RU23006U1 - WIDTH-PULSE MODULATOR - Google Patents

WIDTH-PULSE MODULATOR

Info

Publication number
RU23006U1
RU23006U1 RU2001131469/20U RU2001131469U RU23006U1 RU 23006 U1 RU23006 U1 RU 23006U1 RU 2001131469/20 U RU2001131469/20 U RU 2001131469/20U RU 2001131469 U RU2001131469 U RU 2001131469U RU 23006 U1 RU23006 U1 RU 23006U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
inverter
resistor
input
pulse
Prior art date
Application number
RU2001131469/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.А. Миронов
Original Assignee
Миронов Анатолий Александрович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Миронов Анатолий Александрович filed Critical Миронов Анатолий Александрович
Priority to RU2001131469/20U priority Critical patent/RU23006U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU23006U1 publication Critical patent/RU23006U1/en

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Широтно-импульсный модулятор, содержащий источник питания, регулирующий элемент, первый вывод которого соединен с первым выводом источника питания, а второй вывод - с первым выводом ограничительного резистора, источник тока контролируемой цепи, первый и второй выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами резисторного датчика тока, логическая микросхема на основе комплементарных МОП-транзисторов (КМОП-микросхема), содержащая не менее двух инверторов, первый вывод питания которой соединен с первым выводом источника питания, а второй вывод питания - со вторым выводом источника питания, выход первого инвертора соединен с входом второго инвертора, частотозадающий конденсатор, подключенный между входом первого инвертора и выходом второго инвертора, частотозадающий резистор, подключенный между входом и выходом первого инвертора, отличающийся тем, что КМОП-микросхема содержит не менее пяти инверторов и в него также введены второй конденсатор, второй резистор и диод, причем вход третьего инвертора подключен к первому выводу резисторного датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ограничительного резистора, катод диода подключен к выходу третьего инвертора, а его анод через второй резистор - ко вторым выводам источника питания и ограничительного резистора, второй конденсатор подключен между выходом второго инвертора и анодом диода, который соединен с входом четвертого инвертора, выход которого подключен к входу пятого инвертора, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора.A pulse-width modulator containing a power source, a control element, the first output of which is connected to the first output of the power source, and the second output to the first output of the limiting resistor, the current source of the controlled circuit, the first and second conclusions of which are connected respectively to the first and second terminals of the resistor current sensor, a logic microcircuit based on complementary MOS transistors (CMOS microcircuit), containing at least two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the source and the power supply, and the second power output - with the second output of the power source, the output of the first inverter is connected to the input of the second inverter, a frequency-setting capacitor connected between the input of the first inverter and the output of the second inverter, a frequency-setting resistor connected between the input and output of the first inverter, characterized in that the CMOS chip contains at least five inverters and a second capacitor, a second resistor and a diode are also introduced into it, and the input of the third inverter is connected to the first output of the resistor current sensor, the second output of which is connected to the first output of the limiting resistor, the cathode of the diode is connected to the output of the third inverter, and its anode through the second resistor to the second terminals of the power supply and the limiting resistor, the second capacitor is connected between the output of the second inverter and the anode of the diode, which is connected to the input of the fourth an inverter whose output is connected to the input of the fifth inverter, the output of which is the output of a pulse-width modulator.

Description

Широтно-импульсный модулятор.Pulse Width Modulator.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при построении устройств управления высокочастотных импульсных источников электропитания.The utility model relates to electrical engineering and can be used in the construction of control devices for high-frequency switching power supplies.

Известен широтно-импульсный модулятор (ШИМ), содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, усилитель сигнала обратной связи, компаратор защиты по току и компаратор широтно-модулированного сигнала 1, 2. ШИМ используется при построении устройств управления импульсных источников питания для выработки сигналов управления силовыми ключами.Known pulse-width modulator (PWM), containing a linearly varying voltage generator, a feedback signal amplifier, a current protection comparator and a pulse-width modulated signal comparator 1, 2. PWM is used in the construction of control devices for switching power supplies to generate power switch control signals.

К недостаткам указанного технического решения можно отнести реализацию его на аналоговых функциональных узлах (усилители, компараторы), которые независимо от режима работы непрерывно потребляют ток. В результате весь узел ШИМ потребляет относительно большой ток (десятки миллиампер). Это снижает общий КПД источника питания, использующего указанный ШИМ, усложняет его, заставляя вводить дополнительный низковольтный канал специально для питания ШИМ. Если, к тому же, модулятор работает на высокой частоте (сотни килогерц), вышеупомянутые функциональные узлы его выполняются на биполярных транзисторах, что ещё больше увеличивает потребление энергии. При уменьшении нагрузки на выходе источника питания или холостом ходе напряжение канала питания такого ШИМ уменьшается до значений, препятствующих нормальной работе источника питания в целом. Перечисленные недостатки сужают функциональные возможности и область применимости рассмотренного технического решения.The disadvantages of this technical solution include its implementation on analog functional units (amplifiers, comparators), which, regardless of the operating mode, continuously consume current. As a result, the entire PWM node consumes a relatively large current (tens of milliamps). This reduces the overall efficiency of the power source using the specified PWM, complicates it, forcing to introduce an additional low-voltage channel specifically for powering the PWM. If, in addition, the modulator operates at a high frequency (hundreds of kilohertz), the above-mentioned functional units are executed on bipolar transistors, which further increases energy consumption. With a decrease in the load at the output of the power source or at idle, the voltage of the power channel of such a PWM decreases to values that impede the normal operation of the power source as a whole. These shortcomings narrow the functionality and scope of the considered technical solutions.

