Формирователь импульсов Советский патент 1992 года по МПК H03K5/01 

СО

с

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем формирования выходного напряжения постоянного тока, величина которого определяется скважностью управляющих импульсов, и обеспечение параметрической стабилизации выходного напряжения постоянного тока. В установившемся режиме напряжение на конденсаторе 9 обратно пропорционально скважности управляющего сигнала, а выходное напряжение на вторичной обмотке 15 пропорционально напряжению на конденсаторе 9 Параметрическая стабилизация выходного напряжения достигается за счет того, что длительность импульсов, поступающих на базу транзистора 3, обратно пропорциональна напряжению питания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Известен формирователь импульсов, содержащий первый транзистор, база которого соединена с входной клеммой формирователя, а коллектор - с катодом диода, первый резистор, второй транзистор, коллектор которого соединен с положительной клеммой источника питания и через последовательно соединенные конденсатор, первичную обмотку трансформатора, обмотку положительной обратной связи и второй резистор - с базой второго транзистора, выводы вторичной обмотки трансформатора

соединены с выходными клеммами формирователя, эмиттер второго транзистора - с соединенными выводами первичной обмотки и обмотки положительной обратной связи, третий и четвертый транзисторы, третий и четвертый резисторы, управляющую обмотку трансформатора, первый вывод которой через третий резистор соединен с базой третьего транзистора, второй вывод связан с отрицательной клеммой источника питания и эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором третьего транзистора, базой четвертого транзистора и через четвертый резистор-с отрицательной клемVI

Јь

ю ю

00

to

мой источника питания, эмиттер второго транзистора соединен через первый резистор с коллектором первого транзистора, база второго транзистора соединена через диод с коллектором первого транзистора, коллектор четвертого транзистора связан с соединенными выводами второго резистора и обмотки положительной обратной связи.

Недостатком известного формирователя является отсутствие выходного напряжения постоянного тока, величина которого определяется скважностью управляющих импульсов, что ограничивает его функциональные возможности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем формирования выходного напряжения постоянного тока, величина которого определяется скважностью управляющих импульсов, и обеспечение параметрической стабилизации выходного напряжения постоянного тока.

Для этого в формирователь импульсов введены выпрямительный диод и конденсатор фильтра, первая выходная клемма формирователя через выпрямительный диод соединена с третьей выходной клеммой формирователя, которая через конденсатор фильтра связана с второй клеммой формирователя. Кроме того, в формирователь вве- дены второй диод, инвертирующий пороговый элемент и времязадающая RC- цепь, последовательно соединенные резистор и конденсатор которой первыми выводами соединены с соответствующими выводами источника питания, вторые выводы резистора и конденсатора времязадаю- щей RC-цепи через второй диод соединены с входной клеммой формирователя и первым входом элемента И и через инвертирующий пороговый элемент - с вторым входом элемента И, выход которого соединен с базой первого транзистора.

На чертеже приведена принципиальная схема формирователя импульсов.

Формирователь импульсов содержит транзисторы 1-4, резисторы 5-8, конденсатор 9, источник 10 питания, трансформатор 11 с первичной обмоткой 12, обмоткой положительной обратной связи 13, управляющей обмоткой 14 и вторичной обмоткой 15, диод 16, выпрямительный диод 17, конденсатор 18 фильтра, диод 19, времязадающую RC-цепь 20 с резистором 21 и конденсатором 22, инвертирующий пороговый элемент 23 и элемент И 24 с соответствующими связями.

Формирователь импульсов работает следующим образом.

Импульсы положительной полярности открывают транзистор 3, что в свою очередь вызывает открывание транзистора 1 и протекание тока заряда конденсатора 9. При

этом в сердечнике трансформатора 11 накапливается реактивная энергия, а протекание тока в обмотке положительной обратной связи 13 обеспечивает глубокое насыщение транзистора 1. По окончанию

выходного импульса транзистор 3 закрывается и прерывает базовый ток транзистора 1. ЭДС самоиндукции трансформатора 11, наведенная в обмотке 13,открываеттранзи- стор 2, приводят к разряду конденсатора 9,

выступающего в качестве источника энергии, и перемагничивая сердечник трансформатора 11. При этом открывается транзистор 4. По приходу очередного входного импульса транзистор 1 открывается

только после закрытия транзистора 2 и транзистора 4.

Интегральное значение тока через конденсатор 9 за период Т равно нулю, поэтому в установившемся режиме напряжение на

конденсаторе 9 определяется формулой

ид ипит| ипит-у,(1)

где - напряжение источника 10 питания;

t - длительность управляющих импульсов;

Т - период управляющих импульсов; у- коэффициент заполнения, относительная длительность управляющих импульсов.

Напряжение Uis положительной фазы на выходной обмотку 15 формируется на интервале времени (1-у), т.е. когда открыт транзистор 2. В это время обмотка 12 через

открытый транзистор 2 подключается к конденсатору 9 и напряжение на ней равно напряжению 1)э. Соответственно в обмотке 15 индуцируется напряжение Uis+, амплитуда которого равна

Ui5+-U9Ј|f-Ue-K,p,(2)

где wi5 - число витков обмотки 15;

W12 - число витков обмотки 12.

