Усилитель типа м-дм с гальванической развязкой

Номер патента: 1091304

Автор: Каминский

ZIP архив

Текст

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Н 9) ЯО (11) ЗбоНОЗГЗЗ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 3412315/18-09 (22) 26.03.82 (46) 07.05,84. Бюл (72) М.Г.Каминский (7 ) сформатор тока с маловиткговитковой обмотками, демотличающийсяс целью повышения точност ноулято м, чт и уме шенин габаритов, модулятор и демодулятор выполнены широтно-импульсными, а между вторичной обмоткойимпульсного трансформатора и маловитковой обмоткой разделительноготрансформатора тока введены последовательно соединенные преобразователь напряжение - ток и параллельнопоследовательный ключ тока, управляющие входы которого подключены соответственно к выходам модулятора,при этом между многовитковой обмоткой разделительного трансформатора ока и шунтом на выход мите ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ Московский завод тепловой а томатики"Электроника", 1980, т. 53, й 10.Билл Моронг. Усилитель развязки сдвумя трансформаторами. Там же,У 152. Патент США К 3946324,кл. 330-10, 1976 (прототип),(54)(57)УСИЛИТЕЛЬ ТИПА М-ДМ С ГАЛЬВАНИЧЕСКОИ РАЗРЯЗК 011, содержащий модулятор с генератором импульсов, навыходе которого включен импульсныйтрансформатор, разделительный транулятором включен выпря1 109)Изобретение относится к усилителям постоянного тока типа модуляция- демодуляция (М-ДМ)с изоляцией входной цепи от выходной с помощью двух трансформаторов и может быть исполь 5 зовано в системах автоматического регулирования производственных процессов и прецизионных системах сбора данных, когда требуется усиление сит налов постоянного тока в условиях сильных помех, например, промьшщенной сети, приложенных между источником и приемником сигнала, когда требуется произвольное заземление источника сигнала в сложных системах, 15 а также для обеспечения безопасности человека при измерениях.Известны усилители с двумя трансформаторами, которые строятся с помощью различных методов синхронной модуляции - демодуляции. Причем один из трансформаторов совместно с дополнительным генератором служит для изоляции цепей питания модулятора и демодулятора, а другой, разделительный - для изоляции цепи сигнала модулятора от демодулятора, Для построения модуляторов и демодуляторов используются аналоговые ключи.В связи с увеличением числа ка 30 налов сбора данных, в которых применяются усилители с гальванической развязкой, и с возрастающим использованием цифровых методов обработки данных, а также с повышением разрядности цифровых устройств требуется повышение точности усилителей с гальванической развязкой и одновременное уменьшение габаритных размеров.Точность усилителей с гальванической развязкой характеризуется нелинейностью статической характеристики, температурной нестабильностью коэффициента усиления, полосой пропускания, коэффициентом подавления синфазного сигнала 1 3.В усилителях гальванической развязки с двумя трансформаторами нелинейность статической характеристики и температурная нестабильность коэффициента усиления связаны с ошиб" ками коммутации аналоговых ключей, влияние которых уменьшается при уменьшении частоты модулятора. Полоса пропускания определяет динамичес" кую точность усилителей с двумя тран сформаторами, которая тем вьппе, чем больше частота модулятора. Однако для производственных систем сбора 304 2данных, когда усилители с гальванической развязкой включаются последатчиков, снижение полосы пропускания не приводит к понижению точности по той причине, что сами датчикиявляются инерционными.Коэффициент подавления синфаэногосигнала переменного тока усилителейс двумя трансформаторами тем выше,чем меньше проходная емкость трансформаторов,Габаритные размеры трансформаторов (размер магиитопроводов и объемобмотоки их проходная емкостьуменьшаются с увеличением их рабочих частот, Поэтому коэффициент подавления синфаэного сигнала переменного тока усилителей с двумятрансформаторами увеличивается с повышением частот модулятора и добавочного генератора, Габаритные размеры самих трансформаторов определяютгеометрические размеры усилителей,выполненных в виде микросборок и модулей. Поэтому в усилителях гальванической развязки с двумя трансформаторами выполнение требования уменьшения нелинейности статической характеристики и температурной нестабильности коэффициента усиления путем снижения частоты модуляторапротиворечит стремлению повышениякоэффициента подавления синфазногосигнала переменного тока и одновременного уменьшения геометрическихразмеров,Наиболее близким к предлагаемомуявляется усилитель типа М-ДМ с гальванической развязкой, содержащий модулятор с генератором импульсов, навыходе которого включен импульсныйтрансформатор, разделительный трансформатор с маловитковой и многовитковой обмотками и демодулятор, причем модулятор и демодулятор выполнены амплитудно-импульсными, а разделительный трансформатор составлениз двух тороидальных магнитопроводовкаждый из которых имеет многовитковую обмотку, а оба магнитопроводаохвачены замкнутым витком, причеммноговитковая обмотка одного магнитопровода подключена к модулятору,а многовитковая обмотка другогомагнитопровода подключена к демодулятору.