Широтно-импульсный модулятор

(5 Н 03 К 7 08 ФАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 492023, кл. Н 03 К 7/08, 1975,2. Авторское свидетельство СССР Р 534030, кл. Н 03 К 7/08,22.11.76. (прототип).(54)(57) 1.ШИРОТНО-ИИПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР, содержащий преобразователь постоянного напряжения в переменное прямоугольной форлн, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к первому выводу вторичной обмотки которого подключе первый вывод первого конденсатора, импульсный трансформатор, ключ-форми рователь выходных импульсов и источ ник управляющего сигнала, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повы);)ения коэфФициента полезного де ствия, в него дополнительно введены источник опорного напряжения и соединенные последовательно второй конденсатор и блок автономного управления длительностью илпульсов, включенные между первыми .выводами вторичной обмотки трансформатора и первичной обмоткой импульсного трансфор -матора, вторые .выводы которых объединены, причем источник управляюцего сиГнала включен между вторымвыводом первого конденсатора ипервым выводом первичной обмоткиимпульсного трансформатора, первыйвывод вторичной обмотки которогосоединен с первым выводом выходнойобмотки трансформатора, а управляющий вход подключен через соединенные последовательно согласнб источник опорного напряжения, резистор идиод к первому выводу вторичной обмотки импульсного трансформатора, С,второй вывод которой подключен кобъединенным выводам резистора иисточника опорного напряжения.1051700 2. Модулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что блок автономного управления длительностью импульсов содержит выпрямитель, к выходу которого подключены соединенные последовательно ограничивающий и разрядный резисторы, причем параллельно разрядному резистору подключены конденсатор и управляемле ключи.3, Модулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что источник опорного напряжения содержит включенные последовательно резистор, диод и стабилитрон, параллельно которым подключена первая дополнительная обмотка трансформатора.4. Модулятор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что источник управляющего сигнала содержит включенные последовательно стабилизатор тока и стабилизатор напряжения,Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в источниках питания с широтно- импульсным управлением и стабилизаци" ей выходного напряжения. 5Известен широтно-импульсный модулятор с гальванической развязкой входных и выходных цепей, предназначенный для управления с источниками питания. Модулятор содержит преобразо ватель, выходной .трансформатор, управляемый ключ, конденсатор и управляемый источник тока 1 3.недостатком этого модулятора является непосредственная связь цепей нагрузки и управляемого источника тока, что.приводит к недостаточной надежности при работе в условиях мощных промьачленных помех.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является широтно-импульсный модулятор, содержащий преобразователь постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к первому выводу вторичной обмотки которого подключен первый вывод первого конденсатора, импульсный трансФорматор, ключи-Формирователи выходных импульсов и источник управляюще го сигнала Г 2 1.Однако этот модулятор характеризуется низким коэффициентом полезного действия КПД ) иэ-эа того, что цепь передачи энергии выходных им пульсов содержит соединенные последовательно два ключа, импульсный транвыпрямители которых подключены к второй и третьей дополнительным обмоткам трансформатора.2, Модулятор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, трансФорматор снабжен дополнительной выходной обмоткой, к которой последовательно подключены нагрузка и второй ключ-формирователь, к управляющему. входу которого подключены соединенные последовательно дополнительный источник опорного напряжения и дополнительная обмотка импульсного трансформатора, параллельно которой включены соединенные последовательно резистор и диод, причем объединенные выводы диода и дополнительной обмотки импульсного трансформатора подключены к объединенным выводам ключа-формирователя и дополнительной выходной обмотки трансформатора. сформатор и диод, а также значительные массо-габаритные .характеристики из-за,выполнения обоих трансформаторов на полную передаваемую мощность.цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия широтно-импульсного модулятора.Поставленная цель достигается тем, что в широтно-импульсный модулятор, содержащий преобразователь постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к первому выводу вторичной обмотки которого подключен первый вывод первого конденсатора, импульсный трансформатор, ключ- формирователь выходных импульсов и источник управляющего сигнала, дополнительно введены источник опорного напряжения и соединенные последовательно второй конденсатор и блок автономного управления длительностью импульсов, включенные между первыми выводами вторичной обмотки трансформатора и первичной обмоткой импульсного трансформатора,.