Широтно-импульсный модулятор

 

Изобретение относится к области импульсной техники. Может быть использовано в устройствах управления импульснь1ми источниками питания и тиристорными коммутаторами постоянного тока. Целью изобретения является повьшение надежности нормирования за счет длительностей импульса и паузы выходного сигнала при сохранении у него диапазона изменения коэффициента заполнения. Устройство содержит интегратор 1, сумматор 2, ключи 5,6,компаратор .3. Введение суммирующего усилителя вьшрямителя 4, образование новых функциональных связей позволило достичь поставленную цель. По сравнению с прототипом предлагаемый модулятор имеет то преимущество , что устраняется возможность срыва работы управляемого этим модулятором тиристорного коммутатора, поскольку время отпирания основного тиристора (импульс) и гасящего (пауза ) всегда будет не меньше некоторого минимально необходимого. 1 ил. с « (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СаУАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН р 4 Н 03 K 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ списочник изовгкт ния,-. и АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ с (21) 3873714/24-21 (22) 27.03.85 (46) 30,01,87, Бюл, Р 4 (71) Смоленское специальное конструкторско-технологическое бюро систем программного управления (72) С.А.Лебедев (53) 621.376.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 529556, кл. Н 03 К 7/08, 1972.

Авторское свидетельство СССР

N 430501, кл. Н 03 К 7/08, 1972. (54) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области импульсной техники. Может быть использовано в устройствах управления импульсными источниками питания и тиристорными коммутаторами постоянного тока. Целью изобретения яв„„Я0„„) 287270 А 1 ляется повышение надежности нормирования эа счет длительностей импульса и паузы выходного сигнала при сохранении у него диапазона изменения коэффициента заполнения. Устройство содержит интегратор 1, сумматор 2, ключи 5,6,компаратор .3. Введение суммирующего усилителя выпрямителя 4, образование новых функциональных связей позволило достичь поставленную цель, По сравнению с прототипом предлагаемый модулятор имеет то преимущество, что устраняется aosMoaность срыва работы управляемого этим модулятором тиристорного коммутатора, поскольку время отпирания основного Ж тиристора (импульс) и гасящего (пауза) всегда будет не меньше некоторого минимально необходимого. 1 ил. С:

70 г и 18 соединены с выходом усилителя

21, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а инвертирующий вход соединен с объединенными выводами резисторов 19, 20 непосредственно с входной шиной через резистор 22, а с шиной напряжения смещения — через резистор 23. Компаратор 3 может быть выполнен на усилителе 24, неинвертирующий вход которого соединен с выходом сумматора 2 через соединенные последовательно резисторы 25 и 26, объединенные выводы которых соединены с общей шиной через ключ 6, а инвертирующий вход соединен с выходом интегратора 1 через резистор 27. Импульсу выходного сигнала соответствует положительное напряжение на выходе компаратора 3, а паузе — отрицательное.

Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.

Пусть заданы минимальная длительность импульса ц„„ минимальная длительность паузы t и диапазон изменения входного напряжения от 0 до %Ви„.

Для правильной работы модулятора должен быть выполнен ряд условий.

Напряжение смещения должно определяться выражением:

12872

П,м = — V ° (1) чн + tnt

К (4) is г. и, Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах управления импульсными источниками питания и тиристорными коммутаторами постоянного тока.

Цель изобретения — повышение надежности за счет нормирования длительностей импульса и паузы выходного сигнала при сохранении у него диапазона изменения коэффициента заполнения.

На чертеже представлена функциональная схема широтно-импульсного модулятора.

Широтно-импульсный модулятор содержит интегратор 1, сумматор 2, комнаратор 3, усилитель-выпрямитель

4, ключи 5 и 6, при этом первые входы интегратора 1 и сумматора 2 соединены с входной шиной, вторые входы— с шиной напряжения смещения, а выходы — с первыми и вторыми входами компаратора 3, выход которого соединен .с- выходной шиной: устройства и управляющими входами двух ключей 5 и 6, включенных между общей шиной и вторыми входами интегратора 1 и компаратора 3, к третьему входу сумматора 2 подключен выход усилителя-выпрямителя 4, первый вход которого соединен с входной шиной, второй вход — с шиной напряжения смещения.

