Способ многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H03K7/08 

113

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

Целью изобретения является расширение полосы частот преобразуемого аналогового сигнала и увеличение КПД преобразования.

Способ многоканального широтно- импульсного преобразования аналогового сигнала включает формирование N выходных широтно-модулированных импульсных напряжений, сложение этих напряжений для образования сигнала обратной связи, формирование разностного еигнала обратной связи,формирование разностного сигнала из входного

сигнала и сигнала обратной связи,форми-.О соединен с выходом генератора 3 так- рование широтно-импульсного сигнала по товых импульсов. Вычитающий блок 1 результату сравнения разностного сигнала и опорного пилообразного напряжения, формирование импульсного сигнала при превышении разностным сигна лом верхней границы опорного пилообразного напряжения, формирование второго импульсного сигнала при снижении разностного сигнала ниже нижней

.-25

формирует выходной сигнал Up, величина которого пропорциональна раз-/ ности входного сигнала Ug и сигнала с выходов дросселей 6 И, , и может быть выполнен на дифференциальном усилителе.

Генератор 3 тактовых импульсов формирует последовательность импульграницы опорного пилообразного напря- сов типа меандр с периодом повторежения, при этом передние и задние фронты каждого из N выходных широтно-модулированных импульсных напряжений формируют поочередно по передним и задним фронтам широтно-импуль- 35 ожет быть выполнен на компараторе

сного сигнала, причем очередность формирования передних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и первого импульсного сигнала, а очередность формирователь задних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и второго импульсного сигнала.

На чертеже приведена функциональ- ная схема устройства для многоканального широтно-импульсного преобразования сигнала.

Устройство содержит вычитающий блок 1, широтно-импульсный модулятор 2, генератор 3 тактовых импульсов, дискриминатор 4 перемодуляции, формирователи 5 импульсов, дроссели 6, блок 7 укорочения импульсов, сумматоры 8 и 9, кольцевые счетчики 10 и 11, при этом выход вычитающего блока 1 соединен с первым входом широтно- импульсного модулятора 2, второй

вход которого соединен с выходом генератора 3 тактовых импульсов, а выход - с первым входом дискриминатора А перемодуляции и блоком 7 укорочения импульсов, выходы которого соединены с первыми входами сумматоров 8 и 9,.вторые входы которых соединены с выходами дискриминатора 4 перемодуляции, а выходы - соответственно с входами кольцевых счетчиков 10 и 11, выходы кольцевого счетчика 10 соединены с первьп 1и входами формирователей 5 импульсов, вторые входы которых соединены с выходами кольцевого счетчика 11, а выходы через дроссели 6 - с первым входом вычитающего блока 1, второй вход которого соединен с входной шиной, а второй вход дискриминатора 4 перемодуляции

.О соединен с выходом генератора 3 так- товых импульсов. Вычитающий блок 1 25

формирует выходной сигнал Up, величина которого пропорциональна раз-/ ности входного сигнала Ug и сигнала с выходов дросселей 6 И, , и может быть выполнен на дифференциальном усилителе.

Генератор 3 тактовых импульсов формирует последовательность импульния Т и может быть выполнен на соединенных последовательно генераторе импульсов и триггере,

Широтно-импульсный модулятор 2

и интеграторе, на вход которого поступает выходной сигнала генератора 3 тактовых импульсов, а на выходе формируется пилообразное напряжение Uj, , поступающее на один вход компаратора, на второй вход которого поступает сигнал с выхода вычитающего блока 1..

Блок 7 укорочения импульсов служит для выделения двух последовательностей коротких импульсов, временное положение которых определяется фронтом и спадом широтно-модулируемых

импульсов с выхода широтно-импульсного модулятора 9. Блок 7 укорочения импульсов может быть выполнен на ин- вертирующем элементе зажержки и логических элементах И либо ИЛИ-НЕ. Выходной сигнал широтно-импульсного модулятора 2 поступает на вход элемента задержки, где задерживается на время Ъ и инвертируется. При этом на выходах элементов И, ИЛИ-НЕ выде

3

ляются импульсы длительностью ; (Котрые соответствуют фронту U и спаду и широтно-модулированных импульсов Длительность Г выбирается порядка 0,01 от Т - периода следования импульсов .