вторые выводы которых объединены, причем источник управляющего сигнала включен между вторым выводом первого конденсатора и первым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора,первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым выводом выходной обмотки трансФорматора и первым входом ключа-Формирователя, второй вход которого через нагрузку подключен к второму выводу выходной обмотки трансформатора, а управляющийвход подключен через соединенныепоследОвательно согласно источникопорного напряжения, резистор и диодк первому выводу вторичной обмоткиимпульсного трансформатора, второйвывод которого подключен к объединенным выводам резистора и источника опорного напряжения.Блок автономного управления длительностью импульсов содержит выпрямитель, к выходу которого подключены соединенные последовательно ограничивающий и разрядный резисторы,причем параллельно разрядному резистору подключены конденсатор иуправляемые ключи.Источник опорного напряжения содержит включенные последовательнорезистор, диод и стабилитрон, параллельно которым подключена перваядополнительная обмотка трансформатора.Источник управляющего сигналасодержит включенные последовательно стабилизатор тока и стабилизаторнапряжения, выпрямители которыхподключены к второй и третьей дополнительным обмоткам трансформато-,ра,Кроме того, для обеспечения двухфазного управления трансформаторснабжен дополнительной выходной обмоткой, к которой последовательноподключены нагрузка и ключ-формирователь, к управляющему входу которого подключены соединенные последовательно дополнительный источникопорного напряжения и дополнительнаяобмотка импульсного трансформатора,параллельно которой включены соединенные последовательно резистор идиоД, причем объединенные выводыдиода и дополнительной обмотки импульсного трансформатора подключенык объединенным выводам ключа-формирователя и дополнительной выходнойобмотки трансформатора.На чертеже представлена блок-схема широтно-импульсного модулятора.Он содержит преобразователь 1постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора 2, первый выводобмотки 3 которого через соединенные последовательно конденсатор 4,стабилизатор 5 тока и стабилизаторб напряжения подключен к первомувыводу обмотки 7 импульсного трансформатора 8, вторые выводы обмоток 3 и 7 объединены, выпрямительстабилизатора 5 тока подключен кобмотке 9 трансформатора 2, а выпрямитель стабилизатора б напряжения - к обмотке 10 трансформатора 2, первый вывод обмотки 11 транс 5 10 15 20 форматора 8, подключен к первомувыводу источника 12 опорного напряжения, второй вывод которогоподключен к управляющему входу ключа-формирователя 13, первый входкоторого соединен с объединеннымивыводами обмотки 11 трансформатора 8и обмотки 14 трансформатора 2, другой вывод обмотки 14 через нагрузку .15 соединен с вторым входом.ключа 13. Цля двухфазного управленияка,нал 16 выполняется с противофазным включением обмоток трансформаторов 2 и 8. Параллельно обмотке 11включены соединенные последовательно резистор 17 и диод 18, образующие последовательно согласное включение для управляющего тока источника 12 опорного напряжения. Конденсатор 19 включен последовательно свыпрямителем 20 между первыми выводами обмоток 3 и 7, К выходу выпрямителя 20 подключенысоединенныепоследовательно резистор 21 и конденсатор 22, параллельно которому подключены ключи 23 и 24 и разрядный резистор 25. Выпрямитель 20, резисторы 21 и 25, ключи 23 и 24 иконденсатор 22 образуют блок автономного управлениядлительностью импульса. Стабилизатор 5 тока, стабиЗО лизатор б напряжения и обмотки 9и 10 трансформатора 2 образуют источник управляющего сигнала. К стабилизатору 5 тока подключены управляющие шины 26, а к стабилизатору35 б напряжения управляющие шины 27.Стабилизатор 5 тока может быть выполнен, например, на транзисторе, вэмиттер которого включен датчик тока, соединенный с шинами 26, а базаподключена к источнику опорного напряжения, состоящего из соединенныхпоследовательно выпрямителя, входкоторого подключен к обмотке 9, икомпенсационного источника.45 Стабилизатор 6 напряжения можетбыть выполнен в виде последовательного стабилизатора напряжения выпрямителя, к входу которого подключена обмотка 10, а шины 27 подключены к источнику опорного уровня.Ключ 13 может быть выполнен, например, на транзисторе, параллельноцепи коллектор-эмкттер которого включен,диод, пропускающий ток нерабочейполярности транзистора, а параллель 55 но переходу эмиттер-база включен диод обратной полярностк.