Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением



Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением
Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением

 

H03K3/02 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2557479:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" (RU)

Изобретение относится к средствам создания источников вторичного электропитания (ИВЭП) аппаратуры систем управления объектами ракетно-космической и авиационной техники, а также робототехническими комплексами. Технический результат заключается в повышении защиты к воздействию ионизационных излучений. В модуляторе высоковольтный выход блока питания соединен с входом питания параметрического формирователя выходных импульсов, на первый и второй входы блока усиления сигналов обратных связей подаются сигналы ошибки, формируемые соответствующей обратной связью источника питания. Блок питания состоит из блока переключения, блока управления, блока низковольтного питания, источника опорного напряжения, блока высоковольтного питания, а генератор пилообразных импульсов в свою очередь состоит из триггера, блока смещения, генератора постоянного тока, блока установки частоты. Причем генератор постоянного тока и триггер генератора пилообразных импульсов, а также генератор постоянного тока формирователя мертвого времени выполнены стойкими к воздействию ионизирующего излучения. 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и импульсной технике и может применяться при создании источников вторичного электропитания (ИВЭП) аппаратуры систем управления объектами ракетно-космической и авиационной техники, а также робототехническими комплексами, предназначенными для ликвидации последствий аварий на объектах атомной промышленности, тушения пожаров на нефтяных и газодобывающих промыслах. К таким ИВЭП предъявляются повышенные требования по надежности работы и сохранению точности параметров в неблагоприятных внешних условиях. К этим условиям относятся механические воздействия (линейные перегрузки, удары и широкополосная вибрация), широкий диапазон изменения температуры окружающей среды (от -60 до +125°С), а также действие ионизирующего излучения космического пространства, атомных энергетических установок и загрязненной местности. Важным требованием являются и минимальные объемно-массовые характеристики (ОМХ).

При проектировании современных ИВЭП, как правило, используют принцип широтно-импульсной модуляции, позволяющий производить оптимальную фильтрацию выходного напряжения. Модуляцию осуществляет микросхема управления (далее ШИМ или ШИМ-контроллер): в зависимости от сигнала с обратной связи скважность сигнала уменьшается или увеличивается, вследствие чего транзистор-прерыватель источника питания передает в нагрузку больше или меньше энергии.

Известна полезная модель «Широтно-импульсный модулятор с обратной связью» (патент RU №76525, H03K 3/033), состоящая из фотодиода обратной связи, конденсатора, группы резисторов, двунаправленного ключа, логического элемента 2ИЛИ и диода. Недостатком данного ШИМ является то, что хоть при его разработке и задействовано мало электронных компонентов, но для обеспечения работоспособности ИВЭП необходимо дополнение полезной модели генератором тактовых импульсов (ведет к увеличению ОМХ). Кроме того, при больших входных напряжениях ИВЭП необходимо дополнение данного ШИМ блоком питания во избежание выхода из строя полупроводниковых компонентов. Для организации обратной связи используется фотодиод, применение которого в условиях ионизационного излучения невозможно.

Известна также полезная модель «Широтно-импульсный модулятор» (патент RU №25231, G05F 1/56), у которой для организации обратной связи можно использовать датчик тока, включая его последовательно с транзисторным ключом-прерывателем ИВЭП. Недостатком данного типа обратной связи (обратная связь по току) является то, что на выходе ИВЭП будут наблюдаться значительные отклонения номинала выходного напряжения от среднего значения. Кроме того, датчик тока включен между ограничительным и вторым резистором, что усложняет реализацию «классического» варианта обратной связи по току в ИВЭП, построенных по типу однотактных преобразователей (установка датчика тока между «землей» и силовым ключом). Применение данной полезной модели в неблагоприятных условиях также осложняется наличием подстроечного резистора (регулирующий элемент).

Наиболее полно поставленную задачу решают микросхемы 1363ЕУ (находится на стадии завершения ОКР компании ОАО «Ангстрем» - АЕЯР.431420.946ТУ) - зарубежный аналог LM5025, которая может быть взята за прототип. В микросхему заложены все необходимые функции для реализации ИВЭП. Микросхема обладает возможностями организации в ИВЭП обратной связи по напряжению, двухуровневой защиты по току, «мягкого» старта, входного «монитора» по нижнему уровню, коррекции крутизны пилы, активного демпфирования (имеет дополнительный вывод с установкой «мертвого» времени), питания ШИМ-контроллера в установившемся режиме «за счет собственных нужд». К недостаткам данной микросхемы следует отнести следующее: неочевидный способ организации токовой обратной связи, что также ведет к увеличению количества внешних навесных компонентов, следовательно, и габаритов ИВЭП в целом. Также микросхема имеет избыточную защиту по току, отсутствует входной монитор по верхнему уровню, а также возможность коррекции передаточной характеристики ИВЭП путем установки R, C, RC или других фильтров в обратную связь усилителя ошибки по напряжению.

Для решения поставленных задач предлагается малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизационным излучением.

