Преобразователь напряжения с многозонной импульсной модуляцией

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С МНОГОЗОИНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ , содержащий последовательно соединенные между собой по выходу регулируемые и нерегулируемые преобразовательные ячейки, причем нерегулируемые ячейки связаны с задающим генератором непосредственно, одна плавно регулируемая ячейка через двухканальный фазосдвигающий.-. узел, а другие дискретно регулируемые ячейки - через одноканальные фазореверсирующие узлы, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и расширения функциональных возможноетей , он снабжен формирователем кода управляющего сигнала, каждый канал двухканального фазосдвигающего узла содержит К-разрядный сумматор и логический злемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, оД ноканальный фазореверсирующий узел выполнен в виде логического элемента Иск;гОЧАЮ1ЦЕЕ или, а задающий генератор выполнен в виде последовательно соединенных задатчика частоты и (К+1)-разрядного двоичного счетчика, выход старшего разряда которого подключен к нерегулируекалм ячейкам и . первым объединенным входам всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем вторые входы одноканальных фазореверсирующих узлов г Ь подключены к выходам старших раз-, рядов формирователя кода управляющего сигнала, выходы его млгшших раз рядов подключены к первым суммирующим входам сумматоров, вторые входы которых подключены соответствен§ но к прямым и инверсным выходам К разрядов двоичного счетчика, вхо,цы переноса предназначены для подачи уровня логической единицы, выходы переноса подключены к зторам входам сл элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ двухканального фазосдвиггиощего узла. о 2. Преобразователь напряжения по п.1,о тлич ающи йс я тем, 00 что в замкнутых системах регулирования формирователь кода управляющего сл сигнала выполнен в виде ангшого-цифрового преобразователя, вход которого предиазначен для под;ключения к усилителю сигнгша ошибки.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1(у) Н 02 Р 13/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3; ° «л«

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3450990/24-07 (22) 11.06.82 (46) 30.10.83. Бюл. М 40 (72) А.В.Кобзев, Н.М.Музыченко и A.Â.Øàðàïîâ (71) НауЧно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.314 ° 722(088.8) (56) 1. Техническая электродинамика.

1980, Ф 5, с.49-55.

2. Кобзев A.Â. Многозонная импульсная модуляция. Новосибирск, Наука, 1979, рис.2.8, 2.22, 5.1, 7.4, 7.5.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2996244/07, кл. Н 02 Р 13/18, 24.10.80. (54)(57) 1 ° ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С МНОГОЗОННОЙ ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕй, содержащий последовательно соединенные между собой по выходу регулируемые и нерегулируемые преобразовательные ячейки, причем нерегулируемые ячейки связаны с задающим генератором непосредственно, одна плавно регулируемая ячейкачерез двухканальный фазосдвигающий:л узел, а другие дискретно регулируемые ячейки — через одноканальные фазореверсирующие узлы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и расширения функциональных возможнос- тей, он снабжен формирователем кода управляющего сигнала, каждый канал . двухканального фазосдвигающего узла содержит К -разрядный сумматор и логи° ческий элемент ИСКЛЮЧАК))(ЕЕ ИЛИ, од ноканальный фазореверсирующий узел выполнен в виде логического элемента

HCKJIIO EE ИЛИ, а задающий генератор выполнен в виде последовательно соединенных задатчика частоты и (К+1)-разрядного двоичного счетчика, выход старшего разряда которого подключен к нерегулируемым ячейкам и первым объединенным входам всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, причем вторые входы одноканальных фазореверсирующих узлов подключены к выходам старших раз- . 3 рядов формирователя кода управляющего сигнала, выходы его младших раз рядов подключены к первым суммирую- 4Р ю щим входам сумматоров, вторые входы которых подключены соответственно к прямым и инверсным выходам К разрядов двоичного счетчика, входы переноса предназначены для подачи уровня логической единицы, выходы переноса подключены к вторым входам элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ двухка- нального фазосдвигающего узла. . виищ

2. Преобразователь напряжения по п.1, отличающийся тем, что в замкнутых системах регулирова- Я© ния формирователь кода управляющего р сигнала выполнен в виде аналого-циф- рового преобразователя, вход которого предназначен для подключения к усилителю сигнала ошибки.

Э

1051685 (О

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразованию и регулированию переменного и постоянного напряжений, и может найти применение в глубоко регулируемых вторичных источниках электропитания, усилителях мощности, амплитудных модуляторах при высоких энергетических показателях с минимальными массой и габаритами.

Известен преобразователь с программируемой формой выходного.напряжения, содержащий модулятор, высокочастотный трансформатор напряжения, на вторичных обмотках кото-, рого пропорциональны весам двоичййх 15 разрядов, коммутатор-квантователь, демодулятор и схему управления jl).

Однако такой преобразователь не решает задачу воспроизведения входного управляющего сигнала.

Известны преобразователи напряжения с многозонной импульсной модуляцией, содержащие последовательно соединенные между собой по выходу регулируемые и нерегулируемые пре- 2 образовательные ячейки, причем нерегулируемые ячейки связаны с задаю« щим генератором непосредственно, а регулируемые — через фазосдвигающие узлы и узлы управления ими. Каждая регулируемая ячейка осуществляетплавное %ИМ-регулирование в опреде ленной зоне выходного напряжения по методу однополярной реверсивной модуляции, что позволяет при суммировании ЭДС ячеек реализовать высококачественное воспроизведение на выходе входного управляющего сигнала при высоком коэффициенте полезного действия Г2 g.

Недостатком таких устройств 40 является сложная схема управления, так как фаэосдвигающие узлы всех преобразовательных ячеек выполнены . двухканальными, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь напряжения с многозонной импульсной модуляцией, который также содержит последовательно соединенные между собой по выходу преобразовательные ячейки. Нерегулируеьиые ячейки связаны с задающим генератором. 8 одних регулируемых ячейках осуществляется плавное ШИМ . регулирование и фазосдвигающие узлы выполнены по двухканальной схеме, в других - дискретное регулирование выходного напряжения. Фаэосдвигающие узлы дискретных ячеек выполнены по более простой одноканальной cxe" ме, однако в целом схема управления . 60 остается сложной. Кроме того, такой преобразователь не предусматривает управление,кодомЩ, Цель изобретения — упрощение устройства, повышение надежности и расширение Функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь напряжения с многоэонной импульсной модуляцией, содержащий последовательно соединенные между собой по выходу регулируемые и нерегулируемые преобразовательные ячейки, причем нерегулируемые ячейки связаны с задающим генератором непосредственно, одна плавно регулируемая ячейка - через двухканальный Фазосдвигающий узел, а другие дискретно регулируемые ячейки - через одноканальные фаэореверсирующие узлы, снабжен .формирователем кода управляющего сигнала, каждый канал двухканального фаэосдвигающего узла содержит К -разрядный сумматор и логический элеМент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, одноканальный фазореверсирующий узел выполнен в виде логического элемента ИСКЛЮЧАОЯЕЕ ИЛИ, а задающий генератор выполнен i виде .по" следовательно соединенных задатчика частоты и (К+1 -разрядного двоичного счетчика, выход старшего раа-. ряда которого подключен к нерегулируемым ячейкам и первым объединенным входам всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем вторые входы одноканальных фазореверсйрующих узлов подключены .к выходам старших разрядов формирователя кода управляквцего сигнала, выходы его младших разрядов подключены соответственно к прямым и инверсным выходам К разрядов двоичного счетчика, входы переноса предназна чены для подачи уровня логической единицы, выходы переноса подключе" ны к вторым входам элементов ИСКЛЮЧАОЦЕЕ ИЛИ двухканального фаэосдвигающего узла.

B замкнутых системах регулирования формирователь кода управляющего сигнала выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя, на вход кото", рого подается сигнал ошибки.

На фиг.1 приведена блок-схемапреобраэователя. напряжения с многозонной импульсной модуляцией; на фиг.2 и фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Преобразователь напряжения с многозонной импульсной модуляцией (фиг.1) содержит последовательно соединенные между собой нерегулируемые 1, плавно регулируемые 2 и дискретно регулируемые 3 преобразовательные ячейки, к выходу которых через фильтр 4 подключена нагрузка 5, а к входу — источник 6 постоянного напряжения. Управляющий вход нерегулируемых ячеек 1 связан с задакхцим генератором 7, выполненным в виде последовательно включенных задатчика 8 частоты и (К+1)-разрядного

1051 685 двоичного счетчика 9. Управляющие входы плавно регулируемой ячейки 2 подключены к задающему генератору 7 через двухканальный фазосдвигающий узел 10, содержащий К-разрядные сумматоры ll и 12 .и логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 и 14. Управляющие входы дискретно регулируемых ячеек 3 через одноканальные фазореверсирующие узлы 15, выполненные на логических элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключены к выходам старших разрядов формирователя 16 кода упфавляющего сигнала. Выход старшего разряда счетчика 9 подключен к нерегулируемым ячейкам 1 и первым объединенным входам всеХ логических элементов ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ .13-15. Первые суммирующие входы сумматоров 11 и 12 подключены к выходам младших разрядов формирователя 16 кода управляющего сигнала.

