Широтно-импульсный модулятор Советский патент 1987 года по МПК H03K7/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах управления импульсными источниками питания и ти- ристорными коммутаторами постоянного тока.

Цель изобретения - повышение надежности за счет нормирования длителностей импульса и паузы выходного синала при сохранении у него диапазона изменения коэффициента заполнения.

На чертеже представлена функциональная схема широтно-импульсного модулятора.

Широтно-импульс,ный модулятор содержит интегратор 1, сумматор 2, компаратор 3, усилитель-выпрямитель 4, ключи 5 и 6, при этом первые входы интегратора 1 и сумматора 2 соеднены с входной шиной, вторые входы - с шиной напряжения смещения, а выходы с первыми и вторьми входами компаратор(а 3, выход которого соеди- :Кен -d; выходной шинрй : устройства и управляющими входами двух ключей 5 и 6, включенных между общей шиной и вторыми входами интегратора 1 и компаратора 3, к третьему входу сумматора 2 подключен выход усилителя-выпрямителя 4, первый вход которого соединен с входной шиной, второй вход - с шиной напряжения смещения.

Интегратор 1 может быть выполнен на основе -усилителя 7, инвертирующий вход которого соединен, с выходом через конденсатор 8, с входной шиной через резистор 9, а с шиной напряже

Сумм а сопротивлений и 11 должна быть равна резистора 9. Произведе сопротивления резистор ну емкости конденсатор

кия смещения через соединенные последовательно резисторы 10 и 11, объеди- О ределяться выражением: ненные вьтоды которых соединены с общей шиной через ключ 5, неинвертирующий вход усилителя соединен с общей шиной.

- RC Vtv, . Коэффициенты переда

по всем трем входам до

Сумматор 2 может быть выполнен на основе усилителя 12, неинвертирующий вход которого соединен с .общей шиной, а инвертирукидий вход соединен с выходом через резистор 13, с входной ши- ной через резистор 14, с шиной напряжения смещения через резистор 15 и с выходом усилителя - выпрямителя 4 через резистор 16. Усилитель-выпрямитель 4 может быть вьшолнен на основе соединённых последовательно в кольцо диода 17, диода 18, резистора 19 и° резистора 20, причем объединенные выводы диодов 17

5

0

5

и 18 соединены с выходом усилителя 21, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а инвертирующий вход соединен с объединенными выводами резисторов 19, 20 непосредственно с входной -ШИНОЙ через резистор 22, ас шиной напряжения смещения - через резистор 23. Компаратор 3 может быть выполнен на усилителе 24, неинвертирующий вход которого соединен с выходом сумматора 2 через соединенные последовательно резисторы 25 и 26, объединенные выводы которьсх соединены с общей шиной через ключ 6, а инвертирующий вход соединен с выходом интегратора 1 через резистор 27. Импульсу выходного сигнала соответствует положительное напряжение на выходе компаратора 3, а паузе - отрицательное.

Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.

Пусть заданы минимальная длительность импульса t(j, минимальная длительность паузы диапазон изменения входного напряжения от О ДО Vftxi.

Для правильной работы модулятора должен быть выполнен ряд условий.

Напряжение смещения должно определяться выражением:

UCM 4,4 г,

(1)

Сумм а сопротивлений резисторов 10 и 11 должна быть равна сопротивлению резистора 9. Произведение величины сопротивления резистора 9 ну емкости конденсатора 8

ределяться выражением:

на величи- должно опеляться выражением:

- RC Vtv, . (2) Коэффициенты передачи сумматора 2

ределяться выражением:

по всем трем входам должны быть

равны между собой и равны К,-,

с

которое должно определяться выражением: Кс . . (3)

Коэффициент передачи усилителя-выпрямителя 4 по первому входу, на который подается входное напряжение, должен определяться выражением:

К

1в

tHtti,

(4)

Коэффициент передачи усилителя-выпрямителя 4 по второму входу,

на который подается напряжение смещения, должен определятьсяfвьфaжё- нием:

К,, -1. (5)

Ключи 5 и 6 должны быть разомкнуты при положительном напряжении на выходе компаратора 3 (во время формирования импульса) и замкнуты при отрицательном (во время формирования паузы).

В зависимости от того, больше или меньше V, чем величина

Ит

bVM формирование

-Ит

tnm

длительности импульса и длительности паузы происходит по различным законам. . Фор1 рование длительности импульса

V.x

tHr

tMM „

- V происхо Пт

цит следующим образом.

На выходе компаратора 3 появля- ется положительное напряжение и ключи 5 и 6 размыкаются. Начинается заряд конденсатора 8 интегратора 1, которьй до этого бьш разряжен до нуля, по линейному закону и с учетом того, что на входы интегратора поданы напряжения Vgy и Vf« V , на вьпсоде интегратора формируется нарастающее по линейному закону напряжение

вых RC- (Vg,VB.J t (6)

которое поступает на инвертирующий вход компаратора 3. На его неинверти- рующий вход поступает выходное напря-, жение сумматора 2, которое равно KC(V- А ). где Ф - потенциал выхода усилителя-выпрямителя 4.