Описание сущности изобретения

Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением, состоит из (см. фиг.1) блока внутреннего питания 1, генератора пилообразных импульсов 2, блока усиления сигналов обратных связей 3, параметрического формирователя выходных импульсов 4 и блока формирования выходных импульсов 5. Первый (высокое входное напряжение) и второй (низкое входное напряжение) входы блока внутреннего питания 1 являются соответствующими входами устройства, а первый вход блока внутреннего питания 1 также является седьмым входом блока формирования выходных импульсов 5. Первый (низковольтный) выход блока внутреннего питания 1 соединен с первым входом генератора пилообразных импульсов 2, пятым входом блока усиления сигналов обратных связей 3, шестым входом блока формирования выходных импульсов 5 и первым входом параметрического формирователя выходных импульсов 4. Второй выход блока внутреннего питания 1 соединен с четвертым входом блока усиления сигналов обратных связей 3 и пятым входом блока формирования выходных импульсов 5. Третий (высоковольтный) выход блока внутреннего питания 1 соединен со вторым входом параметрического формирователя выходных импульсов 4. Первый выход генератора пилообразных импульсов 2 соединен с третьим входом блока усиления сигналов обратных связей 3. Второй и третий выходы генератора пилообразных импульсов 2 соединены с четвертым и третьим входами блока формирования выходных импульсов 5 соответственно. Первый и второй входы блока усиления сигналов обратных связей 3 являются входами обратных связей устройства, соответственно, третьим и четвертым входами устройства. Первый и второй выход блока усиления сигналов обратных связей 3 соединены с первым и вторым входами блока формирования выходных импульсов 5 соответственно. Третий и четвертый входы параметрического формирователя выходных импульсов 4 соединены с первым и вторым выходами блока формирования выходных импульсов 5. Первый и второй выходы параметрического формирователя выходных импульсов 4 являются соответствующими выходами устройства.

Блок внутреннего питания (см. фиг.2) состоит из блока переключения 6, блока управления 7, блока низковольтного питания 8, источника опорного напряжения 9, блока высоковольтного питания 10. Первый и второй входы блока переключения 6 являются соответствующими входами блока питания. Выход блока переключения 6 подключен к первым входам блока управления 7, блока низковольтного питания 8, источника опорного напряжения 9, блока высоковольтного питания 10. К управляющему входу 3 блока переключения 6 подключен выход блока управления 7. Третий вход блока управления 7 подключен ко второму входу блока переключения 6 и, соответственно, является вторым входом блока внутреннего питания. Выход блока опорного напряжения 9 подключен ко вторым входам блока управления 7, блока низковольтного питания 8 и высоковольтного питания 10 и является вторым выходом блока внутреннего питания. Выходы блока низковольтного питания 8 и блока высоковольтного питания 10 являются первым и третьим выходами блока внутреннего питания.

Генератор пилообразных импульсов в свою очередь состоит из (см. фиг.3) блока установки частоты 11, генератора постоянного тока 12, триггера 13 и блока смещения 14. Выход блока установки частоты 11 соединен с первым входом триггера 13, с выходом генератора постоянного тока 12, и является первым выходом генератора пилообразных импульсов. Вход генератора постоянного тока 12 соединен с первым выходом блока смещения 14. Выход триггера 13 соединен с входом блока смещения 14 и является вторым выходом генератора пилообразных импульсов. Второй выход блока смещения 14 являются третьим выходом генератора пилообразного напряжения.

Блок усиления сигналов обратных связей состоит из (см. фиг.4) генератора постоянного тока 15, инвертора 16, буферного усилителя 17, формирователя уровня мягкого старта 18, сумматора 19, усилителя обратной связи по напряжению 20 и усилителя обратной связи по току 21. Выход генератора постоянного тока 15 соединен с входом формирователя уровня мягкого старта 18. Первый (отрицательный) вход инвертора 16 является первым входом блока усиления сигналов обратных связей, а второй (положительный) вход - четвертым входом блока усиления сигналов обратных связей. Выход инвертора 16 соединен со вторым (отрицательным) входом усилителя обратной связи по напряжению 20. Вход буферного усилителя 17 является третьим входом блока усиления сигналов обратной связи. Выход буферного усилителя 17 соединен с первым входом сумматора 19. Выход формирователя уровня мягкого старта 18 соединен с первым (положительным) входом усилителя обратной связи по напряжению 20. Второй вход сумматора 19 является вторым входом блока усиления сигналов обратных связей. Выход усилителя обратной связи по напряжению 20 является первым выходом блока усиления сигналов обратной связи. Выход усилителя обратной связи по току является вторым выходом блока усиления сигналов обратных связей.

Блок формирования выходных импульсов состоит из (см. фиг.5) блока сброса выходного напряжения 22, блока принудительного сброса выходного напряжения 23, блока установки выходного напряжения 24, входного монитора 25, логического элемента И 26, логического элемента ИЛИ 27 и RS-триггера 28. Первый (отрицательный) и второй (положительный) входы блока сброса выходного напряжения являются первым и вторым входами блока формирования выходных импульсов соответственно. Выход блока сброса выходного напряжения 22 соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 27. Выход блока принудительного сброса выходного напряжения 23 соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ 27, а его вход является четвертым входом блока формирования выходных импульсов. Выход блока установки выходного напряжения 24 соединен с установочным входом RS-триггера 28, а его вход соединен выходом логического элемента И 26. Первый и второй входы входного монитора 25 являются шестым и седьмым входом блока формирования выходных импульсов. Выход входного монитора 25 подключен ко второму входу логического элемента И 26. Первый вход логического элемента И 26 является третьим входом блока формирования выходного импульса. Вход сброса RS-триггера 28 соединен с выходом логического элемента ИЛИ 27. Прямой и инверсный выходы RS-триггера 28 являются первым и вторым выходами блока формирования выходных импульсов соответственно.

