Импульсный модулятор Советский патент 1980 года по МПК H03K7/02 

Изобретение относится к импульсной технике. Модулятор может быть ис пользован в радиотехнических устройствах различного назначения для формирования мощных импульсов. Известен импульсный модулятор,содержащий источник питания, коммутиру юш,ий элемент в зарядной цепи, линию формирования с нагрузкой, разрядный коммутирующий элемент и цепь управления зарядным и разрядным коммутирующими элементами ij. Известный импульсный модулятор имеетнизкий КПД. Известен также импульсный модулятор, содержащий источник постоянного напряжения, к выводам которого подключены последовательно соединенные зарядный дроссель, зарядный коммутирующий элемент и цепь формирования, шунтированная последовательно соединенными разрядным коммутирующим элементом и сопротивлением нагрузки,генератор запускающих импульсов,выход которого соединен с входом подмодуля тора зарядного коммутирующего элемен та и через элемент задержки с входом генератора поджига разр5 дного коммутирующего элемента, цепь обратной связи, подключеннуй параллельно цепи формирования, а выходом к входу подмодулятора вспомогательного коммутирующего элемента, анод которого соединён с анодом зарядного коммутирующего элемента, катод через конденсатор - с минусовым выводом источника питания и через цепь возврата энергии, состоящей из последовательно соединенных анода зарядного коммутирующего элемента и дросселя, - с плюсовым выводом источника питания 2. Недостатками этого импульсного модулятора являются низкий КПД из-за потери избыточной энергии, запасенной в зарядном дросселе, при ее возвращении в источник питания через элементы цепи возврата энергии, и усложнение схемй из-за наличия в цепи возврата энергии вспомогательного коммутатора. Целью изобретения является повышение КПД и упрощение схемы импульсного модулятора. Цель достигается за счет того, что в импульсном модуляторе, содержащем источник постоянного напряжения, между положительным выводом которого и общей шиной включены последовательно соединенные зарядный коммутирующий элемент, зарядный дроссель и фомирующая линия, между входом которо и общей шиной подключены последоватльно соединенные нагрузка и разрядный коммутирующий элемент, причем управляющий электрод последнего соединен с выходом генератора поджигащих импульсов, вход .которого через элемент задержки соединен с выходом генератора запускающих импульсов и первым входом подмодулятора, выход подмодулятора подключен к управляющему электроду зарядного коммутирующего элемента, а также цепь обратной связи, между катодом зарядного коммутирующего элемента и общей шиной включен диод, цепь обратной связи подключена к выводам источника постоянного напряжения, а её выход соединен с вторым входом подмодулятора.

На фиг.1 представлена схема импульсного модулятора; на фиг.2 - показаны эпюры токов и напряжений в узловых точках схемы.

Импульсный.модулятор содержит источник постоянного напряжения 1, к положительному выводу которого последовательно подключен зарядный коммутирующий элемент 2 и параллельно включена цепь обратной связи 3, выходом соединенная с входом подмодулятора 4. К катоду зарядного коммутирующего элемента подключены катод диода 5, анод которого соединен с общей шиной и зарядный дроссель 6, к выходу которого подключен последовательно соединенные нагрузка 7, разрядный коммутирующий элемент 8, подключенный катодом к общей шине, и формирующая линия 9. К управляющему электроду разрядного коммутирующего элемента подключен генератор 10 поджигающих импульсов, вход которого соединен с генератором 11 запускающих импульсов через элемент задержки 12.

На фиг.2 представлены эпюра а напряжения УЗД на выходе генератора запускающих импульсов, эпюра б напряжения выходе подмодулятора зарядного коммутатора, эпюра в напряжения выходе генератора поджигающих импульсов, эпюра г напряжения а на зарядном дросселе, эпюра д напряжения U на формирующем двухполюснике и напряжения Е источника питания, эпюра е тока .к , протекающего через зарядный коммутатор эпюра ж тока 3 , протекающего через зарядный дроссель, эпюра 3 тока 3 д , протекающего через зарядный диод, и эпюра и напряжения UH на сопротивлении нагрузки.

Импульсный модулятор работает ел дующим образом.

В начальный момент времени напряЕ Е.

.жение источника питания

(фиг.2д), а остальные напряжения и токи в схеме равны нулю.

В момент времени t , появления импульса LljQir (фиг.2а) на выходе генератора 11 запускающих импульсов подмодулятор 4 формирует импульс и„дд (фиг.26) включения зарядного коммутирующего элемента 2. Через включенный зарядный коммутирующий элемент от источника питания 1 происходит заряд формирующей линии 9 в. контуре, образованном индуктивностью зарядного дросселя б и суммарной емкостью Сдф формирующей линии.

