триггер 9 и второй дешифратор 10. Оконечньт каскад может быть выполнен на ключевом усилителе 11 и фильтре 12 низкой частоты (ФНЧ). Широтно-импульсный модулятор 1, входящий в состав предлагаемого устройства, может быть выполнен на вычитающем устройстве 13 и релейном элементе 1А. Широтно-импульсньп

модулятор формирует импульс (U, 1) при и„ UQC +Л и паузы (и, О) при и„ Uoc - А .

На фиг. 2-5 приведены сигналы на входах широтно-импульсного модулятора 1 (сигнал обратной связи DOC и модулирующие воздействия U,), а также выходные сигналы широтно-импульсного модулятора 1 и счетчика 7 Uj и U , дешифратора 8 И ,

0 D-триггера 9 Uj, дешифратора 10 Uj , распределителя 2 импульсов U и сигнал, формирующийся на выходе счетного триггера, входящего в состав распределителя 2 импульсов U.

5 Счетчик 7 осуществляет деление импульсов тактовой частоты, поступающей на его вход с выхода генератора 6, когда сигнал на его установочном входе и 1. При Ц, О счетчик 7 занулен и напряжения и и и на его выходах равны О. Счетчик 7 может быть вьтолнен на микросхеме 133ИЕ5.

Дешифратор 8 при U 1 форми- . рует на выходе последовательность импульсов и., длительность t и период следования Т которых определяются сигналами, поступающими на его входы с выхода счетчика 7, например:

Т 2 -t-1

Г- 7 fr

- f7 D-триггер 9 обеспечивает прохождение на счетный вход триггера, входящего в состав распределителя 2 импульсов, через дешифратор 10 сигнала и при t Т либо сигнала и 4 Р tf, Т, где С„ - ддительность импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 1.

Управляемьй преобразователь напряжения работает следующим образом.

Широтно-импульсный модулятор 1 в результате сравнения модулирующего сигнала U и сигнала обратной связи U(jj. формирует импульсный сигнал, которчй через распределитель 2 импульсов и трансформатор 3 поступает на входы оконечного каскада 4, где усиливается двухтактным ключевым усилителем 11, а затем через ФНЧ 12 подается на выход устройства Когда длительность импульсов не пре вьшает предельно-допустимой величинй tf, й Т (фиг. 2), предлагаемый преобразователь работает как известный. При этом выходное напряжение Д) -триггера не изменяется (Uj О) и тем самым обеспечивает про хождение на вход распределителя 2 импульсов сигнала Uf. Распределител 2 импульсов переключается по каждому спаду импульсов U,| , чем обеспечи вается поочередная передача импульсов с выхода широтно-импульсного мо дулятора 1 на соответствующие концы первичной обмотки трансформатора 3. Когда длительность импуЛьсов значительно превьшает установленную величину t Т (фиг. 3), то по спаду первого импульса с выхода дешифратора 8 D-триггер 9 переключается И 1 и сохраняет единичное состояние до окончания импульса. При этом обеспечивается прохождение сигнала U4 с выхода дешифратора 8 через дешифратор 10 на вход распределителя 2 импульсов, который переключается с периодом 2Т. На выходе распределителя 2 импульсов форми руется последовательность разнополярных импульсов Ug , длительность которых не превьш1ает Т. Если длительность импульсов незначительно превышает установленную длительность Т -Т (фиг. 4), то в момент времени t Т, происходит переключение J) -триггера 9, которое приводит к изменению выходного напряжения дешифра1тора 10 и 5 и тем самьо4 к переключению распределителя 2 импульсов. Переключение распределителя 2 импульсов по спаду импульсов Ц не происходит, так как в этот момент прохождение сигнала V через дешифратор 10 запрещено его выходными напряжениями U и Us , равными 1. В этом случае на выходе распределителя 2 импульсов формируется последовательность разнополярных импульсов Ujj , суммарная длительность которых не превышает 2Т - Т . При 2Т tf, 2Т -t (фиг. 5) переключение распределителя 2 импульсов происходит в момент времени t Т с момента начала импульса и по спаду импульса,, так как в этом случае прохождение сигнала 11 в момент окончания импульсов через дешифратор 10 разрешено (). Таким образом, в предлагаемом преобразователе обеспечивается передача импульса любой длительности с выхода широтно-импульсного модулятора на вход ФНЧ. При этом максимальная длительность импульсов одной полярности, передаваемых через трансформатор, не превьш1ает 2Т -t . Обеспечение в преобразователе ередачи импульсов любой длительности на вход ФНЧ позволило использоать для формирования импульсов . оследовательности адаптивную ШИМ, тем самым существенно повысить табильность выходного напряжения ре о бра зователя.

/J

Vf

«t

Лег

L

4t

I S oW

Vf

Uoc UM

1 UH.UOC 5.0 UeФиг. 2 Uf

JглJггLГlJlЛJlnллJl

UH Vt€

Фиг.5