МКИ7: G 05 F 1/56 источником питания, приведённый в 3. Его функциональная схема показанаMKI7: G 05 F 1/56 power supply, given in 3. Its functional diagram is shown

на фиг. 1. Широтно-импульсный модулятор содержит источник питания, регулирующий элемент, первый вывод которого соединён с первым выводом источника питания, а второй вывод - с первым выводом ограничительного резистора, второй вывод которого соединён с первым выводом суммирующего резистора, второй вывод которого соединён с первыми выводами источника тока контролируемой цепи и резисторного датчика тока, вторые выводы которых соединены со вторым выводом источника питания, логическая микросхема на основе комплементарных МОП-транзисторов (далее - КМОП-микросхема), содержащая не менее двух инверторов, первый вывод питания которой соединён с первым выводом источника питания, а второй вывод питания - со вторым выводом источника питания, выход первого инвертора соединён с входом второго инвертора, выход которого является выходом ШИМ, частотозадающий конденсатор, подключенный между входом первого инвертора и выходом второго инвертора, частотозадающий резистор, подключенный между входом и выходом первого инвертора и транзистор, коллектор которого подключен к входу первого инвертора, эмиттер - к второму выводу источника питания, а база - к первому выводу суммирующего резистора.in FIG. 1. The pulse-width modulator contains a power source, a control element, the first output of which is connected to the first output of the power source, and the second output to the first output of the limiting resistor, the second output of which is connected to the first output of the summing resistor, the second output of which is connected to the first outputs a current source of the controlled circuit and a resistor current sensor, the second terminals of which are connected to the second output of the power source, a logic chip based on complementary MOS transistors (hereinafter - K OP-microcircuit), containing at least two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the power source, and the second power output to the second output of the power source, the output of the first inverter is connected to the input of the second inverter, the output of which is the PWM output, frequency-setting capacitor connected between the input of the first inverter and the output of the second inverter, a frequency-setting resistor connected between the input and output of the first inverter and a transistor whose collector is connected to the input of the first inverter, e Itter - to the second terminal of the power source and the base - to the first output of the summing resistor.

На функциональной схеме ШР1М, приведённой в 3, регулирующий элемент выполнен на фототранзисторе оптрона VT2 с резистором R8, ограничительным резистором является резистор R5, транзистором транзистор VT1, суммирующим резистором - резистор R6, источник тока контролируемой цепи выполнен на трансформаторе тока ТА1 и диоде VD3, а резисторным датчиком тока является резистор R7. Роль частотозадающих конденсатора и резистора выполняют соответственно элементы СЗ и R4, а первого и второго инверторов - инверторы D1 и D2 соответственно. Питается ШИМ энергией, аккумулированной в конденсаторе С1, который, в свою очередь, заряжается от внешнего источника энергии через резистор R2. Незадействованные в работе схемы ШИМ инверторы микросхемы могутIn the SHR1M functional circuit shown in 3, the regulating element is made on a phototransistor VT2 optocoupler with resistor R8, the limiting resistor is resistor R5, transistor transistor VT1, summing resistor is resistor R6, the current source of the controlled circuit is made on current transformer TA1 and diode VD3, and resistor current sensor is a resistor R7. The role of the frequency-setting capacitor and resistor are respectively performed by the SZ and R4 elements, and the first and second inverters are the inverters D1 and D2, respectively. It is powered by PWM energy accumulated in capacitor C1, which, in turn, is charged from an external energy source through resistor R2. Unused PWM circuits inverters microcircuits can

2 быть подключены параллельно второму инвертору для умощнения выхода2 be connected in parallel to the second inverter to power output

блока (на фиг. 1 не показано).block (not shown in FIG. 1).

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются источник питания, регулируюпдий элемент, первый вывод которого соединён с первым выводом источника питания, а второй вывод - с первым выводом ограничительного резистора, источник тока контролируемой цепи, первый и второй выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами резисторного датчика тока, КМОП-микросхема, содержащая не менее двух инверторов, первый вывод питания которой соединён с первым выводом источника питания, а второй вывод питания - со вторым выводом источника питания, выход первого инвертора соединён с входом второго инвертора, частотозадающий конденсатор, подключенный между входом первого инвертора и выходом второго инвертора, частотозадающий резистор, подключенный между входом и выходом первого инвертора.Common features of the proposed technical solution and prototype are a power source, an adjustable element, the first output of which is connected to the first output of the power source, and the second output to the first output of the limiting resistor, the current source of the controlled circuit, the first and second conclusions of which are connected respectively to the first and second the outputs of the resistor current sensor, a CMOS chip containing at least two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the power source, and the second power output - a second power supply terminal, an output of first inverter is connected to the input of a second inverter frequency control capacitor coupled between the input of the first inverter and the output of the second inverter frequency control resistor connected between the input and output of the first inverter.