Параметрический формирователь выходных импульсов (см. фиг.6) состоит из формирователя мертвого времени 29, основного выходного драйвера 30 и дополнительного выходного драйвера 31. Первый и второй входы формирователя мертвого времени 29 являются третьим и четвертым входами параметрического формирователя выходных импульсов. Третий вход формирователя мертвого времени 29 является первым входом параметрического формирователя выходных импульсов, а также входом низковольтного питания. Первый выход формирователя мертвого времени 29 соединен с первым входом основного выходного драйвера 30. Второй выход - с первым входом дополнительного выходного драйвера 31. Вторые входы основного выходного драйвера 30 и дополнительного выходного драйвера 31 являются вторым входом параметрического преобразователя выходных импульсов. Выходы основного выходного драйвера 30 и дополнительного выходного драйвера 31 являются первым и вторым выходами параметрического формирователя выходных импульсов.

Блок установки частоты построен следующим образом (см. фиг.7): выход генератора постоянного тока соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с частотозадающим конденсатором и одновременно является выходом блока установки частоты, а второй вывод конденсатора подключен к шине «земля».

На вход блока смещения (см. фиг.8) подается выходной сигнал триггера. Входной сигнал блока смещения делится на две составляющие: первая попадает на резистивный делитель R2-R4, вторая - сначала на инвертор 32, а затем на резистивный делитель R3-R5. Выходами блока смещения являются средние точки резистивных делителей.

Формирователь уровня мягкого старта (см. фиг.9) состоит из ограничителя напряжения и RC-цепи. Входом формирователя уровня мягкого старта является первый вывод резистора R6. Второй вывод резистора R6 соединен с первыми выводами времязадающего конденсатора С2 и ограничителя напряжения VD1, а также является выходом формирователя уровня мягкого старта. Вторые выводы времязадающего конденсатора C2 и ограничителя напряжения VD1 подключены к земле.

Блок принудительного сброса выходного напряжения (см. фиг.10) состоит из триггера 33, и RC-цепи R7-C3. Входной сигнал поступает на первый вывод резистора R7 и первый вход триггера 33. Второй вывод резистора R7 соединен со вторым входом триггера 33 и первым выводом конденсатора C3. Второй вывод конденсатора C3 подсоединен к земле. Выход триггера 33 является выходом блока принудительного сброса выходного напряжения. Блок установки выходного напряжения аналогичен по строению блоку принудительного сброса выходного напряжения.

Входной монитор (см. фиг.11) состоит из резисторов R8-R11, триггера верхнего уровня 34, триггера нижнего уровня 35, выходного логического элемента И 36. Первые выводы резисторов R8 и R10 соединены и являются вторым входом входного монитора. Второй вывод резистора R8 подключен к первому выводу резистора R9 и к первому выводу (положительный) триггера нижнего уровня 35. Второй вывод резистора R10 подключен к первому выводу резистора R11 и к первому выводу (отрицательный) триггера верхнего уровня 34. Вторые выводы резисторов R9 и R11 подключены к земле. Второй вход триггера нижнего уровня 35 (отрицательный) и второй вход триггера верхнего уровня 34 (положительный) соединены и являются первым входом входного монитора. Первый вход логического элемента И 36 подключен к выходу триггера верхнего уровня 34. Второй вход логического элемента И 36 подключен к выходу триггера нижнего уровня 35. Выход логического элемента И 36 является выходом входного монитора.

Формирователь мертвого времени (см. фиг.12) состоит из делителя входного напряжения 37, регулируемого генератора постоянного тока 38, формирователя задержки фронтов/спадов 39, блока сравнения основного 40, формирователя уровня сравнения 41 и блока сравнения дополнительного 42. Первый и второй входы делителя входного напряжения 37 являются соответственно первым и вторым входами формирователя мертвого времени. Первый и второй выходы делителя выходного напряжения 37 подключены к первому (положительному) и второму (отрицательному) входам регулируемого генератора постоянного тока 38 соответственно. Выход генератора постоянного тока 38 подключен ко входу формирователя задержки фронтов/спадов 39. Выход формирователя задержки фронтов/спадов 39 подключен к первым входам блока сравнения основного 40 и блока сравнения дополнительного 42. Выход формирователя уровня сравнения подключен ко вторым входам блока сравнения основного 40 и блока сравнения дополнительного 42. Выходы блока сравнения основного 40 и блока сравнения дополнительного 42 являются первым и вторым выходами формирователя мертвого времени соответственно.

