Управляемый широтно-импульсный модулятор Советский патент 1990 года по МПК H03K7/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания, силовых инверторах и преобразователях частоты.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности путем выключения силовых транзисторов с помощью пропу- скдния тока по дополнительным обмоткам трансформатора и расширение функциональных возможностей путем плавного и ступенчатого изменения длительностей управляющих импульсов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема управляемого широтно-импульсного модулятора; на фиг.2 -функциональная схема блока управления управляемого широтно-импульсного модулятора; на фиг.З - временные диаграммы работы устройства.

Управляемый широтно-импульсный модулятор содержит шину 1 источн1 ка питания, общую шину 2, трансформаторы 3 и 4 тока, базовые обмотки 5 и 6, силовые обмотки 7 и 8 и управляющие обмотки 9 и 10 трансформаторов 3 и 4 тока, силовые транзисторы 11 и 12, нагрузку 13, шунтирующий диод 14, управляющие транзисторы 15 и 16, уокоограничительные резисторы 17 и 18 и блок 19 управления, при этом коллекторы силовых транзисторов 11 и 12 соединены с шиной 1 источника питания, базы - с началами соответствующих базовых обмоток 5 и 6 трансформаторов 3 и 4 тока, а эмиттеры - с концами соответствующих базовых обмоток 5 и 6 и началами соответствующих силовых обмоток 7 и 8 трансформаторов 3 и 4 тока, концы которых через включенные параллельно нагрузку 13 и шунтирующий диод

о

„тЛ

О 00

14 присоединены к общей шине и эмиттерам управляющих транзисторов 15 и 16, базы которых подключены к выходам блока 19 управления, а коллекторы - к началам соответствующих управляющих обмоток 9 и 10 трансформаторов 3 и 4 тока, концы которых через соответствующие токоограничитель- ные резисторы 17 и 18 присоединены к шине 1 источника питания.

Блок 19 управления содержит генератор 20 тактовых импульсов, триггер 21, гене- ратор 22 пилообразного напряжения, источник 23 опорного напряжения, источник 24 управляющего сигнала, компаратор 25, элементы И-НЕ 26 и 27, компаратор 28, конденсатор 29, диод 30, резистор 31, инвертор 32 и элементы И-НЕ 33-38, при этом выход генератора 20 тактовых импульсов соединен с тактовым входом триггера 21 и входом обнуления генератора 22 пилообразного напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора 25, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника 24 управляющего сигнала, а выход - с первыми входами элементов И-НЕ 26 и 27, первым выводом резистора 31 и катодом диода 30, анод которого соединен с вторыми выводами резистора 31, входом инвертора 32 и через конденсатор 29 с общей шиной, а выход инвертора 32 соединен с первыми входами элементов И-НЕ 33 и 34, вторые входы ко торых соединены соответственно с выходами элементов И-НЕ 26 и 27, а выходы - с первыми входами элементов И-НЕ 37 и 38, выходы которых соединены с выходными шинами блока 19 управления, а вторые входы - с выходами элементов 36 и 35, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами триггера 21 и вторыми входами элементов И-НЕ 27 и 26, а вторые входы - с выходами компаратора 28, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора 22 пилообразного напряжения, а инвертирующий вход - с выходом источника 23 опорного напряжения,

Генератор 20 тактовых импульсов может быть выполнен на двух соединенных последовательно инверторах, охваченных положительной через конденсатор и отрицательной через резистор и диод обратными связями или по любой другой известной схеме, в том числе и с кварцевой стабилизацией (при необходимости). Триггер 21 может быть выполен на D-триггере, D-вход которого соединен с инверсным выходом, а R- и S-входы - с общей шиной. Генератор 22 пилообразного напряжения може быть выполнен на соединенных последовательно резисторе и конденсаторе, включенных

между шиной 1 источника питания и общей шиной 2, причем параллельно конденсатору включен транзистор, база которого соединена с входом обнуления генератора, а объ- 5 единенные выводы всех элементов - с его выходной шиной. Источник 23 опорного напряжения может быть выполнен на соединенных последовательно резисторе и стабилитроне, включенных между шиной 1

10 источника питания и общей шиной 2, причем параллельно стабилитрону включен делитель напряжения на резисторах, выход которого соединен с выходной шиной источника. При проверке работы устройства ис5 точник 24 управляющего сигнала может быть выполнен из переменного резистора, подключенного параллельно стабилитрону источника 23 опорного напряжения, движок которого соединен с выходной шиной источ0 ника.

