Система и способ управления с модуляцией для резонансного контура
Изобретение относится к области электросвязи. Управляющая микросхема резонансного контура соединена с соответствующими средствами управления, обеспечивающими согласование напряжения и регулирование сопротивления. Средство управления обеспечивает управляющие параметры для микросхемы в соответствии с входным напряжением. Управляющая микросхема модулирует резонансный контур. Микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией или микросхема управления с широтно-импульсной модуляцией соединены с модулем согласования напряжения и модулем регулирования сопротивления, где модуль согласования напряжения согласует диапазонам напряжения, а модуль регулирования сопротивления корректирует эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи, как изменения напряжения замкнутого контура соответственно. Технический результат - осуществление режима управления с частотно-импульсной модуляцией, широтно-импульсной модуляцией или их комбинацией применительно к резонансному контуру через модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления, снижение себестоимости и повышение производительности. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 16 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение, в основном, относится к технике электросвязи, более конкретно, к способу управления с модуляцией и к системе для управления резонансного контура.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В известных преобразователях требуемое выходное напряжение может быть получено, модулируя рабочую частоту электронно-лучевого коммутатора в резонансном контуре в режиме частотно-импульсной модуляции (ЧИМ).
Возьмем, например, резонансный преобразователь напряжения постоянного тока, который основан на резонансном способе преобразования напряжения. Поскольку резонансный элемент работает в синусоидальном режиме резонанса, переключение напряжения через электронно-лучевой коммутатор является естественной коммутацией при нулевом токе, реализуя, таким образом, переключение при нуле напряжения. В то же время можно исключить операцию обратного восстановления выходных выпрямительных диодов, благодаря чему могут быть снижены потери источника питания, и эффективность системы может быть повышена. Как правило, в такой топологии выходное напряжение может быть стабилизировано, модулируя рабочую частоту электронно-лучевого коммутатора в режиме ЧИМ. На фиг.1 представлена принципиальная схема полного моста резонансного преобразователя напряжения постоянного тока, в котором соотношение между повышением выходного напряжения М и рабочей частотой описывается формулой:
В вышеприведенных уравнениях (a), (b) и (с), Lr - значения резонансной индуктивности, f - рабочая частота электронно-лучевого коммутатора, Cr - значение резонансной емкости и Р0 - выходная мощность.
Из уравнения (а) следует, что чем выше рабочая частота, тем меньше усиление по напряжению М, когда рабочая частота выше резонансной частоты. Точно так же, чем ниже рабочая частота, тем ниже усиление по напряжению М, когда рабочая частота ниже резонансной частоты.
Основная проблема при использовании последовательного резонансного преобразователя состоит в том, что выходное напряжение трудно стабилизировать в условиях небольшой нагрузки или без нагрузки. Выходное напряжение в последовательной резонансной топологии уменьшается по мере повышения частоты переключения. Когда нагрузка последовательного резонансного преобразователя уменьшается до низкой нагрузки или до нулевой нагрузки, выходное напряжение можно стабилизировать, модулируя рабочую частоту. Как только рабочая частота увеличивается до некоторой определенной величины, регулирующая способность рабочей частоты по отношению к выходному напряжению значительно снижется, и выходное напряжение может даже увеличиваться.
Таким образом, чтобы стабилизировать выходное напряжение, необходимо поднять рабочую частоту. Однако чрезмерно высокая рабочая частота или чрезмерно широкий диапазон регулирования сделают расчет магнитных элементов более трудным. Кроме того, чем выше рабочая частота, тем выше потери в цепи. В области промышленного электропитания кое-где используется фиксированная нагрузка на выходе, чтобы стабилизировать выходное напряжение при условии малой и нулевой нагрузки. Однако это может увеличить потери при нулевой нагрузке и снизить КПД системы электропитания.
Кроме того, подобные проблемы существуют и в полуволновом мосту и полноволновых резонансных контурах.
В заключение отметим, что простое регулирование частоты приводит к чрезмерному расширению диапазона рабочей частоты, даже к выходу оборудования из строя, и затрудняет оптимизацию магнитного устройства и большие потери в схеме, а также затрудняет проектирование системы с регулируемой обратной связью. Следовательно, простое регулирование частоты не может удовлетворить потребность в стабилизации напряжения в условиях малой или нулевой нагрузки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание способа управления с модуляцией и системы для резонансного контура с невысокими производственными затратами и высокой эффективностью, чтобы решить проблему предшествующей технологии, заключающуюся в том, что простое регулирование частоты приводит к получению чрезмерно высокой рабочей частоты и чрезмерно широкому диапазону регулирования, затрудняет проектирование магнитных элементов и снижает эффективность источника питания.
Система управления с модуляцией для резонансного контура по настоящему изобретению, в котором управляющая микросхема резонансного контура соединена с соответствующим средством управления, которое обеспечивает согласование напряжения и регулирование сопротивления к цепи модулирующей управляющей микросхемы, при этом средство управления обеспечивает параметры управления для модулирующей управляющей микросхемы в соответствии с входным напряжением, причем указанная управляющая микросхема модулирует резонансный контур соответствующим образом.
Управляющая микросхема представляет собой микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией, широтно-импульсный модулятор и генератор которой соединены с модулем согласования напряжения и с модулем регулирования сопротивления средства управления, соответственно; при этом модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления обеспечивают параметры управления для микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией в соответствии с входным напряжением; при этом управляющая микросхема с фазовой широтно-импульсной модуляцией модулирует резонансный контур.
В модуле согласования напряжения и в модуле регулирования сопротивления используется напряжение Vloop замкнутого контура в качестве входного напряжения.
Модуль согласования напряжения согласует интервал напряжений сдвига фаз, соответствующий напряжению замкнутого контура Vloop с диапазоном напряжения, в котором фаза сдвигается широтно-импульсным генератором микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляции.
Модуль регулирования сопротивления включен между замкнутым контуром с напряжением Vloop и генератором микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией так, что эквивалентное сопротивление генератора внешней цепи регулируется в соответствии с изменением напряжения Vloop замкнутого контура.
