Управляемый широтно-импульсный модулятор (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК H03K7/08 

2.Модулятор по п.1, отличающийся тем, что в нем блок выключения содержит транзистор противоположного к силовым транзисторам типа провод1О4ости, база которого соединена с управляющим входом, эмит-. тер - с катодами первого и второго диодов, аноды которых соединены с первым и вторым выходами, а коллектор - с первым выводом конденсатора и анодами третьего и четвертого диодов, катоды которых соединены с первым и вторым выходами, а второй вывод ковденсатора - с третьим выходом блока выключения.

3.Модулятор поп.1,отличающийс я тем, что в нем блок выключения содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, дмиттеры которых соединены с первым и вторым выходами, базы - с анодами первого и второго диодов, катоды которых соединены с управляющим входом, а коллекторы с анодом третьего диода и первым выводом ковденсатора, второй вьшод которого и катод третьего диода соединены с третьим выходом блока выключения .

4.Модулятор по п.1, отличающийся тем, что в нем блок выключения содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с первым и вторым выходами, коллекторы - с третьим выходом а базы - с анодами первого и второго диодов, катоды которых соединены с управляющим, входом блока выключения, между первым и вторым выходами которого включены соединенные последовательно конденсатор и включенные

встречно-параллельно третий и четвертый диоды.

5. Управляемый широтно-импульсный модулятор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, коллекторы которых объединены, базы соединены с началами базовых обмоток соответствующих трансформаторов тока и анодами выключающих диодов, а эмиттеры - с концами базовых И началами силовых обмоток соответствующих тра.нсформаторов тока, конць: силовых обмоток которых объединены, выключающий транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной источника питания, коллектор - с катодами выключающих диодов, а база - с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, и соединенные параллельно нагрузку и шунтирующий диод, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия путем форсированного выключения силовых транзисторов, в него дополнительно введены два транзистора, два диода и два конденсатора, причем эмиттеры транзисторов соединены с первой шиной источника питания и анодами обоих диодов, базы с первым выходом блока управления, а коллекторы - с катодами соответствующих диодов и через соответствующие конденсаторы - с базами силовых транзисторов, между объединенными коллекторами которых и второй шиной источника питания включена нагрузка, а объединенные концы силовых обмоток трансформаторов тока соединены с , первой шиной источника питания.

1, Управляемый широтно-импульсный модулятор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, объединенные коллекторы которьк соединены с первой шиной источника питания, базы - с началами базовых обмоток, а эмиттеры - с концами базовьпс и началами силовых обw .. ffK;моток соответствующих трансформаторов тока, между объединенными концами силовых обмоток которых и второй шиной источника питания включены соединенные параллельно нагрузка и шунтирующий диод, .выключающий транзистор, эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, а база с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем форсированного выключения силовых транзисторов, в него дополнительно введен блок выключения, управляю- 3 щий вход которого соединен с коллек(Л тором выключающего транзистора, первый и второй выходы соединены с базами силовых транзисторов соответственно, а третий выход соединен с объединенными концш и силовых обмоток трансформаторов тока. ( .Фи&1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке преобраТователей и напряжения с широким диапазоном изменения тока нагрузки, инверторов и преобразователей частоты.

Цель изобретения - повьщ1ение быстродействия щиротно-импульсного

модулятора путем форсированного выключения силовых транзисторов.

На фиг.1 приведена принципиальная схема управляемого широтно-импульсного модулятора; на фиг.2 - 5 - примеры выполнения блока включения; на фиг.6 - принципиальная схема управляемого широтно-импульсного модулятора при включении нагрузки между плюсовой шиной источника питания и объединенными коллекторами силовых транзисторов; на фиг.7 и 8 - примеры выполнения блока включения.

Управляемый широтно-импульсный модулятор (фиг.) содержит два силовых транзистора 1 и 2, объединенные коллекторы которых соединены с плюсовой шиной 3 источника питания,-два трансформатора 4 и 5 тока с силовыми обмотками 6 и 7 и базовыми обмотками 8 и 9, причем базы силовьк транзисторов и 2 соединены с началами базовых обмоток 8 и 9, а эмиттеры с концами базовых и началами силовых обмоток соответствующих трансформаторов 4 и 5 тока, блок 10 управления с включающим выходом 11 и выключающим вькодом 12, нагрузка 13 с шунтирующим диодом 14 включены параллельно между объединенными концами силовых обмоток 6 и 7 и минусовой шиной 15 источника питания, выключающий транзистор 16, эмиттер которого соединен с минусовой шиной 15 источника питания, а база - с выключающим выходом 12 блока 10 управления, включающий выход 11 которого соединен с базой одного из силовых транзисторов 2 через разделительный диод 17, который может входить в состав блока 10 управления, блок 18 выключения управляющий вход I9 которого соединен с коллектором выключающего транзистора 16, а вькоды 20 - 22 блока 18 выключения соединены с базами силовы транзисторов I и 2 и с объединенными концами силовых обмоток трансформато ров 4 и 5 тока соответственно.