На фиг.З представлены осциллограммы напряжений на выходах генератора 20 тактовых импульсов - U20, триггера 21 - U21 (неинвертирующий выход) и U2i {инвертиру5 ющий выход), генератора 22 пилообразного напряжения - U22, источника 23 опорного напряжения -U23, источника 24 управляющего сигнала - U24, компаратора 25 - U25, элементов И-НЕ 26 и 27 - U26, U27, кон0 денсатора 29 - U29; относительный уровень порогового напряжения переключения инвертора 32 - Unop и напряжение на его выходе - U32, напряжения на выходах элементов 33 и 34 - изз, U34, компаратора

5 28 - U28, элементов 35 и 36 - Uss, Узе, элементов 37 и 38 - U37, U38, базовых обмоток 5 и 6 - Us, Ua и ток в нагрузке 13 - Из.

В управляемом широтно-импульсном модуляторе предусмотрены два режиме ра0 боты; режим без перекрытия и с перекрытием переключения силовых транзисторов 11 и 12.

В режиме без перекрытия модулятор работает следующим образом.

5 На базы управляющих транзисторов 15 и 16 от блока 19 управления поступают импульсы U37 и U38 с коэффициентом заполнения импульсного цикла, большим половины периода. Во время открытого состояния

0 транзисторов 15 и 16 на базовых обмотках 9 и 10 формируются запирающие силовые транзисторы 11 и 12 напряжения Us и Ue. В момент запирания транзисторов 15 и 16 происходит смена полярности напряжения

5 на обмотках трансформаторов 3 и 4 тока в соответствии с законом электромагнитной индукции и отпирание силовых транзисторов 11 и 12. Во время запертого состояния управляющих транзисторов 15 и 16 отпирающее напряжение на базовых обмотках 5 и

6 поддерживается за счет положительной обратной связи по току, которую обеспечивают силовые обмотки 7 и 8. В этом режиме силовые транзисторы 11 и 12 работают в противофазе, формируя импульсный гок Из 5 в нагрузке 13.

В режиме с перекрытием на базы управляющих транзисторов 15 и 16 от блока 19 управле|; ия поступают импульсы Уз и U38 с коэффициентом заполнения импульсного 10 цикла, меньшим половины периода. Силовые транзисторы находятся при этом большую часть периода в открытом состоянии, пропуская в нагрузку 13 постоянный ток lis.

Блок 19 управления работает следую- 15 щим образом.

Генератор 20 формирует тактовые импульсы U20, поступающие на тактовый вход триггера 21 и базу транзистора генератора 22 пилообразного напряжения. На выходах 20 триггера 21 образуются импульсы U2i, U2i, сдвинутые по фазе на 180°. На выходе генератора 22 формируется пилообразное напряжение U22. Источник 23 опорного напряжения выдает стабильное напряже- 25 ние. Компаратор 25 сравнивает входной управляющий сигнал U24 источника 24 с пилообразным напряжением U22, модулируя импульсы U25. Элементы И-НЕ 26 и 27 рас- предел я ют импульсы U25 с компаратора 25 30 на два канала U26 и 1127. В зависимости от уровня входного управляющего сигнала J2A на выходе источника 24 можно устанавливать два режима управления силовыми транзисторами 11 и 12. Первый режим без 35 перекрытия устанавливается при наличии на выходе компаратора 25 импульсов U25 до момента ti. При этом на конденсаторе 29 формируется напряжение U29, меньшее порогового напряжения Unop срабатывания 40 инвертора 32, который, воспринимая данное напряжение как О, выдает на выходе 1. Импульсы U26 и U27 инвертируются элементами 33 и 34 УЗЗ и U34 и сравниваются на входе элементов 37 и 38 с импульсами 45 U36, U35 элементов 36 и 35. В результате в данном режиме импульсы U26, U27 проходят на выходы блока управления без изменения. В режиме с перекрытием на выходе компаратора 25 с момента ti напряжение 50 U25 устанавливается постоянным и уровень его соответствует 1. Напряжение U29 на конденсаторе 29 возрастает и в момент t2 достигает- порогового Unop. Инвертор 32 изменяет состояние и на его выходе появля- 55 ется О (U32), на выходах элементов 33 и 34- 1 (U33 и УЗА). При такой комбинации сигнаов на выходы элементов 37 и 38 приходят импульсы с коэффициентом заполнения импульсного цикла, меньшим половинь. периода. На базы силовых транзисторов 11 и 12 приходят управляющие импульсы Us и Ue. и обеспечивающие работу силовых транзисторов с перекрытием и непрерывный ток Ii3 нагрузки 13.

