RU76525U1

RU76525U1 - FEEDBACK WIDTH-PULSE MODULATOR

Info

Publication number: RU76525U1
Application number: RU2008114452/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Горячев; Александр Федорович Подолынный
Original assignee: Владимир Иванович Горячев
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2008-09-20

Abstract

Широтно-импульсный модулятор с обратной связью с двойным регулированием наклона пилы, позволяющий формировать импульсы, длительность которых зависит от входного (первичного) и выходного (вторичного) напряжений. Область применения: источники питания, электротехника, импульсная техника.A pulse-width modulator with feedback with double regulation of the saw tilt, which allows generating pulses whose duration depends on the input (primary) and output (secondary) voltages. Scope: power supplies, electrical engineering, pulse technology.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при разработке источников питания и в импульсной технике.The utility model relates to electrical engineering and can be used in the development of power sources and in pulse technology.

Предложенный широтно-импульсный модулятор (ШИМ) с обратной связью относится к классу ШИМ, в которых процесс заряда емкости по линейному закону осуществляется от внешнего источника напряжения (например, для вторичных источников питания-ВИП), обладающего большим по величине напряжением по сравнению с источником внутреннего питания (Евн.п) и позволяющим регулировать длительность выходного сигнала ШИМ посредством изменения напряжения внешнего источника питания.The proposed pulse-width modulator (PWM) with feedback refers to the class of PWM, in which the process of charging the capacitance according to the linear law is carried out from an external voltage source (for example, for secondary power supply-VIP), which has a higher voltage compared to the internal source power supply (EEC) and allowing you to adjust the duration of the PWM output signal by changing the voltage of an external power source.

Такой ШИМ работает в соответствии с законом:This PWM works in accordance with the law:

где - длительность импульсов на выходе; - напряжение внешнего источника питания, который меняется в широкий пределах.Where - the duration of the pulses at the output; - voltage of an external power source, which varies widely.

Известен ШИМ, выполненный на основе двунаправленного ключа, элементе 2И-НЕ двух инверторах и времязадающей RC цепи, в котором длительность импульса на выходе ШИМ меняется по линейному закону согласно выражения (1) [Ac 1167706 МКИ: Н03К 3/033, 3/284, 5/01]. Недостаток такой схемы - отсутствие обратной связи (ОС).Known PWM, made on the basis of a bi-directional key element 2I-NOT two inverters and a timing RC circuit, in which the pulse width at the output of the PWM varies linearly according to the expression (1) [Ac 1167706 MKI: H03K 3/033, 3/284, 5/01]. The disadvantage of this scheme is the lack of feedback (OS).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ШИМ (Схема электрическая принципиальная ХА4.190.650 Э3), содержащей фотодиод обратной связи, резистор один из выводов которого подключен к плюсовому выводу внешнего источника питания, а второй вывод к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого подключена к общей шине источника питания при этом второй вывод резистора подключен к минусовому входу компаратора, а плюсовой вход компаратора подключен к первому выходу второго резистора, второй вывод которого подключен к шине «Общая», при этом плюсовой вход компаратора подключен через третий The closest in technical essence to the proposed one is a PWM (electrical schematic XA4.190.650 E3) containing a feedback photodiode, a resistor of which one of the terminals is connected to the plus terminal of an external power source, and a second terminal to the first capacitor lining, the second lining of which is connected to in this case, the second output of the resistor is connected to the minus input of the comparator, and the positive input of the comparator is connected to the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the bus "General", while the positive input of the comparator is connected through the third

резистор к истоку полевого транзистора и его затвору, а сток полевого транзистора подключен к плюсовому выводу источника внутреннего питания, а выход компаратора подключен к первому входу элемента 2И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу инвертора, вход которого подключен к управляющему входу, двунаправленного ключа, первый вход которого подключен к первому выводу первого резистора, а второй вход ключа подключен к шине «Общая» при этом катод и анод фотодиода обратной связи подключен между плюсовым выводом компаратора и шиной «Общая». Управляемый вход двунаправленного ключа является входом, а выход элемента 2И-НЕ выходом ШИМ.a resistor to the source of the field-effect transistor and its gate, and the drain of the field-effect transistor is connected to the positive terminal of the internal power supply, and the output of the comparator is connected to the first input of the 2I-NOT element, the second input of which is connected to the output of the inverter, the input of which is connected to the control input, of a bi-directional key , the first input of which is connected to the first output of the first resistor, and the second input of the key is connected to the bus "General" while the cathode and anode of the feedback photodiode is connected between the positive terminal of the comparator and the bus "General I am". The controlled input of the bidirectional key is the input, and the output of the element 2 is NOT PWM output.

Недостаток такой схемы ШИМ ее сложность, поскольку в состав ШИМ входят такие узлы как компаратор и источник тока, включающий в себя полевой транзистор с управляемым p-n переходом и резистор.The disadvantage of such a PWM circuit is its complexity, since the PWM includes such nodes as a comparator and a current source, which includes a field-effect transistor with a pn junction and a resistor.