За счет такого построения разделительного трансформатора в усилителе уменьшение проходной емкости и25 3 1091 увеличение коэффициента подавления синфазного сигнала переменного тока достигается без увеличения частоты модулятора Г 2 3Из-за невозможности удаления маг 5 нитопроводов каждого трансформатора друг от друга по соображениям увеличения геометрических размеров всего усилителя между магнитопроводами установлен электростатический экО ран. Существенное значение имеют величины активных сопротивлений обмоток, особенно охватывающего витка, влияющие на температурную нестабильность коэффициента усиления усилите 15 ля. Поэтому диаметры обмоточных проводов должны быть относительно большими. Наличие удвоенного количества магнитопроводов и электростатических экранов усложняет усилитель и увеличивает его габаритные размеры. В усилителе отсутствует возможность измерения коэффициента усиления и подстройки нуля внешними сигналами, например от цифровых уст- ройств обработки данных.Цель изобретения - повышение точности при уменьшении габаритов.Поставленная цель достигается тем что в усилителе типа М-ДИ с гальванической развязкой, содержащем модулятор с генератором импульсов, на выходе которого включен импульсный трансформатор, разделительный трансФорматор тока с маловитковой и многовитковой обмотками и демодулятор, модулятор и демодулятор выполнены широтно-импульсными, а межцу вторичной обмоткой импульсного трансформа.тора и маловитковой обмоткой разде лительного трансформатора тока введены последовательно соединенные преобразователь напряжение - ток и параллельно-последовательный ключ тока, управляющие входы которого подключены соответственно к выходам мо- " дулятора, при этом между многовитковой обмоткой разделительного трансформатора тока и демодулятором включен выпрямитель с шунтом на выходе.На чертеже представлена структур- - ная электрическая схема усилителя типа М-ДИ с гальванической развязкой.Усилитель содержит широтно-импульсный модулятор 1, генератор 2 им. пульсов с импульсным трансформато. ром 3, преобразователь напряжение - ток 4, параллельно-последовательный 304 4ключ 5 тока на транзисторах 6 и ,разделительный трансформатор 8 токас маловитковой 9 и многовитковой Ообмотками; выпрямитель 11, шунт 12,конденсатор 13, широтно-импульсныйдемодулятор 14, который образовананалоговым ключом 15, фильтром 6низкой частоты, опорными источниками 17 и 18,Устройство работает следующим образом,Широтно-импульсный модулятор 1формирует последовательность прямоугольных импульсов постоянной амплитуды, скважность которых Й=ЮТ пропорциональна входному сигналу ив,где" длительность импульсов модулятора, Т - период следования импульсов. При наличии импульса на выходе широтно-импульсного модулятора1 транзистор 6 открыт, а транзистор7 закрыт и выходной ток преобразователя напряжение - ток 4 замыкается через транзистор 6. Напряжениена шунте 12 отсутствует, и аналого -вый ключ 15 открыт. Поэтому на время импульса опорный источник 18 подключается к фильтру 16 низкой частоты.При отсутствии импульса на выходеширотно-импульсного модулятора 1выходной ток преобразователя напря-,жение-ток 4 проходит через маловитковую обмотку 9 разделительного тран сформатора тока 8 и открытый транзистор 7, транзистор 6 закрыт, трансформируется, выпрямляется и создает на шунте 12 напряжение, закрывающее аналоговый ключ 15, Форматока на выходе преобразователя напряжение - ток 4 соответствует форме напряжения на его входе. Конденсатор 13 сглаживает пульсации управляющего напряжения аналогового ключа 15, вызванные конечностью фронтовгенератора 2 импульсов.Замыкание аналогового ключа 15происходит со скважностью Я, поэтому выходной сигнал Ц усилителя пропорционален напряжению Ь опорногоисточника 18 и скважности импульсовширотно-импульсного модулятора 1Бв-Ь. 11 ( - К Бв,1.1,8 ) (1)где К - коэффициент пропорциональности.