Модуль согласования напряжения содержит операционный усилитель U701, первый делитель напряжения и токоограничивающую цепь, в котором,
резистор R714 включен между блоком преобразования операционного усилителя U701 и землей, тогда как резистор R711 включен между блоком преобразования операционного усилителя U701 и выходной клеммой;
неинвертирующий выход операционного усилителя U701 соединен с клеммой выходного напряжения первого делителя напряжения;
токоограничивающая цепь включена между выходной клеммой операционного усилителя U701 и широтно-импульсным генератором микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
Модуль регулирования сопротивления содержит второй делитель напряжения, резистор R703, включенный между клеммой выходного напряжения второго делителя напряжения и генератором микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
Управляющая микросхема представляет собой микросхему с широтно-импульсной модуляцией, вывод СОМР и вывод RT которой соединены с модулем согласования напряжения и модулем регулирования сопротивления средства управления, соответственно; модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления обеспечивают параметры управления для микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией в соответствии с входным напряжением, при этом управляющая микросхема с широтно-импульсной модуляцией модулирует резонансный контур.
В модуле согласования напряжения и в модуле регулирования сопротивления используется напряжение Vloop замкнутого контура.
Модуль согласования напряжения согласует модулированный по ширине интервал напряжений, соответствующий напряжению Vloop замкнутого контура, с диапазоном напряжения, в котором фаза модулирована по ширине узлом СОМР микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией.
Модуль регулирования сопротивления включен между замкнутым контуром с напряжением Vloop и выводом RT микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией таким образом, что эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи регулируется в соответствии с изменением напряжения Vloop замкнутого контура.
Модуль согласования напряжения содержит операционный усилитель U701, первый делитель напряжения и токоограничивающую цепь, в котором:
резистор R714 включен между блоком преобразования операционного усилителя U701 и землей, тогда как резистор R711 включен между блоком преобразования операционного усилителя U701 и выходной клеммой;
неинвертирующий выход операционного усилителя U701 соединен с клеммой выходного напряжения первого делителя напряжения;
токоограничивающая цепь включена между выходной клеммой операционного усилителя U701 и узлом СОМР микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией.
Модуль регулирования сопротивления содержит второй делитель напряжения, в котором резистор R703 включен между клеммой выходного напряжения второго делителя напряжения и генератором микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
Первый делитель напряжения содержит последовательную цепь из резисторов R712 и R713, включенную между выводом напряжения замкнутого контура и землей.
Второй делитель напряжения содержит последовательную цепь из резисторов R701 и R702, включенную между выводом напряжения замкнутого контура и землей.
Модуль регулирования сопротивления дополнительно содержит схему сравнения напряжений, которая формирует опорный уровень Vref и в которой первый диод D702 включен между опорным уровнем Vref и входной клеммой второго делителя напряжения 31, тогда как второй диод D701 включен между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и входной клеммой второго делителя напряжения 31, при этом катоды первого диода D702 и второго диода D701 соединены со вторым делителем напряжения.
Предлагается способ управления с модуляцией для резонансного контура, в котором используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для реализации режимов управления с частотно-импульсной модуляцией, широтно-импульсной модуляцией, их комбинацией для резонансного контура через модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления.
Способ содержит следующие стадии:
АА1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления; одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией; и
АА2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления.
Способ содержит следующие дополнительные стадии:
ВА1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется в первом интервале, модуль регулирования сопротивления формирует постоянное эквивалентное сопротивление для микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией и обеспечивает выходной импульс максимальной частоты fmax с этой микросхемы, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией;
ВА2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления; одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией; и
ВА3. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется в третьем интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления.
Максимальное значение коэффициента заполнения составляет 50%.
Первый интервал представляет собой интервал напряжения сдвига фаз напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии низкой или нулевой нагрузки.
Третий интервал представляет собой интервал напряжения сдвига фаз напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии высокой нагрузки.
Способ управления с модуляцией для резонансного контура отличается тем, что управляющая микросхема с широтно-импульсной модуляцией используется для реализации режимов управления с частотно-импульсной модуляцией, широтно-импульсной модуляцией и их сочетания для управления резонансным контуром через модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления.
Способ содержит следующие стадии:
АВ1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется в первом интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления частотной модуляцией; одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией; и
АВ2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления частотной модуляцией.
Способ содержит следующие стадии:
ВВ1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется в первом интервале, модуль регулирования сопротивления формирует постоянное эквивалентное сопротивление для микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией и обеспечивает выходной импульс максимальной частоты fmax с этой микросхемы, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией;
ВВ2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления частотной модуляцией; одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией; и
ВВ3. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется в третьем интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления частотной модуляцией. При этом максимальное значение коэффициента заполнения составляет 50%.
Первый интервал представляет собой модулированный по ширине интервал напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии низкой или нулевой нагрузки.
Третий интервал представляет собой модулированный по частоте интервал напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии высокой нагрузки.
Напряжение Vloop замкнутого контура является выходным напряжением резонансного контура Vo, проходящим через цепь выборки и регулятор.