Второй суммирующий вход одного сумма тора ll подключен к прямым, другого сумматора 12 - к инверсным выходам

K разрядов двоичного счетчика 9.

Входы переноса сумматоров предназначены для подачи уровня логической единицы, выходы переноса подключены к вторым входам логических элементов 13 и 14 двухканального фазосдвигакхцего узла 10.

На фиг.2 и 3 показаны временные диаграммы, поясняющие работу устройства с двумя дискретно регулируемьнии ячейками 3. ЭДС одной из них, получающей управление с выхода (К+1)-го разряда формирователя 16, равна максимальному выходному напряжению плавно регулируемой ячейки

2, а другой, получающей управление с выхода старшего (К+2)-го разряда формирователя 16, в два раза больше.

Диаграммы приведены для случая, когда в качестве формирователя кода управляющего сигнала используется счетчик, на счетный вход которого подаются импульсы задатчика 8 частоты через делитель частоты на восемь.

На диаграммах обозначены напряжение 17 задающего генератора 7 на выходе (К+1)-ro разряда счетчика 9, форма напряжений на выходах двух старших разрядов 18 и 19 Формирователя 16 кода управляющего сигнала, управляющие сигналы 20 и 23. дискретно регулируемых ячеек 3, форма 22 напряжения на ныходе преобра- . зователя до фильт1 а 4, аналоговый эквивалент 23 кода управляющего сигнала, аналогоный эквивалент 24 нарастающего кода развертки снимаемого с прямых выходов К разрядов счетчика 9, аналоговый эквивалент 25 спадающего кода развертки, снимаемого с инверсных выходов К разрядов счЕтчика 9, напряжение 26 на выхоле сумматора 11, напряжение 27 на ныходе сумматора 12, форма сигналов

28 и 29 на выходах логических элементов 13 и 14, форма 30 выходного напряжения плавно регулируемой силовой ячейки 2.

Преобразователь работает следующим образом.

При счете импульсов задатчика 8 частоты на выходе старшего разряда счетчика 9 формируется напряжение задающего генератора 17, которое, управляя ячейками 1, создает на выходе преобразователя нерегулируемый уровень напряжения Uo. Ha прямых и инверсных выходах К разрядон счетчика 9 формируются линейно нарастающий и линейно спадающий коды развертки, аналОговые эквиваленты которых для наглядности приведены соответственно на зпюрах 24 и 25. С частотой в 8 раз меньшей формируется линейно нарастающий код на выходе формирователя 16, аналоговый эквивалент которого приведен на эпюре 23,. а сигналы двух старших разрядов соответственно на эпюрах 18 и 19.

Сумматоры 11 и 12 выполняют функции цифровых компараторов„ сравнивая коды развертки с кодом управляющего сигнала. Единичные сигналы 26 и 27 формируются на выходах сумматоров 11 и 12 н те интервалы времени, когда код развертки дополняет код управляющего сигнала до единицы и логическая 1, поданная на вход переноса младшего разряда Р, появляется на выходе переноса старшего разряда сумматора .

В течение этих временных интервалов логические элементы 13 и 14 осущест40 нляют реверс фазы сигнала 17, формируя на своих выходах импульсные последовательности 28 и 29.

