Управляемый широтно-импульсный модулятор (его варианты)

 

1, Управляемый широтно-импульсный модулятор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, объединенные коллекторы которьк соединены с первой шиной источника питания, базы - с началами базовых обмоток, а эмиттеры - с концами базовьпс и началами силовых обw .. ffK;моток соответствующих трансформаторов тока, между объединенными концами силовых обмоток которых и второй шиной источника питания включены соединенные параллельно нагрузка и шунтирующий диод, .выключающий транзистор , эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, а база с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем форсированного выключения силовых транзисторов, в него дополнительно введен блок выключения, управляю- 3 щий вход которого соединен с коллек (Л тором выключающего транзистора, первый и второй выходы соединены с базами силовых транзисторов соответственно , а третий выход соединен с объединенными концш и силовых обмоток трансформаторов тока. ( .Фи&1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО 1ИАЛИСТИ БЛЕСНИ

РЕСПУБЛИК

4у ; Н 03 К 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3587274/24-21 (22) 21.02.83 (46) 23. 06, 85. Бюл. У 23 (72) В.Г.Еременко (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.376,5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1018225, кл. Н 03 К 7/08, 23.07.81.

Авторское свидетельство СССР

9 1 064363, кл. Н 02 Н 3/08, 1982. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЪСНЫЙ

МОДУЛЯТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1, Управляемьл широтно-импульсный модулятор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, объединенные коллекторы которых соединены с первой шиной источника питания, базы — с началами базовых обмоток, а эмиттеры — с концами базовых и началами силовых об„„Я0„„1163471 моток соответствующих трансформаторов тока, между объединенными концами силовых обмоток которых и второй шиной источника питания включены соединенные параллельно нагрузка и шунтирующий диод, .выключающий транзистор, змиттер которого соединен с второй шиной источника питания, а базас первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем форсированного выключения силовых транзисторов, в него дополнитель. но введен блок выключения, управляю- ч щий вход которого соединен с коллектором выключающего транзистора, первый и второй выходы соединены с базами силовых транзисторов соответственно, а третий выход соединен с объединенными концами силовых обмоток трансформаторов тока.

11 б3471

Ь

2. Модулятор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в нем блок выключения содержит транзистор противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, база которого соединена с управляющим входом, эмит-. тер — с катодами первого и второго диодов, аноды которых соединены с первым и вторым выходами, а коллектор - с первым выводом конденсатора и анодами третьего и четвертого диодов, катоды которых соединены с первым и вторым выходами, а второй вывод конденсатора — с третьим выходом блока выключения .

3, Модулятор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что в нем блок выключения содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, змиттеры кото" рьгх соединены с первым и вторым выходами, базы — с анодами первого и второго диодов, катоды которых соединены с управляющим входом, а коллекторы— с анодом третьего диода и первым вьг водом конденсатора, второй вывод которого и катод третьего диода соединены с третьим выходом блока выключения.

4. Модулятор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что в нем блок выключения содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с первым и вторым выхо-; дами, коллекторы — с третьим выходом, а базы — с анодами первого и второго . диодов, катоды которых соединены с управляющим, входом блока выключения, между первым и вторым выходами которого включены соединенные последовательно конденсатор и включенные

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть с- пользовано при разработке преобразователей и напряжения с широким диапазоном изменения тока нагрузки, инверторов и преобразователей частоты.

Цель изобретения — повышение быстродействия широтно-импульсного встречно-параллельно третий и четвертый диоды.

5. Управляемый широтно-импульсный модулятор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, коллекторы которых объединены, базы соединены с началами базовых обмоток соответствующих трансформаторов тока и анодами выключающих диодов, а эмиттеры — с концами базовых и началами силовых обмоток соответствующих трансформаторов тока, концы силовых обмоток которых объединены, выключающий транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной источника питания, коллектор — с катодами выключающих диодов, а база — с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, и соединенные параллельно нагрузку и шунтирующийдиод, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем форсированного выключения силовых транзисторов, в него дополнительно введены два транзисто3 ра, два диода и два конденсатора, причем эмиттеры транзисторов соединены с первой шиной источника питания и анодами обоих диодов, баэы— с первым выходом блока управления, а коллекторы — с катодами соответствующих диодов и через соответствующие конденсаторы — с базами силовых транзисторов, между объединенными коллекторами которых и второй шиной источника питания включена нагрузка, а объединенные концы силовых обмоток трансформаторов тока соединены с первой шиной источника питания. модулятора путем форсированного выключения силовых транзисторов.

