SU1660170A1

SU1660170A1 - Ключевое генераторное устройство

Info

Publication number: SU1660170A1
Application number: SU894715951A
Authority: SU
Inventors: Владимир Александрович Александров; Василий Александрович Галахов; Валерий Владимирович Региня
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор"
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1991-06-30

Abstract

Изобретение относитс к импульсной технике и может быть использовано в качестве генератора сигналов заданной формы. Цель изобретени - повышение КПД при снижении искажени сигналов. Ключевое генераторное устройство содержит N(N=2,3...) соединенных последовательно по цепи питани ключевых усилителей, N трехобмоточных выходных трансформаторов, а также многоканальный широтно-импульсный модул тор, N выпр мителей и дроссель. Поставленна цель достигаетс выполнением каждого из N выпр мителей на двух диодах, а ключевых усилителей-по полумостовым схемам, которые содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента и по два последовательно соединенных конденсатора. Такое выполнение ключевого генераторного устройства позвол ет практически исключить потери, обусловленные протеканием как тока высокочастотных составл ющих импульсного напр жени , модулированного по длительности, так и паразитных составл ющих протекающих через выпр мители выравнивающих токов, при использовании высокоэффективных полумостовых оконечных каскадов, соединенных последовательно по питанию. 1 ил.

Description

Изобретение относитс к импульсной технике и предназначено дл использовани в качестве генератора сигналов заданной формы на большом уровне мощности в преобразовательных и передающих устройствах .

Цель изобретени . - повышение КПД при снижении искажени сигналов.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюры, по сн ющие его принцип действи (индексы сигналов на фиг.2 соответствуют индексам блоков и элементов на фиг.1, к выходу которых они относ тс ).

Ключевое генераторное устройство (фиг,1) содержит последовательно соединенные источник 1 низкочастотного (НЧ) сигнала и многоканальный широтно-импульсный модул тор 2 (ШИМ), первую 3 и вторую 4 шины питани , между которыми последовательно включены по питанию N ключевых усилителей 5 (N 2,3), каждый К-й из которых содержит по два последовательно соединенных ключевых элемента на транзисторах 6 и 7 и диодах 8 и 9 (К 1. 2N), а также по два последовательно соединенных конденсатора 10 и 11. При этом выходы каждого ключевого усилител соединены с первичной обмоткой 12

О

о

vj О

соответствующего одного из N выходного трансформатора, основные вторичные обмотки 13 которых соединены последовательно , а дополнительна вторична обмотка 14 каждого из них через выпр митель на диодах 15 и 16 соединена соответст- венно с выводами питани (К+1)-го ключевого усилител 5, а дополнительна вторична обмотка 14 N-го выходного трансформатора соединена через выпр митель на диодах 15 и 16с выводами питани первого ключевого усилител 5. Входы N ключевых усилителей 5 соединены с выходами многоканального широтно-импульсного модул тора 2, а крайние выводы основных вторичных обмоток 13 выходных трансформаторов через дроссель 17 соединены с нагрузкой 18.

Источник 1 НЧ сигнала формирует на сво ем выходе требуемый, в общем случае, полигармонический сигнал. В частных случа х это может быть моногармонический или двухтоновый сигнал (как посто нной, так и переменной частоты и амплитуды). Такие генераторы, как правило, содержат либо генератор шума с соответствующими формирующими фильтрами, либо группу управл емых генераторов гармонических колебаний, либо запоминающее цифровое или аналоговое устройство. Конкретна реализаци источника 1 НЧ сигнала определ етс конкретным назначением ключевого генераторного устройства и не вл етс существенной .

Многоканальный широтно-импульсный модул тор 2 предназначен дл формировани р да (по числу каналов ШИМ) импульсных сигналов с ШИМ в соответствии с выходным сигналом источника 1 НЧ сигнала . При этом частоты ШИ преобразовани выбираютс в несколько раз выше частоты сигналов.на входе модул тора 2, причем сигналы на выходах многоканального ШИМ 2 могут быть сдвинуты по фазе по частоте ШИ преобразовани , но быть синфазными по низкой модулирующей частоте сигнала источника 1 НЧ сигнала. Такие многоканальные ШИМ 2, как правило, содержат М (М - число каналов, М 2,3,...) компараторов и М формирователей пилообразного напр жени , подключенных к первым входам соответствующих компараторов, вторые входы которых объединены и вл ютс входом ШИМ 2.