Выходной драйвер основной (см. фиг.13) состоит из резисторов R12, R13 и полевых транзисторов VT1-VT3. Первые выводы резисторов R12 и R13 соединены и являются вторым входом драйвера основного. Вторые выводы резисторов R12 и R13 подключены к стокам транзисторов VT1 и VT2 соответственно. Затвор транзистора VT1 является первым входом выходного драйвера основного. Сток транзистора VT1 подключен к затворам транзисторов VT2 и VT3. Исток транзистора VT2 соединен с истоком транзистора VT3 и является выходом выходного драйвера основного. Исток транзистора VT1 и сток транзистора VT3 подключены к земле.

Структура выходного драйвера дополнительного аналогична структуре драйвера выходного основного.

Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующего излучения, работает следующим образом. В момент появления питания на первом входе устройства на выходе блока переключения 6 формируется напряжение питания блока управления 7, блока низковольтного питания 8, источника опорного напряжения 9, блока высоковольтного питания 10. После формирования опорного напряжения блоком опорного напряжения 9 (стабилитрон или стабилизатор напряжения типа 142ЕН) на выходе блоков низковольтного питания 8 и высоковольтного питания 10 (могут быть выполнены на ОУ, например, серии 1417, стойкой к воздействию ионизирующего излучения по схемотехнике микросхемы LM431) формируется стабильное напряжение питания. Одновременно с этим блок управления 7 сравнивает напряжение на втором входе устройства с опорным напряжением и в случае превышения входным напряжением заданного значения переключает питание устройства на вход 2 (данным режим обеспечивает больший КПД ИВЭП).

При появлении низковольтного питания в генераторе пилообразных импульсов 2 триггер 13 (может быть выполнены на ОУ, например, серии 1417, стойкой к воздействию ионизирующего излучения) устанавливает напряжение логической единицы на выходе, при этом на первом выходе блока смещения 14 формируется также уровень логической единицы, а на втором - уровень логического нуля. В результате генератор постоянного тока 12 (может быть выполнены на ОУ, например, серии 1417, стойкой к воздействию ионизирующего излучения) начинает заряжать частотозадающую емкость блока установки частоты 11. После достижения на частотозадающей емкости установленного уровня триггер 13 переключается. На его выходе формируется уровень логического нуля, на втором выходе блока смещения формируется уровень логической единицы, а генератор постоянного тока переключается в режим разряда частотозадающей емкости блока установки частоты 11. При достижении установленного уровня напряжения на частотозадающем конденсаторе C1 триггер 13 переключается в исходное состояние и цикл повторяется. При изменении сопротивления резисторов R4 и/или R5 блока смещения 14 изменяется модуль входного напряжение генератора постоянного тока на первой и/или второй фазе цикла работы. Данное изменение приводит к изменению тока заряда и/или разряда частотозадающего конденсатора C1, частоты следования выходных импульсов, а также их максимальной скважности. При изменении емкости частотозадающего конденсатора C1 блока установки частоты 11 изменяется частота работы устройства.

В момент формирования на выходе триггера 13 уровня логической единицы внутренний триггер (может быть выполнен на логических элементах, например, серии 1533, стойкой к воздействию ионизирующего излучения) блока установки выходного напряжения, входящего в состав блока формирования выходных импульсов, формирует установочный импульс RS-триггера 28. Необходимо отметить, что данная ситуация возможна только при условии разрешения работы входным монитором 25. А именно, триггер верхнего уровня 34 и триггер нижнего уровня 35 (могут быть выполнены на ОУ, например, серии 1417, стойкой к воздействию ионизирующего излучения) сравнивают входное напряжение с опорным напряжением, получаемым от блока внутреннего питания 1. В случае, если входное напряжение попадает в допустимый диапазон (устанавливается резисторами R9, R11), на выходе входного монитора 25 формируется уровень логической единицы, что дает возможность логическому элементу И 26 выступать в качестве повторителя выходного сигнала триггера 13 от генератора пилообразных импульсов 2. В противном случае, если входное напряжение не попадает в установленный интервал, на выходе входного монитора 25 формируется уровень логического нуля, на выходе И 26 - логический ноль, импульсы установки на RS-триггер 28 не поступают, устройство находится в выключенном состоянии.

После того, как на выходе RS-триггера 28 (может быть выполнены на логических элементах, например, серии 1533, стойкой к воздействию ионизирующего излучения) появится высокий логический уровень, возможны два пути его перехода в нулевое состояние: за счет переключения блока сброса выходного напряжения 22, либо за счет переключения блока принудительного сброса выходного напряжения 23 (либо одновременное переключение блоков, что не влияет на работу устройства). Данный принцип работы обеспечивается соединением вышеуказанных блоков с RS-триггером через логический элемент ИЛИ 27. Блок принудительного сброса выходного напряжения 23 необходим для сохранения работоспособности устройства и ИВЭП в целом в результате возникновения каких-либо нештатных ситуаций в работе ИВЭП (сбой в работе OC, например, в результате воздействия ИИ). Если сброс выполняется блоком принудительного сброса выходного напряжения, то с выхода логического элемента ИЛИ блока смещения 14, входящего в состав генератора пилообразных импульсов 2, формируется переход из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Данный переход обуславливается обратным переходом триггера 13 в результате заряда до установленного уровня частотозадающего конденсатора С1 блока установки частоты 11. После этого триггер 33 формирует короткий импульс, который, проходя через логический элемент И 27, сбрасывает RS-триггер 28.