С учетом формулы 1 Ui5+ lW -у Ктр.(3)

Таким образом, амплитуда положительной фазы выходного напряжения Uis прямо пропорциональна относительной длительности управляющих импульсов и может регулироваться изменением этого параметра.

Напряжение Uis+ через диод 17 поступает на конденсатор 18 фильтра и заряжает его до своего амплитудного значения (падением напряжения на диоде 17 можно пренебречь). В установившемся режиме напряжение на конденсаторе 18 постоянно, его величина определяется формулой 3

U18 Uis ипит -у Ктр.(4)

Конденсатор 18 накапливает энергию (заряжается) на интервале (1-у) и отдает ее в нагрузку. Изменяя значение КТр можно задавать различную величину выходного напряжения, а изменяя у, можно регулировать это напряжение в требуемых пределах.

Полученное напряжение может быть использовано в качестве контрольного параметра работоспособности устройства, контроля значения у, управления варикапами и др.

При параметрической стабилизации выходного напряжения устройство работает следующим образом.

Управляющие импульсы поступают на первый вход элемента И 24, а через диод 19 - на конденсатор 22, который заряжается через резистор 21 от источника 10 питания. Напряжение на конденсаторе 22 изменяется по экспоненциальному закону

11пит(1-е А(5)

Uc

RC

где Uc - напряжение на конденсаторе 22;

ti - длительность заряда конденсатора 22;

R - сопротивление резистора 21;

С - емкость конденсатора 22.

Время заряда конденсатора 22 до напряжения Uc равно

(1- .(6)

Unm

Напряжение конденсатора 22 поступает на вход инвертирующего порогового элемента 23, который изменяет свое состояние с высокого уровня на низкий при достижении напряжения 1)0 порога срабатывания элемента 23. При относительно небольшой величине порога срабатывания элемента 23 (малой по сравнению с Unm величине U0) напряжение на конденсаторе 22 от нижнего значения до Uo изменяется практически линейно и может быть описано упрощенной формулой

uc-t

1UnHT

R

В момент равенства Uc U0 пороговый элемент 23 изменяет выходной сигнал на низкий уровень и блокирует элемент И 24. В результате этого на выходе элемента И 24 формируется импульс, длительность которого равна

Uc

U

RC.

пит

По окончанию управляющего импульса его низким уровнем через диод 19 конденсатора 22 разряжается. В следующем такте

5 процесс повторяется.

При повышении напряжения Uc над амплитудой управляющего импульса диод 19 открывается и ограничивает дальнейшее нарастание напряжения Uc.

10 Импульсы с выхода элемента И 24 поступают на базу транзистора 3 и управляют формирователем импульсов.Выходное напряжение постоянного тока на конденсаторе 18 с учетом формул (1), (4) и (8) будет равно

15 п«,-п - t2 к -и UQ RC wis

Ul8-Unnr r К-тр-ипиттт -ЧР- гг-- -

IUnnr I Wt2

,, R С . W15до

jf 1}-г-,

Т W12

Из формулы (9) видно, что выходное на20 пряжение Uis не зависит от напряжения Unm источника 10 питания, т.е. имеет место параметрическая стабилизация выходного напряжения.

При скачкообразном изменении напря25 жения UmiT также скачкообразно изменяется длительность t2 импульсов на выходе элемента И 24, что обеспечивает практически мгновенную перестройку формирователя с сохранением постоянства выходного

30 напряжения.

Изменение тока нагрузки приводит к некоторому изменению выходного напряжения за счет изменения падений напряжения главным образом на диоде 17, обмотках

35 трансформатора 12 и транзисторах 1 и 2.

Так как все элементы формирователя работают в импульсных режимах, то обеспечивается достаточно высокий КПД.

Таким образом, предлагаемый форми40 рователь импульсов позволяет расширить его функциональные возможности за счет получения на выходе не только импульсного напряжения переменного тока, но и напряжения постоянного тока, регулируемого по

45 величине путем изменения у управляющих импульсов либо постоянного по величине выходного напряжения, независимого от изменения напряжения питания. При этом формирователь импульсов может использо50 ваться и как управляемый источник напряжения постоянного тока, и как источник питания малой мощности.

Формула изобретения

55 N; 1480104, отличающийся тем, что, с целью расширение функциональных возможностей путем формирования выходного напряжения постоянного тока, величина которого определяется скважностью управляющих импульсов, в него введены

выпрямительный диод и конденсатор фильтра, первая выходная клемма формирователя через выпрямительный диод соединена с третьей выходной клеммой формирователя, которая через конденсатор фильтра соединена с второй выходной клеммой формирователя.

инвертирующий пороговый элемент, элемент И и времязадающая RC-цепь, последо- вательно соединенные резистор и конденсатор которой первыми выводами

соединены с соответствующими выводами источника питания, вторые выводы резистора и конденсатора времязадающей RC-цепи через второй диод соединены с входной клеммой формирователя и первым входом

элемента И и через инвертирующий пороговый элемент- с вторым входом элемента И, выход которого связан с базой первого транзистора.