Цифровой модулятор для силового преобразователя электромагнитного подшипника

Авторы патента:

Беляева Ирина Сергеевна (RU)

Стариков Александр Владимирович (RU)

Рокало Даниил Юрьевич (RU)

H03K7/08 - модуляция по длительности или широтно-импульсная модуляция (ДИМ или ШИМ)

Владельцы патента RU 2597513:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в силовых преобразователях электромагнитных подшипников. Техническим результатом является упрощение конструкции цифрового модулятора для силового преобразователя электромагнитного подшипника. Цифровой модулятор для силового преобразователя электромагнитного подшипника (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, счетный триггер 4, триггер 5 знака, элементы 6 и 7 ИЛИ, триггер 8, инвертор 9, элемент 10 И, мультиплексоры 11 и 12, схему 13 ограничения и схему 14 сброса, выходные шины 15 и 16, шину 17 входного сигнала, шину 18 знака и шину 19 блокировки. Предложенный цифровой модулятор позволяет управлять силовым преобразователем электромагнитного подшипника при значительном упрощении устройства. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в силовых преобразователях электромагнитных подшипников.

Наиболее близким по технической сущности является цифровой широтно-импульсный модулятор (см. патент России №2172062, опубл. 10.08.2001, Бюл. №22), содержащий генератор прямоугольных импульсов, два счетчика, счетный триггер, триггер знака, три элемента ИЛИ, два триггера, инвертор, четыре элемента И, два мультиплексора, формирователь импульсов, элемент И-НЕ, схему ограничения и схему сброса.

Недостатком наиболее близкого цифрового широтно-импульсного модулятора является сложность его технической реализации.

Технический результат достигается тем, что в цифровом широтно-импульсном модуляторе, содержащем генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, счетный триггер, триггер знака, первый и второй элементы ИЛИ, триггер, инвертор, элемент И, первый и второй мультиплексоры, схему ограничения и схему сброса, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и входом счетного триггера, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным входами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входами второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом схемы ограничения, первый и второй входы схемы ограничения соединены соответственно с шиной входного сигнала и шиной знака, второй вход первого счетчика соединен с общей шиной, а выход - с первым входом элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого счетчика, четвертым входом второго счетчика, входом инвертора и первым входом триггера, прямой выход триггера соединен с первым входом первого и вторым входом второго мультиплексоров, инверсный выход триггера соединен со вторым входом первого и первым входом второго мультиплексоров, прямой выход триггера знака соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров, выход схемы сброса соединен с вторым входом элемента И, выход второго счетчика соединен с вторым входом триггера, четвертые входы первого и второго мультиплексоров соединены с шиной блокировки, выходы первого и второго мультиплексоров соединены соответственно с первой и второй выходными шинами.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить конструкцию цифрового модулятора для силового преобразователя электромагнитного подшипника.

На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового модулятора, на фиг. 2 - функциональная схема схемы ограничения, на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

Цифровой модулятор для силового преобразователя электромагнитного подшипника (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, счетный триггер 4, триггер 5 знака, элементы 6 и 7 ИЛИ, триггер 8, инвертор 9, элемент 10 И, мультиплексоры 11 и 12, схему 13 ограничения и схему 14 сброса, выходные шины 15 и 16, шину 17 входного сигнала, шину 18 знака и шину 19 блокировки. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен с первыми входами элементов 6 и 7 ИЛИ и входом счетного триггера 4, выход которого соединен с первым входом (входом прямого счета) счетчика 2. Вторые входы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным входами триггера 5 знака, первый вход которого соединен с шиной 18 знака, а второй вход - с выходом инвертора 9. Выходы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с первым (прямого счета) и вторым (обратного счета) входами счетчика 3, третий вход (вход предварительной установки) которого соединен с выходом схемы 13 ограничения. Первый и второй входы схемы 13 ограничения соединены соответственно с шиной 17 входного сигнала и шиной 18 знака. Второй вход (вход предварительной установки) счетчика 2 соединен с общей шиной, а выход (выход переноса) - с первым входом элемента 10 И, выход которого соединен с третьим входом (входом стробирования) счетчика 2, четвертым входом (входом стробирования) счетчика 3, входом инвертора 9 и первым входом (входом сброса) триггера 8. Прямой выход триггера 8 соединен с первым входом (информационным входом) мультиплексора 11 и вторым входом (информационным входом) мультиплексора 12. Инверсный выход триггера 8 соединен с вторым входом (информационным входом) мультиплексора 11 и первым входом (информационным входом) мультиплексора 12. Прямой выход триггера 5 знака соединен с третьими входами (входами выбора) мультиплексоров 11 и 12. Выход схемы 14 сброса соединен с вторым входом элемента 10 И. Выход счетчика 3 соединен с вторым входом (входом установки) триггера 8. Четвертые входы (входы разрешения) мультиплексоров 11 и 12 соединены с шиной 19 блокировки. Выходы мультиплексоров 11 и 12 соединены соответственно с выходными шинами 15 и 16.

