Устройство для управления транзисторным мостовым инвертором

. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГ 0 ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР9 767937, кл. Н 02 Р 13/18, 1979.2. Авторское свидетельство СССРУ 613476, кл. Н 02 Р 13/18, 1976.3. Зюбин В,Ф. Дискретные системыуправления автономными инверторамис широтно-импульсной модуляциейпо нелинейному закону. - "Электротехника", 1974, Р 11, с. 43-46.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯТРАНЗИСТОРНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ,содержащее блок формирования и временных интервалов равной длительности, включающий последовательно включенные генератор импульсов стабильной частоты, тактирующий триггер,счетчик импульсов и первый дешифратор, блок формирования временныхинтервалов переменной длительности,включающий последовательно включенные управляемый генератор импульсов,реверсивный счетчик импульсов, управляющие входы прямбго и обратногосчета которого подключены к выходамтактирующего триггера, и второй дешифратор, входы которого соединеныс разрядными выходами реверсивногосчетчика импульсов, блок распределения временных интервалов переменнойдлительности по временным интерваламравной длительности, включающий истробнрующих элементов И, входы каждого -го из которых подключены кодноименному выходу первого дешифратора и к 1-му выходу второго дешифра-, тора, две группы по п распределительных элементов И, первые входы которых соединены с выходами одноименных стробирующих элементов И, а вторые входы погруппно - с прямым и инверсным выходами тактирующего триггера, и первый и второй элементы ИЛИ, входы каждого из которых подключены к выходам распределительных элементов И соответствующей группы, формирователь высокочастотных импульсов управления, формирователь низкочастотных импульсов управления, вход которого соединен с первым выходом первого дешифратора, а прямой и ин- Ое версный выходы предназначены для подключения эмиттер-базовых переходов транзисторов одной из вертикалей 1 инвертора, два коммутатора, включаю- Сю щих по две пары элементов И, в каждой из которых первый вход одного элемента И подключен к прямому, а первый вход другого элемента И к инверсному выходам формирователя низкочастотных импульсов управления, и по два элемента ИЛИ, входы каждого из которых соединены с выходами элементов И одной из пар, о т л и - Са ч а ю щ е е с я тем, что, с целью Ж повышения надежности путем исключения сквозных токов через транзисторы инвертора, в него введены дополнительные, аналогичные основным блок распределения временных интервалов переменной длительности по временным интервалам равной длительности и формирователь высокочастотных импульсов управления, а блок формирования временных интервалов переменной длительности снабжен дополнительнымНедостаток данного устройства заключается в значительной конструктивной сложности. При осуществлении регулирования выходного напряжения инвертора возникает также необходи" 5 мость корректирования частоты преобразователя код - частота, причем в общем случае по нелинейному закону.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является Ю устройство для управления транзистор" ным мостовым инвертором, содержащее блок формирования и временных интер" валов равной длительности, включающий последовательно включенные генератор импульсов стабильной частоты, тактирующий триггер, счетчик им" пульсов и первый дешифратор, блок формирования временных интервалов переменной длительности, включающий 2 О последовательно включенные управляемый генератор импульсов, реверсивный счетчик импульсов, управляющие входы прямого и обратного счета которого подключены к выходам тактирующего триггера, и второй дешифратор, входы которого соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика импульсов, блок распределения временных интервалов переменной длительнос-ЗО ти, включающий и стробирующих элементов И, входы каждого 1-го из которых подключены к одноименному выходу первого дешифратора и к 1-му выходу второго дешифратора, две групп пы по п распределительных элементов И, первые входы которых соединены с выходами одноименных стробирующих элементов И, а вторые входы погруппно - с прямым и инверсным вы О ходами тактирующего триггера, и первый и второй элементы ИЛИ, входы каждого из которых подключены к выходам распределительных элементов Исоответствующей группы, формирователь высокочастотных импульсовуправления, входы которого соединены с выходами элементов ИЛИ блокараспределения временных интерваловпеременной длительности по времен- О5 Оным интервалам равной длительности,формирователь низкочастотных импульсов управления, вход которого соединен с первым выходом первого дешифра.тора, а прямой и инверсный выходы55предназначены для подключения. эмиттер-базовых переходов транзистороводной из вертикалей инвертора, двакоммутатора, включающие по две пары элементов И, в каждой из которыхпервый вход одного элемента И под".