ШИМ прототипа работает следующим образом. На первом и втором инверторах выполнен задающий генератор прямоугольных импульсов, исходная длительность импульса „ макс и паузы „ макс которого определяется номиналами частотозадающих резистора и конденсатора. Временная диаграмма напряжения на выходе задающего генератора, выход которого является выходом ШР1М, показана на фиг. 2а. Источник тока контролируемой цепи измеряет мгновенное значение тока в цепи силового ключа. Мгновенное значение напряжения на резисторном датчике тока пропорционально значению указанного тока и показано на фиг. 26. Во время единичного состояния на выходе ШИМ силовой ключ открыт, ток в контролируемой цепи увеличивается, во время нулевого состояния на выходе ШИМ силовой ключ закрыт, и ток в контролируемой цепи отсутствует. Максимальному значению тока в контролируемой цепи 1макс соответствует напряжение на резисторном датчике тока, равное напряжению «база-эмиттер открытого транзистора Ибэ откр 0,7 Вольт.PWM prototype works as follows. At the first and second inverters, a square-wave driving oscillator was made, the initial pulse duration of “max and pauses” whose max is determined by the values of the frequency-setting resistor and capacitor. The timing diagram of the voltage at the output of the master oscillator, the output of which is the output of SR1M, is shown in FIG. 2a. The current source of the monitored circuit measures the instantaneous current value in the power switch circuit. The instantaneous voltage value across the resistor current sensor is proportional to the value of the indicated current and is shown in FIG. 26. During a single state at the PWM output, the power switch is open, the current in the controlled circuit increases, during the zero state at the PWM output, the power switch is closed and there is no current in the controlled circuit. The maximum current value in the controlled circuit 1max corresponds to the voltage on the resistor current sensor, equal to the voltage "base-emitter of the open transistor Ibe open 0.7 Volt.

3 Регулирование происходит следующим образом. При включении3 Regulation is as follows. When turned on

сначала ПШМ вырабатывает импульсы максимальной длительности, и напряжение на резисторном датчике тока увеличивается, оставаясь меньше напряжения открывания транзистора Ugg откр (фиг.2в). Сигнал обратной связи отсутствует. Сопротивление регулирующего элемента чрезвычайно велико. Если во время очередного рабочего такта указанное выше значение Убэ откр 0,7 Вольт будет достигнуто, транзистор откроется, и на выходе ШИМ будет принудительно установлено нулевое состояние. Силовой ключ закроется, что защитит его от перегрузок по току. Когда регулируемый параметр ШИМ, например, выходное напряжение импульсного источника питания, достигнет своего номинального значения, появится сигнал обратной связи, сопротивление регулирующего элемента уменьшится и протекающий через него ток создаст на базе транзистора постоянное смещение. Поскольку предельное значение напряжения на базе транзистора Ибэ откр не может быть более 0,7 Вольт, должна будет уменьшиться амплитуда импульсной составляющей напряжения - падения напряжения на резисторном датчике тока. А это, в свою очередь, может быть достигнуто только уменьшением длительности импульса на выходе ШИМ. Таким образом, изменяя степень проводимости регулирующего элемента можно в широких пределах изменять длительность выходного импульса ШИМ.first, the FSB generates pulses of maximum duration, and the voltage on the resistor current sensor increases, remaining less than the opening voltage of the transistor Ugg open (figv). There is no feedback signal. The resistance of the control element is extremely high. If during the next working cycle the above value Ube open 0.7 Volt is reached, the transistor will open and the PWM output will be forced to zero. The power switch will close, which will protect it from overcurrent. When the adjustable PWM parameter, for example, the output voltage of the switching power supply, reaches its nominal value, a feedback signal appears, the resistance of the control element decreases and the current flowing through it creates a constant bias based on the transistor. Since the limit value of the voltage based on the Ibe open transistor cannot be more than 0.7 Volts, the amplitude of the pulse component of the voltage - the voltage drop across the resistor current sensor should decrease. And this, in turn, can be achieved only by reducing the pulse duration at the PWM output. Thus, by varying the degree of conductivity of the regulating element, it is possible to widely vary the duration of the PWM output pulse.

К недостаткам рассматриваемого технического решения относится температурная зависимость максимального тока в контролируемой цепи 1максОна обусловлена тем, что напряжение Убэ откр дрейфует при изменении температуры со скоростью около -2,2 мВ/°С. При изменении температуры ШИМ от -60 °С до +100 °С это изменение составит примерно 50 %. Во столько же раз изменится и значение максимального тока в контролируемой цепи.The disadvantages of the considered technical solution include the temperature dependence of the maximum current in the controlled circuit 1maxOne due to the fact that the Ube voltage drifts when the temperature changes at a speed of about -2.2 mV / ° C. If the PWM temperature changes from -60 ° С to +100 ° С, this change will be approximately 50%. The value of the maximum current in the controlled circuit will change as many times.

Другой важный недостаток указанного технического решения состоит в том, что для уменьшения тока, потребляемого ШОИМ от источника питания, транзистор должен работать в режиме малых токов. Однако при этомAnother important drawback of this technical solution is that in order to reduce the current consumed by the SHOIM from the power source, the transistor must operate in low current mode. However, at the same time

u //3/i / gu // 3 / i / g

4 увеличивается время его закрывания, т. к. рассасывание избыточного заряда в4 increases the time of its closing, because the absorption of excess charge in

областях базы и коллектора происходит именно током. Указанная особенность не позволяет уменьшить минимальную длительность выходного импульса ТТТИМ менее некоторого значения (для рассматриваемого устройства оно составляет около 2 микросекунд). Это ограничивает максимальную частоту работы ШИМ, ухудшает его динамические характеристики при малых длительностях выходного импульса, т. е. сужает его функциональные возможности.areas of the base and collector occurs precisely by current. This feature does not allow reducing the minimum duration of the TTTIM output pulse to less than a certain value (for the device in question, it is about 2 microseconds). This limits the maximum frequency of PWM operation, worsens its dynamic characteristics at short output pulse durations, i.e., narrows its functionality.