Алгоритм управления ячейкой 2 выбран таким, что н интервалы нре45 мени, когда импульсные последовательности 28 и 29 еинфазны между собой и с сигналом задающего генератора 17, ЭДС ячейки отрицательна (нычитается из нерегулируемого ypoSня 0О). В интеРвалы вРемени, когда последовательности 28 и 29 синфазны между собой, но противофазны с сигналом 17, ЭДС ячейки положитель-, на (суммируется с нерегулируемым

55 уровнем U ). Если последовательности 28 и 29 противофазны, выходное напряжение ячейки равно нулю. При нарастании кода управляющего сигнала. происходит изменение скнажности импульсов 26 и 27 и встречное переме60 щение по, фазе импульсных последовательностей 28 и 29. При этом в интервале времени 1а -Ф реализуется режим регулируемой нольтоотбавки, в момент времени — сквозная переда65 ча тока нагрузки без подключения, 1051685

ЭДС ячейки, в интервале времени ф.(— — режим регулируемой вольтодобавкИ. Таким образом, предлагаемая структура обеспечивает работу преобразовательной ячейки с однополярной реверсивной модуляцией подобную

5 .работе ячейки с использованием аналоговой развертки с тем Отличием, что изменение фазы сигналов 26-30 . происходит не плавно, а скачкообразно на величину, кратную дискрете фазы, определяемой разрядностью кода развертки.

Фазореверсирующие узлы 15 осуществляют реверс фазы напряжения задающего генератора 17 в течение интер- 15 валов времени, когда сигналы на выходах старших разрядов 18 и 19 формирователя 16 имеют единичное значение, формируя на управляющих входах дискретно регулируемых ячеек 3 импульс-20 ные последовательности 20 и 21. Алгоритм управления ячейками 3 такой, что если управляющий сигнал 20 (21) синфаэен с сигналом 17 задающего генератора, ЭДС ячейки отрицательна (вычитается из Оо ), если сигнал 20 (21) и 17 противофазны — ЭДС ячейки положительна (суммируется с M ). Таким образом, уровням логического 0 сигналов 18 и 19 соответствует режим полной вольтоотбавки соответствующих ячеек 3, уровням логической 1 — режим полной вольтодобавки, Поясним формирование результирующей импульсной последовательности 22 35 преобразователя. Момент времени соответствует нулевому коду формирователя 16, когда .напряжения на всех его выходах соответствует уровню логического 0 . Все регулиру- 4() емые ячейки 2 и 3 находятся в режиме полной вольтоотбавки (выходное напряжение равно 0О -40, где () — ЭДС ячейки 2). В интервале времени .

С - t2 ячейка 2 осуществляет плавное 4

ШИМ-. регулирование в двух зонах в соответствии с эпюрой 30, обеспечивая рост выходного напряжения до уровня Up-20. В момент времени С2 переключается в режим вольтодобавки дискретно регулируемая ячейка с ЭДС

О (ее управляющий сигнал 20), а ячейка 2 переходит в режим полной вольтоотбавки (код младших К-раэрядов формирователя l6 снова становится нулевым ),В интервале времени С -СЭ плавное Регулиройание выходного напряжения до уровня Uо, осуществляется эа счет ячейки 2. В момент времени С на вольтодобавку переключается ячейка 3 с ЭДС 2 (ее управляющий сигнал 21), а ячейка 2 и ячейка 3 с ЭДС, равной Ь, переходят в режим полной вольтоотбавки. С момента времени С обе ячейки 3 работают в режиме вольтодобавки, а момент времени С соответствует максимальной мощности в нагрузке, когда ЭДС всех ячеек 1-3 включены согласно. Таким образом, при изменении кода управляющего сигнала от нулевого до максимального значения на выходе преобразователя ,реализуется многоэонная импульсная модуляция, при которой регулирование осуществляется в комплексе: по амплитуде дискретно по зонам (в данном примере реализуется 8 зон) и плавно в каждой дискретной зоне с помощью 1)ИМ. Функции формирователя 16 кода может выполнять АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Таким образом, предлагаемое устройство может управляться как аналоговым сигналом U», так и непосредственно его кодом, например,при подключении к ЭВМ, что расширяет функциональные воэможности преобразователя по сравнению с известным. Схема управления значительно упрощена и выполнена на цифровых элементах, обладающих по сравнению с аналоговыми большей помехоустойчивостью и надежностью.

Схема упРавления преобразователем может быть выполнена на интегральных микросхемах без настройки, регулировки и применения навесных элементов, что способствует серийной пригодности преобразователя. Применение дискретно регулируемых яиеек с выход-. ными напряжениями, пропорциональными весам двоичных разрядов, уменьшает число ячеек при заданном качестве регулирования. При кодовом управлении тремя регулируемыми ячейками реализуется 8, четырьмя — 16 зон регулирования, тогда как при обычном для реализации того же числа эон требуется соответственно 4 и 8 силовых ячеек.

f0 з (S. i

ВНИИПИ Заказ 8685/56

Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4