Если сброс выполняется блоком сброса выходного напряжения 22 (может быть выполнен на компараторе, например, серии 1135, стойкой к воздействию ионизирующего излучения), то при достижении сигналом OC по току на положительном входе блока сброса выходного напряжения 22 уровня сигнала OC по напряжению на отрицательном входе, блок сброса выходного напряжения 22 переключится из нулевого выходного состояния в единичное, тем самым сформируется импульс сброса RS-триггера 28.

Сигнал обратной связи по току формируется следующим образом. Внешний сигнал OC по току попадает на четвертый вывод устройства, на второй вывод блока усиления сигналов обратных связей 3 и соответственно на второй вход сумматора 19 (может быть выполнены как на ОУ, например, серии 1417, стойкой к воздействию ионизирующего излучения, так и на резисторах, что наиболее выгодно с точки зрения ОМХ). Сумматор 19 складывает внешний сигнал OC с сигналом с генератора пилообразных импульсов 2, поступающим на первый вывод сумматора 19 через буферный усилитель 17. После сложения сигналов происходит дополнительное усиление на усилителе обратной связи по току 21.

Сигнал обратной связи по напряжению формируется следующим образом. Внешний сигнал OC по напряжению попадает на третий вывод устройства, первый вывод блока усиления сигналов обратных связей 3 и на первый вход инвертора 16. Так как второй вход инвертора 16 подключен источнику опорного напряжения 9, то инверсия внешнего сигнала OC происходит относительно уровня ИОН и инвертированный сигнал попадает на отрицательный вход усилителя обратной связи по напряжению 20. В момент включения устройства генератор постоянного тока 15 начнет заряжать конденсатор C2, входящий в состав формирователя уровня мягкого старта 18, до уровня ограничителя напряжения VD1 (равен уровню ИОН, и может быть реализован, например, на стабилитроне 2C210, на диодах 2Д212, на транзисторе 2Т9117 совместно с ОУ серии 1417). Сигнал с формирователя уровня мягкого старта 18 поступает на положительный вход усилителя обратной связи по напряжению 20, на выходе которого до момента заряда конденсатора C2 будет формироваться «заниженный» уровень сигнала OC по напряжению, что будет приводить к более раннему сбрасыванию RS-триггера 28, следовательно, к меньшим по длительности выходным импульсам. После заряда конденсатора C2 сигнал формирователя уровня мягкого старта будет вычитаться из постоянной составляющей сигнала на отрицательном входе усилителя обратной связи по напряжению 20, равной уровню источника опорного напряжения 9. Следовательно, после заряда конденсатора C2 сигнал формирователя уровня мягкого старта не будет оказывать влияния на работу устройства.

После того, как выходной сигнал формируется RS-триггером 28, параметрический формирователь выходного сигнала 29 делит входной сигнал на два, преобразует их по времени и усиливает по мощности. Сигналы с RS-триггера 28 попадают на делитель входного напряжения 37 (может быть выполнен на последовательно соединенных трех резисторах, со второго из которых снимается дифференциальное входное напряжение регулируемого генератора постоянного тока 38, причем при изменении его сопротивления будет изменяться выходной ток регулируемого генератора постоянного тока 38, а следовательно, мертвое время), а затем на регулируемый генератор постоянного тока 38 (может быть выполнены на ОУ, например, серии 1417, стойкой к воздействию ионизирующего излучения). Регулируемый генератор постоянного тока 38 совместно с формирователем задержки фронта/спада 39 (может быть выполнен в виде RC-цепи как блок установки частоты 11) формирует линейно-нарастающие фронты и линейно-спадающие спады основного сигнала. Далее сигнал попадает на положительные входы блока сравнения основного 40 и блока сравнения дополнительного 41 (аналогичны по строению и могут быть выполнены на ОУ серии 1417 или компараторах серии 1135 со входным резистивным делителем по отрицательным входам, причем в этом случае коэффициент деления на нем в блоке сравнения основном 40 должен быть 0,5, а в блоке сравнения дополнительном - менее 0,5), на отрицательные входы которых подается напряжение с блока низковольтного питания 8. В результате основной (непреобразованный) импульс с блока сравнения основного 39 попадает на основной выходной драйвер 30, а дополнительный (увеличенный на два «мертвых» времени) с блока сравнения дополнительного 42 - на дополнительный выходной драйвер 31.

Основной выходной драйвер 30 и дополнительный выходной драйвер 31 производят преобразование логических сигналов до напряжения, близкого к напряжению блока высоковольтного питания 10, и до тока, ограничиваемого резистором R13, что необходимо для осуществления управления силовым ключом ИВЭП. Полученные сигналы поступают на выход устройства.

Необходимо отметить, что при выполнении устройства на базовом матричном кристалле (например, 5400БК2У) можно добиться не только значительного уменьшения габаритов, но и повышения уровня стойкости к внешним воздействующим факторам.