Наличие этих элементов приводит и к ухудшению динамических параметров ВИП, содержащий такой ШИМ, так как компаратор замедляет действие обратной связи (ОС).The presence of these elements leads to a deterioration in the dynamic parameters of the VIP containing such a PWM, since the comparator slows down the feedback (OS).

Рассмотрим работу этого ШИМ (прототипа) в составе ВИП фиг.1.Consider the work of this PWM (prototype) as part of the VIP of figure 1.

На вход ШИМ от генератора поступают импульсы со скважностью Q≈10. Пусть частота следования импульсов составляет 500 кГц. При этом длительность импульсов от генератора t_ГИ=0,2 мкс, а длительность паузы t_П=1,8 мкс. (период Т=2 мкс). При поступлении от генератора тактирующего импульса t_ГИ осуществляется разряд конденсатора С1 через открытый ключ D1 и одновременно осуществляется блокировка вентилей D5.1 и D5.2 (на их выходах уровни лог 0 за счет действия t_ГИ). Во время действия паузы ключ D1 закрыт, и происходит заряд С1 по цепи R1, C1. Так как величина R1 выбирается порядка 150 кОм, то заряд емкости С1 происходит практически постоянным током, т.е. от источника тока.The PWM input from the generator receives pulses with a duty cycle of Q≈10. Let the pulse repetition rate be 500 kHz. In this case, the pulse duration from the generator is t _GI = 0.2 μs, and the pause duration is t _P = 1.8 μs. (period T = 2 μs). Upon receipt of a clock pulse t _GI from the generator, the capacitor C1 is discharged through the public key D1 and at the same time the valves D5.1 and D5.2 are blocked (at their outputs the levels are log 0 due to the action of t _GI ). During the pause, the key D1 is closed, and there is a charge C1 on the circuit R1, C1. Since the value of R1 is selected on the order of 150 kΩ, the charge of the capacitance C1 occurs with almost constant current, i.e. from a current source.

В этом случае можно считать, что In this case, we can assume that

где Where

т.е. напряжение на конденсаторе растет по линейному закону и сигнал на входе ШИМ (t_ИШэлемент D3, 2) изменяется в соответствии с законом:those. capacitor voltage grows according to a linear law and the signal at the input of the PWM (t _IS element D3, 2) changes in accordance with the law:

t_ИМ·U_ВХ=const,t _IM · U _BX = const,

из которого следует, чтоfrom which it follows that

при Uвх=Uвхmin, t_ИШ максимальна,with Uin = Uinmin, t _{IS is} maximal,

а при Uвх=U_ВХmax, t_ИШ минимальна.and when Uin = U _BX max, t _{IS is} minimal.

Тогда при Uвх=20 В, t_ИШ составляет 1,8 мкс, а при Uвх=40 В, t_ИШ=0,9 мкс, т.е. при изменении Uвх меняется наклон пилообразного напряжения (пилы): он возрастает при увеличении Uвх и наклон уменьшается при уменьшении Uвх. Рассмотрим действие отрицательной обратной связи (ОС) предположив, что в качестве узла ОС используется, например, микросхема TL431CThen, with Uin = 20 V, t _{IS =} 1.8 μs, and with Uin = 40 V, t _IS = 0.9 μs, i.e. when Uin changes, the slope of the sawtooth voltage (saw) changes: it increases with an increase in Uin and the slope decreases with a decrease in Uin. Consider the action of negative feedback (OS) assuming that, for example, the TL431C chip is used as the OS node

Вариант 1 Фотодиод VD2.1 не засвечивается, т.е. он не влияет на работу ШИМ. Этот случай имеет место, когда напряжение на нагрузке Rн постоянно, т.е. равно номинальному напряжению U_н. Option 1 Photodiode VD2.1 is not illuminated, i.e. It does not affect PWM operation. This case occurs when the voltage at the load Rn is constant, i.e. equal to the rated voltage U _n.

Вариант 2. Напряжение на Rh возросло. В этом случае фотодиод засвечен и следовательно, он шунтирует резистор R3. И так как ток через транзистор VT1 постоянный (это источник тока), то напряжение на резисторе R3 уменьшается. Поскольку напряжение на R3 является напряжением порога для компаратора, то длительность импульса на его выходе 7 уменьшается и происходит компенсация выходного напряжения до величины Uн. Таким образом мы имеем ШИМ с двойным регулирующим воздействием, когда изменение входного напряжения отрабатывается изменением наклона пилы, а выходного - изменением величины напряжения порога, за счет действия ОС. Недостаток прототипа его сложность, поскольку в состав ШИМ входят такие узлы как компаратор и источник тока, включающий в себя полевой транзистор с управляемым p-n переходом и резистор.Option 2. The voltage on Rh increased. In this case, the photodiode is illuminated and therefore, it shunts the resistor R3. And since the current through the transistor VT1 is constant (this is the current source), the voltage across the resistor R3 decreases. Since the voltage at R3 is the threshold voltage for the comparator, the pulse duration at its output 7 decreases and the output voltage is compensated to the value of Un. Thus, we have a PWM with a double regulatory effect, when a change in the input voltage is worked out by changing the tilt of the saw, and the output by changing the value of the threshold voltage, due to the action of the OS. The disadvantage of the prototype is its complexity, since the PWM includes components such as a comparator and a current source that includes a field-effect transistor with a p-n junction and a resistor.