4

V,,

-Ипч

tnm

RXM

потенциал i( равен 0.

Поэтому на неинвертирующий вход компа 5тооа поступает напряжение

К,

(Ve,- V,, f-SlMV,,. у„). (7)

В момент равенства напряжений на инёертирующем и неинвертирующем входах переключается компаратор 3 и заканчивается формирование длительности импульса. При этом величину t можно найти из выражения:

v,,-v,.Jt,

(v tn

VBX ). (8)

t RC

tnm

(9) (2)

или с учетом выражения

t tj,rn. Формирование длительности паузы

при VB VBX

-Ип,

tiTm

Происходит

следующим образом.

В момент окончания форютрования дпительности импульса, ключи 5 и 6 замыкаются. При этом с второго входа интегратора снимается напряжение Vff,, а на неинвертируюпрй вход компаратора поступает нулевое напряжение. Начинается разряд конденсатора 8 интегратора 1 от напряжения

(v

tnn.

вхм

-Vftx) до нуля по закону;

-V

H VBX

Yix. t

RC

(10)

В момент равенства нулю выражения (10) формирование длительности паузы заканчивается. При этом длительность паузы t описывается вьфа- жением:

RC

А)ЗЙ;

tnm

(,1)

вх

или с учетом выражения (2) .,

t

Ит

V,

(12)

0

поскольку ется условие:

tn

tHr

И, tnnv

V, вьтолня-Пм

(13)

Коэффициент заполнения импуль

Tt

-Ьи.

-ь

Veif

- (14)

6Xh

55

Частота следования импульсов

,..i

Си™

V6x , vlxn

(15)

При

tuni

t:7 t - - п «р-рование длительности импульса происходит аналогично описанному, но потенциал выхода усилителя-выпрями- 5 теля 4 с учетом (4) и (5)

IPA

t)tYl + tOni

Ит

V.. V,,(16)

Поэтому заряд конденсатора 8 интегратора 1 происходит по закону (6) от нуля до напряжения:

(v. - v,,-H...v,, . V,,,) t5

, (17)

V,

которое подано с выхода сумматора на неинвертируюощй вход компаратора 3,

Из выражений (6) и (17) с учетом (2) длительность импульса

-

После окончания формирования длительности импульса происходит переключение компаратора 3 и замыкание ключей 5 и 6 и начинается формирование длительности паузы. Разряд кон- Чепсатора 8 интегратора 1 происходит

напряжения до нуля

закону; V.

ах

tnm

tHn,

turn

-V,,. (19)

Приравнивая (19) нулю, с учетом (2) находят что

t RC t (20)

tHn

У„ всегда 45

tnm

ч Си (21)

Коэффициент заполнения импульсов с учетом (18) и (20) 150

Vax

(22)

Частота следования импульсов

f (- 1 .). (23) tr mVaUM

,,tHni.,

При Vj V выражения

-Hvn -.

(15) и (23) дают одно и то же значение частоты

10

1

tn

(24)

Предлагаемый модулятор устраняет срывы работы управляемого этим модулятором тиристорного коммутатора, поскольку время отпирания основного (импульс) и гасящего (пауза) тиристоров всегда не меньше некоторого минимально необходимого. Управляемый им коммутатор всегда работает с максимально возможной при данном коэффициенте заполнения частотой jH минимальных длительностях импульса и паузы, что существенно улучшает фильтрацию коммутируемых силовых токов и напряжений ,

Формула изобретения

Широтно-импульсный модулятор, содержащий интегратор и суг-тматор, пер- вьге входы которых соединены с входной шиной, вторые входы - с шиной напряжения смещения, а выходы - с первым и вторым входами компаратора, соответственно, выход которого соединен с управляющими входами двух ключей, включенных между общей шиной и вторыми входами интегратора и компаратора, соответственно, отличающий- с я тем, что, с целью повьппения надежности за счет нормирования длительностей импульса и паузы выходного сигнала при сохранении у него диапазона изменения коэффициента заполнения, в него дополнительно введен суммирующий усилитель-выпрями тель, входы которого соединены с входной шиной и шиной напряжения смещения соответственно, а выход с третьим входом сумматора, причем выход компаратора соединен с выходной шиной I модулятора.

Изобретение относится к области импульсной техники. Может быть использовано в устройствах управления импульснь1ми источниками питания и тиристорными коммутаторами постоянного тока. Целью изобретения является повьшение надежности нормирования за счет длительностей импульса и паузы выходного сигнала при сохранении у него диапазона изменения коэффициента заполнения. Устройство содержит интегратор 1, сумматор 2, ключи 5,6,компаратор .3. Введение суммирующего усилителя вьшрямителя 4, образование новых функциональных связей позволило достичь поставленную цель. По сравнению с прототипом предлагаемый модулятор имеет то преимущество, что устраняется возможность срыва работы управляемого этим модулятором тиристорного коммутатора, поскольку время отпирания основного тиристора (импульс) и гасящего (пауза) всегда будет не меньше некоторого минимально необходимого. 1 ил. с « (Л to 00 ГС

ВНИИГШ Заказ 7728/58 Тираж 899

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное