SU752779A1 - Широтно-импульсный модул тор - Google Patents

Description

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, в частности к широтно-импульсным модуляторам (ШИМ) для ключевых стабилизаторов напря- j жения, и может быть использовано в измерительной технике как основной узел множительно-делительных устройств, измерительных преобразователей среднего и эффективного значений тока|₍ и напряжения измерительных преобразователей мощности,а также в электрически управляемых схемах временной задержки систем автоматического регулирования.

Известен ШИМ, имеющий в своем . составе источник вспомогательного треугольного напряжения и компаратор .

Недостатком его является относительно низкая стабильность временных параметров импульсов на его выходе, обусловленная недостаточной стабиль- . ностью амплитуды треугольного напряжения .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ШИМ, работающий по принципу автогенерации импульсов, содержащий дифференциольный операционный усилитель (ОУ), цепь положительной обратной связи, включенную на выходе ОУ Цепь запаздывающей отрицательной обратной связи, состоящую из резисторов, конденсатора и диода, источник опорного напряжения, подключенный через резистор к неинвертирующему входу ОУ. Входная клемма ШИМ также подключена к неинвертирующему входу ОУ [2].

Недостатком этого ШИМ является низкая стабильность временных параметров выходных импульсов, обусловленная тем, что конденсатор, входящий в состав цепи запаздывающей отрицательной обратной связи, определяет частоту следования выходных импульсов ШИМ. Регулировка длительности импульсов осуществляется подачей положительного управляющего напряжения на неинвертирующий вход ОУ. Ввиду того, что время заряда конденсатора определяется уровнем управляющего напряжения, а время разряда - постоян•ной времени цепи обратной связи, частота выходных импульсов зависит от амплитуда управляющего напряжения.

Цель изобретения - повышение стабильности временных параметров выходных импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в ШИМ, содержащий дифференциальной операционный усилитель, конденсатор, одна обкладка которого подключена к выходу операционного усилителя, и выходной клемме, источник опорного напряжения, один полюс которого подключен к обшей шине, а другой через резистор - к неинвертирующему входу операционного усилителя,, введен генератор тактовых импульсов, выход которого, а также вторая обкладка конденсатора, подключены к неинв.ертирующему входу операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к входной клемме.

На фиг. 1 приведена структурная схема МИМ, а на фиг. 2 - его электрическая принципиальная схема.

□ИМ содержит дифферинциальный операционный усилитель (СУ) 1, к неинвертирующему входу которого подключен генератор 2 тактовых импульсов, через резистор 3 - источник 4 опорного , напряжения и одна обкладка конденсатора 5, другая обкладка которого соединена с выходом ОУ, являющимся одновременно выходом НИМ. Входная клемма ШИМ соединена с инвертирующим входом ОУ.

Генератор 2 тактовых импульсов предназначенный для задания частоты следования выходных импульсов ШИМ, представляет собой высокостабильный генератор импульсов и может быть выполнен, например, на мультивибраторе. Источник 4 опорного напряжения представляет собой параметрический стабилизатор напряжения. Резистор 3 обеспечивает ограничение тока источника 4 опорного напряжения. Конденсатор 5 служит для передачи перепада выходной величины сигнала с выхода ОУ на его неинвертирующий вход. Величина емкости конденсатора 5 составляет небольшую величину. В сочетании с резистором 3 Конденсатор 5 образует дифференциальную цепь с малой постоянной времени.

К входной клеме подключается источник управляющего напряжения положительной полярности (на чертеже не показан).

ШИМ работает следующим образом.

Необходимым условием работоспособности схемы является условие превышения . величины управляющего напряжения, поступающего на инвертирующий вход ОУ 1, над опорным напряжением, формируемым источником 4 и поступающим на неинвертирующий вход ОУ 1.