Опорный источник 17 обеспечиваетподстройку нуля усилителя или формирование двуполярного выходного напряжения.3 10913Напряжение управления аналоговым ключом 15 должно иметь два уровня.1 Чтобы аналоговый ключ 15 на нулевом транзисторе был открыт, напряжение управления должно быть равно нулю, Для закрытия аналогового ключа 15 нужно подать напряжение управления, равное напряжению отсечки УДля соблюдения постоянства уровня напряжения управления аналоговым 1 О ключом 5 ток, передаваемый через трансформатор 8, должен иметь прямоугольную форму, т.е, относительный спад сд" вершины каждой полуволны тока должен быть1, что соблюдается 1 15 при выполнении соотношения12 Ед В, 21Р 20 где Х г - частота генератора 2 прямоугольного напряжения;- индуктивность обмотки 9;К - эквивалентное сопротивление, вносимое в обмотку 9. 25Так как в режиме отсечки полевой транзистор аналогового ключа 15 не потребляет энергии от цепи управления, то сопротивление, вносимое в первичную маловитковую обмотку 9 раз делительного трансформатора тока 8, будет равно1 12(3)и 2гце К - сопротивление шунта 12;и - коэффициент трансформации 35разделительного трансформа-.тора тока 8.Если пренебречь длительностями Фронтов выходного тока 1 преобразователя напряжение - ток 4, то напря жение управления аналоговым ключом 15 составитП = - К 2=П1 д12 ид. стс (4) из (2),(3 ),(4 1 может быть определе на необходимая индуктивность обмотки Я(5)21 ФЗ дд При заданных величинах 1 ., Ы",1.,5 О 0 и увеличении коэффициента трансьтсформации и уменьшается необходимая индуктивность 1, а следовательно, количество витков обмотки 9 для получения минимальной проходной емкости разделительного трансформатора тока 8. При этом величина с.опротивле: ния шунта 12 выбирается из условия 04 б11 отс и, (6)12Если обмотка 9 содержит один виток, как в прототипе, то количествовитков обмотки 10 равно коэффициентутрансформации и.При тороидальной форме магнитопровода, когда многовитковая обмоткаравномерно распределена по поверхности магнитопровода, а маловитковаяобмотка представляет провод, проходящий через центр окна, обмотки можнорассматривать как коаксиальные проводники и проходная емкость разделительного трансформатора составит1 ЮЕС= д (71Яигде 2 - высота магнитопровоца смноговитковой обмоткой;Й 2 - внутренний диаметр магнитопровода,- диаметр провода, проходящий через центр окнаДиаметры проводов обмоток раз,целительного трансформатора 8 токав отличие от прототипа, выбираютсяисходя из допустимой плотности тока, так как разделительный трансФорматор используется для управленияаналоговым ключом 15 и изменение активных сопротивлений обмоток при из.менении окружающей температуры невлияют на стабильность коэффициента усиления усилителя,Количество витков многовитковойобмотки 10 при равенстве частоты широтно-импульсного модулятора 1 спрототипом и одинаковом материалемагнитопроводов меньше чем у прототипа, так как значительно выше частота генератора импульсов К (5),Разделительный трансформатор 8тока имеет всего один магнитопровод,размеры которого меньше, чем у одного магнитопровода прототипа, так какменьше диаметры проводов обмоток иколичество их витков, что обеспечивает меньшую проходную емкость(71потому что 1 д меньше, а отношениед 2 Ябольше,11 редлагаемое устройство позволяет уменьшить нелинейность статчческой характеристики и температурнуюнестабильность коэффициента усиления без увеличения габаритных размеров и проходной емкости усилителяпутем снижения частоты широтно-импульсного моцулятора 1, когда это1091304 О Составитель М.КаминскийТехред О.Неце Корректор С.Шекмар Редактор А.Фролова Заказ 3097/52 Тираж 862 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 приемлемо из условий быстродействия, обычно для систем регулирования производственных процессов.Предлагаемое устройство дает воэможность при замене опорного источника 18 внешним входным сигналом Бквыполнять операцию умножения."ВЬ 1 Х= 1"Вх "Вх, (Для образца, выполненного на дискретных компонентах с применением печатного монтажа, основная погрешность умножения не превышает 0,093,дополнительная погрешность умножения при изменении окружающей температуры не более 0,0073, коэффициентподавления синфазного сигнала амплитудой 100 В частотой 50 Гц не менее94 дБ. При замене опорных источников17 и 8 внешними сигналами от цифрового устройства может быть осуществлено программное управление коэффи"циентом усиления, а также подстройкануля усилителя.

Смотреть

Заявка

3412315, 26.03.1982

МОСКОВСКИЙ ЗАВОД ТЕПЛОВОЙ АВТОМАТИКИ

КАМИНСКИЙ МОИСЕЙ ГЕРШОВИЧ

МПК / Метки

МПК: H03F 3/38

Метки: гальванической, м-дм, развязкой, типа, усилитель

Опубликовано: 07.05.1984

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1091304-usilitel-tipa-m-dm-s-galvanicheskojj-razvyazkojj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Усилитель типа м-дм с гальванической развязкой</a>

Похожие патенты