Преимущества настоящего изобретения могут быть изложены следующим образом. В настоящем изобретении управляющая микросхема резонансного контура соединена с соответствующим средством управления для обеспечения соответствия напряжения и регулирования сопротивления модулирующей управляющей микросхемы. Средство управления обеспечивает параметры управления для модулирующей управляющей микросхемы в соответствии с входным напряжением, и управляющая микросхема модулирует резонансный контур, соответственно. Например, управляющая микросхема может быть микросхемой управления с широтно-импульсной модуляцией или микросхемой управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией, в которой широтно-импульсный модулятор и генератор соединены с модулем согласования напряжения и с модулем регулирования сопротивления соответственно. Модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления обеспечивают параметры управления микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией в соответствии с входным напряжением и выполняют соответствующую модуляцию. Например, модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления используют напряжение Vloop замкнутого контура в качестве входного напряжения. Когда напряжение Vloop замкнутого контура используется в первом интервале, в котором Vloop является относительно малой величиной и, таким образом, предполагается, что преобразователь находится в состоянии низкой или нулевой нагрузки, это напряжение инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления. Одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией. В такой структуре системного контроля в модуле согласования напряжения используются операционный усилитель U701 и обычные отдельные элементы, тогда как резистор или группа резисторов соединены с выводом RT в модуле регулирования сопротивления. По сравнению с известной технологией настоящее изобретение отличается простой конструкцией и низкими производственными затратами. При той же самой эффективности модуляции, настоящее изобретение снимает трудности при проектировании магнитных элементов и повышает производительность.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - принципиальная схема полномостового последовательного резонансного контура;
Фиг.2 - блок-схема управляющей структуры согласно настоящему изобретению, в которой используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией;
Фиг.3 - принципиальная схема модуля согласования напряжения и модуля регулирования сопротивления согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения, в котором используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией;
На фиг.4 показано соотношение кривых напряжения замкнутого контура в зависимости от рабочей частоты и коэффициент заполнения согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения, в котором используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией;
Фиг.5 - схема формы волны возбуждения четырех электронно-лучевых коммутаторов в полномостовом резонансном контуре, работающем только в режиме частотной модуляции;
Фиг.6 - принципиальная схема формы волны возбуждения четырех электроннолучевых коммутаторов в полномостовом резонансном контуре, работающем как в режиме частотной модуляции, так и в режиме широтно-импульсной модуляции или только в режиме широтно-импульсной модуляции;
Фиг.7 - принципиальная схема модуля согласования напряжения и модуля регулирования согласно варианту 2 воплощения настоящего изобретения, в которой используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией;
На фиг.8 показано соотношение кривых напряжения замкнутого контура в зависимости от рабочей частоты и коэффициент заполнения согласно варианта 2 воплощения настоящего изобретения, в которой используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией;
Фиг.9 - принципиальная схема полумостового последовательного резонансного контура;
Фиг.10а - схема формы волны возбуждения двух электронно-лучевых коммутаторов в полумостовом резонансном контуре, работающем только в режиме частотной модуляции;
Фиг.10b - принципиальная схема формы волны возбуждения двух электроннолучевых коммутаторов в полумостовом резонансном контуре, работающем как в режиме частотной модуляции, так и в режиме широтно-импульсной модуляции или только в режиме широтно-импульсной модуляции;
Фиг.11 - блок-схема структуры управления по настоящему изобретению, в которой используется микросхема управления с широтно-импульсной модуляцией;
Фиг.12 - принципиальная схема модуля согласования напряжения и модуля регулирования сопротивления в зависимости в соответствии с вариантом 3 воплощения настоящего изобретения, в котором используется микросхема управления с широтно-импульсной модуляцией;
На фиг.13 показано соотношение кривых напряжения замкнутого контура в зависимости от рабочей частоты и коэффициент заполнения согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения, в котором используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией;
Фиг.14 - принципиальная схема модуля согласования напряжения и модуля регулирования сопротивления согласно варианту 4 воплощения настоящего изобретения, в котором используется микросхема управления с широтно-импульсной модуляцией; и
На фиг.15 показано соотношение кривых напряжения замкнутого контура в зависимости от рабочей частоты и коэффициент заполнения согласно варианту 4 воплощения настоящего изобретения, в котором используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
Настоящее изобретение будет далее описано более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи.
Вариант 1
Как показано на фиг.2 и 3, настоящее изобретение включает микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией. На фиг.2 выход EAOUT генератора сигналов ШИМ и выход RT генератора микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией соединены с модулем согласования напряжения 2 и с модулем регулирования сопротивления 3 соответственно. Модуль согласования напряжения 2 и модуль регулирования сопротивления 3 обеспечивают управляющие параметры для микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией в соответствии с входным напряжением (т.е. напряжением Vloop замкнутого контура). Микросхема 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией модулирует резонансный контур. В полной мостовой схеме, как показано на фиг.1, элементы S1, S2, S4 и S3 полномостового резонансного контура модулируются четырьмя выходными сигналами широтно-импульсной модуляции (ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3 и ШИМ 4) от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
Как показано на фиг.2 и 3, входные напряжения модуля согласования 2 и модуля регулирования сопротивления 3 оба являются напряжением Vloop замкнутого контура. Напряжение Vloop замкнутого контура представляет собой выходное напряжение, которое является выходным напряжением резонансного контура V0, проходящим через цепь регулятора осуществления выборки (такой как регулятор РID). Модуль согласования напряжения 2 включает операционный усилитель U701 и первый делитель напряжения 21, в котором, как показано на фиг.3, резистор R714 включен между инвертирующим выходом операционного усилителя U701 и землей, а резистор R711 включен между инвертирующим выходом операционного усилителя U701 и выходной клеммой.
Как показано на фиг.3, неинвертирующий выход операционного усилителя U701 соединен с клеммой выходного напряжения первого делителя напряжения 21. Первый делитель напряжения 21 имеет последовательную цепь из резисторов R712 и R713, включенную между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и землей. Цепь, состоящая из резистора R712 и резистора R713, подключена непосредственно к неинвертирующему выводу операционного усилителя U701.
Как показано на фиг.3, токоограничивающая цепь 22 включена между выходом операционного усилителя U701 и выводом EAOUT генератора сигналов ШИМ в микросхеме 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией. Токоограничивающая цепь 22 включает последовательную цепь из резисторов R715, R716 и конденсатора С1. Резисторы R715, R716 включены последовательно между выходом операционного усилителя U701 и выводом EAOUT. Конденсатор С1 включен между точкой соединения резистора R715 с резистором R716 и землей, причем конденсатор С1 служит регулятором напряжения и фильтром.
Модуль согласования напряжения 2 согласует интервал напряжения сдвига фазы, соответствующего напряжению Vloop замкнутого контура, при котором происходит сдвиг фазы на выходе EAOUT микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией. Конкретные масштабные параметры при согласовании могут быть установлены с учетом параметров микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией и параметров управления полномостового резонансного контура.
Как показано на фиг.2 и 3, модуль регулирования сопротивления 3 включает второй делитель напряжения 31, который содержит последовательную цепь из резисторов R701 и R702, включенную между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и землей. Резистор R703 включен между точкой соединения резисторов R701, R702 и выводом RT. Модуль регулирования сопротивления 3 включен между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и выводом RT микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией так, что эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи регулируется в соответствии с изменением напряжения Vloop замкнутого контура.