Трансформатор 2 может иметь обмотки 28 импульсов неизменной скважности и обмотки питания ключей 23, 60 выполненных на реле.Широтно-импульсный модуляторработает следующим образом.Преобразователь 1 постоянногонапряжения в переменное вырабаты вает прямоугольные импульсы со скваж 1051700ностью, равной 2. Величина тока 3 в обмотке 7 задается стабилизатором 5 и может изменяться под воздействием управляющих входных сигналов на шинах 26 и 27. В обмотке 11 трансформатора 8 появляется ток, величина которого обеспечивает падение напряжения на резисторе 17 и диода 18, препятствующее открыванию транзистора ключа напряжением источника опорного напряжения. Ключ 13 10 закрыт. При достижении на конденсаторе 4 напряжения равного О :Ц - О , где Об - напряжение на обмотке 3; О - сумма напряжений стабилизатора оп6 напряжения и обмотки 7 ток в об мотке 7 прекращается, и ключ 13 открывается под воздействием напряже- . ния источника 12 опорного напряжения. Таким образом, величина тока стабилизатора 5 регулирует длительность открытого состояния ключа 13, и, следовательно, длительность положительного импульса тока в нагрузке. Длительность отрицательного тока не регулируется, так как отрицательный ток протекает через диод, шунтирующий транзистор ключа 13, Во время отрицательного полупериода в канале 16 формируется положительный импульс, сдвинутый на 180 О. Время задержки замыкания ключа 13 для установившегося режима равно 40 С 2) 45 11)С 35 где С - емкость конденсатора 4; О - начальное напряжение на конденсаторе, обусловленное его зарядомСОв предыдущий полупериод. Так какО о = Об- Оо, то 11) можно записать в виде Время замкнутого состояния ключа- формирователя Ф равноТпР 2 З50 Коэффициент заполнения положительного выходного импульса напряжения ра- вен 22155- (э)Т Т С учетом выражения 2) получим Выражение 4 представляет собойуравнение управления длительностьювыходных импульсов модулятора. Из 65 него видно, что коэффициент запол-нения выходных импульсов можно менять, изменяя величину управляющихсигналов Ооп и Эс ,а также и величину питающего найряжения, котороепропорционально Овх.Для обеспечения оптимального параметрического управления длительностью выходных импульсов модулятора при постоянных частоте переменногонапряжения и величине емкости конденсатора 4 ток Э стабилизатора 5 тока должен изменяться пропорционально изменению О , что обеспечивается использованйем обмотки 9 трансформатора в качестве источника опорногонапряжения,Формирование импульсов переменнойскважности в канале 16 происходитаналогично.Блок автономного управления длительностью выходных импульсов модулятора обеспечивает независимое управление длительностью импульсов иможет использоваться при регулировании длительности при включении илиаварийной ситуации. Блок работаетаналогично основному источнику управляющих сигналов. В момент подачипитания ключи 23 и 24 разомкнуты, через конденсатор 19 и выпрямитель 20протекает ток обмотки 7 трансформатора 8. Величина тока определяетсяпараметрами нагрузки выпрямителя20, т.е. величинами сопротивления ре.зистора 21 и емкости конденсатора22. Поскольку, напряжение на конденсаторе 22 нарастает от нуля, то идлительность положительных выходных импульсов также нарастает отнуля до требуемого значения со скоростью заряда конденсатора 22 доамплитудного значения напряженияна обмотке 3 трансформатора 2. Послеокончания заряда ток через выпрямитель 20 прекращается и, следовательно, прекращается воздействиеблока автономного управления на длительность выходного импульса. Приотключении питающего модулятор напряжения конденсатор 22 разряжается через шунтирующий его резистор,и блок автономного управления приходит в исходное состояние. Дляобеспечения нормального функционирования блока необходимо выбиратьпостоянную времени йС цепи, образованной конденсатором 22 и резистором25 много больше, чем постояннаявремени цепи, образованной конденсатором 22 и резистором 21. Замыкание ключей 23 и 24 приводит к блокированию ключей-формирователей внепроводящем состоянии и прекращению генерации импульсов положительного напряжения. При размыкании ключей 23 и 24 генерация этих импульсов возобновляется, причем длитель. ВНИРПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ность их начинает возрастать от нуля.Включение импульсного трансформатора.в цепь управления ключами . позволяет снизить его габаритную мощность в десятки раэ, что совместно с исключением из цепи передачи, энергии выходных импульсов второй обмотки и второго ключа, что позволяет в несколько раз сократитьпотери мощности и увеличить КПД модулятора. Наличие автономных цепейуправления длительностью выходногоимпульса обеспечивает наилучшие условия его совместимости с узлами импульсных стабилизаторов, в том числеи стабилизаторов с компенсационнопараметрическим управлением,