RU49398U1

RU49398U1 - WIDTH-PULSE MODULATOR

Info

Publication number: RU49398U1
Application number: RU2005117477/22U
Authority: RU
Inventors: А.А. Миронов
Original assignee: ЗАО "Группа компаний "Электронинвест"
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Использование: в электротехнике при построении устройств управления импульсных источников электропитания. Существо полезной модели: предложен широтно-импульсный модулятор, который 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, диод 8 и КМОП-микросхему 9, содержащую более двух инверторов И1 - Иn; в широтно-импульсном модуляторе первый вывод питания микросхемы 9 соединен с первыми выводами регулирующего элемента 2 и источника питания 1, второй вывод питания микросхемы 9 соединен со вторыми выводами ограничительного резистора 3 и источника питания 1; второй вывод регулирующего элемента 2 соединен с первым выводом ограничительного резистора 3 и вторыми выводами источника тока контролируемой цепи 4 и резисторного датчика тока 5, первые выводы которых подключены к входу третьего инвертора И3; выход третьего инвертора И3 соединен с катодом диода 8, анод которого соединен с входом первого инвертора И1; его выход подключен к входу второго инвертора И2, выход которого является выходом ШИМ; 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.Usage: in electrical engineering in the construction of control devices of pulsed power supplies. The essence of the utility model: a pulse-width modulator is proposed, which contains a power supply 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 diode 8, and a CMOS chip 9, containing more than two inverters I1 - In; in a pulse-width modulator, the first power output of the microcircuit 9 is connected to the first terminals of the regulating element 2 and the power source 1, the second power output of the microcircuit 9 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 terminals of the current source of the controlled circuit 4 and the resistor current sensor 5, the first terminals of which are connected to the input of the third inverter I3; the output of the third inverter I3 is connected to the cathode of the diode 8, the anode of which is connected to the input of the first inverter I1; its output is connected to the input of the second inverter I2, the output of which is the PWM output; a frequency-setting capacitor 6 is connected between the input of the first inverter I1 and the output of the second inverter I2; a frequency setting resistor 7 is connected between the input and output of the first inverter I1.

Description

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

К недостаткам указанного технического решения можно отнести реализацию его на аналоговых функциональных узлах (усилители, компараторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения), 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, усложняет его, заставляя вводить дополнительный низковольтный канал напряжения специально для питания ШИМ. Если, к тому же, модулятор работает на высокой частоте (сотни килогерц), вышеупомянутые функциональные узлы его выполняются на биполярных транзисторах, что еще больше увеличивает потребление энергии. 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, linear voltage generators), 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, complicates it, forcing to introduce an additional low-voltage voltage channel specifically for supplying 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. These shortcomings narrow the functionality and scope of the considered technical solutions.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой технической задаче является известный ШИМ устройства управления импульсным источником питания, приведенный в [3]. Его функциональная схема показана на фиг.1. Широтно-импульсный модулятор содержит источник питания, регулирующий элемент, первый вывод которого соединен с первым выводом источника питания, а второй вывод - с первым выводом ограничительного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом суммирующего резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами источника тока контролируемой цепи и резисторного датчика тока, вторые выводы которых соединены со вторым выводом источника питания, КМОП-микросхема, содержащая более 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, 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, первый электрод которого подключен к входу первого инвертора, The closest in technical essence and the technical problem to be solved is the well-known PWM control device switching power supply, given in [3]. Its functional diagram is shown in figure 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 terminals of the current source a controlled circuit and a resistor current sensor, the second terminals of which are connected to the second terminal of the power source, a CMOS chip containing more than two inverters, the first power terminal of which the second is connected to the first output of the power source, and the second 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, 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 transistor, the first electrode of which is connected to the input of the first inverter,

второй электрод - ко второму выводу источника питания, а управляющий электрод - к первому выводу суммирующего резистора.the second electrode to the second output of the power source, and the control electrode to the first output of the summing resistor.

На функциональной схеме ШИМ, приведенной 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 С3 и R4, а первого и второго инверторов - инверторы D1 и D2 соответственно. Питается ШИМ энергией, аккумулированной в конденсаторе С1, который заряжается от внешнего источника энергии через резистор R2.On the PWM functional diagram given in [3], the regulating element is made on a phototransistor VT2 optocoupler with resistor R8, the limiting resistor is resistor R5, transistor is transistor VT1, summing resistor is resistor R6, the current source of the controlled circuit is made on current transformer TA1 and diode VD3, and the resistor current sensor is the resistor R7. The role of the frequency-setting capacitor and resistor is performed by the elements C3 and R4, respectively, and the first and second inverters are the inverters D1 and D2, respectively. It is powered by PWM energy accumulated in capacitor C1, which is charged from an external energy source through resistor R2.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются 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, КМОП-микросхема, содержащая более 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, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора, 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, 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 the terminals of the resistor current sensor, a CMOS chip containing more than two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the power source, and the second power output to a second power supply terminal, the output of the first inverter connected to the input of the second inverter, whose output is the output of the pulse width modulator, 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.