Блок 18 выключения (фиг.2 содержит транзистор 23 противоположного к силовьм транзисторам типа проводи- мости, база которого соединена с управлякяцим входом 19, эмиттер - с катодами диодов 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21, а коллектор - с первым выводом конденсатора 26 и анодами диодов 27 и 28, катоды которых соединены с выходами 20 и 21, а второй вывод конденсатора с выходом 22 блока 18 выключения.

Блок 18 выключения (фиг.3 содержит два транзистора 23 и 29, противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с выходами 20 и 21, базы с анодами диодов 24 и 25, катоды которых соединены с управлвпощим входом 19, а коллекторы - с анодом диода 27 и первым выводом конденсатора 26, второй вьгоод которого и катод диода 27 соединены с выходом 22 блока 18 выключения.

Блок 18 выключения Сфиг.4) содержит два транзистора 23 и 29, npOTirooположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с выходами 20 и 21, коллекторы - с выходом 22, а базы - с анодами диодов 24 и 25, катоды которых соединены с управляющим входом 19 блока 18 выключения, между выходами 20 и 21 которого включены соединенные последовательно конденсатор 26 и включенные встречно-параллельно диоды 27 и 28. .

Блок 18 выключения (фиг.З) содержит один транзистор 23 противоположного к силовьм транзисторам типа проводимости, коллекторы которого соединены с выходом 22 блока выключения, база - с управляющим входом 19, а эмиттер - с общей точкой катодов диодов 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21 блока выключения, между выходами 20 и 21 включены соединенные последовательно конденсатор 26 и включенные встречно-параллельно диоды 27 и 28.

Управляемый щиротно-импульсный модулятор Сфиг.бу содержит силовые транзисторы 1 и 2, плюсовую шину 3 источника питания, трансформаторь 4 и 5 тока, начала силовых обмоток 6 и 7 которых соединены с эмиттерами силовых транзисторов 1 и 2 и концами базовых обмоток 8 и 9 соответственно начала которых соединены с базами силовых транзисторов 1 и 2 соответственно, блок 10 управления с включающим выходом 11 и выключающим выходом 12, нагрузка 13 и шунтирующий диод 14 включены параллельно между плюсовой шиной 3 источника питания и объединенными коллекторами силовых транзисторов 1 и 2, минусовая шина 15 источника питания подключена к эмиттеру выключающего транзистора 16,.база которого соединена с выключающим выходом 12 блока 10 управления, в состав которого входит диод 17, включенный между включающим выходом 11 и базой одного нз силовых транзисторов 2, блок 18 выключения, управляющий вход 19 которого соединен с коллектором

выключающего транзистора 16, выходы 20 и 2.1 соединены с базами силовых транзисторов 1 и 2 соответственно, а выход 22 - с объединенными концами силовых обмоток 6 и 7, минусовой шиной 15 источника питания и эмиттером транзистора 23, выключающие диоды 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21 соответственно, а катоды - с управляющим входом 19 блока 18 выключения, конденсатор 26, включенньш между анодом выключающего диода 24 и объединенными вьшодами коллектора транзистора 23 и катода диода 27, анод которого соединен с выходом 22 блока 18 выключения и анодом диода 28, катод которого соединен с объединенными вьшодами коллектора транзистора 29 и конденсатора 30, второй вьшод которого соединен с выходом 21 блока 18 выключения, эмиттер транзистора 29 соединен с катодом диода 28, а базы транзисторов 23 и 29 соединены с выключающим выходом 12 блока 1 О управления.

Блок 18 выключения (фиг.7) выполнен по упрощенной схеме и содержит диоды 24 и 25, катод которых соединен с управляющим входом 19, соединенные последовательно конденсатор . 26 и диод 27, соединенные последовательно диод 28 и конденсатор 30, причем катоды диодов 27 и 28 соединены с выходом 22 блока 18 выключения, вторые вьюоды конденсаторов 26 и 30 - с выходами 20 и 21 соответственно, а аноды диодов 24 и 25 - с катодами диодов 27 и 28.