На фиг.1 приведена принципиальная схема управляемого широтно-импульсного модулятора; на фиг.2 - 5 — примеры выполнения блока включения; на фиг.6 - принципиальная схема управляемого широтно-импульсного модуля1163471 тора при включении нагрузки между плюсовой шиной источника питания и объединенными коллекторами силовых транзисторов; на фиг.7 и 8 — примеры выполнения блока включения. 5

Управляемый широтно-импульсный модулятор (фиг.!} содержит два силовых транзистора 1 и 2, объединенные коллекторы которых соединены с плюсовой шиной 3 источника питания,.два трансформатора 4 и 5 тока с силовыми обмотками 6 и 7 и базовыми обмотками 8 и 9, причем базы силовых транзисторов 1 и 2 соединены с началами базовых обмоток 8 и 9, а эмиттеры— ! с концами базовых и началами силовых обмоток соответствующих трансформаторов 4 и 5 тока, блок 10 управления с включающим выходом 11 и выключающим вьжодом 12, нагрузка 13 с шунтирующим диодом 14 включены параллельно между объединенными концами силовьж обмоток 6 и 7 и минусовой шиной

15 источника питания, выключающий транзистор 16, эмиттер которого со25 единен с минусовой шиной 15 источника питания, а база — с выключающим выходом 12 блока 10 управления, вклю" чающий вьжод 11 которого соединен с базой одного из силовых транзисторов 2 через разделительный диод 17, который может входить в состав блока 10 управления, блок 18 выключения управляюший вход 19 которого соединен с коллектором выключающего транзистора !6, а выходы 20 — 22 блока 18 выключения соединены с базами силовых транзисторов и 2 и с объединенными концами силовых обмоток трансформаторов 4 и 5 тока соответственно.

Блок 18 выключения (фиг.21 содержит транзистор 23 противоположного к силовым транзисторам типа проводи" мости, база которого соединена с уп. равляющим входом 19, эмиттер — с ка-. 45 тодами диодов 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21, а коллектор — с первым выводом конденсатора 26 и анодами диодов 27 и 28, катоды которых соединены с выходами 20 и 21, а второй вывод конденсатора " с выходом 22 блока 18 выключения.

Блок 18 выключения (фиг.31 содержит два транзистора 23 и 29, противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с выходами 20 и 21, баэыс анодами диодов 24 н 25, катоды которых соединены с управлянщим входом 19, а коллекторы — с анодом диода 27 и первым выводом конденсатора

26, второй вывод которого и катод диода 27 соединены с выходом 22 блока 18 выключения.

Блок 18 выключения (фиг.4) содержит два транзистора 23 и 29, противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с выходами 20 и 21, коллекторы — с выходом 22, а базы - с анодами диодов 24 и 25, катоды которых соединены с управляющим входом 19 блока 18 выключения, между выходами

20 и 21 которого включены соединенные последовательно конденсатор 26 и включенные встречно-параллельно диоды 27 и 28..

Блок 18 выключения фиг.5 ) содержит один транзистор 23 противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, коллекторы которого соединены с выходом 22 блока выключения, база — с управляющим входом 19, а змиттер — с общей точкой катодов диодов 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21 блока выключения, между выходами 20 и 21 включены соединенные последовательно конденсатор 26 и включенные встречно-параллельно диоды 27 и 28.