Ещё один недостаток рассматриваемого ШИМ состоит в следующем. Импульсная составляющая напряжения на базе транзистора Убэ имп, поступающая с резисторного датчика тока, определяется из выражения:Another drawback of the PWM under consideration is the following. The pulse component of the voltage based on the Ube imp transistor coming from the resistor current sensor is determined from the expression:

Ибэ имп ирд, (Rorp + Rper) / ( RE + Rorp + Rper ), ГДеIbe imp ird, (Rorp + Rper) / (RE + Rorp + Rper), Where

UpjT - напряжение на резисторном датчике тока;UpjT - voltage on the resistor current sensor;

RS - сопротивление суммирующего резистора;RS is the resistance of the summing resistor;

Rorp - сопротивление ограничительного резистора;Rorp - resistance of the limiting resistor;

Rper - сопротивление регулирующего элемента;Rper is the resistance of the regulatory element;

С увеличением сигнала обратной связи возрастает степень открывания регулирующего элемента, т. е. уменьшается его сопротивление. При этом увеличивается постоянное смещение на базе транзистора и уменьшается амплитуда импульсной составляющей, выделяемой на резисторном датчике тока. Однако, как следует из приведённого выражения, амплитуда и крутизна линейно возрастающей части импульсной составляющей на базе транзистора уменьшаются в ещё большей степени. Это, в свою очередь, снижает устойчивость при работе в режиме короткого выходного импульса и максимальную частоту работы, повышает вероятность возникновения возбуждения импульсного источника питания, в котором работает описываемый ШИМ.With an increase in the feedback signal, the degree of opening of the regulatory element increases, i.e., its resistance decreases. In this case, the constant bias at the base of the transistor increases and the amplitude of the pulse component allocated to the resistor current sensor decreases. However, as follows from the above expression, the amplitude and steepness of the linearly increasing part of the pulse component based on the transistor decrease even more. This, in turn, reduces the stability during operation in the mode of a short output pulse and the maximum frequency of operation, increases the likelihood of excitation of a pulsed power source in which the described PWM operates.

Кроме того, к особенностям работы рассматриваемого ШИМ относится регулирование коэффициента заполнения выходных импульсов путём уменьшения длительности исходного импульса „ макс ДО минимальногоIn addition, the operation features of the PWM under consideration include the regulation of the duty cycle of the output pulses by reducing the duration of the initial pulse “max up to the minimum

//я/У// i / u

5 5

его значения „ мин при ностоянной длительности паузы „. В процессе регулирования изменяется частота работы ШИМ, что делает невозможной синхронизацию его с другими узлами аппаратуры и сужает функциональные возможности рассматриваемого ШИМ.its value is “min at a constant pause duration”. In the process of regulation, the frequency of PWM operation changes, which makes it impossible to synchronize it with other equipment nodes and reduces the functionality of the PWM under consideration.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение температурной стабильности выходных параметров, максимальной рабочей частоты, расширение области устойчивой работы и увеличение функциональных возможностей ШИМ.The technical task of the proposed utility model is to increase the temperature stability of the output parameters, the maximum operating frequency, expand the area of stable operation and increase the functionality of PWM.

Поставленная техническая задача решается тем, что предлагается ШИМ, содержавший источник питания, регулирующий элемент, первый вывод которого соединён с первым выводом источника питания, а второй вывод - с первым выводом ограничительного резистора, источник тока контролируемой цепи, первый и второй выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами резисторного датчика тока, КМОП-микросхема, содержаш,ая не менее двух инверторов, первый вывод питания которой соединён с первым выводом источника питания, а второй вывод питания - со вторым выводом источника питания, выход первого инвертора соединён с входом второго инвертора, частотозадающий конденсатор, подключенный между входом первого инвертора и выходом второго инвертора, частотозадающий резистор, подключенный между входом и выходом первого инвертора, причём в него введены второй конденсатор, второй резистор и диод, а КМОП-микросхема должна содержать не менее пяти инверторов, причём вход третьего инвертора подключен к первому выводу резисторного датчика тока, второй вывод которого соединён с первым выводом ограничительного резистора, катод диода подключен к выходу третьего инвертора, а его анод через второй резистор - к вторым выводам источника питания и ограничительного резистора, второй конденсатор подключен между выходом второго инвертора и анодом диода, который соединён с входом четвёртого инвертора, выход которого подключен к входу пятого инвертора, выходThe stated technical problem is solved by the fact that a PWM is proposed that contains a power source, a control element, the first terminal of which is connected to the first terminal of the power source, and the second terminal is connected to the first terminal of the limiting resistor, the current source of the controlled circuit, the first and second terminals of which are connected respectively to the first and second terminals of the resistor current sensor, a CMOS chip containing at least two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the power source, and the second output is pi - with the second output of the power source, the output of the first inverter is connected to the input of the second inverter, a frequency-setting capacitor connected between the input of the first inverter and the output of the second inverter, a frequency-setting resistor connected between the input and output of the first inverter, and a second capacitor, a second resistor are introduced into it and a diode, and the CMOS chip must contain at least five inverters, and the input of the third inverter is connected to the first output of the resistor current sensor, the second output of which is connected to the first by the output of the limiting resistor, the cathode of the diode is connected to the output of the third inverter, and its anode through the second resistor to the second terminals of the power supply and the limiting resistor, the second capacitor is connected between the output of the second inverter and the anode of the diode, which is connected to the input of the fourth inverter, the output of which is connected to fifth inverter input, output

которого является выходом широтно-импульсного модулятора.which is the output of a pulse width modulator.