ключен к прямому, а первый вход дру"гого элемента И к инверсному выходам формирователя низкочастотныхимпульсов управления, второй входодного элемента И соединен с прямым,а второй вход другого элемента Ие инверсным выходами формирователявысокочастотных импульсов управления, и по два элемента ИЛИ, входыкаждого из которых соединены с выходами элементов И одной из пар,а включенные параллельно выходыпредназначены для подключения эмит. тер-базового перехода одного изтранзисторов другой вертикали инвертора 33,Недостаток известного устройстваопределяется низкой надежностью,обусловленной большими сквознымитоками через транзисторы вертикалей инвертора при их переключениях,особенно в режиме класса 0 и прииспользовании для питания инвертора повышенных напряжений,Целью изобретения является повышение надежности управления путемисключения сквозных токов черезтранзисторы инвертора.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для управления транзисторным мостовым инвертором, содержащее блок формирования ивременных интервалов равной длитель"ности, включающий последовательновключенные генератор импульсов стабильной частоты, тактирующий триггер, счетчик импульсов и первый дешифратор, блок формирования временных интервалов переменной длительности, включающий последовательновключенные управляемый генераторимпульсов, реверсивный счетчикимпульсов, управляющие входы прямого и обратного счета которого под"ключены к выходам тактирующего триг.гера, и второй дешифратор, входыкоторого соединены с разряднымивыходами реверсивного счетчика импульсов, блок распределения временных интервалов переменной длительности по временным интервалам рав-.ной длительности, включающий истробирующих элементов И, входы каж"дого 1-го из которых подключенык одноименному выходу первого дешифратора и к 1-му выходу второго дешифратора, две группы по и распре 1102009делительных элементов И, первые входы которых соединены с выходами одноименных стробирующих элементов И, а вторые входы погруппно с прямым и инверсным выходами тактирующего триггера, и первый и второй элементы ИЛИ, выходы каждого иэ которых подключены к выходам распределительньх элементов И соответствующей группы, Формирователь высокочастотных импульсов управления, формирователь низкочастотных импульсов управления, вход которого соединен с первым выходом первого дешифратора, а прямой и инверсный выходы предназначены для подключения эмиттер-базовых переходов транзисторов одной из вертикалей инвертора, два коммутатора, включающих по две пары элементов И, в каждой иэ которых первый вход одного элемента И подключен к прямому, а первый вход другого элемента И к инверсному выходам формирователя низкочастотных импульсон управления, и по дна элемента ИЛИ, входы каждого из которых соединены с выходами элементов И одной иэ пар, введены дополнительные, аналогичные основным блок распределения временных интервалов переменной длительности по временным интервалам равной длительности и Формирователь высокочастотных импульсов управления, а блок Формирования нременных интервалов переменной длительности снабжен дополнительным дешифратором, входы которого включены параллельно входам второго дешифратора, причем входы каждого -го стробирующего элемента И дополнительного блока распределения временных интервалов переменной длительности по временным интервалам равной дли. тельности подключены к одноименному выходу первого дешифратора и к (3+М) -му выходу дополнительного дешифратора, где Д И - постоянный коэффициент сднйга порядковых но.меров, вторые входы каждой. пары элементов И коммутаторов соединены ,с выходами разноименных элементов ИЛИ, входящих н разные блоки распределения временных интервалов переменной длительности по времен. - ным интервалам равной длительности, входы каждого формирователя высокочастотных импульсов управления подключены к выходам элементов ИЛИпараллельно соединены с разрядными53выходами счетчика 19. Блокй 3 и 4распределения нременных интерваловпеременной длительности по временныминтервалам равной длительности включают н себя соответственно стробирую 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 соответствующего коммутатора, а ныход предназначен для подключения эмиттер-базового перехода одного иэ транзисторов другой нертикали. инвертора.На фиг, 1 предствлена укрупленная структурная схема предложенного устройства для управления транзисторным мостовым инвертором, работающим в классе 0; на Фиг. 2 - развернутая функциональная схема устройства; на фиг, 3 ъ - - временные диаграммы сигналов на выходах отдельных блоков (индексы при напряжениях на выходах функциональных блоков соответствуют цифровым позициям этих блоков на фиг. 1,2).