Интегратор 1 может быть выполнен на основе усилителя 7, инвертирую- 35 щий вход которого соединен с вйходом через конденсатор 8, с входной шиной через резистор 9, а с шиной напряжения смещения через соединенные последовательно резисторы 10 и 11, объеди- <0 пенные выводы которых соединены с общей шиной через ключ 5, неинвертирующий вход усилителя соединен с общей шиной.

Сумматор 2 может быть выполнен на основе усилителя 12, неинвертирующий вход которого соединен с .общей шиной, а инвертирующий вход соединен с выходом через резистор 13, с входной ши- у0 ной через резистор 14, с шиной напряжения смещения через резистор 15 и с выходом усилителя — выпрямителя 4 через резистор 16. Усилитель-выпрямитель 4 может быть выполнен на основе соединенных последовательно м в кольцо. диода 17, диода 18, резистора 19 и резистора 20, причем объединенные выводы диодов 17

Сумма сопротивлений резисторов 10 и 11 должна быть равна сопротивлению резистора 9. Произведение величины сопротивления резистора 9 на величину емкости конденсатора 8 должно определяться выражением:

Коэффициенты передачи сумматора 2 по всем трем входам должны быть равны между собой и равны К -, которое должно определяться выражением:

Кс = — — — - (3) г.и, tan, Коэффициент К д передачи усилителя-выпрямителя 4 по первому входу, на который подается входное напряжение, должен определяться выражением:

Коэффициент К „передачи усилителя-выпрямителя 4 по второму входу, 1287270

e„= RC (| — - (R)

tq„„ си = си). при

tNM

При V <

tNM + tflM

Ч „, потен50 ется условие: сов

1 Vsx (15)

Си, Чвхч) на который подается напряжение смещения, должен определяться!выражение м:

К26 = -1 . (5) 5

Ключи 5 и 6 должны быть разомкнуты при положительном напряжении на выходе компаратора 3 (во время формирования импульса) и замкнуты при отрицательном (во время формирования паузы).

В зависимости от того, больше или мейьше Ч(., чем величина

tит ,ЧЧ7

ВКИ R формирование 15

СИ)7) + С AM длительности импульса и длительности паузы происходит по различным законам.

20 . Формирование длительности импульса

СИ)77

V „ — — — — — — V происхоси + с„ и„ и, цит следующим образом.

На выходе компаратора 3 появля- . ется положительное напряжение и ключи 5 и 6 размыкаются. Начинается заряд конденсатора 8 интегратора 1, который до этого был разряжен до нуля, по линейному закону и с учетом того, что на входы интегратора поданы напРЯжениЯ Us„H V« = ЧЬ)(М на выходе интегратора формируется 35 нарастающее по линейному закону напряжение!

Чвыхи RC, (Vex Vs») ю t (6)

40 которое поступает на инвертирующий вход компаратора 3. На его неинвертирующий вход поступает выходное напря1 жение сумматора 2, которое равно 45

Кс(ЧВх VsÄÄ+ Ю)() ч rPe %s циал выхода усилителя-выпрямителя 4. циал ((()„равен О.

Поэтому на неинвертирующий вход компаратопа поступает напряжение

К (Ч „- Ч, (/ — —" (Ч„- Ч„). (7)

В момент равенства напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах переключается компаратор 3 и за канчивается формирование длительности импульса. При этом величину можно найти из выражения: — (Ч -V )t = — (Ч -Ч ). (8) 1 с»

RC " " " t

sx ° пМ или с учетом выражения (2) Формирование длительности паузы си») при V 4 V — — — — происходит

Sx Вкч(+ и, ()») следующим образом.

