Управляемый широтно-импульсный модулятор

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания, силовых инверторах и преобразователях частоты. Целью изобретения является повышение быстродействия 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 база-эмиттерных переходах запирающее напряжение на время запертого состояния, исключая при этом возможность самопроизвольного включения от влияния электромагнитных помех. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (s1>s Н 03 К 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4293172/24-21 (22) 03.08.87 (46) 15.12.90. Бюл. М 46 (71) Челябинский политехническйй институт им, Ленинского комсомола (72) М.В. Гельман, Х.К. Харасов, А.В. Велин и А.Ю. Степанов (53) 621.376.54 (088.8) (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. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР (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.

На фиг.1 представлена функциональная схема управляемого широтно-импульсного модулятора; на фиг.2- функциональная схема блока управления управляемого широтно-импульсного модулятора; на фиг.3— временные диаграммы работы устройства. действия 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 самопроизвольного включения от влияния электромагнитных помех. 1 з,п.ф-лы, 3 ил.

Управляемый широтно-импульсный мо- ъ дулятор содержит шину 1 источнйка пита- О, ния, общую шину 2, трансформаторы 3 и 4 «д тока, базовые обмотки 5 и 6, силовые обмот- д ки 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 диод

1614108

35

14 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 вЂ” 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 вЂ” 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 вЂ” НЕ 33 и 34, вторые входы которых соединены соответственно с выходами элементов И-НЕ 26 и 27, а выходы — с первыми входами элементов И вЂ” 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 íà D — триггере, D-вход которого соединен с инверсным выходом, а

R- u S-входы — с общей шиной. Генератор 22 пилообразного напряжения може быть выполнен на соединенных последовательно резисторе и конденсаторе, включенных 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.3 представлены осциллограммы напряжений на выходах генератора 20 тактовых импульсов — 02o, триггера 21 — U21 (неинвертирующий выход) и 021 (инвертирующий выход), генератора 22 пилообразного напряжения — U22, источника 23 опорного напряжения -U23, источника 24 управляющего сигнала — 02<. компаратора 25 — 026, элементов И вЂ” НЕ 26 и 27 — U26, 027, конденсатора 29 — 02g; относительный уровень порогового напряжения переключения инвертора 32 — Unop и напряжение на его выходе — 032; напряжения на выходах элементов 33 и 34 — U33, 03р, компаратора

28 — 028, элементов 35 и 36 — U35, U36, элементов 37 и 38 — U37, 036, базовых обмоток

5 и 6 — 06, U6 и ток в нагрузке 13 — t13.

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 037 и 036 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 i2 напряжения 06 и U6. 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 и

1614108

In нагрузки 13

20

35

45

55

6 поддерживается за счет положительной обратной связи по току, которую обеспечивают силовые обмотки 7 и 8. 8 этом режиме силовые транзисторы 11 и 12 работают в противофазе, формируя импульсный ток ln в нагрузке 13.

В режиме с перекрытием на базы управляющих транзисторов 15 и 16 от блока 19 управления поступают импульсы Оз7 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 ln.

Блок 19 уп ра вл ения работает следующим образом.

Генератор 20 формирует тактовые импульсы Uzp, поступающие на тактовый вход триггера 21 и базу транзистора генератора

22 пилообразного напряжения, На выходах триггера 21 образуются импульсы Uz>, О 1, сдвинутые по фазе на 180О. На выходе генератора 22 формируется пилообразное напряжение Uzz. Источник 23 опорного напряжения выдает стабильное напряжение. Компаратор 25 сравнивает входной управляющий сигнал 024 источника 24 с пилообразным напряжением Uzz, модулируя импульсы 025. Элементы И-НЕ 26 и 27 рас, пределяют импульсы Uzs с компаратора 25 на два канала Uzs u Uz7. B зависимости от уровня входного управляющего сигнала Uz4 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 Uzs до момента t>, При этом на конденсаторе 29 формируется напряжение Uzg, меньшее порогового напряжения 0«р срабатывания инвертора 32, который, воспринимая данное напряжение как "0", выдает на выходе

"1". Импульсы Uzs и 027 инвертируются элементами 33 и 34 Озз и Оз4 и сравниваются на входе элементов 37 и 38 с импульсами

Озв, Uas элементов 36 и 35. S результате в данном режиме импульсы Uzs, Uz7 проходят на выходы блока управления без изменения. В режиме с перекрытием на выходе компаратора 25 с момента t< напряжение Uzs устанавливается постоянным и уровень его соответствует "1". Напряжение Ощ на конденсаторе 29 возрастает и в момент tz достигает. порогового Опор. Инвертор 32 изменяет состояние и на его выходе появляется "0" (Usz), на выходах элементов 33 и 34"1" (Озз и Оз4). При такой комбинации сигналов на выходы элементов 37 и 38.приходят импульсы с коэффициентом заполненияммпульсного цикла, меньшим половины периода. На базы силовых транзисторов 11 и 12,. приходят управляющие импульсы Us и Us, и обеспечивающие 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 силовь;х обмоток соответствующих трансформаторов тока, между 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 сятем,,что,,с це;лью 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 со1614108 держит 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 вЂ” 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 вЂ” НЕ, а выходы — соответственно с первыми входами пятого и шестого элементов

И вЂ” НЕ, выходы которых соединейы с выход5 ными шинами блока управления, а вторые входы — соответственно с выходами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера и вто10 рыми входами второго и первого элементов

И-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 21 zt

Кгг

У24

lr25 27

Ъ б2

5а

Ъ 28

5s

Ье

V37

5а

Уу

Uj

213

Составитель 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 СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101