Процесс работы настоящего варианта включает следующие стадии:
АА1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, как показано на фиг.4, т.е. когда напряжение Vloop больше напряжения xV и меньше напряжения yV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной для формирования управления с частотной модуляцией. В то же время напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией.
Когда Vloop больше напряжения xV и меньше напряжения yV, преобразователь работает в режиме низкой или нулевой нагрузки. Например, интервал рабочего напряжения Vloop от 2 до 6 вольт, после того, как Vloop проходит через модуль согласования напряжения 2, как показано на фиг.6, эквивалентные коэффициенты заполнения двух электронно-лучевых коммутаторов, которые включены одновременно, могут быть отрегулированы сдвигом фазы, т.е. сигналами широтно-импульсной модуляции, и управление может быть обеспечено. Коэффициент заполнения изменяется от 0% до 50%. Когда напряжение замкнутого контура равно напряжению xV, соответствующий коэффициент заполнения составляет 0%. Когда напряжение замкнутого контура равно напряжению yV, соответствующий коэффициент заполнения представляет собой Dmax=50%.
В то же время, используя модуль регулирования сопротивления 3, состоящий из резисторов R701, R702 и R703, можно регулировать рабочую частоту, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ. Когда напряжение замкнутого контура повышается от xV до yV, поскольку xV представляет собой минимальное значение выходного напряжения замкнутого контура управления, и Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, в результате чего эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи сводится к минимуму. Следовательно, частота выходного импульса от микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией представляет собой максимальное значение fmax.
Следовательно, Vloop находится в интервале напряжений [х, y], и управление сигналами ШИМ и ЧИМ может быть выполнено одновременно. Резонансный контур работает в режиме частотной модуляции и в режиме широтно-импульсной модуляции.
Очевидно, что когда напряжение Vloop меньше напряжения xV, после того, как Vloop проходит через модуль согласования напряжения, состоящий из операционного усилителя U701 и его периферийных цепей, эквивалентные коэффициенты заполнения двух электронно-лучевых коммутаторов, которые включены одновременно, имеют нулевую величину.
АА2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, как показано на фиг.4, т.е. когда напряжение Vloop замкнутого контура больше напряжения yV и меньше напряжения zV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной для формирования управления с частотной модуляцией.
Когда напряжение Vloop больше напряжения yV и меньше напряжения zV, преобразователь работает в режиме высокой нагрузки. Например, в это время, интервал рабочего напряжения Vloop [6, 12] В, после того, как Vloop проходит через модуль согласования напряжения 2, как показано на фиг.5, эквивалентные коэффициенты заполнения двух электронно-лучевых коммутаторов, которые включены одновременно, оба составляют 50%.
В то же время, после того, как Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, рабочая частота может быть изменена, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ, и рабочая частота уменьшается по мере увеличения напряжения Vloop.Когда значение Vloop=zV, поскольку zV является максимальным значением выходного напряжения замкнутого контура управления, и напряжение Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703 и эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи сводится к минимуму. Следовательно, частота выходного импульса от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией равна минимальному значению fmin.
Вариант 2
Разница между этим вариантом воплощения настоящего изобретения и вариантом 1 заключается в том, что в настоящем варианте, как показано на фиг.7, модуль регулирования сопротивления дополнительно включает схему сравнения напряжений 32. Схема сравнения напряжений 32 формирует опорный уровень Vref. Первый диод D702 включен между опорным уровнем Vref и входной клеммой второго делителя напряжения 31, тогда как второй диод D701 включен между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и входной клеммой второго делителя напряжения 31, при этом катоды первого диода D702 и второго диода D701 соединены со вторым делителем напряжения 31.
Как показано на фиг.7, схема сравнения напряжения 32 снабжена прецизионным элементом U702, чтобы обеспечить опорный уровень Vref. Напряжение питания Vc разделено резисторами R704, R705 и R706, и падение напряжения на резисторе R706 обеспечивает рабочее напряжение на прецизионном элементе U702. Конденсатор фильтра С2 включен между опорным уровнем Vref и землей.
Процесс работы настоящего варианта включает следующие стадии:
ВА1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, как показано на фиг.8, т.е. когда напряжение Vloop больше напряжения aV и меньше напряжения bV, модуль регулирования сопротивления 3 формирует постоянное эквивалентное сопротивление для микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией, что обеспечивает выходной импульс максимальной частоты fmax с этой микросхемы. Напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией.
Как показано на фиг.8, напряжение Vloop находится в интервале [а, b]. В это время преобразователь работает в режиме низкой или нулевой нагрузки. В это время интервал рабочего напряжения Vloop составляет [2, 5] вольт, поскольку опорный уровень Vref составляет bV (при этом bV=5V), второй диод D701 выключен, первый диод D702 включен, и опорный уровень Vref (напряжение bV) сохраняется постоянным, в результате чего эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи не изменяется. Следовательно, частота выходного импульса микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией сохраняется как максимальная величина fmax.
Ясно, что когда напряжение Vloop меньше, чем напряжение aV, после того, как Vloop проходит через модуль согласования напряжения, состоящий из усилителя U701 и его периферийных цепей, эквивалентные коэффициенты заполнения двух электроннолучевых коммутаторов, которые включены одновременно, имеют нулевую величину.
В это время, как показано на фиг.8, после того, как напряжение Vloop проходит через модуль согласования напряжения 2, эквивалентные коэффициенты заполнения двух электронно-лучевых коммутаторов, которые включены одновременно, могут быть отрегулированы сдвигом фазы. Таким образом, может быть выполнен переход в режим управления сигналами ШИМ. Когда напряжение Vloop равно напряжению aV, коэффициент заполнения составляет 0%. Коэффициент заполнения увеличивается от 0% до Db% при увеличении напряжения Vloop от aV до bV.
ВА2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, как показано на фиг.8, т.е. когда напряжение Vloop больше напряжения bV и меньше напряжения cV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной для формирования управления с частотной модуляцией. В то же время напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией.