При отсутствии тактовых импульсов с генератора 2 на неинвертирующем входе ОУ 1 на его выходе устанавливается низкий потенциал. При поступлении тактового импульса положительной полярности с амплитудой, превышающей входное управляющее напряжение напряжение на выходе ОУ 1 возрастает. /Увеличение, напряжения (скачок) через конденсатор 5 передается на неинвертирующий вход ОУ 1. По окончании тактового импульса с генератора 2 потенциал на неинвертирующем входе ОУ 1 уменьшается с постоянной времениИС, определяемой сопротивлением резистора 3, емкостью конденсатора 5 и внутренним сопротивлением источника 4 опорного напряжения. Как только потенциал на неинвертирующем входе ОУ 1 становится ниже потенциала на инвертирующем входе, определяемого входным управляющим напряжением, на выходе ОУ 1 вновь появляется низкий потенциал. Таким образом, длительность импульсов положительной полярности на выходе. ОУ 1, являющимся выходом ШИМ, меняется в зависимости от входного управляющего напряжения, а частота их следования равна частоте генератора 2 тактовых импульсов. Следовательно, нестабильность частоты следования выходных импульсов ШИМ определяется лишь нестабильностью частоты генератора 2 тактовых импульсов, и может быть по-, лучена сколь угодно малой (до тысячных долей процента) с учетом использования современных высокостабильных генераторов (кварцевых, молекулярных и др .) .