Управляемый широтно-импульсный мо-— дулятор (фиг.6) содержит силовые транзисторы 1 и 2, плюсовую шину 3 источника питания, трансформаторь! 4 и 5 тока, начала силовых обмоток 6 и 7 которых соединены с эмиттерами силовых транзисторов 1 и 2 и концами базовых обмоток 8 и 9 соответственно, начала которых соединены с базами силовых транзисторов 1 н 2 соответст" венно, блок 10 управления с включающим выходом !1 и выключающим выходом

l2, нагрузка 13 и шунтирующий диод 14 включены параллельно между плюсовой шиной 3 источника питания и объединенными коллекторами силовых транзис-. торов 1 и 2, минусовая шина 15 источника питания подключена к эмиттеру выключающего транзистора 1б„база которого соединена с выключающим выходом 12 блока )О управления, в состав которого входит диод 17, включенный между включающим выходом 11 и базой одного иэ силовых транзисторов 2, блок 18 выключения, управлянщий вход

l9 которого соединен с коллектором

1163471 выключающего транзистора 16, выходы

20 и 21 соединены с базами силовых транзисторов 1 и 2 соответственно, а выход 22 — с объединенными концами силовых обмоток 6 и 7, минусовой шиной 15 источника питания и эмиттером транзистора 23, выключающие диоды 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21 соответственно, а катоды — с управляющим входом 19 бло ка 18 выключения, конденсатор 26, включенный между анодом выключающего диода 24 и объединенными выводами коллектора транзистора 23 и катода диода 27, анод которого соединен с выходом 22 блока 18 выключения и ано" дом диода 28, катод которого соединен с объединенными выводами коллектора транзистора 29 и конденсатора

30, второй вывод которого соединен с выходом 21 блока 18 выключения, эмиттер транзистора 29 соединен с катодом диода 28, а базы транзисторов 23 и 29 соединены с выключающим выходом

12 блока 10 управления.

Блок 18 выключения (фиг.7) выпол-.

I нен по упрощенной схеме и содержит диоды 24 и 25, катод которых соединен с управляющим входом 19, соединенные последовательно конденсатор 26 и диод 27, соединенные последовательно диод 28 и конденсатор 30, причем катоды диодов 27 и 28 соединены с выходом 22 блока 18 выключения, вторые выводы конденсаторов 26 и 30 — с выходами 20 и 21 соответственно, а аноды диодов 24 и 25 — с катодами диодов 27 и 28.

Блок 18 выключения (фиг.8) содержит транзистор 23, эмиттер которого соединен с выходом 22, база — с выключающим выходом 12 блока управления, а коллектор — с катодом диода

24, анод которого соединен с выходом 20, параллельно диоду 24 включен конденсатор 26, а параллельно транзистору.23 — диод 27, анод которого соединен с его эмиттером и анодом 28, катод которого соединен с управляющим входом 19, катодом диода 25 и первым выводом конденсатора 30, второй вывод которого соединен с анодом диода 25 и выходом 21.блока 18 выключения.

Устройство работает следующим.образом.

В исходном состоянии силовые транзисторы 1 и 2 заперты, источник пи$

13

33

4$

SO

Я тания подключен к шинам 3 н 15 питания.

При появления положительного им-, пульса напряжения на включающем выходе 11 блока 10 управления открывается силовой транзистор 2, после повышения напряжения на базе силового транзистора 2 диод 17 запирается и далее этот транзистор 2 поддерживается в открытом состоянии током базовой обмотки 9 за счет положительной обратной связи по току, создаваемой трансформатором 5 тока. После насыщения магнитопровода трансформатора 5 тока происходит включение по коллектору силового транзистора l который поддерживается в открытом состоянии за счет действия положительной обратной связи по току в .трансформаторе 4 тока, в это время происходит самопроизвольное размагничивание сердечника трансформатора 5 тока, после окончания которого силовой транзистор 2 снова автоматически включается, и ток нагрузки будет протекать параллельно по двум силовым транзисторам