Дискриминатор 4 перемодуляции выполнен на элементе задержки и элементах И, ИЛИ, которые служат для выделения коротких импульсов, соответствующих фронту или спаду тактовых импульсов, и, следовательно, максимальному либо минимальному значению пилообразного напряжения. Если эти импульсы формируются во время импульса либо во время паузы широтно-модули- руемьпс импульсов, то на выходах дополнительных логических элементов И, ИЛИ-НЕ соответственно формируются первый U( либо второй U импульсные сигналы. Первый и второй импульсные сигналы дискриминатора 4 перемодуляции характеризуют собственно перемо- дуляцию широтно-модулированных импульсов. Сумматоры 8 и 9 выполнены на элементах ИЛИ.

Кольцевые счетчики 10 и 11 выполнены N-разрядными и предназначены для последовательной коммутации входных импульсов на входы соответствующих формирователей 5 импульсов. Причем счетчик 10 коммутирует импульсы на включение формирователей 5 импульсов, а счетчик 11 - на их вы- ключение. Кольцевые счетчики могут быть выполнены на двоичном счетчике с коэффициентом деления N и на N-раз рядном дешифраторе, выходные сигналы которого формируются последовательно разрешая поочередное прохождение коротких входных импульсов через эле- .менты И на выходы кольцевых счетчиков.

Формирователи 5 импульсов предназначены для формирования N-выходных импульсных напряжений, равномерно сдвинутых по фазе. Формирователи 5 импульсов включаются поочередно вы- ходными импульсами счетчика 10, а выключаются импульсами кольцевого счетчика 11. Поскольку на включение и выключение формирователей 5 импульсов поступают короткие импульсы, то они могут быть выполнены на соединенных последовательно RS-триггерах и усилителях мощности.

Устройство работает следующим образом.

5

0

5

о

0

5

0

Разностный сигнал Up, формируемый вычитающим блоком 1, поступает на вход широтно-импульсного модулятора 2, где преобразуется в широтно-моду- лированный импульсный сигнйл. Фронт и спад широтно-модулированных импульсов

II

, I

в виде коротких импульсов U и U , формируемых блоком 7 укорочения импульсов, поступает на управление соответственно счетчиками 10 и 11, которые обеспечивают их поочередное вьщеление на входах сигналом вычитающего блока 1 верхней либо нижней границы изменения опорного пилообразного напряжения. Дискриминатор 4 пе- ремодуляции формирует. на первом либо втором выходе сигналы U, или U, которые поступают на входы счетчиков 10 либо 11 через сумматоры 8,9 и увеличивают на единицу код на выходных шинах счетчиков, что приводит к изменению очередности включения формирователей 5 импульсов, которые поочередно включаются и выключаются импульсами счетчиков 10 и 11, формируя на выходных шинах последовательности импульсов, равномерно сдвинутых по фазе. Длительность выходных импульсов формирователей 5 импульсов опре-т деляется длительностью широтно-модулированных импульсов и зоной модуляции, определяемой дискриминатором 4 перемодуляции, а период их следова- 5 НИН в N раз превышает период тактовых импульсов Т.

Рассмотрим работу устройства на примере четырехканальной системы при работе в первой зоне модуляции. В этом случае на входы формирователей 5 импульсов с выходов счетчиков 10 и 11 поступают имхульсы, обеспечивающие их поочередное срабатывание. При этом, если на выходах счетчика 10 выделяются поочередно 1,2,3,4-им- пульсы и , то на выходах счетчика 11 вьщеляются, соответственно, 1,2,3,4- импульсы и .

Таким образом, формирователи 5.1, 5.2, 5.3 и 5.4 формируют поочередно 1,2,3,4-импульсы широтно-модулирован- ного импульсного сигнала.

При превышении разностным сигналом верхней границы изменения пилообразного напряжения на первом выходе дискриминатора 4 перемодуляции выделяется импульс и, который приводит к дополнительному срабатыванию счетчика 10. При этом устройство пере5

ключается во вторую зону модуляции, В этом случае, если на выходах счетчика 10 выделяются поочередно 1,2,3, 4-импульсы и то на выходах счетчи If

ка 11 импульсы U выделяются в следующей последовательности; 2,3,4,1. При этом длительность импульсов на выходах преобразователей 5 импульсов равна сумме длительностей двух сосед них импульсов, например 1 и 2, и паузе ме.жду ними,

При дальнейшем нарастаник разност него сигнала до верхней границы из- менения пилообразного напряжения номер зоны модуляции возрастает и увеличивается длительность импульсов на выходе формирователей 5 импульсов

При уменьшении разностного сигнала до нижней границы изменения пилообразного напряжения на втором выход дискриминатора 4 перемодуляции формируется импульс Uj, который приводит к дополнительному срабатыванию счетчика 11 и, следовательно, к уменьшению номера зоны модуляции.

