Широтно-импульсный модулятор

 

1.ШИРОТНО-НМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР ,. содержащий преобразователь постоянного напряжения в переменное прямоугольной форкы, 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, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия , в него 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, а управляюi щий вход подключен через соединенные последовательно согласнб источ (О ник опорного напряжения, резистор и диод к первому выводу вторичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод которой подключен к объединенным выводам резистора ц источника опорного напряжения. 01 |

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(512 Н 03 I(7 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ б (21) 2794105/18-21 (22) 1 3 ° 07. 79 (46) 30. 10. 83. Бюл. М 40 (72) . И,И,1<уликов (53) 621. 376. 54 (088. 8) (56) 1. Лвторское свидетельство СССР

Р 492023, кл. H 03 1; 7/08, 1975, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 534030, кл. Н 03 I(7/08,22.11..76. (прототип). (54)(57) 1.222ИРОТНО-ШПУЛЬСИЫЙ МОДУЛЯТОР, содержащий преобразователь постоянного напряжения в перемен«ое прямоугольной форлн, 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, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повыыения коэффициента полезного действия, в него дополнительно введены

ÄÄSUÄÄ 1051700 A источник опорного напряжения и соединенные последовательно второй конденсатор и блок автономного управления длительностью ил2пульсов, включенные между первыми .выводами вторичной обмотки трансформатора и первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторые .выводы которых объединены, причем источник управляюцего 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, а управляющий вход подключен через соединен- @ ные последовательно согласно источ- . ник опорного напряжения, резистор и диод к первому выводу вторичной обмотки импульсного трансформатора, С, второй вывод которой подключен к объединенным выводам резистора и источника опорного напряжения. пи

1051700

2. Модулятор по и. 1, о т л и ч ающи 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 шийся 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 шийся тегл, 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 широтноимпульсным управлением и стабилизаци" ей выходного напряжения. 5

Известен широтно-импульсный модулятор с гальванической развязкой входных и выходных цепей, предназначенный для управления с источниками питания. Модулятор содержит преобразо- t0 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 промышленных помех.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является широтно-импульсный модулятор, содержащий преобразователь постоянного наI пряжения 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- З0 го сигнала Г2 1.

Однако этот модулятор характеризуется низким коэффициентом полезного действия (КПД ) иэ-эа того, что цепь передачи энергии выходных им- 35 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 шийся 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, ключформирователь виходных 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 подклю

1051700 чен к второму выводу выходной обмотки трансформатора, а управляющий вход подключен через соединенные последсвательно согласно источник опорного напряжения, резистор и диод к первому выводу вторичной обмотки импульсного трансформатора, второй вывод 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 и управляемые ключи.

Источник опорного напряжения содержит включенные последовательно резистор, диод и стабилитрон, параллельно которым подключена первая дополнительная обмотка трансформатора.

Источник управляющего сигнала содержит включенные последовательно стабилизатор тока и стабилизатор напряжения, выпрямители которых подключены к второй и третьей дополнительным обмоткам трансформатора.

Кроме того, для обеспечения двухфазного управления трансформатор снабжен дополнительной выходной обмоткой, к которой последовательно подключены нагрузка и ключ-формиро. ватель, 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.

На чертеже представлена блок-схема широтно-импульсного модулятора.

Он содержит преобразователь 1 постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора 2, первый вывод обмотки 3 которого через соединенные последовательно конденсатор 4, стабилизатор 5 тока и стабилизатор б напряжения подключен к первому выводу обмотки 7 импульсного трансформатора 8, вторые выводы обмоток 3 и 7 объединены, выпрямитель стабилизатора 5 тока подключен к обмотке 9 трансформатора 2, а выпрямитель стабилизатора б напряжения — к обмотке 10 трансформатора 2, первый вывод обмотки 11 транс5

t0

20 форматора 8, подключен к первому выводу источника 1 2 опорного напряжения, второй вывод которого подключен к управляющему входу ключа-формирователя 13, первый вход которого соединен с объединенными выводами обмотки 11 трансформатора 8 и обмотки 14 трансформатора 2, другой вывод обмотки 14 через нагрузку .15 соединен с вторым входом ключа 13. Для двухфазного управления ка.нал 16 выполняется с противофазным включением обмоток трансформаторов 2 и 8. Параллельно обмотке 11 включены соединенные последовательно резистор 17 и диод 18, образующие последовательно согласное включение для управляющего тока источника 12 опорного напряжения. Конденсатор 19 включен последовательно с выпрямителем 20 между первыми выводами обмоток 3 и 7. .К выходу выпрямителя 20 подключены соединенные последовательно 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 и конденсатор 22 образуют блок автономного управления длительностью импульса. Стабилизатор 5 тока, стабилизатор б напряжения и обмотки 9 и 10 трансформатора 2 образуют источник управляющего сигнала. К стабилизатору 5 тока подключены управляющие шины 26, а к стабилизатору

35 6 напряжения управляющие шины 27.