Генератор 1 прямоугольных импульсов может быть выполнен, например, на микросхеме 155ЛА3 с кварцевой стабилизацией или с времязадающим конденсатором. Счетчики 2 и 3 могут быть реализованы, например, на микросхемах К555ИЕ7. Счетный триггер 4, триггер 5 знака и триггер 8 могут быть выполнены на микросхемах К555ТМ2. Элементы 6 и 7 ИЛИ могут быть реализованы микросхеме К555ЛЛ1, инвертор 9 - на микросхеме К555ЛН1, а элемент 10 И - на микросхеме К555ЛИ1. Мультиплексоры 11 и 12 могут быть выполнены на микросхеме К531КП2.

Схема 13 ограничения (фиг. 2) содержит, например, группу 20 элементов ИЛИ, группу 21 элементов И, элемент 22 И-НЕ, элементы 23 и 24 ИЛИ, элемент 25 ИЛИ-НЕ и инвертор 26.

В зависимости от величины, на которой должен быть ограничен входной сигнал, n-разрядные входы шины 17 разбиваются на две группы: с 1 до (n-m) и с (n-m+1) до n, причем m<n. Первая группа разрядов - с 1 до (n-m), соединена с первыми входами группы 20 элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами группы 21 элементов И, выходы которых являются (n-m) младшими разрядами выхода схемы 13 ограничения. Вторая группа разрядных входов шины 17 - с (n-m+1) по n - являются соответствующими разрядами выхода схемы 13 ограничения. Они соединены с m входами элемента 22 И-НЕ и элемента 23 ИЛИ. Выход элемента 22 И-НЕ соединен с первым входом элемента 24 ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами группы 21 элементов И. Выход элемента 23 ИЛИ соединен с первым входом элемента 25 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора 26, а выход - со вторыми входами группы 20 элементов ИЛИ. Второй вход элемента 24 ИЛИ и вход инвертора 26 соединены с шиной 18 знака.

Схема 14 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, причем второй вывод резистора присоединяется к шине питания, а второй вывод конденсатора - к общей шине. Вывод сопротивления, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 14 сброса.

Цифровой модулятор для силового преобразователя электромагнитного подшипника работает следующим образом.

После включения напряжения питания схема 14 сброса формирует сигнал, который устанавливает в исходное состояние триггер 8, стробирует через элемент 10 И счетчики 2 и 3, а также через инвертор 9 - триггер 5 знака. При этом входной сигнал, пройдя через схему 13 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или дополнительном (при отрицательном знаке сигнала) коде в счетчик 3, а код знака этого сигнала записывается в триггер 5 знака.

В зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой f₀ (фиг. 3а) проходят либо через элемент 6 ИЛИ (знак положительный), либо элемент 7 ИЛИ (знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход прямого счета, либо на вход обратного счета счетчика 3. В зависимости от величины N входного сигнала на выходе переноса счетчика 3 через промежуток времени

где n - количество разрядов двоичного счетчика,

после начальной установки (стробирования) появится отрицательный импульс (фиг. 3б). Этот импульс поступает на вход установки триггера 8. При этом на инверсном выходе триггера 8 появляется сигнал низкого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 12 и второй вход мультиплексора 11, а на прямом выходе триггера 8 появляется сигнал высокого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 11 и второй вход мультиплексора 12. Прямоугольные импульсы с генератора 1 поступают также на вход счетного триггера 4, который производит деление частоты f₀ на 2. Прямоугольные импульсы с частотой (фиг. 3в) со счетного триггера 4 поступают на счетный вход счетчика 2. На выходе переноса счетчика 2 через промежуток времени