На первом и втором инверторах выполнен задающий генератор прямоугольных импульсов, исходная длительность импульса и паузы которого определяется номиналами частотозадающих резистора и конденсатора. Временная диаграмма напряжения на выходе задающего генератора, выход которого является выходом ШИМ, показана на фиг.2а. Источник тока контролируемой цепи измеряет мгновенное значение тока в цепи силового ключа. Мгновенное значение напряжения на датчике тока пропорционально значению указанного тока и показано на фиг.2б. 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 I_макс соответствует напряжение на датчике тока, равное напряжению «база-эмиттер» открытого транзистора U_{бэ откр} ≈0,6 Вольт. При включении питания сначала ШИМ вырабатывает импульсы максимальной длительности, и напряжение на датчике тока увеличивается, оставаясь меньше напряжения открывания транзистора U_{бэ откр} (фиг.2в). Сигнал обратной связи отсутствует. Сопротивление регулирующего элемента чрезвычайно велико. Если во время очередного рабочего такта указанное выше значение U_{бэ откр} ≈0,6 Вольт будет At the first and second inverters, a square-wave pulse generator was made, the initial pulse duration and pause of which is determined by the values of the frequency-setting resistor and capacitor. A timing diagram of the voltage at the output of the master oscillator, the output of which is the PWM output, 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 at the current sensor is proportional to the value of the indicated current and is shown in Fig.2b. 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 monitored circuit I _max corresponds to the voltage on the current sensor, which is equal to the base-emitter voltage of the open transistor U _{be open} ≈0.6 Volts. When the power is turned on, the PWM first generates pulses of maximum duration, and the voltage at the current sensor increases, remaining less than the opening voltage of the transistor U _{be open} (Fig.2c). There is no feedback signal. The resistance of the control element is extremely high. If during the next working cycle, the above value of U _{Be open} ≈0.6 Volts will be

достигнуто, транзистор откроется, и на выходе ШИМ будет принудительно установлено нулевое состояние. Силовой ключ закроется, что и 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 не может быть более 0,6 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.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 at the base of the transistor cannot be more than 0.6 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 regulatory 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 I_макс. Она обусловлена тем, что напряжение U_{бэ 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 I _max . It is due to the fact that the voltage U _{be open} 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 ШИМ от источника питания, транзистор должен работать в режиме малых токов. Однако при этом увеличивается время его закрывания, т.к. рассасывание избыточного заряда в областях базы и коллектора происходит именно током. Указанная особенность не позволяет уменьшить минимальную длительность выходного импульса ШИМ менее некоторого значения (для рассматриваемого устройства оно составляет около 2 мкс). Это ограничивает максимальную частоту работы ШИМ, ухудшает его динамические характеристики при малых длительностях выходного импульса, т.е. сужает его функциональные возможности.Another important drawback of this technical solution is that in order to reduce the current consumed by the PWM from the power source, the transistor must operate in low current mode. However, this increases the time it takes to close, because the absorption of excess charge in the areas of the base and collector occurs precisely by current. This feature does not allow to reduce the minimum duration of the PWM output pulse to less than a certain value (for the device under consideration, it is about 2 μs). This limits the maximum PWM frequency, worsens its dynamic characteristics at short output pulse durations, i.e. narrows its functionality.

Еще один недостаток рассматриваемого ШИМ состоит в следующем. Импульсная составляющая напряжения на базе транзистора Цбэ 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 transistor CBe imp coming from a resistor current sensor is determined from the expression:

U_{бэ имп}=U_рдт*(R_огр+R_рег)/(R_∑+R_огр+R_peг), гдеU _{be imp} = U _rdt * (R _ogre + R _reg ) / (R _∑ + R _ogre + R _peg ), where

U_рдт - напряжение на резисторном датчике тока;U _rdt is the voltage across the resistor current sensor;

R_∑ - сопротивление суммирующего резистора;R _∑ is the resistance of the summing resistor;

R_огр - сопротивление ограничительного резистора;R _ogre - resistance of the limiting resistor;

R_peг - сопротивление регулирующего элемента;R _peg 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 приведенного выражения, амплитуда и крутизна With an increase in the feedback signal, the degree of opening of the control 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

линейно возрастающей части импульсной составляющей на базе транзистора уменьшаются в еще большей степени. Это, в свою очередь, снижает устойчивость при работе в режиме короткого выходного импульса и максимальную частоту работы.the linearly increasing part of the pulsed component based on the transistor is reduced even more. This, in turn, reduces stability during operation in the short output pulse mode and the maximum operating frequency.