Устройство содержит блок 1 (фиг. 1) формирования и временных интервалов равной длительности, блок 2 формирования временных интервалов переменной длительности, блоки 3 и 4 распределения временных интервалов переменной длительности по временным интервалам равной длительности, формирователь 5 низкочастотных импульсов управления, коммутаторы 6 и 7 и формирователи 8 и 9 высокочастотных импульсов управления, В состав устройства входят также вспомогательные усилители 10-12 мощности, обеспечивающие. помимо усиления, требуемую гальваническую развязку цепей управления. Позицией 13 на структурной схеме обозначен управляемый инверторБлок 1 формирования и временных интервалов равной длительности включает в себя последовательно включенные генератор 14 (фиг. 2) импульсов стабильной частоты, тактирующий триггер 15, счетчик 16 импульсов и дешифратор 17. Блок 2 Формирования временных интервалов переменной длительности включает в себя последовательно включенные управляемый (напряжением обратной связи Ч ) генератор 18 импульсов, ренерсивный счетчик 19 импульсов, управляющие входы прямого и обратного счета которого подключены к вы ходам тактирующего триггера 15, идешифраторы 20 и 21, входы которыхимпульсов управления подключены к вы. ходам элементов ИЛИ 40,41, а входы формирователя 9 высокочастотных импульсов управления - к выходам элементов ИЛИ 42,43. Прямой и инверсный выходы формирователя 5 низкочастотных импульсов управления предназначены для подключения эмиттер-базовых переходов транзисторов одной из вертикалей инвег"ора 13 через усилитель 10 мощности с раздельными выходами, Выходы формирователей 8 и 9 высокочастотных импульсов управления предназначены для подключения эмиттер-базовых переходов транзисторов другой вертикали инвертора 13 через усилители 11 и 12 мощности.Устройство работает следующим образом.В блоке 1 формирования и времен" ных интервалов равной длительности циклически вырабатывается совокупность из и равных по величине временных интервалов и (фиг. За), суммарная продолжительйость которых в пределах каждого цикла точно соответствует половине требуемого периода Т выходного напряжения инвертора, Число и в принципе может быть выбрано как четным так и нечетным что в конечном счете обуславливает весьма незначительную разницу в спектральном составе выходного напряжения инвертора. Из практических соображений ментов вычислительной техники, работающих в двоичном коде, удобнее общееколичество интервалов и за цикл выбирать четным, например, равным 16.Однако для большей наглядности временные диаграммы .(фиг, 3) изображеныдля случая нечетного и, при котором Тв точках - по оси времени расположены4не границы двух соседних интервалов,а середины соответствующих интервальных участков. Стабильность периода Т выходного напряжения инвертора 13определяется стабильностью суммарнойпродолжительности интервалов, которая поддерживается на высоком уровне благодаря наличию в блоке 1 стабильного по частоте генератора 14 1102009 8щие элементы И 22.1-22.и и 23.1-23.и, с выходами элементов И 38,39,Входыгруппы распределительных элементов И формирователя 8 высокочастотных24.1-24.и, 25.1-25,и и 26,1-26.и,27.1-27.и, элементы ИЛИ 28, 29 и 30,31. Входы каждого -го из стробирующих элементов И 22.1-22.и подключенык одноименному выходу дешифратора 17и к )-му выходу дешифратора 20.Входы каждого 1-го из стробируюшихэлементов 23.1-23.и подключены к од Оноименному выходу дешифратора 17 и к(Ы - постоянный коэффициент сдвигапорядковых номеров). Первые входыраспределительных элементов И 24.1- 1524 .и, 25 .1-25 .и и 26, 1-26 .и, 27 . 127,и соединены с выходами одноименных стробирующих элементов И 22.122.и и 23.1-23.и, а вторые погруппно - с прямым и инверсным выходами 20тактирующего триггера 15, Входы элементов ИЛИ 28, 29 и ЗО, 31 подключены к выходам соответствующих группразделительных элементов И 24,.124.и 25.1-25.и и 26.1-26.и, 27.1- 2527.и. Коммутаторы 6 и 7 включают всебя соответственно пары элемен-тов И 32-33, 34-35 и 36-37, 38-39,элементы ИЛИ 40,41 и 42,43. В каждойиз упомянутых пар элементов И первый З 0. вход одного элемента И подключенк прямому, а первый вход другого элемента И к инверсному выходам формирователя 5 низкочастотных импульсовуправления, а вторые входы каждойпары элементов И соединены с выходами разноименных элементов ИЛИ 28-31, с учетом широкого использования элевходящих в разные блоки 3,4 распределения временных интервалов перемен.ной длительности по временным интервалам равной длительности. В частности, вторые входы элементов.И 32,33соединены с выходами соответственноэлементов ИЛИ 28,31, вторые входыэлементов И 34,35 - с выходами .соответственно элементов ИЛИ 29,30,.