после начальной установки появляется отрицательный импульс (фиг. 3г), который, пройдя через элемент 10 И, поступает на вход сброса триггера 8 и возвращает его в исходное состояние. Этот же импульс через элемент 10 И стробирует счетчики 2 и 3 и через инвертор 9 - триггер 5 знака, после чего процесс формирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3, триггера 8 и мультиплексоров 11 и 12 повторяется. Если на шине 19 блокировки присутствует разрешительный сигнал, то при положительном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 11 проходит сигнал с прямого выхода триггера 8, а на выход мультиплексора 12 - с инверсного выхода триггера 8. При отрицательном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 11 проходит сигнал с инверсного выхода триггера 8, а на выход мультиплексора 12 - с прямого выхода триггера 8. В результате на выходных шинах 15 и 16 (фиг. 3д, е) цифрового модулятора при любом знаке входного сигнала получается прямая и инверсная широтно-модулированные последовательности импульсов скважностью

Эти последовательности импульсов могут управлять силовыми транзисторами, регулирующими напряжения (токи) на обмотках противоположных магнитов электромагнитного подшипника. При запретительном уровне сигнала на шине 19 блокировки на выходных шинах 15 и 16 цифрового модулятора будут присутствовать сигналы низкого уровня. Это позволяет при необходимости блокировать работу силовых транзисторов и осуществлять требуемую логику запуска системы управления электромагнитным подшипником.

Схема 20 ограничения предназначена для ограничения на определенном уровне входного сигнала с целью исключения возможности опрокидывания широтно-импульсной модуляции.

Предложенный цифровой модулятор, так же как и прототип, позволяет управлять силовым преобразователем электромагнитного подшипника при значительном упрощении устройства.

Цифровой модулятор для силового преобразователя электромагнитного подшипника, содержащий генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, счетный триггер, триггер знака, первый и второй элементы ИЛИ, триггер, инвертор, элемент И, первый и второй мультиплексоры, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и входом счетного триггера, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным входами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входами второго счетчика, третий вход которого соединен с выходом схемы ограничения, первый и второй входы схемы ограничения соединены соответственно с шиной входного сигнала и шиной знака, второй вход первого счетчика соединен с общей шиной, а выход - с первым входом элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого счетчика, четвертым входом второго счетчика, входом инвертора и первым входом триггера, прямой выход триггера соединен с первым входом первого и вторым входом второго мультиплексоров, инверсный выход триггера соединен с вторым входом первого и первым входом второго мультиплексоров, прямой выход триггера знака соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров, выход схемы сброса соединен с вторым входом элемента И, отличающийся тем, что выход второго счетчика соединен с вторым входом триггера, четвертые входы первого и второго мультиплексоров соединены с шиной блокировки, выходы первого и второго мультиплексоров соединены соответственно с первой и второй выходными шинами.

Изобретение относится к области цифрового формирования модулированных импульсных сигналов для усилительных и генераторных устройств гидроакустических передающих трактов ультразвукового диапазона.

Блок электронных ключей для коммутации высокого напряжения на нагрузке // 2588170

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.

Высокоэффективный шим-модулятор для линейной модуляции высокочастотных усилителей мощности ключевого режима // 2522881

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в усилителях мощности передатчиков. Достигаемый технический результат - повышение энергетической эффективности и повышение линейности.

Цифровой модулятор для управления синхронным электродвигателем // 2517423

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в силовых преобразователях систем управления синхронными электродвигателями, оснащенными датчиками положения ротора.

Способ обнаружения широкополосных сигналов и устройство для его реализации // 2470459

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и устройствам обнаружения широкополосных сигналов в системах радиосвязи, и может быть использовано в приемных устройствах радиоэлектронных систем связи, использующих фазоманипулированные сигналы.

Способ и устройство для обработки сигналов широтно-импульсной модуляции // 2467476

Изобретение относится к процессору сигналов с масштабированным аналоговым сигналом. .

Линейный широтно-импульсный преобразователь с двумя выходами на цифровых микросхемах - триггере шмитта и двух инверторах // 2409891

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к широтно-импульсным преобразователям (ШИП) на основе триггеров Шмитта, и может быть использовано при проектировании стабильных импульсных источников питания, в проводах ШИМ двигателей постоянного тока, во времяимпульсных вычислительных системах и других устройствах измерительной техники и автоматики.

Способ передачи сигналов // 2384939

Изобретение относится к области передачи данных и может быть использовано для передачи данных от скважинных датчиков в нефтегазодобывающей отрасли. .

Способ формирования широтно-импульсного сигнала // 2341016

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в системах управления широтно-импульсными преобразователями. .