Когда напряжение Vloop больше напряжения bV и меньше напряжения cV, преобразователь работает в режиме, который является переходным между низкой нагрузкой и высокой нагрузкой. Например, интервал рабочего напряжения Vloop составляет [5, 7] вольт, после того, как Vloop проходят через модуль согласования напряжения 2, эквивалентные коэффициенты заполнения двух электронно-лучевых коммутаторов, которые включены одновременно, могут быть отрегулированы сдвигом фазы. Таким образом, управление может быть осуществлен режим управления сигналами ШИМ. Коэффициент заполнения изменяется от Db% до 50%. Когда напряжение замкнутого контура равно bV, соответствующий коэффициент заполнения составляет Db%. Когда напряжение замкнутого контура равно cV, соответствующий коэффициент заполнения составляет максимальное значение Dmax=50%.
В это время, как показано на фиг.8, второй диод D701 включен, а первый диод D702 выключен. После того, как Vloop модуль регулирования сопротивления 3, состоящий из резисторов R701, R702 и R703, рабочая частота может быть изменена, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ. Когда напряжение Vloop замкнутого контура увеличивается от bV до cV, рабочая частота уменьшается по мере увеличения напряжения Vloop. Когда напряжение Vloop равно bV, частота выходного импульса от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией является максимальной частотой fmax. Когда напряжение Vloop равно cV, частота снижается до fc.
Следовательно, напряжение Vloop находится в интервале [b, с], и управление сигналами ШИМ и ЧИМ может быть выполнено одновременно, с резонансным контуром, функционирующим как в режиме частотной модуляции, так и в режиме широтно-импульсной модуляции.
ВА3. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в третьем интервале, как показано на фиг.8, т.е. когда напряжение Vloop замкнутого контура больше напряжения cV и меньше напряжения dV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной для формирования управления с частотной модуляцией. В это время третий интервал представляет собой модулированный по частоте интервал напряжения Vloop, когда резонансный контур находится в состоянии высокой нагрузки.
Когда напряжение Vloop больше напряжения cV и меньше напряжения dV, преобразователь работает в режиме высокой нагрузки. Например, интервал рабочего напряжения Vloop составляет [7, 12] вольт, после того, как Vloop проходят через модуль согласования напряжения 2, как показано на фиг.8, эквивалентные коэффициенты заполнения двух электронно-лучевых коммутаторов, которые включены одновременно, оба равны 50%.
В это время, как показано на фиг.8, второй диод D701 включен, а первый диод D702 выключен. После того, как Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, частота может быть изменена, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ, и рабочая частота уменьшается по мере увеличения напряжения Vloop. Когда значение Vloop равно dV, и напряжение dV является максимальным значением выходного напряжения замкнутого контура управления, и после того, как Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи сводится к минимуму. Следовательно, частота выходного импульса от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией является минимальной частотой fmin.
В приведенных выше вариантах воплощения изобретения описано управление полумостовым резонансным контуром с помощью микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией. Настоящее изобретение может быть применено для управления полумостовым резонансным контуром. В полумостовом последовательном резонансном контуре, показанного на фиг.9, при практическом применении необходимо только осуществить процесс объединения четырех выходных сигналов ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3, ШИМ4 в группу. Например, к выходным сигналам ШИМ1 и ШИМ2, так же как к сигналам ШИМ3 и ШИМ4, соответственно, может быть применена определенная логика. Затем элементы S1, S2 в полумостовом последовательном резонансном контуре на фиг.9 модулируются с получением двух выходов соответственно.
Таким образом, как подробно описано выше, управление режимами частотной модуляции, широтно-импульсной модуляции и их комбинацией для резонансного контура может быть осуществлено микросхемой 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией через модуль согласования напряжения 2 и модуль регулирования сопротивления 3.
Вариант 3
Как показано на фиг.11 и 12, настоящее изобретение включает микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией. На фиг.11 вывод СОМР и вывод RT микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией соединены с модулем согласования напряжения 2 и модулем регулирования сопротивления 3 соответственно. Модуль согласования напряжения 2 и модуль регулирования сопротивления 3 обеспечивают соответствующие параметры управления для микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией в соответствии с входным напряжением (т.е. напряжением резонансного контура Vloop). Микросхема 10 управления с широтно-импульсной модуляцией модулирует резонансный контур. В полумостовом последовательном резонансном контуре, показанном на фиг.1, S1, S2 полумостового последовательного резонансного контура модулируются двумя выходными сигналами ШИМ1, ШИМ2 от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
Как показано на фиг.11 и 12, входные напряжения модуля согласования напряжения 2 и модуля регулирования сопротивления 3 оба являются выходным напряжением Vloop замкнутого контура. Напряжение Vloop замкнутого контура представляет собой выходное напряжение, которое является выходным напряжением резонансного контура Vo, прошедшим через цепь осуществления выборки и регулятор (например, регулятор РID). Модуль согласования напряжения 2 содержит операционный усилитель U701 и первый делитель напряжения 21.
Как показано на фиг.12, резистор R714 включен между инвертирующим выходом операционного усилителя U701 и землей, а резистором R711 включен между инвертирующим выходом операционного усилителя U701 и выходной клеммой.
Как показано на фиг.12, неинвертирующий выход операционного усилителя U701 соединен с клеммой выходного напряжения первого делителя напряжения 21. Первый делитель напряжения 21 имеет последовательную цепь из резисторов R712 и R713, включенную между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и землей. Точка соединения резисторов R712 и R713 непосредственно подключена к неинвертирующему выводу операционного усилителя U701.
Как показано на фиг.12, между выходом операционного усилителя U701 и узлом СОМР микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией включена токоограничивающая цепь 22. Токоограничивающая цепь 22 состоит из последовательной цепи резисторов R715, R716 и конденсатора С1. Резисторы R715, R716 включены последовательно между выходом операционного усилителя U701 и выводом RT, а конденсатор С1 включен между точкой соединения резистора R715 с резистором R716 и землей, причем конденсатор С1 является регулятором напряжения и фильтром.
Модуль согласования напряжения 2 служит для согласования интервала напряжения широтно-импульсной модуляции, соответствующего напряжению Vloop замкнутого контура, с диапазоном напряжения, в котором осуществляется широтно-импульсная модуляция для вывода СОМР управляющей микросхемы 10. Конкретные масштабные параметры для согласования напряжения могут быть установлены с учетом параметров микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией и рабочих параметров полумостового последовательного резонансного контура.