Таким образом, в предлагаемом широтно-импульсном модуляторе устранены отмеченные недостатки известных решений, а именно обеспечена долговременная стабильность параметров точности преобразователя при работе в широком диапазоне изменения температур и в полях ионизирующего излучения, а также обеспечены меньшие ОМХ по сравнению с ранее существующими устройствами. Кроме того, структурная схема основных узлов устройства по сравнению с прототипом несколько упрощена (устранена двухуровневая защита, упрощен блок внутреннего питания, упрощена организация мягкого старта), вследствие чего в приблизительно тех же габаритах появляется возможность добавления дополнительных функций (входной монитор по двум уровням, мягкий старт, очевидная токовая OC), а при реализации данного устройства на БМК возможно введение в микросхему дополнительных выводов (например, вывод коррекции OC по напряжению дополнительными фильтрами). Данные факты позволяют применять предлагаемый ШИМ в ИВЭП систем управления авиационными и ракетно-космическими объектами, а также робототехническими комплексами.

1. Малогабаритный широтно-импульсный модулятор, устойчивый к воздействию ионизирующим излучением, отличающийся тем, что содержит блок внутреннего питания, генератор пилообразных импульсов, блок усиления сигналов обратных связей, блок формирования выходных импульсов и параметрический формирователь выходных импульсов с возможностью формирования выходных сигналов и установки мертвого времени между ними, причем первый и второй входы блока внутреннего питания, а также первый и второй входы блока усиления сигналов обратных связей являются первым, вторым, третьим и четвертым входами устройства соответственно, низковольтный выход блока внутреннего питания соединен с входами остальных узлов устройства, высоковольтный выход блока питания соединен с входом питания параметрического формирователя выходных импульсов, а выходы параметрического формирователя выходных импульсов являются выходами устройства, при этом первый выход генератора пилообразных импульсов соединен с третьим входом блока усиления сигналов обратной связи, а второй и третий выходы - с третьим и четвертым входами блока формирования выходных импульсов, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами блока усиления сигналов обратной связи, а выходы блока формирования выходных импульсов соединены с третьим и четвертым входом параметрического формирователя выходных импульсов, при этом генератор пилообразных импульсов содержит генератор постоянного тока, блок усиления сигналов обратных связей содержит сумматор, блок формирования выходных импульсов содержит RS-триггер, а параметрический формирователь выходных импульсов включает формирователь мертвого времени, который содержит генератор постоянного тока, так что генератор постоянного тока и RS-триггер генератора пилообразных импульсов, а также генератор постоянного тока формирователя мертвого времени выполнены стойкими к воздействию ионизирующего излучения.

2. Модулятор по п. 1, отличающийся тем, что генератор пилообразных импульсов состоит из триггера, блока смещения, генератора постоянного тока, блока установки частоты, выполненных стойкими к воздействию ионизирующего излучения, причем при изменении двух резисторов, входящих в состав блока смещения, изменяется скорость разряда и заряда частотозадающего конденсатора, входящего в состав блока установки частоты, а при изменении емкости частотозадающего конденсатора изменяется частота следования выходных импульсов.

3. Модулятор по п. 1, отличающийся тем, что в состав блока усиления сигналов обратных связей включены генератор постоянного тока, инвертор, буферный усилитель, формирователь уровня мягкого старта, сумматор, усилитель обратной связи по напряжению и усилитель обратной связи по току, выполненные стойкими к воздействию ионизирующего излучения.

4. Модулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования выходных импульсов состоит из блока сброса выходного напряжения, блока принудительного сброса выходного напряжения, блока установки выходного напряжения, входного монитора, логического элемента И, логического элемента ИЛИ и RS-триггера, выполненных стойкими к воздействию ионизирующего излучения.

5. Модулятор по п. 1, отличающийся тем, что параметрический формирователь выходных импульсов с возможностью формирования усиленных выходных сигналов и установки мертвого времени между ними включает формирователь мертвого времени, а также основной и дополнительный выходные драйверы, каждый из которых состоит из двух резисторов и трех полевых транзисторов, выполненных стойкими к воздействию ионизирующего излучения.

6. Модулятор по п. 3, отличающийся тем, что формирователь уровня мягкого старта состоит из ограничителя напряжения и RC-цепи, причем ограничитель напряжения установлен параллельно конденсатору и выходом является их общая точка.

7. Модулятор по п. 4, отличающийся тем, что блок принудительного сброса выходного напряжения включает триггер и RC-цепи, входной сигнал поступает на первый вход резистора и первый вход триггера, а его выход является выходом блока принудительного сброса выходного напряжения.

8. Модулятор по п. 4, отличающийся тем, что входной монитор состоит из группы резисторов, двух триггеров и выходного логического элемента И.

9. Модулятор по п. 5, отличающийся тем, что формирователь мертвого времени состоит из делителя входного напряжения, регулируемого генератора постоянного тока, формирователя задержки фронтов/спадов и двух блоков сравнения, выполненных стойкими к воздействию ионизирующего излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных схемах различного назначения. Достигаемый технический результат - повышение надежности работы при возможности многократного повышения частоты импульсов.

Изобретение относится к способам управления зарядными устройствами накопительных конденсаторов и может быть использовано в электрофизических установках с емкостными накопителями энергии. Предложено в способе управления зарядными устройствами емкостного накопителя энергии на начальной стадии зарядки рабочую частоту изменять в функции текущего значения напряжения емкостного накопителя энергии, а на основной стадии выбирать ее величину исходя из требуемого максимального значения мощности на цикле зарядки.