1 и 2. Поскольку время размагни.ивания магнитопровода трансформатора примерно в 5 раз меньше времени намагничивания, что обусловлено различием в 5 раз напряжений на открытом и запертом переходе база-эмиттер силового транзистора 1 (или 21, то время запертого состояния транзистора 1 (2) будет в 5 раз меньше их открытого состояния, причем время запертого состояния одного силового транзистора приходится примерно на середину открытого состояния соседнего транзистора. После автоматического повторного включения силового транзистора 1 первым включается силовой транзистор 2 и в его трансформаторе 4 тока магнитопровод начинает самопроизвольно размагничиваться. Автоматическое включение силовых транзисторов 1 и 2 в открытом состоянии широтно-импульсного модулятора происходит эа счет электромагнитной энергии, запасаемой в емкостях база-эмиттер силовых транзисторов и индуктивностях трансформаторов тока. Благодаря чередованию состояний одиночной и параллельной работы силовых транзисторов пульсации напряжения на нагрузке невелики и не превышают 1 В. Режим asтоколебаний будет режимом открытого состояния широтно-импульсного модуля1163471 тора. Во время запертого состояния силового транзистора 1 (2} на базовой обмотке соответствующего трансформатора тока возникает напряжение обратной полярности около 5 В, которое че- 5 рез диоды 28 и 27 (фиг.2 ) заряжает конденсатор 26 до напряжения около

5 В, причем плюс этого напряжения оказывается на обкладке конденсатора, соединенной с выходом 22. При появлении положительного напряжения на выключающем выходе 12 блока 10 управления открывается выключающий транзистор 16 и начинает протекать ток по пути: базы силовых транзисторов 1 или 2, выходы 20 и 21 блока 18 выключения, диоды 24 и 25 (фиг.2), переход база-эмиттер транзистора 23.

Этот ток открывает транзистор 23 и напряжение конденсатора 26 прикладьг-. М вается к переходам база-эмиттер силовых транзисторов 1 и 2 в запирающем направлении и осуществляет быст" рое (формированное) выключение их, после этого силовые транзисторы 1 и

2 остаются в запертом состоянии, пока есть напряжение на выходе 12 блока 10 управления.

В блоке управления регулируется время подачи напряжения на выходы 11 ® и 12 и тем самым осуществляется регулирование среднего напряжения на нагрузке 13. В течение запертого состояния силовых транзисторов 1 и 2 ток нагрузки замыкается по шунтирую- з щему диоду 14.

Во втором варианте блока 18 выключения (фиг.3) конденсатор 26 заряжается во время запертого состоя- 40 ния силовых транзисторов 1 и 2 через коллектор-эмиттерные переходы транзисторов 23 и 29 с той же полярностью. При появлении положительно, го импульса на выходе 12 блока 10 4 управления открывается выключающий транзистор 16 и открываются транзисторы 23 и 29, а напряжение конденсатора 26 выключает силовые транзисторы 1 и 2. При этом ток базы сило- SO вых транзисторов 1 и 2 реверсирует и протекает по контурам: вывод 20 (21), диод 24 (25 }, переход эмиттербаза транзистора 29 (23), коллекторэмиттер выключающего транзистора,16. 53

При этом частично происходит протекание тока через диод, 27 после разряда конденсатора 26.

В третьем варианте блока 18 вьг ключения (фиг.4) при выключении ток базы силовых транзисторов протекает по путям: вывод 20 (21), эмиттер-база транзистора 29 (23), диод 24 (25), коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16. Частично он замыкается по переходу эмиттер-коллектор транзистора 23 (29). Конденсатор 26 saряжается по этой схеме через диоды

27 и 28 в момент запирания одного из силовых транзисторов 1 или 2. После окончания действия размагничивающей

ЭДС этот конденсатор, отдавая свою энергию, прийудительно размагничивает надежное повторное включение силовых транзисторов в режиме автоколебаний и более четкое синхронное выключение силовых транзисторов в режиме широтно-импульсной модуляции.