Как показано на фиг.11 и 12, модуль регулирования сопротивления 3 содержит второй делитель напряжения 31, который, в свою очередь, содержит последовательную цепь из резисторов R701 и R702, включенную между выходом напряжения Vloop замкнутого контура и землей. Резистор R703 включен между точкой соединения резисторов R701, R702 и выводом RT. Модуль регулирования сопротивления 3 включен между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и выводом RT микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией, в результате чего эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи регулируется в соответствии с изменением напряжения Vloop замкнутого контура.
Процесс работы настоящего варианта включает следующие стадии:
АВ1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, как показано на фиг.13, т.е. когда напряжение Vloop больше напряжения xV и меньше напряжения yV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией. В то же время напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией.
Когда напряжение Vloop больше напряжения xV и меньше напряжения yV, преобразователь работает в режиме низкой или нулевой нагрузки. Например, интервал рабочего напряжения Vloop находится в диапазоне от 2 до 6 вольт. После того, как Vloop пройдет через модуль согласования напряжения 2, как показано на фиг.10b, коэффициент заполнения электронно-лучевых коммутаторов может быть отрегулирован сигналами широтно-импульсной модуляции (ШИМ), и может быть обеспечено надежное управление системой. Коэффициент заполнения изменяется от 0% до 50%. Когда напряжение замкнутого контура равно напряжению xV, соответствующее коэффициент заполнения составляет 0%. Когда напряжение замкнутого контура равно напряжению yV, соответствующее коэффициент заполнения составляет 50%.
В то же время с помощью модуля регулирования сопротивления 3, состоящего из резисторов R701, R702 и R703, рабочая частота может быть изменена, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ. Когда напряжение замкнутого контура повышается от xV до yV, поскольку xV является минимальной величиной выходного напряжения замкнутого контура управления, после того как Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи сводится к минимуму. Следовательно, частота выходного импульса от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией является максимальной частотой fmax.
Следовательно, напряжение Vloop находится в интервале [х, y], и управление сигналами ШИМ и ЧИМ может быть выполнено одновременно, с резонансным контуром, функционирующим как в режиме частотной модуляции, так и в режиме широтно-импульсной модуляции.
Ясно, что когда напряжение Vloop меньше напряжения xV, после прохождения Vloop через модуль согласования напряжения, состоящий из операционного усилителя U701 и его периферийных цепей, эквивалент коэффициента заполнения электроннолучевого коммутатора равен нулю.
АВ2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, как показано на фиг.13, т.е. когда напряжение Vloop замкнутого контура больше напряжения yV и меньше напряжения zV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 1 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax. Напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией.
Когда напряжение Vloop больше напряжения yV и меньше напряжения zV, преобразователь работает в режиме высокой нагрузки. Например, интервал рабочего напряжения Vloop составляет [6, 12] вольт, после того, как Vloop проходит через модуль согласования напряжения 2, как показано на фиг.10а, коэффициент заполнения двух электронно-лучевых коммутаторов в обоих случаях равен 50%.
В то же время, после того, как Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, частота может быть изменена, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ, и рабочая частота уменьшается по мере увеличения напряжения Vloop. Когда значение Vloop равно zV, причем zV является максимальным значением выходного напряжения замкнутого контура управления, после прохождения Vloop через резисторы R701, R702 и R703, в результате чего эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи сводится к минимуму. Следовательно, частота выходного импульса от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией является минимальной частотой fmin.
Вариант 4
Разница между настоящим вариантом воплощения изобретения и вариантом 3 заключается в том, что в настоящем варианте, как показано на фиг.14, модуль регулирования сопротивления 3 дополнительно содержит схему сравнения напряжений 32. Схема сравнения напряжений 32 формирует опорный уровень Vref. Первый диод D702 включен между опорным уровнем Vref и входной клеммой второго делителя напряжения 31, тогда как второй диод D701 включен между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и входной клеммой второго делителя напряжения 31, при этом катоды первого диода D702 и второго диода D701 соединены со вторым делителем напряжения 31.
Как показано на фиг.14, схема сравнения напряжения 32 снабжена прецизионным элементом U702, чтобы обеспечить опорный уровень напряжения Vref. Напряжение источника питания Vc разделено резисторами R704, R705 и R706, и падение напряжения на резисторе R706 обеспечивает рабочее напряжение для прецизионного элемента U702. Конденсатор фильтра С2 включен между опорным уровнем Vref и землей.
Процесс работы настоящего варианта включает следующие стадии:
ВВ1. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, как показано на фиг.15, т.е. когда напряжение Vloop больше напряжения aV и меньше напряжения bV, модуль регулирования сопротивления 3 формирует постоянное эквивалентное сопротивление для микросхемы 1 управления с широтно-импульсной модуляцией и обеспечивает выход импульса максимальной частоты fmax с этой микросхемы. Напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией.
Как показано на фиг.15, напряжение Vloop находится в интервале [а, b], и преобразователь работает в режиме низкой или нулевой нагрузки. Например, в это время интервал рабочего напряжения Vloop [2, 5] вольт, поскольку опорный уровень Vref составляет bV (bV=5V), второй диод D701 выключен, первый диод D702 включен, и опорный уровень Vref (напряжение bV) не изменяется, в результате чего эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи также не изменяется. Следовательно, частота выходного импульса от микросхемы 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией устанавливается по максимальной величине частоты fmax.
Ясно, что когда напряжение Vloop меньше напряжения aV, после того как Vloop проходит через модуль согласования напряжения, состоящий из усилителя U701 и его периферийных цепей, коэффициент заполнения электронно-лучевого коммутатора равен нулю.
В это время, как показано на фиг.15, после того, как Vloop проходит через модуль согласования напряжения 2, коэффициент заполнения электронно-лучевого коммутатора может быть отрегулирован, т.е. может быть выполнен переход в режим управления сигналами ШИМ. Когда напряжение Vloop равно напряжению aV, коэффициент заполнения составляет 0%, и при увеличении напряжения Vloop от aV до bV коэффициент заполнения увеличивается от 0% до Db%.
ВВ2. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, как показано на фиг.15, т.е. когда напряжение Vloop больше напряжения bV и меньше напряжения cV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией. В то же время напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией.