Введение в устройства дополнительных элементов и новых неочевидных связей позволили устранить температурную зависимость выходных параметров, расширить область устойчивой работы ШРТМ, увеличить максимальную рабочую частоту, сделать возможной внешнюю синхронизацию, что расширяет его функциональные возможности.The introduction of additional elements and new non-obvious connections into the devices made it possible to eliminate the temperature dependence of the output parameters, expand the area of stable operation of the SHRTM, increase the maximum operating frequency, and make external synchronization possible, which expands its functionality.

Заявитель не обнаружил технических решений, имеющих сходные признаки с признаками, отличаюш;ими заявляемое решение от прототипа, а, следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.The applicant did not find technical solutions that have similar characteristics with the signs, different; they claimed solution from the prototype, and, therefore, the proposed technical solution has significant differences.

Предлагаемое устройство изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования и не требует регулировки, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию промышленной применимости.The proposed device is made of standard elements that are commercially available from industry. It is assembled by typical installation operations using standard equipment and does not require adjustment, which is especially important in serial production. Therefore, the proposed device meets the criterion of industrial applicability.

На фиг. 3 приведена функциональная схема предлагаемого ШИМ.In FIG. 3 shows a functional diagram of the proposed PWM.

Предлагаемый широтно-импульсный модулятор содержит источник питания 1, регулирующий элемент 2, ограничительный резистор 3, источник тока контролируемой цепи 4, резисторный датчик тока 5, частотозадающие конденсатор 6 и резистор 7, КМОП-микросхему 8, содержащую не менее пяти инверторов И1 - Pin, диод 9, второй резистор 10 и второй конденсатор 11.The proposed pulse-width modulator contains a power source 1, a regulating element 2, a limiting resistor 3, a current source of a controlled circuit 4, a resistor current sensor 5, a frequency-setting capacitor 6 and a resistor 7, a CMOS chip 8 containing at least five I1 inverters - Pin, diode 9, a second resistor 10 and a second capacitor 11.

В предлагаемом ШИМ первый вывод питания микросхемы 8 соединён с первыми выводами регулирующего элемента 2 и источника питания 1, второй вывод питания микросхемы 8 соединён со вторыми выводами ограничительного резистора 3 и источника питания 1. Второй вывод регулирующего элемента 2 соединён с первым выводом ограничительного резистора 3 и вторыми выводами источника тока контролируемой цепи 4 и резисторного датчика тока 5, первые выводы которых подключены к входуIn the proposed PWM, the first output of the microcircuit 8 is connected to the first terminals of the regulating element 2 and the power supply 1, the second output of the microcircuit 8 is connected to the second terminals of the limiting resistor 3 and the power source 1. The second terminal of the regulating element 2 is connected to the first terminal of the limiting resistor 3 and the second conclusions of the current source of the controlled circuit 4 and the resistor current sensor 5, the first conclusions of which are connected to the input

Г//уУ/G // yU /

7 третьего инвертора ИЗ. Выход третьего инвертора ИЗ соединён с катодом7 of the third inverter FROM. The output of the third inverter FROM is connected to the cathode

диода 9, анод которого соединён с входом четвёртого инвертора И4, выход которого нодключен к входу пятого инвертора И5, выход которого является выходом ШР1М. Частотозадающий конденсатор 6 подключен между входом первого инвертора И1 и выходом второго инвертора И2. Частотозадающий резистор 7 подключен между входом и выходом первого инвертора И1. Второй конденсатор 11 подключен между выходом второго инвертора И2 и входом четвёртого инвертора И4, а второй резистор 10 - между входом четвертого инвертора И4 и вторым выводом источника питания 1.diode 9, the anode of which is connected to the input of the fourth inverter I4, the output of which is connected to the input of the fifth inverter I5, the output of which is the output of ШР1М. Frequency-setting capacitor 6 is connected between the input of the first inverter I1 and the output of the second inverter I2. Frequency-setting resistor 7 is connected between the input and output of the first inverter I1. The second capacitor 11 is connected between the output of the second inverter I2 and the input of the fourth inverter I4, and the second resistor 10 is between the input of the fourth inverter I4 and the second output of the power source 1.

В качестве регулирующего элемента 2, как и в прототипе, может быть применён какой-либо элемент, изменяющий своё сопротивление, например, фототрапзистор или фотодиод оптрона, магнитодиод и т. д. Источником тока контролируемой цепи 4 может служить, например, трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в защищаемую силовую цепь.As a regulating element 2, as in the prototype, some element can be used that changes its resistance, for example, a phototrapistor or optocoupler photodiode, magnetodod, etc. The current source of the controlled circuit 4 can be, for example, a current transformer, primary whose winding is included in the protected power circuit.