Таким образом, введение новых элементов и связей в управляемый широтно-импуль- сный модулятор позволяет обеспечить повышение быстродействия и надежности за счет перемагничивания сердечников трансформаторов тока, что позволяет уменьшить время запирания силовых транзисторов, а также поддерживать на их базоэмиттерных переходах запирающего напряжения на время запертого состояния, исключая возможность самопроизвольного включения от влияния электромагнитных помех. Предлагаемое выполнение блока управления в широт- но-импульсном модуляторе позволяет реализовать два режима управления, при одном из которых реализуется длительность запертого состояния одновременно обоих силовых транзисторов, а при другом задается переключение силовых транзисторов с перекрытием, что соответствует коэффициенту заполнения импульсного цикла каждого из транзисторов больше половины периода и существенно расширяет функциональные возможности устройства. Формула изобретения 1. Управляемый широтно-импульсный модулятор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, объединенные коллекторы которых соединены с шиной источника питания, базы - с началами базовых обмоток, а эмиттеры - с концами базовых и началами силовь х обмоток соответствующих трансформаторов тока, между объединенными концами силовых обмоток которых и общей шиной включены соединенные параллельно нагрузка и шунтирующий диод, управляющие транзисторы, эмиттеры которых присоединены к общей шине, и блок управления, отличаю а1и- й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в него дополнительно введены обмотки управления Б каждый из трансформаторов тока, начала которых соединены с коллекторами соответствующих управляющих транзисторов, а концы через соответствующие резисторы - с шиной источника.питания, при этом выходы блока управления соединены с базами соответствующих транзисторов.

2. Модулятор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем плавного и ступенчатого изменения длительностей управляющих импульсов, блок управления содержит генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом триггера и входом обнуления генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника управляющего сигнала, а выход - с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, первым выводом резистора и катодом диода, анод которого соединен с вторым выводом резистора, входом инвертора и через конденсатор с общей шиной, при этом выход инвертора соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответст

венно с выходами первого и второго элементов И-НЕ, а выходы - соответственно с первыми входами пятого и шестого элементов И-НЕ, выходы которых соединены с выходными шинами блока управления, а вторые входы - соответственно с выходами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера и вторыми входами второго и первого элементов И-НЕ, а вторые входы - с выходом второго компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а инвертирующий вход - с выходом источника опорного напряжения.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания, силовых инверторах и преобразователях частоты. Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности путем выключения силовых трансформаторов с помощью пропускания тока по дополнительным обмоткам трансформатора и расширение функциональных возможностей путем плавного и ступенчатого изменения длительности управляющих импульсов. Введение новых связей и элементов в предложенный модулятор позволяет повысить его быстродействие и надежность за счет перемагничивания сердечников трансформаторов тока, что обеспечивает уменьшение времени запирания силовых транзисторов, а также возможность поддерживать на их база-эмиттерных переходах запирающее напряжение на время запертого состояния, исключая при этом возможность самопроизвольного включения от влияния электромагнитных помех. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фие.1

п п п п n п п п п п