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в импульсном рентгеновском ускорителе прямого действия. Технический результат - формирование серии последовательности импульсов тормозного излучения с минимальным размером фокусного пятна для регистрации быстропротекающих процессов.

Изобретение относится к области размагничивания кораблей и может быть использовано для питания рабочих обмоток размагничивания с установкой на судах размагничивания и на береговых станциях размагничивания взамен используемых в настоящее время электромеханических систем.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах радиоавтоматики и системах автоматического управления летательными аппаратами.

Изобретение относится к области управления транзистором и может использоваться в автоматике, телемеханике, робототехнике. Достигаемый технический результат - обеспечение надежной изоляции между управляющей и управляемой цепью.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение потерь электрической энергии.

Изобретение относится к газоразрядной технике, в частности к схемам генераторов высоковольтных импульсов с газоразрядным коммутатором тока и индуктивным накопителем энергии, и может быть использовано при создании генераторов высоковольтных импульсов со стабильными параметрами.

Изобретение относится к устройствам заряда емкостных накопителей электрической энергии, широко используемых в импульсной технике, и может быть использовано для «медленного» заряда конденсатора емкостного накопителя электрической энергии от источника тока ограниченной мощности.

Изобретение относится к средствам систем энергоснабжения установок для исследований в различных областях физики высоких плотностей энергии. Технический результат заключается в уменьшении разброса времени срабатывания модулей мультитераваттного генератора.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, криптографического кодирования и передачи информации и может быть использовано для построения генераторов случайных последовательностей импульсов большой неповторяющейся длительности. Техническим результатом является обеспечение формирования неповторяющихся случайных последовательностей большой длины с характеристиками, определяемыми заданными программно кодами структуры выходной последовательности. Устройство содержит блок формирования тактовых импульсов, блок управления и настройки, блок генерации псевдослучайных последовательностей, блок программного задания структуры обратных связей и начального состояния блока генерации, блок программного задания кода структуры выходной последовательности, блок анализа структуры выходной последовательности, блок сравнения кодов. 2 ил.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах управления (СУ) для контроля прохождения команд в коммутационных схемах. Технический результат заключается в повышении надежности и помехозащищенности схемы. Самофиксирующийся электронный ключ содержит: основной транзистор, дополнительный транзистор с противоположным типом проводимости, коллектор дополнительного транзистора через резистор подключен к базе основного транзистора, коллектор основного транзистора через резистор подключен к базе дополнительного транзистора. Транзистор питания, база которого через резистор подключена к информационному входу включения питания, а его коллектор подключен к цепи питания электронного ключа. Между базой дополнительного транзистора и входом минусовой шины подключен конденсатор, к информационному входу подключена первая оптопара, выход которой подключен к базе дополнительного транзистора, к коллектору дополнительного транзистора подключена вторая оптопара, выход которой является информационным выходом электронного ключа. 1 ил.

Изобретение относится к технике электроракетных плазменных двигательных установок (ЭРПДУ) и может быть использовано для квалификационных испытаний составных частей ЭРПДУ - плазменных двигателей (ПД) и систем электропитания и управления (СПУ) на устойчивость к воздействию электростатических разрядов, обусловленных объемной электризацией космических аппаратов. Техническим результатом предложенных решений является расширение функциональных возможностей формирования электрических имитационных импульсов, что позволяет повысить уровень квалификации ПД и СПУ по стойкости к ЭСР. Технический результат достигается тем, что при использовании емкостного накопителя в качестве источника статического электричества его ток разрядки в испытуемое оборудование (ИО) разделяют на индуктивную и емкостно-индуктивную составляющие с помощью дополнительных емкости, индуктивности и двух разделительных диодов, формируя длительность фронта имитационного импульса, а с момента выравнивания напряжений на дополнительной и накопительной емкостях их энергии суммируют и направляют в ИО через соединенные последовательно индуктивности, завершая формирование импульса в целом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться при построении самосинхронных комбинационных и вычислительных устройств, систем цифровой обработки информации. Технический результат заключается в обеспечении самосинхронной работы одноразрядного сумматора, характеризующегося отсутствием сквозного переноса при реализации на нем многоразрядного сумматора. Технический результат достигается за счет того, что в схему, содержащую два элемента И-НЕ и элемент неравнозначности, положительные и отрицательные компоненты двух слагаемых, прямой компонент первого входа переноса, прямой и инверсный компоненты второго входа переноса, прямой компонент первого выхода переноса, прямой и инверсный компоненты второго выхода переноса, положительный и отрицательный компоненты суммы, введены два элемента ИЛИ-И-ИЛИ-НЕ, два элемента ИЛИ-И-НЕ, пять элементов ИЛИ-НЕ, два элемента И-ИЛИ-НЕ, два элемента И, один элемент И-ИЛИ, два гистерезисных триггера, инвертор, нулевые компоненты входов слагаемых и выхода суммы, инверсный компонент первого входа переноса, инверсный компонент первого выхода переноса и индикаторный выход. 1 ил., 2 табл.