В четвертом варианте блока 18 выключения (фиг.5) конденсатор 26 и диод 27 (28) работают так же, как в предыдущем, а ток базы силовых транзисторов протекает при выключении сначала по диоду 24 (25) затем переходу эмиттер-база транзистора 23, коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16. В этом варианте уменьшен ток, замыкающийся между выводами 20 и 22, 21 и 22, так как на этом пути есть диоды 24 (25} и переход эмиттерколлектор транзистора 23. Для маломощных схем это допустимо и позволяет уменьшить число транзисторов в блоке 18 выключения.

При включении нагрузки между плюсовсф шиной 3 источника питания (фиг.6) и объединенными коллекторами силовых транзисторов 1 и 2 единственной возможностью осуществить быстрое отключение транзисторов 1 и 2 является применение коммутирующих конденсаторов 26 и 30 в блоке 18 выключения.

Включение модулятора происходит так же, как иварианта по фиг.l, и режим автоколебаний в состоянии "Включено" происходит в этой схеме аналогично, При этом во время запертого состояния силовых транзисторов 1 и 2 происходит заряд конденсаторов 26 и 30 через диоды 27 и 28 с плюсом на нижней обкладке. При подаче открывающего импульса на базу транзисторов 23 и

29, которые открываются синхронно с выключающим транзистором I 6,,напряже-. ние этих конденсаторов прикладывается к переходам база-эмиттер силовы

1163471

10 транзисторов 1 и 2 в запирающем нап- . равлении и осуществляется форсированное их отключение. В течение нулевой паузы открытый выключающий транзистор 16 поддерживает устойчивое запертое состояние транзисторов l и 2, Во втором варианте блока 18 выключения (фиг ° 7) конденсаторы 26 и 30 заряжаются через диоды 27 и 28 во время автоколебаний в моменты размаг10 ничивания сердечников трансформаторов тока. При открывании выключающего транзистора 16 их напряжения через диоды 24 и 25 и переход коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16 прикладывается к переходам баsa-эмиттер силовых транзисторов и выключает их. Этот вариант рекомендуется для маломощных схем.

В третьем варианте блока 18 выклю- 2О чения (фиг.8 ) заряд коммутирующих конденсаторов 26 и 30 осуществляется через диоды 27 и 28 во время запертого состояния силовых транзисторов

1 и 2 в режиме автоколебаний. При от- 5 крывании транзисторов 16 и 23 напряжение конденсаторов 26 и 30 запирает силовые транзисторы 1 и 2. Благодаря диодам 24 ц 25, включенным параллельно конденсаторам 26 и 30, повьппается М устойчивость запертого состояния гранзисторов 1 и 2.

Во втором варианте блока 18 выключения. (фиг.7) конденсаторы 26 и 30 заряжаются через диоды 27 и 28 во время автоколебаний в моменты раэмагничивания сердечников трансформаторов тока. При открывании выключающего транзистора 16 их напряжения через диоды 24 и 25 и переход коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16 прикладывается к переходам база-эмиттер силовых транзисторов и выключает их. Этот вариант рекомендуется для маломощных схем.

В третьем варианте блока 18 выключения фиг.81 заряд коммутирующих конденсаторов 26 и 30 осуществляется через диоды 27 и 28 во время запертого состояния силовых транзисторов 1 и 2 в режиме автоколебаний, При открывании транзисторов 16 и 23 напряжение конденсаторов 26 и 30 запирает силовые транзисторы 1 и 2. Благодаря диодам 24 и 25, включенным параллельно конденсаторам 26 и 30, повьпаается устойчивость запертого состояния транзисторов 1 и 2.

Таким образом, введением в управ- ляемый широтно-импульсный модулятор дополнительных конденсаторов, диодов и транзисторов позволяет эа счет форсированного выключения силовых транзисторов зарядом коиденсаторов существенно уменьшить длительность фронтов формируемых импульсов эадерж. ки выключения, В свою очередь, это позволяет повысить рабочую частоту широтно-импульсного модулятора и получить высокие энергетические покаэатели во всем диапазоне изменения нагрузок, 1163471! 163471

5, Составитель Е.Борзов

Редактор Н. Яцола Техред Т.Маточка

Корректор Е.Сирохман

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4113 55 Тираж 8?2 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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