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, 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, КМОП-микросхема, содержащая более 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, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора, частотозадающий конденсатор, подключенный между входом первого инвертора и выходом второго инвертора, частотозадающий резистор, подключенный между входом и выходом первого инвертора, причем в него введены третий инвертор и диод, причем его анод подключен к входу первого инвертора, а катод - к выходу третьего инвертора, вход которого соединен с первым выводом резисторного датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом ограничительного резистора, второй вывод которого подключен ко второму выводу источника питания.The 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 more than two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the power source, 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, the output of which is the output of a pulse-width modulator, 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, a third inverter and a diode are introduced into it, moreover, its anode is connected to the input of the first inverter, and the cathode is connected to the output of the third inverter, the input of which is connected to the first output of the resistor yes snip current, a second terminal coupled to a first terminal of a limiting resistor, a second terminal of which is connected to the second terminal of the power source.

Введение в устройства дополнительных элементов и новых неочевидных связей позволили устранить температурную зависимость выходных параметров, расширить область устойчивой работы ШИМ, увеличить максимальную рабочую частоту, 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 PWM operation, increase the maximum operating frequency, which expands its functionality.

Заявитель не обнаружил технических решений, имеющих сходные признаки с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а, следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.The applicant did not find technical solutions having similar features with features that distinguish the 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.Figure 3 shows the functional diagram of the proposed PWM.

Предлагаемый широтно-импульсный модулятор содержит источник питания 1, регулирующий элемент 2, ограничительный резистор 3, источник The proposed pulse-width modulator contains a power source 1, a regulating element 2, a limiting resistor 3, a source

тока контролируемой цепи 4, резисторный датчик тока 5, частотозадающие конденсатор 6 и резистор 7, диод 8 и КМОП-микросхему 9, содержащую более двух инверторов И1 - Иn.current controlled circuit 4, a resistor current sensor 5, a frequency-setting capacitor 6 and a resistor 7, a diode 8 and a CMOS chip 9 containing more than two inverters I1 - In.

В предлагаемом ШИМ первый вывод питания микросхемы 9 соединен с первыми выводами регулирующего элемента 2 и источника питания 1, второй вывод питания микросхемы 9 соединен со вторыми выводами ограничительного резистора 3 и источника питания 1. Второй вывод регулирующего элемента 2 соединен с первым выводом ограничительного резистора 3 и вторыми выводами источника тока контролируемой цепи 4 и резисторного датчика тока 5, первые выводы которых подключены к входу третьего инвертора И3. Выход третьего инвертора И3 соединен с катодом диода 8, анод которого соединен с входом первого инвертора И1, выход которого подключен к входу второго инвертора И2, выход которого является выходом ШИМ. 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.In the proposed PWM, the first output terminal of the microcircuit 9 is connected to the first terminals of the regulating element 2 and the power supply 1, the second terminal of the power supply of the microcircuit 9 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 of the third inverter I3. The output of the third inverter I3 is connected to the cathode of the diode 8, the anode of which is connected to the input of the first inverter I1, the output of which is connected to the input of the second inverter I2, the output of which is the PWM output. 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.

В качестве регулирующего элемента 2, как и в прототипе, может быть применен какой-либо элемент, изменяющий свое сопротивление, например, фототранзистор 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 regulatory element 2, as in the prototype, can be applied to any element that changes its resistance, for example, a phototransistor or optocoupler photodiode, magnetodod, etc. The current source of the controlled circuit 4 can serve, for example, a current transformer, the primary winding of which is included in the protected power circuit.

Работа предлагаемого ШИМ сходна с работой прототипа и может быть описана с помощью временных диаграмм, показанных на фиг.2. При включении сигнал обратной связи отсутствует, регулирующий элемент 2 закрыт, напряжение на ограничительном резисторе 3 практически равно 0. На выходе ШИМ вырабатываются прямоугольные импульсы максимальной длительности, как и у прототипа (фиг.2а). Временная диаграмма тока контролируемой цепи (или напряжения на резисторном датчике тока 5) показана на фиг.2б. Отличие состоит в том, что максимальному значению тока соответствует напряжение на резисторном датчике тока не U_{бэ откр} ≈0,6 Вольт, как у прототипа, а пороговое напряжение микросхемы. При достижении мгновенным значением указанного напряжения пороговой величины (для КМОП-микросхем это значение составляет 0,4...0,5 от напряжения их питания) выход инвертора И3, а вслед за ним и выход ШИМ устанавливаются состояние логического 0, ограничивая тем самым увеличение тока в контролируемой цепи. Однако, поскольку порог КМОП-микросхем практически не зависит от температуры [4], предлагаемый ШИМ сохраняет значение максимального тока в контролируемой цепи I_макс во всем диапазоне рабочих температур, что выгодно отличает его от прототипа.The work of the proposed PWM is similar to the work of the prototype and can be described using the time diagrams shown in figure 2. When turned on, there is no feedback signal, the regulating element 2 is closed, the voltage at the limiting resistor 3 is almost 0. At the PWM output, rectangular pulses of maximum duration are generated, as in the prototype (Fig. 2a). A timing diagram of the current of the monitored circuit (or voltage across the resistor current sensor 5) is shown in FIG. The difference is that the maximum current value corresponds to the voltage on the resistor current sensor not U _{be open} ≈0.6 Volts, as in the prototype, but the threshold voltage of the microcircuit. When the instantaneous value of the indicated voltage reaches a threshold value (for CMOS chips this value is 0.4 ... 0.5 of their supply voltage), the output of the inverter I3, and after it the PWM output, the state is set to logical 0, thereby limiting the increase current in a controlled circuit. However, since the threshold of CMOS chips is practically independent of temperature [4], the proposed PWM maintains the maximum current value in the controlled circuit I _max over the entire range of operating temperatures, which compares favorably with the prototype.