Ключевые усилители 5 идентичны и предназначены дл усилени по мощности входных импульсных сигналов без искажени их длительности. При этом очевидно, что вхрды ключевых усилителей 5 должны иметь устройства гальванической разв зки

(трансформаторные, опторные и другие) Ключевые усилители 5 выполнены по двухконтактным полумостовым схемам и содержат по два последовательно соединенных

ключевых элемента, например, на бипол рных транзисторах 6 и 7 и диодах 8 и 9, а также по два последовательно соединенных конденсатора 10 и 11 (фиг.1). При выполнении ключевых усилителей 5 на парах тран0 зисторов одной проводимости в состав ключевого усилител 5 должно входить инвертирующее звено {трансформатор или логический инвертор на фиг.1), обеспечивающее противофазные переключени ключе5 вых элементов (транзисторов 6 и 7). Величина емкости конденсаторов 10 и 11 выбираетс по стандартной методике: их сопротивление на нижней рабочей частоте (НЧ сигнала) должно быть существенно, (в

0 5-10 раз) меньше сопротивлени нагрузки усилител 5.

Трансформаторы вл ютс идентичными и служат дл обеспечени гальванической разв зки друг от друга выходов

5 ключевых усилителей 5 и суммировани их выходных сигналов последовательно Коэффициент их трансформации (соотношение обмоток 13 и 12) выбираетс дл обеспечени согласовани устройства с нагрузкой

0 18. Дополнительные обмотки 14 не вл ютс силовыми и должны иметь коэффициент трансформации к первичным обмоткам 12 около 1 (обычно выбираетс 0,9-0,95). Величина этого коэффициента трансформации

5 обуславливает необходимую точность выравнивани напр жений питани различных ключевых усилителей 5.

Диоды 15 и 16 вл ютс элементами выпр мителей, обуславливающих подклю0 чение дополнительных обмоток трансформаторов к шинам питани ключевых усилителей 5 и обеспечивающих протекание импульсов токов выравнивани

Дроссель 17 вл етс элементом филь5 трации, служащим д л подавлени составл ющих частоты ШИ преобразовани и выделени на нагрузке 18 (обычно активной либо емкостной) преимущественно полезных НЧ составл ющих.

0 Устройство работает следующим образом .

Пусть на выходе источника 1 НЧ сигнала формируетс низкочастотный синусоидальный сигнал U1 (см. фиг.2), тогда на первом

5 выходе многоканального ШИМ 2 формируетс сигнал U2 с ШИМ, такой, что его длительность импульсов пропорциональна величине сигнала U1.

На других выходах многоканального ШИМ 2 формируютс аналогичные импульсные сигналы, но сдвинутые по фазе по частоте ШИ преобразовани (по низкой частоте все выходные сигналы модул тора 2 синфазны). Каждый из импульсных сигналов (например, U2) поступает на вход соответствующего ключевого усилител 5, на первом выходе которого формируетс импульсный сигнал (US), повтор ющий по форме входной сигнал и имеющий амплитуду Е1, равную напр жению питани данного ключевого усилител . На втором выходе ключевого усилител 5 присутствует напр жение (U5), задаваемое емкостным делителем и несколько измен ющеес с частотой НЧ сигнала (это обусловлено конечностью величины емкости конденсаторов 10 и 11 ключевого усилител 5). В результате этого к входу (т.е. к первичной обмотке 12) трансформатора прикладываетс импульсное напр жение (U5) не только модулированное по длительности (в соответствии с ШЙМ), но модулированное и по амплитуде с низкой частотой (см.. фиг.2).