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение надежности, быстродействия и упрощения ШИМ.The proposed utility model is aimed at improving the reliability, speed and simplification of PWM.

Поставленная задача достигается тем, что в ШИМ, содержащем фотодиод обратной связи, двунаправленный ключ, первой выход которого подключен к второму выводу резистора, первый вывод которого подключен к плюсовому выводу внешнего источника питания, а второй вывод двунаправленного ключа подключен к шине «Общая» источника питания введен элемент 2ИЛИ, первой вход которого подключен к второму выводу резистора, а второй вход элемента 2ИЛИ подсоединен к управляющему входу двунаправленного ключа, при этом катод и анод фотодиода подключены к первому и второму выводам резистора соответственно, а выход элемента 2ИЛИ является выходом схемы ШИМ, а входом ШИМ является управляющий вход двунаправленного ключа.The task is achieved in that in a PWM containing a feedback photodiode, a bi-directional switch, the first output of which is connected to the second terminal of the resistor, the first terminal of which is connected to the positive terminal of the external power source, and the second terminal of the bi-directional key is connected to the bus "General" power source an OR element 2 is introduced, the first input of which is connected to the second output of the resistor, and the second input of the 2 OR element is connected to the control input of the bi-directional key, while the cathode and anode of the photodiode are connected to the first and at a second terminal of the resistor respectively, and the output member 2 or is the output PWM circuit and the PWM input is a control input of the bidirectional switch.

На фиг.2 представлена прелагаемая схема ШИМ. Схема содержит резистор 1, двунаправленный ключ 2, конденсатор 3, элемент 2 ИЛИ 4, фотодиод 5. Первый вывод резистора 1 подключен к плюсовому выводу внешнего источника питания, а второй к первой обкладке конденсатора 3, вторая обкладка которого подключена к шине «Общая» источника питания. Первая обкладка конденсатора 3 подключена к первому входу двухвходового элемента 2ИЛИ. Второй вход двухвходового элемента 4 подключен к управляющему входу двунаправленного ключа 2, первый вход которого подключен к первой обкладке конденсатора 3, а второй к шине «Общая».Figure 2 presents the proposed circuit PWM. The circuit contains a resistor 1, a bi-directional switch 2, a capacitor 3, an element 2 OR 4, a photodiode 5. The first output of the resistor 1 is connected to the positive terminal of the external power source, and the second to the first lining of the capacitor 3, the second lining of which is connected to the “Common” bus of the source nutrition. The first lining of the capacitor 3 is connected to the first input of the two-input element 2 OR. The second input of the two-input element 4 is connected to the control input of the bidirectional switch 2, the first input of which is connected to the first lining of the capacitor 3, and the second to the bus "General".

Схема работает следующим образом.The scheme works as follows.

Вариант 1. т.е. когда фотодиод не засвечен, полностью соответствует варианту рассмотренному выше.Option 1. i.e. when the photodiode is not lit, it fully corresponds to the variant considered above.

Вариант 2. Фотодиод засвечен, т.е. напряжение на выходе ВИП - возросло. В этом случае шунтируется резистор 1, ток через него возрастет, Option 2. The photodiode is illuminated, i.e. voltage at the output of the VIP - increased. In this case, the resistor 1 is shunted, the current through it will increase,

т.е. наклон пилы возрастает, длительность импульса формируемого ШИМ уменьшается. Последнее приводит к стабилизации напряжения на нагрузке.those. the saw tilt increases, the pulse duration of the generated PWM decreases. The latter leads to voltage stabilization at the load.

Таким образом, в рассматриваемом ШИМ наклон пилы меняется от двух возмущающих воздействий: от входного и выходного напряжений. В этом случае надобность в таких сложных в схемотехническом плане узлах как компаратор и источник тока отпадает, что приводит к повышению, быстродействия и надежности ШИМ и изделий на его основе, например, ВИП.Thus, in the considered PWM, the saw tilt varies from two disturbing influences: from the input and output voltages. In this case, the need for such complex circuit components as a comparator and a current source disappears, which leads to an increase in the speed and reliability of PWM and products based on it, for example, VIP.

Claims

A pulse-width modulator with feedback, containing a feedback photodiode, a resistor, the first output of which is connected to the positive terminal of the external power source, and the second to the first capacitor lining, the second lining of which is connected to the "General" bus of the power supply, while the second resistor output connected to the first input of the bidirectional key, the second input of which is connected to the "General" bus, characterized in that the two-input element 2 OR is introduced, one of the terminals of which is connected to the control input of the bidirectional key, and the second to the second terminal of the resistor, and the cathode and anode of the feedback photodiode are respectively connected to the first and second terminals of the resistor, while the output of the 2OR element is the PWM output, and the input is the control input of the bi-directional key.