Когда напряжение Vloop больше напряжения bV и меньше напряжения cV, преобразователь работает в режиме, который является переходным между низкой нагрузкой и высокой нагрузкой. Например, интервал рабочего напряжения Vloop составляет [5, 7] вольт, и, после того как Vloop проходит через модуль согласования напряжения 2, коэффициент заполнения электронно-лучевого коммутатора может быть изменен от Db% до 50%. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ШИМ. Когда напряжение замкнутого контура равно bV, соответствующий коэффициент заполнения составляет Db%. Когда напряжение замкнутого контура равно cV, соответствующий коэффициент заполнения составляет максимальное значение Dmax=50%.
В это время, как показано на фиг.15, второй диод D701 включен, а первый диод D702 выключен. После того, как Vloop пройдет через модуль регулирования сопротивления 3, состоящий из резисторов R701, R702 и R703, рабочая частота может быть изменена, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи, т.е. может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ. Когда напряжение Vloop замкнутого контура увеличивается от bV до cV, рабочая частота уменьшается по мере увеличения напряжения Vloop. Когда напряжение Vloop равно bV, частота выходного импульса от микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией является максимальным значением fmax. Когда напряжение Vloop равно cV, частота снижается до fc.
Следовательно, напряжение Vloop находится в интервале [b, с], и управление сигналами ШИМ и ЧИМ может быть выполнено одновременно, причем резонансный контур функционирует как в режиме частотной модуляции, так и в режиме широтно-импульсной модуляции.
ВВ3. Когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в третьем интервале, как показано на фиг.15, т.е. когда напряжение Vloop замкнутого контура больше напряжения cV и меньше напряжения dV, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения 2 на микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления 3 на микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией.
Когда напряжение Vloop больше напряжения cV и меньше напряжения dV, преобразователь работает в режиме высокой нагрузки. Например, интервал рабочего напряжения Vloop [7, 12] вольт, после того как Vloop проходит через модуль согласования напряжения 2, как показано на фиг.15, коэффициент заполнения электронно-лучевого коммутатора составляет 50%.
В это время, как показано на фиг.15, второй диод D701 включен, а первый диод, D702 выключен. После того, как Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, рабочая частота может быть изменена, изменяя эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи. Таким образом, может быть осуществлен режим управления сигналами ЧИМ. Рабочая частота уменьшается по мере увеличения напряжения Vloop. Когда напряжение Vloop равно напряжению dV, и напряжение dV является максимальным значением выходного напряжения от замкнутого контура управления, после того, как Vloop проходит через резисторы R701, R702 и R703, эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи сводится к минимуму. Следовательно, выходной импульс от микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией является минимальным значением fmin.
В вышеупомянутых вариантах воплощения изобретения описано управление полумостовым резонансным контуром, используя микросхему 10 управления с широтно-импульсной модуляцией. Настоящее изобретение также может быть использовано для управления полномостовым резонансным контуром. В отношении принципиальной схемы полномостового последовательного резонансного контура, показанной на фиг.1, отметим, что при практическом применении требуется модулировать только элементы SI, S2, S3, S4 полномостового резонансного контура фиг.1 двумя выходными сигналами ШИМ1, ШИМ2 от микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией. Например, выходной сигнал ШИМ1 от микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией средств управления S1 и S3 полномостового резонансного контура прогрессии подается одновременно с выходным сигналом ШИМ2 от микросхемы 10 управления с широтно-импульсной модуляцией на средства управления S2 и S4 полномостового последовательного резонансного контура.
В настоящем изобретении максимальное значение коэффициента заполнения выходного импульса от управляющей микросхемы приведено как 50%, и два электронно-лучевых коммутатора одного и того же плеча мостовой схемы включены комплиментарно, и полный коэффициент заполнения равен единице. Этот путь основан на ситуации, в которой не учитывается время задержки двух возбуждающих импульсов. Необходимо установить определенное время задержки между двумя возбуждающими импульсами, чтобы два электронно-лучевых коммутатора одного и того же плеча мостовой схемы не были прямоточными, так что фактически максимальное значение коэффициента заполнения выходного импульса от управляющей микросхемы конечно меньше 50%, и два электронно-лучевых коммутатора одного и того же плеча мостовой схемы включены комплиментарно, при этом полная величина коэффициента заполнения меньше единицы. Для того чтобы улучшить рабочие характеристики, время задержки между двумя импульсами возбуждения может быть задано при расчете цепи. Следовательно, вышеприведенное описание относится к идеальному состоянию, но это не будет ограничивать проектирование интегральных микросхем по настоящему изобретению.
Итак, выше были подробно описаны варианты воплощения изобретения, в которых используются режимы управления на основе частотной модуляции, широтно-импульсной модуляции и их сочетания в резонансном контуре, используя микросхему 1 управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией через модуль согласования напряжения 2 и модуль регулирования сопротивления 3.
1. Система управления с модуляцией для резонансного контура, содержащая:
микросхему управления резонансного контура с широтно-импульсной модуляцией, имеющую ШИМ-генератор и генератор колебаний для модулирования резонансного контура, и
модуль регулирования сопротивления, соединенный с ШИМ-генератором и генератором колебаний соответственно для обеспечения параметров управления микросхемы в соответствии с входным напряжением, поступающим из резонансного контура,
в которой модуль согласования напряжения средства управления выполнен с возможностью инициировать действие микросхемы управления на управление широтно-импульсной модуляцией через ШИМ-генератор микросхемы, а модуль регулирования сопротивления выполнен с возможностью инициировать действие микросхемы на управление широтно-импульсной модуляцией через генератор колебаний микросхемы.
2. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.1, в которой микросхема управления с широтно-импульсной модуляцией является микросхемой управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
3. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.2, в которой:
модуль согласования напряжения и модуль регулирования напряжения параметры управления используют напряжение Vloop как входное напряжение;
модуль согласования напряжения согласует интервал напряжения сдвига фаз напряжения Vloop замкнутого контура с диапазоном напряжения, в котором фаза сдвигается ШИМ-генератором микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией,
модуль регулирования сопротивления включен между напряжением Vloop и генератором колебаний микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией таким образом, что эквивалентное сопротивление генератора колебаний вывода к внешней цепи регулируется в соответствии с изменением напряжения Vloop замкнутого контура.
4. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.1, в которой вывод СОМР схемы управления широтно-импульсной модуляцией соединен с модулем согласования напряжения.
5. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.4, в которой:
модуль согласования напряжения и модуль регулирования сопротивления используют напряжение Vloop замкнутого контура как входное напряжение;
модуль согласования напряжения согласует модулированный по ширине интервал напряжений, соответствующий напряжению замкнутого контура Vloop, с диапазоном напряжения, в котором фаза модулирована по ширине узлом СОМР микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией;
модуль регулирования сопротивления включен между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и выводом RT микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией, в результате чего эквивалентное сопротивление вывода RT к внешней цепи регулируется в соответствии с изменением напряжения Vloop замкнутого контура.
6. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.7, в которой модуль регулирования напряжения содержит операционный усилитель (U701), первый делитель напряжения (21) и первую токоограничивающая цепь (22), и в котором резистор (R714) включен между инвертирующим выходом операционного усилителя (U701) и землей, тогда как резистор (R711) включен между инвертирующим выходом операционного усилителя (U701) и выходной клеммой;
неинвертирующий выход операционного усилителя (U701) соединен с клеммой делителя напряжения первого делителя напряжения (21);
токоограничивающая цепь (22) включена между выходом операционного усилителя (U701) и выходной клеммой СОМР схемы управления с широтно-импульсной модуляцией.
7. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.6, в которой модуль регулирования сопротивления содержит второй делитель напряжения (31), при этом резистор (R703) включен между клеммой делителя напряжения второго делителя напряжения (31) и генератором микросхемы управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
8. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.6, в которой первый делитель напряжения содержит последовательную цепь из резисторов (R712 и R713) и включен между выводом напряжения замкнутого контура и землей.
9. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.7, в которой второй делитель напряжения содержит последовательную цепь из резисторов (R701 и R702) и включен между выводом напряжения замкнутого контура и землей.
10. Система управления с модуляцией для резонансного контура по п.7, в которой модуль регулирования сопротивления дополнительно содержит схему сравнения напряжений (32), которая формирует опорный уровень Vref, и в которой первый диод (D702) включен между опорным уровнем Vref и входной клеммой второго делителя напряжения (31), тогда как второй диод (D701) включен между выводом напряжения Vloop замкнутого контура и входной клеммой второго делителя напряжения (31), при этом катоды первого диода (D702) и второго диода (D701) соединены со вторым делителем напряжения (31).
11. Способ управления с модуляцией для резонансного контура, снабженного
модулем согласования напряжения, реагирующим на нагрузку резонансного контура, содержащий следующие стадии:
передачу входного напряжения в ответ на нагрузку резонансного контура;
передачу параметров управления от средства управления микросхеме управления с импульсной модуляцией, в которой модуль согласования напряжения средства управления формирует управление широтно-импульсной модуляцией для микросхемы управления с широтно-импульсной модуляции в зависимости от входного напряжения, при этом модуль управления сопротивления средства управления формирует управление импульсной модуляцией для микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией в зависимости от входного напряжения; и
микросхема управления с широтно-импульсной модуляцией обеспечивает сигналы широтно-импульсной модуляции и импульсной модуляции для резонансного контура в ответ на параметры управления.
12. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.11, в котором:
модуль согласования напряжения средства управления соединен с ШИМ-генератором микросхемы и формирует управляющие импульсы широтно-импульсной модуляции для микросхемы управления широтно-импульсной модуляцией через ШИМ-генератор указанной микросхемы в зависимости от входного напряжения;
модуль регулирования сопротивления средства управления соединен с генератором колебаний микросхемы и формирует импульсы управления для микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией через генератор колебаний микросхемы в зависимости от выходного напряжения; и
модуль согласования напряжения и модуль управления сопротивления используют напряжение Vloop как входное напряжение.
13. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.12, в котором в качестве микросхем управления с широтно-импульсной модуляцией используется микросхема управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией.
14. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.13, в котором указанный способ содержит следующие стадии:
АА1 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления; одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией;
АА2 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления.
15. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.13, в котором указанный способ содержит следующие стадии:
ВА1 когда напряжение замкнутого контура находится в первом интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией и инициирует выход максимальной частоты импульса fmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией;
ВА2 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования частотно-импульсного управления, и одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования широтно-импульсного управления, и
ВА3 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в третьем интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с фазовой широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотно-импульсной модуляцией.
16. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.14 или 15, в котором максимальное значение коэффициента заполнения составляет 50%.
17. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.14 или 15, в котором первый интервал представляет собой интервал напряжения сдвига фаз напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии низкой или нулевой нагрузки.
18. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.15, в котором третий интервал представляет собой интервал напряжения сдвига фаз напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии высокой нагрузки.
19. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.12, при этом указанной способ содержит следующие стадии:
АВ1 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией; одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией; и
АВ2 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией.
20. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.12, при этом указанной способ содержит следующие стадии:
ВВ1 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в первом интервале, модуль регулирования сопротивления формирует постоянное эквивалентное сопротивление для микросхемы управления с широтно-импульсной модуляцией и обеспечивает выходной импульс максимальной частоты fmax с этой микросхемы, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией;
ВВ2 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится во втором интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией; одновременно напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с широтно-импульсной модуляцией; и
ВВ3 когда напряжение Vloop замкнутого контура находится в третьем интервале, напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля согласования напряжения на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования максимального коэффициента заполнения Dmax, и напряжение Vloop замкнутого контура инициирует действие модуля регулирования сопротивления на микросхему управления с широтно-импульсной модуляцией для формирования управления с частотной модуляцией.
21. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.20 или 21, в котором максимальное значение коэффициента заполнения составляет 50%.
22. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.19 или 20, в котором первый интервал представляет собой модулированный по ширине интервал напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии низкой или нулевой нагрузки.
23. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.20, в котором третий интервал представляет собой модулированный по частоте интервал напряжения Vloop замкнутого контура, когда резонансный контур находится в состоянии высокой нагрузки.
24. Способ управления с модуляцией для резонансного контура по п.19 или 20, в котором напряжение замкнутого контура Vloop является выходным напряжением резонансного контура Vo, проходящего через цепь выборки и регулятор.