Работа предлагаемого ШИМ поясняется с помощью временных диаграмм, показанных на фиг. 4. При включении сигнал обратной связи отсутствует, регулирующий элемент 2 закрыт, напряжение на ограничительном резисторе 3 практически равно 0. Задающий генератор, выполненный на инверторах И1 и И2, вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной длительностью единичного 1и и нулевого tn состояний (первый период колебаний на фиг. 4а), продолжительность которых определяется номиналами частотозадающих конденсатора 6 и резистора 7. Для правильпой работы ШИМ должно выполняться соотношение:The operation of the proposed PWM is illustrated using the timing diagrams shown in FIG. 4. When turned on, there is no feedback signal, the regulating element 2 is closed, the voltage at the limiting resistor 3 is practically 0. The master oscillator, made on inverters I1 and I2, generates rectangular pulses with a constant duration of a unit of 1 and zero tn states (the first period of oscillations on Fig. 4a), the duration of which is determined by the values of the frequency-setting capacitor 6 and resistor 7. For the correct operation of the PWM, the ratio must be satisfied:

(tH + tn).(tH + tn).

При этом условии за время импульса и паузы второй конденсатор С2 не будет успевать перезаряжаться через второй резистор R2, на входе четвёртого инвертора действует импульспое напряжение практически той же формы, что и на выходе задающего генератора. Это, в свою очередь, означает, что напряжение на выходе ШИМ имеет ту же форму, что и на выходе задающего генератора.Under this condition, during the pulse and pause time, the second capacitor C2 will not have time to recharge through the second resistor R2, at the input of the fourth inverter, the pulse voltage is almost the same shape as at the output of the master oscillator. This, in turn, means that the voltage at the PWM output has the same shape as that at the output of the master oscillator.

l //:}/ /l //:} / /

8 Временная диаграмма тока контролируемой цени (или нанряжения на8 Timing diagram of current controlled price (or voltage on

резисторном датчике тока 5) ноказана на фиг. 46. Отличие состоит в том, что максимальному значению тока соответствует нанряжение на резисторном датчике тока не Ибэ откр 0,7 Вольт, как у прототипа, а пороговое напряжение микросхемы (для КМОП-микросхем это значение составляет 0,4...0,5 от напряжения их питания). При достижении мгновенным значением указанного напряжения пороговой величины выход инвертора ИЗ, а вслед за ним напряжение на входе четвёртого инвертора устанавливаются состояние логического О, заканчивая импульс на выходе ШИМ раньше, чем он заканчивается на выходе задающего генератора. Увеличение тока в контролируемой цепи прекращается. Выход инвертора ИЗ после этого снова устанавливается в состояние логической 1, однако на входе четвёртого инвертора И4 перезарядившимся вторым конденсатором С2 удерживается нулевое состояние, которое продолжается вплоть до установления на выходе задающего генератора единичного состояния. Когда регулируемый параметр ШИМ, например, выходное напряжение импульсного источника питания, достигнет своего номинального значения, появится сигнал обратной связи, сопротивление регулирующего элемента 2 уменьшится и протекающий через него ток создаст на ограничительном резисторе 3 постоянное смещение (фиг.4в). Поскольку мгновенное значение напряжения на входе инвертора ИЗ не может быть более порогового значения Unop, должна уменьшиться амплитуда импульсной составляющей напряжения - падение напряжения на резисторном датчике тока Ирдт. А это, в свою очередь, может быть достигнуто только уменьшением длительности импульса на выходе ШИМ. Таким образом, изменяя степень проводимости регулирующего элемента можно в широких пределах изменять длительность выходного импульса ШИМ.current sensor 5) is shown in FIG. 46. The difference is that the maximum current value corresponds to the voltage on the resistor current sensor not Ibe open 0.7 Volt, as in the prototype, but the threshold voltage of the microcircuit (for CMOS microcircuits this value is 0.4 ... 0.5 from the voltage of their power). When the instantaneous value of the specified voltage reaches the threshold value, the output of the inverter FROM, and after it the voltage at the input of the fourth inverter, the state of logical O is established, ending the pulse at the PWM output earlier than it ends at the output of the master oscillator. The increase in current in the controlled circuit stops. After that, the output of the inverter FROM is again set to logic 1, however, at the input of the fourth inverter I4, the recharged second capacitor C2 holds the zero state, which continues until a single state is established at the output of the master oscillator. When the adjustable PWM parameter, for example, the output voltage of the switching power supply, reaches its nominal value, a feedback signal appears, the resistance of the control element 2 decreases and the current flowing through it creates a constant bias on the limiting resistor 3 (Fig. 4c). Since the instantaneous voltage value at the input of the inverter FROM cannot be more than the threshold value Unop, the amplitude of the pulse component of the voltage should decrease - the voltage drop across the resistive current sensor Irdt. And this, in turn, can be achieved only by reducing the pulse duration at the PWM output. Thus, by varying the degree of conductivity of the regulating element, it is possible to widely vary the duration of the PWM output pulse.

Во время регулирования длительность импульса на выходе ШИМ меняется, однако его частота остаётся постоянной. Это делает возможной синхронизацию работы ШИМ с другими узлами аппаратуры, что невозможно у прототипа. Передний фронт импульса предлагаемого модулятора совпадает по времени с передним фронтом импульса задающего генератора.During regulation, the pulse width at the PWM output changes, but its frequency remains constant. This makes it possible to synchronize the PWM operation with other equipment nodes, which is not possible with the prototype. The leading edge of the pulse of the proposed modulator coincides in time with the leading edge of the pulse of the master oscillator.