В момент окончания формирования длительности импульса, ключи 5 и 6 замыкаются. При этом с второго входа интегратора снимается напряжение

U а на неинвертирующий вход компаратора поступает нулевое напряжение. Начинается разряд конденсатора 8 интегратора 1 от напряжения

" (Ч „-Чв„) до нуля по закону; с() ъ

t — й" (V . -V ) — — - ° t (10) Vsx вк и в)(RC () 7Ч) В момент равенства нулю выражения (10) формирование длительности паузы заканчивается. При этом длительность паузы с„ описывается выражением: с „= RC q — — — — (11) „ си Чв)(м Vs)(с() Vssx или с учетом выражения (2) = си, = (12)

Sx сич» поскольку V < — — — — V выполняSX R) и и» а с„„(13)

Коэффициент заполнения импульt» Чвк

7 « (14) + сп Чвх(Частота следования импульсов

Ч„+ Ч„(16)

Иrn (24)

99а С t +

Им м

35 (19) - aCq — — = (20) à tn>

99 Ъю

Им Им

При — - — —. V (V <

ЬХ9,9 ВХИ, Пм

V всегда 45 (21) Чвх

Zt

Чвх 99 (22) ВНИИПИ Заказ 7728/58 Тираж 899 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 128727 им

При — — — — — Ч, ««V формис, Nm рование длительности импульса происходит аналогично описанному, но потенциал выхода усилителя-выпрямителя 4 с учетом (4) и (5) Поэтому заряд конденсатора 8 интегратора 1 происходит по закону (6) от нуля до напряжения:

-9 — --(Ч - Ч - - — — Ч + Ч ) = 15 И + tq

ВХ ВХ9,9 < ВХ Вхн

Пм Ищ

9 (17) Г с99м99 и которое подано с выхода сумматора 2 на неинвертирующий вход компарато- 20 ра 3.

Из выражений (6) и (17) с учетом (2) длительность импульса

Чьх

25 в — "-в — — (18)

После окончания формирования длительности импульса происходит пере.ключение компаратора 3 и замыкание ключей 5 и 6 и начинается формирование длительности паузы. Разряд конценсатора 8 интегратора 1 происходит Пм от напряжения V — — до нуля Им

tnt, t по закону. V — — — — V вх > Я

Приравнивая (19) нулю, с учетом (2) находят, что 40

Коэффициент заполнения импульсов с учетом (18) и (20) 1 50

Частота следования импульсов — (1 — — — ) ° (2 3)

1 Чвх

t rim Vsx

ГИм

При V = — — — V „BblP83KPHHR вх t + 9.„в"м

Пм (15) и (23) дают одно и то же значение частоты

Предлагаемый модулятор устраняет срывы работы управляемого этим модулятором тиристорного коммутатора, поскольку время отпирания основного (импульс) и гасящего (пауза) тиристоров всегда не меньше некоторого минимально необходимого. Управляемый им коммутатор вс.гда работает с максимально возможной при данном коэффициенте заполнения частотой,и минимальных длительностях импульса и паузы, что существенно улучшает фильтрацию коммутируемых силовых токов и напряжений.

Формула изобретения

Широтно-импульсный модулятор, содержащий интегратор и сумматор, первые входы которых соединены с входной шиной, вторые входы — с шиной напряжения смещения, а выходы — с первым и вторым входаии компаратора, соответственно, выход которого соединен с управляющими входами двух ключей, включенных между общей шиной и вторыми входами интегратора и коипаратора„ соответственно, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения надежности за счет нормирования длительностей импульса и паузы выходного сигнала при сохранении у него диапазона изменения коэффициента заполнения, в него дополнительно введен суммирующий усилитель-выпря9а тель, входы которого соединены с входной шиной и шиной напряжения смещения соответственно, а выход — с третьии входом сумматора, причеи выход компаратора соединен с выходной шиной модулятора.