Генератор Аркадьева-Маркса относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в ускорителях заряженных частиц или других импульсных сильноточных устройствах. Сущность изобретения заключается в том, что по сравнению с известным генератором Аркадьева-Маркса, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, а также импульсный зарядный трансформатор, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе, новым является то, что разрядник первого каскада выполнен управляемым и снабжен системой запуска, корпус генератора разделен на две секции с фланцами, в одной секции расположен импульсный зарядный трансформатор и система запуска, каскады генератора установлены в другой секции и закреплены на металлической пластине, причем пластина зажата между смежными фланцами секций корпуса до смыкания торцевых прилегающих поверхностей пластины и фланцев и имеет отверстия, в которых с радиальным зазором относительно краев отверстий установлены диэлектрические держатели высоковольтных выводов импульсного трансформатора и системы запуска. Техническим результатом является повышение качества сборки и надежности работы генератора Аркадьева-Маркса при сохранении масс-габаритных характеристик. Дополнительным техническим результатом является повышение стабильности выходных напряжений. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в составе высоковольтного оборудования. Сущность изобретения: корпус генератора импульсных напряжений, содержащий аппаратуру генератора импульсных напряжений, заполненный диэлектрической жидкостью, выполнен в виде герметичной емкости, на наружной поверхности которой герметично установлены два снабженных обратными клапанами компенсационных бачка, сопряженных с внутренним объемом корпуса и содержащих герметичные газовые полости и гибкие выпуклые мембраны, отделяющие эти полости от полостей, заполненных диэлектрической жидкостью. Корпус также снабжен ребрами жесткости, а аппаратура генератора размещена на плите, установленной на направляющих корпуса. На торце корпуса расположено отверстие, сопряженное с проходящей по всей длине корпуса трубкой, для заливки диэлектрической жидкости и поступления воздуха при ее сливе, а также отверстие для выхода воздуха при заливке и сливе диэлектрической жидкости. Помимо этого на торце корпуса имеется смотровой купол, с отверстием для выхода воздуха и защитными дугами. Технический результат - расширение диапазона рабочей температуры при его закреплении в любом положении и с целью исключения контакта диэлектрической жидкости с окружающей средой. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к импульсной технике и может быть использована для систем питания мощных лазеров. Техническим результатом является формирование импульсов напряжения с высокой частотой повторения импульсов. Генератор включает последовательно соединенные индуктивный накопитель энергии и дрейфовый диод с резким восстановлением обратного сопротивления, а также нагрузку, подсоединенную параллельно дрейфовому диоду, и ключи. При этом ключи расположены последовательно, а индуктивный накопитель энергии подключен к точке соединения ключей между собой с возможностью регулировки амплитуды импульсов на нагрузке посредством изменения времени замыкания и размыкания ключей. Момент замыкания второго ключа находится в интервале времени между размыканием первого ключа и моментом изменения полярности тока через индуктивный накопитель, а момент его размыкания находится в интервале времени от начала формирования импульса на нагрузке до момента следующего замыкания первого ключа. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для создания наносекундных компактных генераторов. Достигаемый технический результат - уменьшение искажений выходного импульса генератора путем подавления высокочастотных колебаний переходного процесса. Генератор высоковольтных импульсов собран по схеме Аркадьева - Маркса и содержит каскады с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, расположенные в металлическом корпусе, LC-контур, корректирующий форму импульса, нагрузку, при этом корпус содержит дополнительный металлический патрубок, в котором соосно с ним расположены конденсатор, катушка индуктивности и нагрузка, конденсатор выполнен в виде металлического стакана, катушка индуктивности выполнена в виде жесткой цилиндрической спирали. 6 ил.

Изобретение относится к управлению энергопотреблением в электронной схеме, в частности к управлению рабочими точками тактовой частоты и источника напряжения в электронной схеме. Достигаемый технический результат - снижение энергопотребления. Тактовый сигнал для электронной схемы генерируют путем генерации на основании того, какой из множества случаев прикладного использования в настоящее время активен, первый сигнал, который указывает первую выбранную из множества рабочих точек тактового сигнала, на основании текущего требования к быстродействию электронной схемы генерируют второй сигнал, который указывает вторую выбранную из рабочих точек тактового сигнала, на основании того, какой из первого и второго сигналов связан с рабочей точкой более высокой тактовой частоты, генерируют третий сигнал, который указывает, какая рабочая точка тактового сигнала и, возможно, уровня напряжения должна быть активной, третий сигнал используют для управления генерацией тактового сигнала. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для подачи высоковольтных импульсов на различные приборы и устройства. Техническим результатом является увеличение надежности блока электронных ключей за счет равномерного распределения напряжения, прикладываемого между отдельными ключевыми элементами. Блок электронных ключей для коммутации высокого напряжения на нагрузке содержит N ключей на базе полевых или биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ), соединенных последовательно друг с другом и помещенных в корпус, при этом вход блока электронных ключей подключен к высоковольтному источнику питания или к нагрузке, а выход подключен к нагрузке или ее низкопотенциальному выводу, при этом параллельно каждому электронному ключу между стоком и истоком полевых транзисторов или коллектором и эмиттером для БТИЗ каждого i-го транзистора включен компенсирующий конденсатор Скомп, а величина его емкости определяется в соответствии с заданным соотношением. 3 ил.
Наверх