При этом аналогично на втором выходе второго (и других) ключевого усилител 5 (U5) напр жение также измен етс с низкой частотой, в результате чего напр жение на конденсаторах делител также измен етс , остава сь в сумме равным Е2 (фиг.2д). При этом напр жение U15, выдел емое как положительна часть напр жени U5 с помощью диода 15, прикладываетс к конденсатору ключевого усилител 5 второго канала, имеющего напр жение Е2, а напр жение второго канала U16, выдел емое диодом 16 второго канала, прикладываетс к конденсатору, имеющему напр жение Е2. Напр жени U15 и Е2 первого канала, а также U16 и Е2 второго канала измен ютс по НЧ синфазно и, следовательно, пульсации на конденсаторах напр жени с НЧ не вызывают протекани токов выравнивани , что исключает дополнительные потери при E1tE2 (фиг.2,ж). В случае же неравенства Е1 и Е2 через диоды 15 и 16 протекает от конденсаторов питани ключевого усилител 5 первого канала к конденсаторам питани ключевого усилител 5 второго канала ток, вызывающий их перезар д и выравнивание Е1 и Е2. Аналогично обеспечиваетс выравнивание напр жений питани и на других ключевых усилител х 5.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечиваетс высока точность выравнивани напр жений на всех ключевых усилител х 5, выполненных по полумостовым схемам, в широкой полосе рабочих частот (НЧ сигнала) без возникновени

паразитных токов в цеп х выравнивани , что и обеспечивает повышение КПД устройства при снижении искажений

Claims

5Формула изобретени

Ключевое генераторное устройство, содержащее N(,3 ..) соединенных последовательно по цепи питани ключевых

10 усилителей, N трехобмоточных выходных трансформаторов, выводы первичной обмотки каждого из которых соединены с одноименными выходами соответствующего ключевого усилител , вход каждого из кото5 рых соединен с соответствующим выходом многоканального широтно-импульсного модул тора , вход которого подключен к выходу источника низкочастотного сигнала, а также N выпр мителей первый вход каждо0 го из которых подключен к первому выводу дополнительной вторичной обмотки соответствующего выходного трансформатора, и дроссель, первый вывод которого соединен с первым выводом основной вторичной

5 обмотки первого выходного трансформатора , а второй - с первым выводом нагрузки, второй вывод которой соединен с вторым выводом основной вторичной обмотки N-ro выходного трансформатора, отличаю0 щ е е с тем, что, с целью повышени КПД при снижении искажений, каждый К-й из N выпр мителей выполнен на двух (2k-1)-M и 2К-м диодах, а ключевые усилители выполнены по полумостовым схемам и содержат

5 по два последовательно соединенных ключевых элемента и по два последовательно соединенных конденсатора, причем точка соединени ключевых элементов вл етс первым выходом, а точка соединени кон0 денсаторов - вторым выходом каждого клю- чевого усилител , причем основные вторичные обмотки выходных трансформаторов соединены последовательно, а точка соединени анода 2К-го и катода (2К-1)-го

5 диодов вл етс первым входом К-го выпр мител , при этом катод 2К-го диода соединен с первым выводом питани , а анод (2К-1)-го диода - с вторым выводом питани (К+1)-го ключевого усилител причем катод

0 2N-ro диода и анод (2N-1)-ro диода соединены аналогично с выводами питани первого ключевого усилител , при этом второй вывод дополнительной вторичной обмотки каждого К-го (К 1.2 N-1) выходного

5 трансформатора соединен с вторым выходом (К+1)-го ключевого усилител , a N-ro выходного трансформатора - с вторым выходом первого ключевого усилител .

I шина питани

Гк

ГК

5

L

К

8 Ф

ЙЫ

рыл. 72

5 Ж

W

75

5ft«

TJ

Ґ

t

/5

W75

М

6-2

7 7

U

7-Г-21

-w

е-;

-j

6-2-2

/7

7-to-i)-i

44-

2ЈФ

5-Л

з

irfi-л

W )-2

Яшина питани

Фиг./

in п п п л