Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1986 года по МПК H03K7/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты и импульсных источниках питания.

Целью изобретения является повышение точности преобразования широтно-импульс- ного модулятора путем исключения влияния на период переключения модулятора изменений параметров фильтра нижних частот и нагрузки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема широтно-импульсного модулятора; на фиг. 2 - пример выполнения его элементов.

Широтно-импульсный модулятор содержит релейный элемент 1, ключевой усилитель 2, фильтр 3 нижних частот, компа- ратор 4, интегратор 5, амплитуд ный ограничитель 6, при этом соединены последовательно компаратор 4, интегратор 5, амплитудный ограничитель 6, релейный элемент 1, ключевой усилитель 2 и фильтр 3 нижних частот, выход которого соединен с выходной тиной и первым входом компаратора 4, второй вход которого соединен с входной шиной.

Компаратор 4 предназначен для сравнения входного сигнала U и сигнала обрат- ной связи, поступающего на его вход с выхода фильтра 3 нижних частот, формирования по результату сравнения импульсного сигнала и может быть выполнен на дифференциальном операционном усилителе без обратной связи.

Интеграт()) 5 и амплитудный ограничитель б предназначены для преобразования выходных импульсов компаратора 4 в напряжения трапецеидальной формы, амплитуда V которых, определяемая порогом срабатывания амплитудного ограничителя 6, не- сколько превышает полуширину А петли гистерезиса релейного элемента 1. Интегра.- тор 5 и амплитудный ограничитель 6 могут быть выполнены соответственно на RC-цепи и встречновключенных стабилитронах.

Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.

Входной сигнал Um поступает на вход компаратора 4, где сравнивается с сигналом обратной связи U,,,, поступающим с выхода фильтра 3 нижпих частот. По моментам ра- HCiiCTBa нулю разностного сигнала Up Uo, - UM компаратор 2 переключается, формируя на входе интегратора 5 последовательность прямоугольных импульсов. Импульсы интегрируются интегратором 5 и через амплитудный ограничитель б в виде трапецеидального напряжения поступают на вход релейного элемента 1, на выходе которого формируется последовательность импульсов, фронты которых задержаны относительно выходных импульсов компаратора

4 на постоянную величину TO. Величина за- держки TO определяется амплитудой Ео выходных импульсов компаратора 4, постоянной времени интегрирования т„ RC-цепи, а

также величиной Д порогов срабатывания релейного элемента 1 и амплитудного ограничителя 6

(У + А)т. Ё,(1)

Выходные имнульсы релейного элемента 1 усиливаются по мощности ключевым усилителем 2 и поступают на вход фильтра 3 нижних частот, который выделяет на нагрузке полезные низкочастотные составляющие импульсной последовательности.

Поскольку формирование импульсной последовательности в , широтно-импульсном модуляторе осуществляется из условия равенства нулю разности входного и выходного сигналов, низкочастотные составляющие выходного сигнала, формируемого фильтром нижних частот, практически полностью повторяют входной сигнал устройства.

Длительность импульсных процессов в щиротно-импульсном модуляторе можно определить следующим образом.

Принимая 80 внимание, что низкочастотные составляющие выходного фильтра 3 ниж них частот и соответственно сигнала обратной связи равны величине входного сигнала UM, величины разностного сигнала в моменты переключений ключевого усилителя IK и tl определяются соотношениями

Up(tK) 4-(Е + им); Up(tK) f-(E-UM),

Lcp

(2)

где ТФ - постоянная времени фильтра них частот.

При этом период переключений дится следующим образом:

т о , и(Ь)тФ , и(1к)тф I 2то + ( (Е + и.)

Откуда с учетом (2) получаем

4Го Т

;i-v«)(i +VM)

где ViAk Е

нормированная величина входного сигнала. Таким образом, в широтно-импульсном модуляторе период переключений остается постоянным при изменении параметров ФНЧ и нагрузки в широких пределах. Введение в состав широтно-импульсного модулятора дополнительных блоков и связей позволяет обеспечить в нем неизменный период пере-, ключения при изменении параметров фильтра нижних частот и нагрузки в широких пределах, что повышает точность преобразования. Это позволяет использовать широт- но-импульсный модулятор в ключевых усилителях низкой частоты, поскольку изменение постоянной времени фильтра нижних частот не приводит к дополнительным искажениям выходного сигнала, а также в импульсных источниках питания для стабилизации их нагрузочных характеристик.

Формула изобретения

Широтно-импульсный модулятор, содержащий соединенные последовательно релейный элемент, ключевой усилитель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходной шиной, отличающийся тем

что, с целью повышения точности преобразования, в него введены соединенные последовательно компаратор, интегратор и амплитудный ограничитель, выход которого соединен с входом релейного элемента, при этом входы компаратора соединены с входной и выходной шинами устройства.

Изобретение может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты и импульсных источниках питания. Цель изобретения - повышение точности преобразования широтно-импульсного модулятора. Устройство содержит релейный элемент 1, клю чевой усилитель 2 и фильтр 3 нижних частот. Введение компаратора 4, интегратора 5 и амплитудного ограничителя 6 исключает влияние на период переключения модулятора изменений параметров фильтра 3 нижних частот и нагрузки. 2 ил. сл tS9 сл О5 00 сх

фиг. 2