Следует отметить, что в первой и последней зонах модуляции формирование дискриш1натором 4 перемодуляции соответственно сигналов U. ни, не приводит к изменению работы устройст

ва, так как в этом случае все формирователи либо включены, либо выключены. :

Таким образом, в устройстве обеспечивается способ преобразования, когда из одного ишротно-модулнрован- HO.ro импульснбго сигнала формируется ряд модулированных импульсных напряжений, равномерно сдвинутых по фазе низкочастотные составляющие которых равны. Это позволяет сложить их пос ле усиления по мощности через дроссели 6 на общей нагрузке. При этом можно считать, в смысле выделения суммарного низкочастотного сигнала, что к нагрузке через результирующий

дроссель приложена сумма импульсных напряжений, в N раз уменьшенных по амплитуде. Это позволяет выравнять мощность каждого из каналов и вьшолнить формирователи 5 импульсов на бестрансформаторных ключевых усилителях, что дает возможность использовать устройство для преобразования низкочастотных сигналов в широком частотном диапазоне, причем в этом случае формирование знакопеременного напряжения сложной формы не связано с техническими трудностями,

Изобретение позволяет существенно (1,5-2 раза)-уменьшить потери на переключение и повысить КПД устройства. Уменьшение потерь и упрощение конструкции выходных каскадов позволяет значительно увеличить надежность предлагаемого устройства и расширить область его использования.

Формула изобретения

1,Способ многоканального широт- но-импульсного преобразования аналогового сигнала, включающий формирование N выходных широтно-модулирован- ных импульсных напряжений, сложение этих напряжений для образования сигнала обратной связи, формирование разностного сигнала из входного и сигнала обратной связи, формирование широтно-импульсного сигнала по результату сравнения разностного сигнала и опорного пилообразного на- ; пряжения, формирование первого импульсного сигнала при превышении разностным сигналом верхней границы опорного пилообразного напряжения, формирование второго импульсного сигнала при снижении разностного сигнала ниже нижней границы опорного пилообразного напряжения, отличающийся тем, что, с целью рас- щирения полосы частот и увеличения КПД щ)еобразования, передние и задние фронты каждого из N выходных щиротно-модулированных импульсных

напряжений формируют поочередно по передним и задним фронтам широтно- импульсного сигнала. , причем очередность формирования передних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и первого импульсного сигнала, а очередность формирования задних фронтов определяется последовательностью импульсов широтно-импульсного сигнала и второго импульсного сигнала.

2,Устройство для многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала, содержащее ши- ротно-импульсный модулятор, первый вход которого соединен с выходом вычитающего блока, второй вход - с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с первым входом дискриминатора перемодуляции, второй

1

вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, и N фор мирователей выходных импульсов, выход первого из которых соединен через дроссель с первым входом вычитающего блока, второй вход которого соединен с входной шиной, отличающееся тем, что, с целью расширения полосы частот и увеличения КПД преобразования, в него допол нительно введены N-1 дросселей, два кольцевых счетчика, два сумматора и блок укорочения импульсов, вход кото рого соединен с выходом широтно-имор И.Рыбченко 5576/56

Составитель Е.Борзов Техред Л.Сердюкова

Коррек Подпис

Тираж 900 BHHHIli Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,.г.Ужгород, ул.Проектная,4

52635

пульсного модулятора, а выходы - соответственно с первыми входами обоих сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с выходами дискриминатора перемодуляции, а выходы - соответственно с входами кольцевых счетчиков, выходы первого из которых соединены соответственно с 10 первыми входами N формирователей выходных импульс.ов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами второго кольцевого счетчика, а выходы через дроссели соединены с 15 первым входом вычитающего блока.

Корректор В.Гирняк Подписное

Изобретение относится к области импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, регулируемых источниках питания, ключевых усилителях низкой . Целью изобретения является расширение полосы частот преобразуемого аналогового сигнала и увеличение КПД преобразования. Дпя достихсения поставленной цели в устройство, реализующее способ, дополнительно введены дроссели 6, сумматоры 9 и 8 и кольцевые счетчики 10 и 11. Кроме того, устройство содержит вычитающий блок 1, широтно-им- . пульсный модулятор 2, генератор 3 тактовых импульсов, дискриминатор 4, формирователи 5 импульсов, блок 7 укорочения. При этом введенное число дросселей на единицу меньше числа формирователей 5. Способ, реализуемый устройством, позволяет уменьшить в 1,5-2 раза потери на переключение и повысить КПД устройства. Уменьшение потерь и упрощение конструкции выходных каскадов позволило значительно увеличить надежность данного устройства и расширить область его использования. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. 2 & (/)