Поскольку входное сопротивление КМОП-инвертора чрезвычайно велико (10⁹...10¹⁰ 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 ⁹ ... 10 ¹⁰ Ohms), 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:

U_{вх ИЗ}=U_огр+U_рдт.U _{Ix IZ} = U _ogr + U _rdt .

При изменении сопротивления регулирующего элемента 2 во время работы ШИМ на входе третьего инвертора И3 изменяется постоянное смещение U_огр. Однако, амплитуда и крутизна линейно возрастающего участка импульсной его составляющей U_рдт, как следует из выражения, не зависит от величины сопротивления регулирующего элемента 2. Это означает, что предлагаемый ШИМ имеет постоянную устойчивость, не зависящую от длительности выходного импульса, что расширяет его функциональные возможности.When the resistance of the regulating element 2 changes during the operation of the PWM at the input of the third inverter I3, the constant bias U _ogre changes. However, the amplitude and steepness of the linearly increasing portion of the pulse component U _rt , as follows from the expression, does not depend on the resistance value of the regulating element 2. This means that the proposed PWM has constant stability, independent of the duration of the output pulse, which extends its functionality .

Поскольку задержка при переключении элементов КМОП-микросхемы 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 около 0,5 мкс, что в 4 раза меньше, чем у прототипа. Это позволяет значительно увеличить максимальную рабочую частоту, либо при том же самом значении частоты получать в четыре раза меньшую длительность выходного импульса, что расширяет функциональные возможности устройства. Причем потребляемый ШИМ ток остается на том же уровне, что и у прототипа.Since the delay when switching the elements of the CMOS chip does not depend on the current switched by them and is significantly less than that of a bipolar transistor in microcurrent mode, the minimum pulse width 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 μs, which is 4 times less than that of the prototype. This allows you to significantly increase the maximum operating frequency, or with the same value of the frequency to get four times shorter duration of the output pulse, 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 КМОП-микросхемы всегда содержат более трех инверторов (до шести), электрическая схема предлагаемого ШИМ реализуется по-прежнему на одной микросхеме, но по сравнению с прототипом здесь исключены транзистор и суммирующий резистор R_∑, что сокращает общее количество элементов и упрощает предлагаемое устройство.Further, since generating a moment CMOS chip always contain more than three inverters (up to six), the electrical diagram of the PWM is implemented still on a single chip, but in comparison with the prototype are excluded transistor and a summing resistor R _Σ, which reduces the overall the number of elements and simplifies the proposed device.

Источники, используемые при написании заявки.Sources used in writing the application.

1. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М. ДОДЭКА, 1997 г., 224 с. - ISSN-5-87835-0010-6. с.38.1. Integrated circuits: Integrated circuits for switching power supplies and their application. - M. DODEKA, 1997, 224 p. - ISSN-5-87835-0010-6. p.38.

2. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М. ДОДЭКА, 1997 г., 224 с. - ISSN-5-87835-0010-6. с.87.2. Integrated circuits: Integrated circuits for switching power supplies and their application. - M. DODEKA, 1997, 224 p. - ISSN-5-87835-0010-6. p. 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". Issue 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 EA Digital integrated circuits in information-measuring equipment. - L .: Energoatomizdat. Leningra. Department, 1986. - p. 77.

Claims

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, CMOS chip containing more than two inverters, the first power output of which is connected to the first output of the power source, and the second output of the power 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 output of a pulse-width modulator, 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, for the purpose increase the temperature stability of the output parameters, the maximum operating frequency, expand the area of stable operation and increase the functionality of the pulse-width modulated a third inverter was introduced into it, a diode, the anode of which is connected to the input of the first inverter, and the cathode is connected to the output of the third inverter, the input of which 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 second output of which is connected to the second output of the power source.