Блок 18 выключения (фиг.8) содержит транзистор 23, эмиттер которого соединен с выходом 22, база - с выключающим выходом 12 блока управления, а коллектор - с катодом диода 24, анод которого соединен с выходом 20, параллельно диоду 24 включен конденсатор 26, а параллельно транзистору. 23 - диод 27, анод которого соединен с его эмиттером и анодом 28 катод которого соединен с управляющим входом 19, катодом диода 25 и первым вьшодом конденсатора 30, второй вьшод которого соединен с анодом диода 25 н выходом 21 блока 18 выключения.

Устройство работает следукядим. образом.

В исходном состоянии силовые транзисторы 1 и 2 заперты, источник пиг

тания подключен к шинам 3 и I5 питания .

При появлении положительного имт пульса напряжения на включающем выходе 11 блока 10 управления открьшается силовой транзистор 2, после повышения напряжения на базе силового транзистора 2 диод 17 запирается и далее этот транзистор 2 поддерживается в открытом состоянии током базовой обмотки 9 за счет положительной обратной связи по току, создаваемой трансформатором 5 тока. После насыщения магнитопровода трансформатора 5 тока происходит включение по коллектору силового транзистора I, который поддерживается.в открытом состоянии за счет действия положительной обратной связи по току в трансформаторе 4 тока, в это время происходит самопроизвольное размагничивание сердечника трансформатора 5 тока, после окончания которого силовой тр анзистор 2 снова автоматически включается и ток нагрузки будет протекать параллельно по двум силовым транзисторам 1 н 2. Поскольку время размагниуивания магнитопровода трансформатора примерно в 5 раз меньше времени намагничивания, что обусловлено различием в 5 раз напряжений на открытом и запертом переходе база-эмиттер силового транзистора 1 (или 21, то время запертого состояния транзистора 1 (2 будет в 5 раз меньгае их открытого состояния, причем время запертого состояния одного силового транзистора приходится примерно на середину открытого состояния соседнего транзистора. После автоматического повторного включения силового транзистора 1 первым включается силовой транзистор 2 и в его трансформаторе 4 тока магнитопровод начинает самопроизвольно размагничиваться. Автоматическое включение силовых транзисторов 1 и 2 в открытом состоянии щиротно-импульсного модулятора происходит за счет электромагнитной энергии, запасаемой в емкостях база-эмиттер силовых транзисторов и индуктивноетях трансформаторов тока. Благодаря чередованию состояний одиночной и параллельной работы силовых транзисторов пульсации напряжения на нагрузке невелики и не превьшают 1В. Режим автоколебаний будет режимом открытого состояния щиротно-импульсного модулятора. Во время запертого состояния силового транзистора 1 (2) на базово обмотке соответствующего трансформатора тока возникает напряжение обратной полярности около 5 В, которое че рез диоды 28 и 27 (фиг.2) заряжает конденсатор 26 до напряжения около 5 В, причем плюс этого напряжения оказьшается на обкладке конденсатора, соединенной с выходом 22. При появлении положительного напряжения на выключающем выходе 12 блока 10 управления открьшается выключающий транзистор 16 и начинает протекать ток по пути: базы силовых транзисторов 1 или 2, выходы 20 и 21 блока 18 выключения, диоды 24 и 25 |(фиг.2) , переход база-эмиттер транзистора 23. Этот ток открывает транзистор 23 и напряжение конденсатора 26 прикладывается к переходам база-эмиттер силовых транзисторов I и 2 в запирающем направлении и осуществляет быстрое (формированное) выключение их, после этого силовые транзисторы I и 2 остаются в запертом состоянии, пока есть напряжение на выходе 12 блока 1 О управления.

В блоке управления регулируется время подачи напряжения на выходы 11 и 12 и тем самым осуществляется регулирование среднего напряжения на нагрузке 13, В течение запертого состояния силовых транзисторов 1 и 2 ток нагрузки замыкается по шунтирующему диоду 14.

Во втором варианте блока 18 выключения (фиг.З конденсатор 26 заряжается во время запертого состояния силовьпс транзисторов I и 2 через коллектор-эмиттерные переходы транзисторов 23 и 29 с той же полярностью. При появлении положительного импульса на выходе 12 блока 10 , управления открьгоается выключающий транзистор 16 и открьтаются транзисторы 23 и 29, а напряжение конденсатора 26 выключает силовые транзисторы 1И 2. При этом ток базы силовых транзисторов 1 и 2 реверсирует и протекает по контурам: вывод 20 21), диод 24 (25), переход эмиттербаза транзистора 29 (2311, коллекторэмиттер выключающего транзистора.16. При этом частично происходит протекание тока через диод. 27 после разряда конденсатора 26.

