Управляемый широтно-импульсный модулятор

(51)5 Н 03 К 7/О СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТО ена функциональная иротно-импульсного функциональная схеправляемого широтлятора; на фиг,3 - работы устройства. На фиг.1 предста схема управляемого модулятора; на фиг.2 ма блока управления но-импульсного мод временные диаграмм(71) Челябинский политехническйй институт им, Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССР М 1018225, кл. Н 03 К 7/08, 1981,Авторское свидетельство СССР М 1163471, кл. Н 03 К 7/08, 1983.(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания, силовых инверторах и преобразователях частоты. Целью изобретения является повышение быстроИзобретение 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 пропускания тока по дополнительным обмоткам трансформатора и расширение функциональных возможностей путем плавного и ступенчатого изменения длительностей управляющих импульсов. деиствия 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 базоэмитте рных переходах запирающее напряжение на время запертого состояния, исключая при этом возможность самопро- З извольного включения от влияния электромагнитных помех, 1 з,п.ф-лы, 3 ил. Управляемый широтно-импульсный модулятор содержит шину 1 источника 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, токоограничительные 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 диод14 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 токоограничительные резисторы 17 и 18 присоединены к шине 1 источника питания,Блок 19 управления содержит генератор 20 тактовых импульсов, триггер 21, генератор 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-Н Е 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 которых 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 0 - триггере, О-вход которого соединен с инверсным выходом, а В- и Я-входы - с общей шиной. Генератор 22 пилообразного напряжения може быть выполнен на соединенных последовательно резисторе и конденсаторе, включенных10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 между шиной 1 источника питания и общей шиной 2, причем параллельно конденсатору включен транзистор, база которого соединена с входом обнуления генератора, а объединенные выводы всех элементов - с его выходной шиной, Источник 23 опорного напряжения может быть выполнен на соединенных последовательно резисторе и стабилитроне, включенных между шиной 1 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 источник 24 управляющего сигнала может быть выполнен из переменного резистора, подключенного параллельно стабилитрону источника 23 опорного напряжения, движок которого соединен с выходной шиной источника,На фиг.З представлены осциллограммы напряжений на выходах генератора 20 тактовых импульсов - О 2 в, триггера 21 - О 21(неинвертирующий выход) и О 21(инвертирующий выход), генератора 22 пилообразного напряжения - Огр, источника 23 опорного напряжения - О 2 з, источника 24 управляющего сигнала - Од, компаратора 25 - О 25, элементов И - НЕ 26 и 27 - О 26, О 27, конденсатора 29 - О 2 э; относительный уровень порогового напряжения переключения инвертора 32 - Опор и напряжение на его выходе - Озр; напряжения на выходах элементов 33 и 34 - Озз, Озд, компаратора 28 - О 28, элементов 35 и 36 - Озь, Озб, элементов 37 и 38 - Оът, Озв, базовых обмоток 5 и 6 - Оь, Ов и ток в нагрузке 13 -1 з,В управляемом широтно-импульсном модуляторе предусмотрены два режиме работы: режим без перекрытия и с перекрытием переключения силовых транзисторов 11 и 12,В режиме без перекрытия модулятор работает следующим образом,На базы управляющих транзисторов 15 и 16 от блока 19 управления поступают импульсы Озт и Озз с коэффициентом заполнения импульсного цикла, большим половины периода. Во время открытого состояния транзисторов 15 и 16 на базовых обмотках 9 и 10 формируются запирающие силовые транзисторы 11 и 12 напряжения Оь и Об. В момент запирания транзисторов 15 и 16. происходит смена полярности напряжения 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 и11 з нагрузки 13 10 15 20 25 30 35 40 45 55 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 ток 1 з в нагрузке 13.В режиме с перекрытием на базы управляющих транзисторов 15 и 16 от блока 19 управления поступают импульсы Оз 7 и Озв с коэффициентом заполнения импульсного цикла, меньшим половины периода. Силовые транзисторы находятся при этом большую часть периода в открытом состоянии, пропуская в нагрузку 13 постоянный ток 1 З.Блок 19 управления работает следующим образом.Генератор 20 формирует тактовые импульсы 02 о, поступающие на тактовый вход триггера 21 и базу транзистора генератора 22 пилообразного напряжения, На выходах триггера 21 образуются импульсы 021, О 21, сдвинутые по фазе на 180 О, На выходе генератора 22 формируется пилообразное напряжение 022. Источник 23 опорного напряжения выдает стабильное напряжение. Компаратор 25 сравнивает входной управляющий сигнал 024 источника 24 с пилообразным напряжением 022, модулируя импульсы 026. Элементы И-НЕ 26 и 27 рас, пределяют импульсы 025 с компаратора 25 на два канала 026 и Ои, В зависимости от уровня входного управляющего сигнала 024 на выходе источника 24 можно устанавливать два режима управления силовыми транзисторами 11 и 12, Первый режим без перекрытия устанавливается при наличии на выходе компаратора 25 импульсов 025 до момента т 1, При этом на конденсаторе 29 формируется напряжение 029, меньшее порогового напряжения Опор срабатывания инвертора 32, который, воспринимая данное напряжение как "0", выдает на выходе1, Импульсы 026 и 027 инвертируются элементами 33 и 34 Озз и ОЗ 4 и сравниваются на входе элементов 37 и 38 с импульсами Озб, Озб элементов 36 и 35. В результате в данном режиме импульсы 026, 027 проходят на выходы блока управления без изменения. В режиме с перекрытием на выходе компаратора 25 с момента т 1 напряжение 026 устанавливается постоянным и уровень его соответствует "1", Напряжение 029 на конденсаторе 29 возрастает и в момент 12 достигает порогового Опор. Инвертор 32 изменяет состояние и на его выходе появляется "0" (Оз 2), на выходах элементов 33 и 34- "1" (Озз и Оз 4). При такой комбинации сигналов на вь 1 ходы элементов 37 и 38.приходят импульсы с коэффициентом заполненияммпульсного цикла, меньшим половины периода. На базы силовых транзисторов 11 и 12,. приходят управляющие импульсы 06 и 06, иобеспечивающие работу силовых транзисторов с перекрытием и непрерывный ток Таким образом, введение новых элементов и связей в управляемый широтно-импульсный модулятор позволяет обеспечить повышение быстродействия и надежности эа счет перемагничивания сердечников трансформаторов тока, что позволяет уменьшить время эапирания 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 широтно-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 силовых обмоток соответствующих трансформаторов тока, г 1 ежду 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, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в него дополнительно введены обмотки управления в 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 йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем плавного и ступенчатого изменения длительностей управляющих импульсов, блок управления со 1614108держит 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 соответственно с выходами первого и второго элементов И - НЕ, а выходы - соответственно с первыми входами пятого и шестого элементов И - НЕ, выходы которых соединеНы с выход ными шинами блока управления, а вторыевходы - соответственно с выходами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера и вто рцми входами второго и первого элементовИ-НЕ, а вторые входы - с выходом второго компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а инвертирующий 15 вход - с выходом источника опорного напряжения,1614108 гг г г бСоставитель Е;Борзов Редактор Л.Пчелинская Техред М.Моргентал Корректор Э,Лончакова Заказ 3898 Тираж 662 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10