Стабилизатор 5 тока может быть выполнен, например, на транзисторе, в эмиттер которого включен датчик тока, соединенный с шинами 26, а база

4{j подключена к источнику опорного напряжения, состоящего из соединенных последовательно выпрямителя, вход которого подключен к обмотке 9, и компенсационного источника.

Стабилизатор 6 напряжения может быть 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, параллельно цепи коллектор-эмкттер которого включен,диод, пропускающий ток нерабочей полярности транзистора, а параллельно 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 модулятор

Ф работает следующим образом.

Преобразователь 1-постоянного напряжения в переменное вырабаты65 вает прямоугольные импульсы со скваж1051700 ностью, равной 2. Величина тока ! 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 закрыт. При достижении на конденсаторе 4 напряжения равного U =U „-() „, где U „ - напряжение на обмотке 3;

Uð„- сумма напряжений стабилизатора

6 йапряжения и обмотки 7 ток в об- 15 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 180О. Время задержки замыкания ключа 13 для установившегося режима равно

40 (2) 45 г „г, Q=

Т Т

= t- — (Ь) ° (4) 4C(V,„- u„„„y

С 35 где С вЂ” емкость конденсатора 4;

V - начальное напряжение на конденСО саторе, обусловленное его зарядом в предыдущий полупериод. Так как Uрр = Ue,„- Ор, то (1) можно эаоп писать в виде

Время замкнутого состояния ключаформирователя t равно

Т пР 2 3 50

Коэффициент заполнения положительного выходного импульса напряжения равен

С учетом выражения (2) получим

Выражение 4 представляет собой уравнение управления длительностью выходных импульсов модулятора. Из 65 него видно, что коэффициент заполнения выходных импульсов можно менять, изменяя величину управляющих сигналов Vää и Э,а также и величину питающего найряжения, которое пропорционально Овх.

Для обеспечения оптимального параметрического управления длительностью выходных импульсов модулятора при постоянных частоте переменного напряжения и величине емкости конденсатора 4 ток Э стабилизатора 5 тока должен изменяться пропорционально изменению U „, что обеспечивается испольэованйем обмотки 9 трансформатора в качестве источника опорного напряжения.

Формирование импульсов переменной скважности в канале 16 происходит аналогично.

Блок автономного управления длительностью выходных импульсов модулятора обеспечивает независимое управление длительностью импульсов и может использоваться при регулировании длительности при включении или аварийной ситуации. Блок работает аналогично основному источнику управляющих сигналов. В момент подачи питания ключи 23 и 24 разомкнуты, через конденсатор 19 и выпрямитель 20 протекает ток обмотки 7 трансформатора 8. Величина тока определяется параметрами нагрузки выпрямителя

20, т.е. величинами сопротивления резистора. 21 и емкости конденсатора

22. Поскольку, напряжение на конденсаторе 22 нарастает от нуля, то и длительность положительных выходных импульсов также нарастает от нуля до требуемого значения со скоростью заряда конденсатора 22 до амплитудного значения напряжения на обмотке 3 трансформатора 2. После окончания заряда ток через выпрямитель 20 прекращается и, следовательно, прекращается воздействие блока автономного управления на длительность выходного импульса. При отключении питающего модулятор напряжения конденсатор 22 разряжается через шунтирующий его резистор, и блок автономного управления приходит в исходное состояние. Для обеспечения нормального функционирования блока необходимо выбирать постоянную времени RC цепи,- образованной конденсатором 22 и резистором

25 много больше, чем постоянная времени цепи, образованной конденсатором 22 и резистором 21. Замыкание ключей 23 и 24 приводит к блокированию ключей-формирователей в непроводящем состоянии и прекращению генерации импульсов положительного напряжения. При размыкании ключей 23 и 24 генерация этих импуль.,сов возобновляется, причем длитель1051700

Составитель Е.Борзов

Редактор О.Сопко Техред Й.Кастелевич. Корректор Г.Решетник

Заказ 8686/56 Тираж 936 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. 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 позвоI ляет в несколько раз сократить потери мощности и увеличить КПД модулятора. Наличие автономных цепей управления длительностью выходного импульса обеспечивает наилучшие условия его совместимости с узлами импульсных стабилизаторов, в том числе и стабилизаторов с компенсационнопараметрическим управлением,