вторые входы элементов И 36,37 - с выходами соответственно элементов ИЛИ 31,28, вторые входы элементов И 38,39с выходами соответственно элемен 50тов ИЛИ 30,29, Входы каждого из элементов ИЛИ 40-43 соединены с выходами одной из пар элементов И 32-39,а именно, входы элемента ИЛИ 40 соединены с выходами элементов И 32,33,входы элемента ИЛИ 41 - с выходамиимпульсов.55элементов И 34, 35, входы элемен- Функционирование блока 2 формирота ИЛИ 42 - с выходами элемен- вания временных интервалов перементов И 36,37, входы элемента ИЛИ 43 - , ной длительности базируется на апри 1102009 10орном подборе для совокупности и временных интервалов равной длительности двух совокупностей их и града- . ций, т.е. днух рядов натуральных чисел, отличающихся друг от друга 5 в порядке следования интервалов по синусоидальному закону с условием, что числа одного ряда превышают чис" ла другого ряда на величину Д Я, пропорциональную времени рассасывания избыточных носителей в базах транзисторов инвертора 13, Если, в частности,п=16 и, следовательно, угловой диапазон одного интервала соответствует 11 15, то для углов, относящихся к серединам интервалов, можно подобрать следующие числовые ряды: 3,8, 13, 18, 22, 25, 27,28,28,27, 25,22,18,13,8,3 и 4,9,14,19,23,26,28,29, 29,28,26,23,19,14,9,4, Максимальные числа в указанных рядах (28 и 29) характеризуют собой точность приближения указанных совокупностей градаций к синусоидальному закону и ограничиваются лишь общими количествами выходов в дешифраторах 20, 21, с по" мощью которых осуществляется фиксация выбранных числовых рядов.Длительности, соответствующие за" фиксированным градациям, формируются ЗО входящим в состав блока 2 ренерсин" ным счетчиком 19 импульсов, который под действием сигналов с одного из выходов тактирующего триггера 15 блока 1 во вторую половину каждого интер- з 5вала осуществляет суммирование импуль" сов, генерируемых генератором 18, а в первую половину производит их вычитание. В серединах интервалов осуществляется сброс счетчика. В. реэультате в течение каждого интервала на всех выходах блока 2 импульсы появляются дважды (фиг, Зб), причем импульсы У с выходов дешифратора 20 оказываются ближе смещенными к середине 45 интервала, чем импульсы У" с выходов дешифратора 21. Временной промежуток между импульсами на том или ином выходе блока 2 и характеризует собойформируемую длительность. Общее чис- г 0 ло импульсов на каждом интервале как для одной, так и для другой группы выходов соответствует 2 п, а количество сформированных временных промежутков в пределах каждой группы выхо"Я дов составляет и.Блоки 3 и 4 распределения временных интервалов переменной длительности ло временным интервалам равной длительности являются в сущности логическими функциональными узлами иосуществляют указанное распрепелениепод действием сигналов с ныходов тактирующего триггера 15 блока 1. Размещенные по интервалам длительностит.е. временные промежутки между импульсами Пз и П , а также 0 и ПЕ Г И(фиг, Зв, г) изменяются от ийтервалак интервалу по синусоидальному закону.Формирователь 5 низкочастотныхимпульсов управления под действиемсигнала с первого выхода дешифратора 17 блока 1 вырабатывает симметричные прямоугольные сигналы П и Пц,сдвинутые друг относительно другана 180(фиг.Зд), Эти сигналы, во-первых, используются для управлениятранзисторами одной иэ вертикалей 13, а, но-вторых, обеспечивают противофазное с частотой выходного напряже" ния упранление. коммутаторами 6 и 7. Последними производится разделение образованных на выходах блоков 3 и 4 временных промежутков .Ня две незави" симые последовательности с чередуюТщимися через - совокупностями импульсов П, П и П,П, (ныходные сигналы коммутаторов 6 и 7 не отображены)Формирователи 8 и 9 высокочастотных импульсов управления, воспринимая сигналы с выходов коммутаторов 5,воспроизводят в итоге широтно- модулированные сигналы Ца, Уз с череТДующимися через - совокупностями2импульсов, подвергнутых модуляции по разным законам, Одна из совокупностей импульсов имеет синусоидальный закон модуляции (псевдосинусоидальные сигналы), а другая (1- зп) -й закон (фиг. Зе, ж) . Сигналы П , П используются для управления транзйсторами другой вертикали инвертора 13, на выходе которого фильтром низких частот (не показан) выделяется в итоге синусоидальный сигнал (фиг. Зз). Анализ временных диаграмм(фиг. Зе,ж) показывает, что при практическом использовании устройства импульсы управления, поступающие на эмиттер-базовые переходы транзисторов инвертора 13, переключающихся с высокой частотой, не перекрываются н моменты переключения, при этом длительность бестоковых пауз может11 1102009 12в каждом случае устанавливаться оп- ное устройство позволяет, таким тимальной с учетом времени рассасы- образом, производить эФфективное вания избыточных носителей в базах исключение сквозных токов и тем сатранзисторов, определяемого выбран- мыи обеспечивает повышенную надежным режимом инвертора 13 и типом Ь ность управления транзисторным моспримененных транзисторов, Предложен- товым инвертором.ВНИИП И Заказ 4780/42 Тираж 667 Подписноеал ППН Патент , г.Ужгород, ул.Проектная, 4 И 5