Местоположением заднего фронта - величина изменяемая. Это означает, что по классификации теории автоматического регулирования предлагаемый модулятор относится к классу широтно-импульсных модуляторов II рода.The location of the trailing edge is variable. This means that according to the classification of the theory of automatic control, the proposed modulator belongs to the class of pulse-width modulators of the second kind.

Порог КМОП-микросхем практически не зависит от температуры 4, поэтому предлагаемый ШИМ сохраняет значение максимального тока в контролируемой цепи 1макс во всём диапазоне рабочих температур, что выгодно отличает его от прототипа.The threshold of CMOS chips is practically independent of temperature 4, therefore, the proposed PWM maintains the maximum current value in the controlled circuit 1max in the entire range of operating temperatures, which compares it favorably with the prototype.

Поскольку входное сопротивление КМОП-инвертора чрезвычайно велико (10...10° Ом), мгновенное значение напряжения на входе инвертора ИЗ равно сумме падения напряжения на ограничительном резисторе 3 и резисторном датчике тока 5:Since the input resistance of the CMOS inverter is extremely high (10 ... 10 ° Ohm), the instantaneous voltage value at the input of the inverter FROM is equal to the sum of the voltage drop across the limiting resistor 3 and the resistor current sensor 5:

При изменении сопротивления регулирующего элемента 2 во время работы ШИМ на входе третьего инвертора ИЗ изменяется постоянное смещение Uorp. Однако, амплитуда и крутизна линейно возрастающего участка импульсной его составляющей Up, как следует из выражения, не зависит от величины сопротивления регулирующего элемента 2. Это означает, что предлагаемый ШИМ имеет неизменный уровень устойчивости, не зависящий от длительности выходного импульса, что расширяет его функциональные возможности по сравнению с прототипом.When the resistance of the regulating element 2 changes during the operation of the PWM at the input of the third inverter, the constant bias Uorp changes. However, the amplitude and steepness of the linearly increasing portion of the pulse component Up, as follows from the expression, does not depend on the resistance value of the regulating element 2. This means that the proposed PWM has an unchanged stability level, independent of the duration of the output pulse, which extends its functionality compared to the prototype.

Поскольку задержка при переключении элементов КМОПмикросхемы не зависит от величины коммутируемого ими тока и существенно меньше, чем у биполярного транзистора в режиме микротоков, минимальная длительность выходного импульса предлагаемого ШИМ значительно меньше, чем у прототипа. Испытанный образец ШИМ имеет минимальную длительность выходного импульса примерно 0,5 микросекунд, что в 4 раза меньше, чем у прототипа. Кроме того, с уменьшением длительности импульса у предлагаемого ШИМ увеличивается пауза, которая имеет максимальное значение, равное Т - „ мин Т 1и + „., а не tn, как уSince the delay when switching elements of the CMOS microcircuit does not depend on the magnitude of the current switched by them and is significantly less than that of a bipolar transistor in microcurrent mode, the minimum duration of the output pulse of the proposed PWM is much less than that of the prototype. The tested PWM sample has a minimum output pulse duration of about 0.5 microseconds, which is 4 times less than that of the prototype. In addition, with a decrease in the pulse width of the proposed PWM, the pause increases, which has a maximum value equal to T - „min T 1i +„., And not tn, as in

UBX из Uorp + Upax.UBX from Warp + Upax.

прототипа. Таким образом, предлагаемый ШИМ практически обеспечивает в 7..8 раз меньший коэффициент заполнения выходного импульса, чем прототип. Это позволяет значительно увеличить максимальную рабочую частоту при заданном минимальном коэффициенте заполнения выходного импульса ШИМ, либо при том же самом значении рабочей частоты получать в 7... 8 раз меньший коэффициент заполнения, что расширяет функциональные возможности устройства. Причём потребляемый ШИМ ток остаётся на том же уровне, что и у прототипа.prototype. Thus, the proposed PWM practically provides 7..8 times lower duty cycle of the output pulse than the prototype. This allows you to significantly increase the maximum operating frequency for a given minimum duty cycle of the output PWM pulse, or for the same value of the working frequency to obtain a 7 ... 8 times lower duty cycle, which extends the functionality of the device. Moreover, the consumed PWM current remains at the same level as that of the prototype.

Кроме того, поскольку производящиеся с настоящее время КМОПмикросхемы содержат до шести инверторов, электрическая схема предлагаемого ШИМ реализуется по-прежнему на одной микросхеме с добавлением трёх пассивных элементов.In addition, since CMOS microcircuits currently being manufactured contain up to six inverters, the electrical circuit of the proposed PWM is still implemented on a single chip with the addition of three passive elements.

Источники, используемые при написании заявки.Sources used when writing an application.

1.Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М. ДОДЭКА, 1997 г., 224 с. - ISSN-587835-0010-6. с. 38.1. Integrated microcircuits: Microcircuits for switching power supplies and their application. - M. DODEKA, 1997, 224 p. - ISSN-587835-0010-6. from. 38.

2.Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М. ДОДЭКА, 1997 г., 224 с. - ISSN-587835-0010-6. с. 87.2. Integrated circuits: Integrated circuits for switching power supplies and their application. - M. DODEKA, 1997, 224 p. - ISSN-587835-0010-6. from. 87.