При добротности зарядного контура больше единицы заряд носит резонансный характер, а напряжение U д.)}, (фиг.2д) и ток С(31,;ц ) (фиг.2ж и е заряда формирующей линии соответствено изменяются по закону

/-t-cos - )н a--E,

ил.ф.--Е.

VLC. . / -VLC.

-Л.Ф. время зарядки формирующей линии в зарядном контуре запасается энергия

,

Сх

,г..Ф 2 2

А-СО 5

()

-Е.С

U3

де Wj

энергия, запасаемая в индуктивности зарядного дросселя;

Сд.($ и.ф

W энергия, запасаемая в

А.О емкости формирующей линии.

В момент t2 окончания импульса noAw длительности ТГ зарядный коммутирующий элемент 2 выключается.При этом полярность напряжения U2 {фиг.2 на зарядном дросселе изменяется и скачком возрастает до величины, равной напряжению на емкостях формирующей линии. Формирующая линия продолжает заряжаться под действием энергии W, , запасенной в зарядном Дросселе к моменту времени 12. Ток заряда 3i, (фиг. 2ж) зa7vIыкaeтcя через .зарядный диод 5 (фиг. 2з). Когда ток заряда падает до нуля (t,) , процесс заряда формирующей линии прекращается, а напряжение на ней достигает уровня 4. (фиг. 2 д).

В момент t.4 импульсом Uf,Q (фиг.2в с генератора 10 поджигающих импульсов, задержанным элементом задержки 12 время t, , включается разрядный комментирующий элемент 8 и на со.противлении нагрузки 7 формируется выходной импульс напряжения ин .(фиг.2и).ёеличина напряжения ид на формирующий Линии в конце ее заряда ohpeдeляeтcя энергией ,запасенной в зарядном контуре в момент выключения зарядного коммутирующего элемента,вследствие чего при обеспечении от импульса к импульсу постоянства этой энергии обеспечивается постоянство напряжения и.ф на формирующей линии импульса напряжения и на нагрузке модулятора. I Из уравнения (1) следует, что const, если при изменении уров ня напряжения Е на вьоходе источника питания соответственно изменяется -время t открытого состояния зарядно коммутирующего элемента. Поэтому дли тельность импульса Up од модулятора зарядного коммутирующего элемента (или, что то же самое, длительность включенного состояния зар5едного коммутирующего элемента) определяется величиной«выходного напряжения Е источника питания 1 и требуемой величиной уровня напряжения Цд.ф , до которого заряжается формирующая линия 9. При заданном уровне напряжения и.ф увеличение напряжения источника питания ведет к уменьшению длительности импульса и„р, а уменьшение наоборот. Датчиком формирования дли тельности импульсов подмодулятора зарядного коммутирующего элемента в зависимости от уровня напряжения Е источника питания является цепь обратной связи 3. В качестве иллюстрации на фиг.2 представлен случай, когда Напряжени источника питания в момент времени tj скачком возрастает до величины .Поэтому во время следующего цикла заряда формирую ,;ей линии, который протекает в интервале tg длительность импульса на выходе под модулятора ,, а ф,;. IH н - Применение при стабилизации ампл туд импульсов на нагрузке модулятор .50 время цикла заряда формирующей л 1нии принципа обеспечения постоянства энергии, запасаемой в зарядном контуре, вместо принципа возврата в источник питания излишков энергии, запасенной в зарядном контуре, выго но отличает данную схему импуль.сног модулятора от известных схем. Отсутствие в схеме модулятора ряда элементов - вспомогательного коммутатора с подмодулятором в цепи возврата энергии - позволяет не только упростить ее и повысить КПД модулятора за счет исключения тепловых потерь в указанных элементах схемы. Но также повысить надежность работы модулятора и частоту следования запускающих импульсов. Последнее обусловлено исключением ряда элементов, находящихся под высоким напряжением, и уменьшением времени процесса заряда формирующей линии, которое в данной схеме меньше, чем в известной, на время длительности процесса, протекающего в цепи возврата энергии. Формула изобретения Импульсный модулятор, содержащий источник постоянного напряжения, между положительным выводом которого и общей шиной включены последовательно соединенные зарядный коммутиру-. ющий элемент, зарядный дроссель .и формирующая линия, между входом которой и общей шиной подключены последовательно соединенные нагрузка и разрядный коммутирующий элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом генератора поджигающих импульсов, вход которого через элемент задержки соединен с выходом генератора запускающих импульсов и первым входом подмодулятора, выход которого подключен к управляющему электроду зарядного коммутирующего элемента,и цепь обратной связи, .отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения схемы, меж- . ду объединенными выводами зарядного коммутирующего элемента и зарядного дросселя и общей шиной включен диод, цепь обратной связи подключена к выводам источника постоянного напряжения, а ее выход соединен с вторым входом подмодулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Англии № 1089903, кл. Н 3 Р, опублик. 1965. 2.Патент США № 3139585, опублик. . 1964 (прототип).