' Преимуществом предлагаемого ШИМ является упрощение как его схемного решения, так и схемного решения объектов его применения. Так, например, при использовании этого ШИМ в стабилизированном источнике питания, последний упрощается за счет совмещения в ШИМ функций схемы сравнения, а также за счет повышения стабильности частоты переключения ключа стабилизатора. Последнее обстоятельство Позволяет упростить фильтр на выходе источника питания и, следовательно, уменьшить габариты и материалоемкость фильтра при заданном коэффициенте пульсаций выходного напряжения.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к радиоэлектронной технике, в частности к широтно-импульсным модул торам (ШИМ дл  ключевых стабилизаторов напр жени , и может быть использовано в измерительной технике как основной узел множйтёльно-делительных устройств , измерительных преобразовател среднего и эффективного значений то и напр жени ,измерительных преобраз вателей мощности,а также в электрич ки управл е «1ых схемах временной задержки систем автоматического регулировани . Известен ШИМ, имеющий в своем . составе источник вспомогательного треугольного напр жени  и компаратор l1 . Недостатком его  вл етс  относительно низка  стабильность временны параметров импульсов на его выходе, обусловленна  недостаточной стабиль носхью амплитуды треугольного напр  жени . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  ШИМ, работающий по принципу автогенерации импульсов, содержащий дифференциольный операционный усилител ( ОУ), цепь положительной обратной св зи, включенную на выходе ОУ Цепь запаздывающей отрицательной обратной св зи, состо щую из резисторов, конденсатора и диода, источник опорного напр жени , подключенный через резистор к неинвертирующему входу ОУ. Входна  клемма ШИМ также подключена к неинвертирующему входу ОУ 2. Недостатком этого ШИМ  вл етс  низка  стабильность временных параметров выходных импульсов, обусловленна  тем, что конденсатор, вход щий в состав цепи запазддавающей отрицательной обратной св зи, определ ет частоту следовани  выходных импульсов ШИМ. Регулировка длительности импульсов осуществл етс  подачей положительного управл ющего напр жени  на иеинвертирующий вход ОУ. Ввиду того, что врем  зар да конденсатора определ етс  уровнем управл ющего .напр жени , а врем  разр да - посто нной времени цепи обратной св зи, частота выходных импульсов зависит от амплитуды управл ющего напр жени . Цель изобретени  - повышение стабильности временных параметров выходных импульсов. Поставленна  цель достигаетс  тем что в иим, содержащий дифференциальной операционный усилитель, конденсатор , одна обкладка которого подклю чена к выходу операционного усилител , и выходной клемме, источник опорного напр хени , один полюс которого подключен к обшей шине, а другой через резистор - к неинвертирующему входу операционного усилител ,, введен генератор тактовых импульсов , выход которого, а таю.се втора  обкладка конденсатора, подключены к неинв.ертирующему входу операционного усилител , инвертирующий вход которого подключен к входной Клемме. Ка фиг. 1 приведена структурна  схема МИМ, а на фиг. 2 - его электрическа  принципиальна  схема. иим содержит дифферинциальный опе рационный усилитель (СУ) 1, к неинвертирующему входу которого подключен генератор 2 тактовых импульсов, через резистор 3 - источник 4 опорного .напр жени  и одна обкладка конденсатора 5, друга  обкладка которо соединена с выходом ОУ,  вл ющимс  одновременно выходом ПИМ, Входна  клемма ШИМ соединена с инвертирующим входом ОУ. Генератор 2 тактовых импульсов предназначенный дл  задани  частоты следовани  выходных импульсов ШИМ, представл ет собой высокостабильный генератор импульсов и может быть выполнен, например, на мультивибраторе . Источник 4 опорного напр жени представл ет собой параметрический стабилизатор напр жени . Резистор 3 обеспечивает ограничение тока источ ника 4 опорного напр хени . Конденсатор 5 служит дл  передачи перепада выходной величины сигнала с выхо да ОУ на его неинвертирующий вход. Величина емкости конденсатора 5 сос тавл ет небольшую величину. В сочетании с резистором 3 Конденсатор 5 образует дифференциальную цепь с ма лой посто нной времени. К входной клеме подключаетс  источник управл ющего напр жени  поло жительной пол рности (на чертеже не показан). ЫИМ работает следующим образом. Необходимым условием работоспособности схемы  вл етс  условие пре вышени , величины управл ющего напр  жени , поступающего на инвертирующи вход ОУ 1, над опорным напр жением, формируемым источником 4 и поступающим на неинвертирующий вход ОУ 1. При отсутствии тактовых импульсо с генератора 2 на неинвертирующем входе ОУ 1 на его выходе устанавливаетс  низкий потенциал. При поступ лении тактового импульса положитель ной пол рности с амплитудой, превышающей входное управл ющее напр жени напр жение на выходе ОУ 1 возрастает. Увеличение, напр жени  (скачок) через конденсатор 5 передаетс  на неинвертирующий вход ОУ 1. По окончании тактового импульса с генератора 2 потенциал на неинвертирующем входе ОУ 1 уменьшаетс  с посто нной времениТ С , определ емой сопротивлением резистора 3, емкостью конденсатора 5 и внутренним сопротивлением источника 4 опорного напр жени . Как только потенциал на неинвертирующем входе ОУ 1 становитс  ниже потенциала на инвертирующем входе, определ емого входным управл ющим напр жением, на выходе ОУ 1 вновь по вл етс  низкий потенциал. Таким образом, длительность импульсов положительной пол рности на выходе. ОУ 1,  вл ющимс  выходом ШИМ, мен етс  в зависимости от входного управл ющего напр жени , а частота их следовани  равна частоте генератора 2 тактовых импульсов. Следовательно, нестабильность частоты следовани  выходных импульсов ШИМ определ етс  лишь нестабильностью частоты генератора 2 тактовых импульсов, и может быть по-, лучена сколь угодно малой (до тыс чных долей процента) с учетом использовани  современных высокостабильных генераторов (кварцевых, молекул рных и др .) . Преимуществом предлагаемого ШИМ  вл етс  упрощение как его схемного решени , так и схемного решени  объектов его применени . Так, например, при использовании этого ШИМ в стабилизированном источнике питани , последний упрощаетс  за счет совмещени  в ШИМ функций схемы сравнени , а также за счет повьпиени  стабильности частоты переключени  ключа стабилизатора . Последнее обсто тельство Позвол ет упростить фильтр на выходе источника питани  и, следовательно , уменьшить габариты и материалоемкость фильтра при заданном коэффициенте пульсаций выходного напр жени . Формула изобретени  Широтно-импульсный модул тор, содержащий дифференциальный операционный усилитель, конденсатор, одна обкладка которого подключена к выходу операционного усилител , и выходной клемме, источник опорного напр жени , один вывод которого подключен к общей шине, а другой через резистор - к неинвертирующему входу операционного усилител , о т л и - чающийс  тем, что, с целью повьйнени  стабильности временных параметров выходных импульсов, в него введен генератор тактовых импульсов выход которого, а также втора  обкладка конденсатора, подключены к неинвертирующему входу операционного усилител , инвертирующий вход ко торого подключен к входной клемме. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 96 1.Головацкий В.А. Транзисторные импульсные усилители и стабилизаторы, посто нного напр жени . М.,Советское радио , 1974, с. 144-145.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 372652, кл. Н 03 К 7/08, 25.12.70 ( прототип) .