Способ преобразования произведения двух аналоговых сигналов в широтно-импульсный сигнал // 2331922

Цифровой широтно-импульсный модулятор // 2603546

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях мощности. Техническим результатом является упрощение технической реализации цифрового широтно-импульсного модулятора. Такой результат достигается за счет того, что цифровой широтно-импульсный модулятор содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, счетный триггер 4, триггер 5 знака, элементы ИЛИ 6, 7, 8, 9, 10 и 11, триггеры 12 и 13, инвертор 14, элементы И 15, 16 и 17, элементы И-НЕ 18 и 19, формирователи 20 и 21 импульсов, мультиплексоры 22, 23, 24 и 25, схему 26 ограничения и схему 27 сброса, выходные шины 28, 29, 30 и 31, шину 32 входного сигнала, шину 33 знака и шину 34 блокировки. Предложенный цифровой широтно-импульсный модулятор позволяет выполнять те же функции, что и прототип, при значительном упрощении устройства. 3 ил.

Способ и устройство для обработки pwm-данных // 2612595

Изобретение относится к способу и устройству для обработки PWM-данных. Технический результат заключается в уменьшении размера PWM-данных. Способ включает в себя: определение ширины импульса каждой точки сходимости, в которой ширины импульсов сходятся вокруг идентичной ширины импульса в распознаваемых PWM-данных; замену каждой из ширин импульсов, сходящихся вокруг соответствующей идентичной ширины импульса, на ширину импульса соответствующей точки сходимости; формирование таблицы запросов ширины импульса, содержащей ширину импульса каждой точки сходимости; и представление PWM-данных посредством каждого индекса каждой ширины импульса в таблице запросов ширины импульса. При этом определение ширины импульса каждой точки сходимости содержит этапы, на которых помечают каждую ширину импульса в распознаваемых PWM-данных на широтно-импульсной координате одномерной формы; определяют каждую область на широтно-импульсной координате, в которой плотность пометки равна или превышает предварительно установленную плотность, и определяют ширины импульсов в области в качестве ширин импульсов, сходящихся вокруг идентичной ширины импульса; вычисляют среднее значение ширин импульсов в области; и определяют среднее значение в качестве ширины импульса точки сходимости, в которой ширины импульсов сходятся вокруг идентичной ширины импульса. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство формирования двухканального широтно-модулированного сигнала // 2613522

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в стабилизированных источниках вторичного электропитания, системах управления электрическими машинами, устройствах измерительной техники и автоматики. Технический результат заключается в повышении качества стабилизации напряжения и тока за счет повышения температурной стабильности. Поставленная цель достигается тем, что формируется широтно-модулированный сигнал управления, пропорциональный величине постоянной составляющей тока обратной связи, который изменяет угол наклона пилообразного напряжения на конденсаторе. Ширина импульсного сигнала определяется длительностью нарастания пилообразного напряжения до момента достижения значения эталонного напряжения. Устройство формирования двухканального широтно-модулированного сигнала состоит из преобразователя напряжения обратной связи в ток, выполненного на операционном усилителе, резисторе, МДП-транзисторе, которые обеспечивают высокий коэффициент усиления и термостабильность. 5 ил.

Цифровой модулятор для преобразования частоты // 2644070

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в преобразователях частоты для управления электродвигателями переменного тока. Технический результат заключается в формировании различных законов регулирования напряжения в функции частоты силового преобразователя и обеспечении возможности независимого регулирования максимальной частоты напряжения и широтно-импульсной модуляции. Цифровой модулятор для преобразователя частоты содержит генератор 1 и 2 прямоугольных импульсов, счетчики 3, 4, 5 и 6, триггеры 7, 8, 9 и 10, элементы 11, 12, 13 и 14 ИЛИ, инвертор 15, элементы 16 и 17 И, элементы 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24 И-НЕ, дешифраторы 25, 26 и 27, формирователи 28, 29 и 30 импульсов, сумматоры 31 и 32, регистры 33, 34, 35 и 36, двочно-шестиричный счетчик 37, схему 38 сброса, выходные шины 39, 40, 41, 42, 43 и 44, шину 45 сигнала задания частоты, шину 46 сигнала задания напряжения, шину 47 сигнала знака и шину 48 сигнала синхронизации. Предложенный цифровой модулятор для преобразователя частоты позволяет формировать различные законы регулирования напряжения в функции частоты и обеспечить возможность независимого регулирования максимальной частоты напряжения и широтно-импульсной модуляции. 4 ил.