В третьем варианте блока 18 выключения (.фиг.4) при выключении ток базы силовых транзисторов протекает по путям: вьшод 20 (2П , эмиттер-база транзистора 29 (23), диод 24 (25), коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16. Частично он замыкается по переходу эмиттер-коллектор транзистора 23 (.29). Конденсатор 26 заряжается по этой схеме через диоды 27 и 28 в момент запирания одного из силовых транзисторов 1 или 2. После окончания действия размагничивающей ЭДС этот конденсатор, отдавая свою энергию, прийудительно размагничива ет надежное повторное включение силовых транзисторов в режиме автоколебаний и более четкое синхронное выключение силовых транзисторов в режиме широтно-импульсной модуляции.

В четвертом варианте блока 18 выключения (фиг.5) конденсатор 26 и диод 27 (28) работают так же, как в предьщущем, а ток базы силовых транзисторов протекает при выключении сначала по диоду 24 (25) затем переходу эмиттер-база транзистора 23, коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16. В этом варианте уменьшен ток, замыкающийся между выводами 20 и 22, 21 и 22, так как на этом пути есть диоды 24 (25) и переход эмиттерколлектор транзистора 23. Для маломощных схем это допустимо и позволяет число транзисторов в блоке 18 выключения.

При включении нагрузки между плюсово шиной 3 Источника питания {фиг.6) и объединенными коллекторами силовых транзисторов 1 и 2 единственной возможностью осуществить быстрое отключение транзисторов 1 и 2 является применение коммутирующих конденсаторов 26 и 30 в блоке 18 выключения. Включение модулятора происходит так же, как и варианта по фиг.1, и режим автоколебаний в состоянии Включено происходит в этой схеме аналогично. При этом во время запертого состояния силовых транзисторов 1 и 2 происходит заряд конденсаторов 26 и 30 через диоды 27 и 28 с плюсом на нижней обкладке. При подаче открывающего импульса на базу транзисторов 23 и 29, которые открываются синхронно с выключающим транзистором 16, напряжение этих конденсаторов прикладывается к переходам база-эмиттер снловьпс

транзисторов 1 и 2 в запирающем направлении и осуществляется форсированное их отключение. В течение нулевой паузы открытый выключающий транзистор 16 поддерживает устойчивое запертое состояние транзисторов I и 2.

Во втором варианте блока 18 выключения (фиг.7) конденсаторы 26 и 30 заряжаются через диоды 27 и 28 во время автоколебаний в моменты размагничивания сердечников трансформаторов тока. При открьюании выключающего транзистора 16 их напряжения через диоды 24 и 25 и переход коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16 прикладывается к переходам бааа-эмиттер силовых транзисторов и выключает их. Этот вариант рекомендуется для маломощных схем.

В третьем варианте блока 18 выключения (фиг.8 V заряд коммутирующих конденсаторов 26 и 30 осуществляется через диоды 27 и 28 во время запертого состояния силовых транзисторов 1 и 2 в режиме автоколебаний. При открывании транзисторов 16 и 23 напряжекие конденсаторов 26 и 30 запирает силовые транзисторы 1 и 2. Благодаря диодам 24 и 25, включенным параллельно конденсаторам 26 и 30, повьппается устойчивость запертого состояния транзисторов 1 и 2.

Во втором варианте блока 18 выключения (фиг.7) конденсаторы 26 и 30 заряжаются через диоды 27 и 28 во время автоколебаний в моменты размаг92

26 2В

ничивания cepдeч rикoв трансформаторов тока. При открывании выключающего транзистора 16 их напряжения через диоды 24 и 25 и переход коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16 прикладывается к переходам база-эмиттер силовых транзисторов и выключает их. Этот вариант рекомендуется для маломощных схем.

В третьем варианте блока 18 выключения (фиг.8 заряд коммутирующих конденсаторов 26 и 30 осуществляется через диоды 27 и 28 во время запертого состояния силовых транзисторов 1 и 2 в режиме автоколебаний. При открывании транзисторов 16 и 23 напряжение конденсаторов 26 и 30 запирает силовые транзисторы 1 и 2. Благодаря диодам 24 и 25, включенным параллельно конденсаторам 26 и 30, повьппается устойчивость запертого состояния транзисторов 1 и 2.

Таким образом, введением в управляемый широтно-импульсный модулятор дополнительных конденсаторов, диодов и транзисторов позволяет за счет форсированного выключения силовых транзисторов зарядом конденсаторов существенно уменьшить длительность фронтов формируемых импульсов задержки выключения. В свою очередь, это позволяет повысить рабочую частоту широтно-импульсного модулятора и получить высокие энергетические показатели во всем диапазоне изменения нагрузок.

д20 21

2

.з

L

25

т

А0

19

20

- 9 Т

бЮ

о о22о /

29 Фиг.3

27

25

4Ф

2J

75

Фиг,5