3.А. А. Миронов. Опыт разработки управляющей схемы для модулей электропитания постоянного тока. Научно-технический сборник «Электропитание. Вып. 3, с.76-79.- М., 2001 г.3.A. A. Mironov. Experience in developing a control circuit for DC power modules. Scientific and technical collection “Power supply. Vol. 3, p. 76-79.- M., 2001

4.Зельдин Е. А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1986.- стр. 77.4. Zeldin E. A. Digital integrated circuits in information-measuring equipment. - L .: Energoatomizdat. Leningrad Department, 1986.- p. 77.

Claims (1)

Широтно-импульсный модулятор, содержащий источник питания, регулирующий элемент, первый вывод которого соединен с первым выводом источника питания, а второй вывод - с первым выводом ограничительного резистора, источник тока контролируемой цепи, первый и второй выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами резисторного датчика тока, логическая микросхема на основе комплементарных МОП-транзисторов (КМОП-микросхема), содержащая не менее двух инверторов, первый вывод питания которой соединен с первым выводом источника питания, а второй вывод питания - со вторым выводом источника питания, выход первого инвертора соединен с входом второго инвертора, частотозадающий конденсатор, подключенный между входом первого инвертора и выходом второго инвертора, частотозадающий резистор, подключенный между входом и выходом первого инвертора, отличающийся тем, что КМОП-микросхема содержит не менее пяти инверторов и в него также введены второй конденсатор, второй резистор и диод, причем вход третьего инвертора подключен к первому выводу резисторного датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ограничительного резистора, катод диода подключен к выходу третьего инвертора, а его анод через второй резистор - ко вторым выводам источника питания и ограничительного резистора, второй конденсатор подключен между выходом второго инвертора и анодом диода, который соединен с входом четвертого инвертора, выход которого подключен к входу пятого инвертора, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора.
Figure 00000001
A pulse-width modulator containing a power source, a control element, the first output of which is connected to the first output of the power source, and the second output to the first output of the limiting resistor, the current source of the controlled circuit, the first and second conclusions of which are connected respectively to the first and second terminals of the resistor current sensor, a logic microcircuit based on complementary MOS transistors (CMOS microcircuit), containing at least two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the source and the power supply, and the second power output - with the second output of the power source, the output of the first inverter is connected to the input of the second inverter, a frequency-setting capacitor connected between the input of the first inverter and the output of the second inverter, a frequency-setting resistor connected between the input and output of the first inverter, characterized in that the CMOS chip contains at least five inverters and a second capacitor, a second resistor and a diode are also introduced into it, and the input of the third inverter is connected to the first output of the resistor current sensor, the second output of which is connected to the first output of the limiting resistor, the cathode of the diode is connected to the output of the third inverter, and its anode through the second resistor to the second terminals of the power supply and the limiting resistor, the second capacitor is connected between the output of the second inverter and the anode of the diode, which is connected to the input of the fourth an inverter whose output is connected to the input of the fifth inverter, the output of which is the output of a pulse-width modulator.
Figure 00000001
RU2001131469/20U 2001-11-26 2001-11-26 WIDTH-PULSE MODULATOR RU23006U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001131469/20U RU23006U1 (en) 2001-11-26 2001-11-26 WIDTH-PULSE MODULATOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001131469/20U RU23006U1 (en) 2001-11-26 2001-11-26 WIDTH-PULSE MODULATOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU23006U1 true RU23006U1 (en) 2002-05-10

Family

ID=48283887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001131469/20U RU23006U1 (en) 2001-11-26 2001-11-26 WIDTH-PULSE MODULATOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU23006U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6519165B2 (en) Dc-to-dc converter
US7868602B2 (en) Power supply device and electronic appliance therewith
KR101471133B1 (en) resonant converter
US6900620B2 (en) Switching regulator having two or more outputs
CN102739215B (en) Power-on-reset circuit with low power consumption
CN101677212B (en) Control circuit of power converter and forward converter transformer saturation prevention method
KR101430298B1 (en) Semiconductor apparatus and method of controlling operation thereof
KR20080009083A (en) Adaptive power control for hysteretic regulators
CN107888069B (en) Circuit and method for generating a frequency-proportional current
TW201407944A (en) Control circuit with deep burst mode for power converter
TW201424233A (en) Bootstrap DC-DC converter
JP2020048333A (en) Power supply controller
US10673338B2 (en) Voltage converter and operating method of voltage converter
CN115036904A (en) Internet of things power module controlled by power supply pulse
KR20040106310A (en) Line frequency switching regulator
US7772918B2 (en) Regulated voltage boost charge pump for an integrated circuit device
CN110896275B (en) Step-up/down power converter, and method and driver for controlling the same
RU23006U1 (en) WIDTH-PULSE MODULATOR
CN114257066A (en) Switch converter and control circuit thereof
CN101459384A (en) Method of forming a PWM controller and structure therefor
RU21097U1 (en) WIDTH-PULSE MODULATOR
CN115242055A (en) Detection circuit and power supply circuit for DC-DC converter
RU49398U1 (en) WIDTH-PULSE MODULATOR
RU34827U1 (en) Pulse Width Modulator
RU25231U1 (en) WIDTH-PULSE MODULATOR