Ключевое генераторное устройство — SU 1660170 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 б 60170 К 17/60, 3/5 ЗОБ РЕТ ИЯ мпульснай спользова-.лов задан- мощности в щих устройГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 1340534, кл. Н 03 К 3/53, 1986.Авторское свидетельство СССР М 1526460, кл. Н 03 К 17/60, 1988.(54) КЛЮЧЕВОЕ ГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО(57) Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в качестве генератора сигналов заданной формы, Цель изобретения - повышение КПД при снижении искажения сигналов, Ключевое генераторное устройство содержит й (И = 2, 3) соединенных последовательно по цепи питания ключевых Изобретение относится к итехнике и предназначено для иния в качестве генератора сигнаной формы на большом уровнепреобразовательных и передаюствах.Цель изобретения, - повышение КПД при снижении искажения сигналов.На фиг.1 приведена схема предлагаемо го устройства; на фиг.2 - эпюры, поясняю щие его принцип действия (индексы сигналов на фиг,2 соответствуют индексам блоков и элементов на фиг.1, к выходу кото рых они относятся). усилителей, й трехобмоточных выходных трансформаторов, а также многоканальный широтно-импульсный модулятор, Й выпрямителей и дроссель. Поставленная цель достигается выполнением каждого из Й выпрямителей на двух диодах, а ключевых усилителей - по полумостовым схемам, которые содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента и по два последовательно соединенных конденсатораТакое выполнение ключевого генераторного устройства позволяет практически исключить потери, обусловленные протеканием как тока высокочастотных составляющих импульсного напряжения, модулированного по длительности, так и паразитных составляющих протекающих через выпрямители выравнивающих токов, при использовании высокоэффективных полумостовых оконечных каскадов, соединенных последователь-, но по аию, 2 ил.щч Ключевое генераторное устройство (фиг,1) содержит последовательно соединенные источник 1 низкочастотного (НЧ) О сигнала и многоканальный широтно-импульсный модулятор 2 (ШИМ), первую 3 и вторую 4 шины питания, между которыми С последовательно включены по питанию М ключевых усилителей 5 (Й = 2,3), квждый Ки из которых содержит по два последовательно соединенных ключевых элемента на транзисторах 6 и 7 и диодах 8 и 9 (К - 1, 2, ., И), а также по два последовательно соединенных конденсатора 10 и 11, При этом выходы каждого ключевого усилителя соединены с первичной обмоткой 1210 15 20 усилителя 5 25 30 40 45 50 55 соответствующего одного из М выходного трансформатора, основные вторичные обмотки 13 которых соединены последовательно, а дополнительная вторичная обмотка 14 каждого из них через выпрямитель на диодах 15 и 16 соединена соответственно с выводами питания (К+1)-го ключевого усилителя 5, а дополнительная вторичная обмотка 14 К-го выходного трансформатора соединена через выпрямитель на диодах 15 и 16 с выводами питания первого ключевого усилителя 5, Входы й ключевых усилителей 5 соединены с выходами многоканальнбго широтно-импульсного модулятора 2, а крайние выводы основных вторичных обмоток 13 выходных трансфор-, маторов через дроссель 17 соединены с нагрузкой 18.Источник 1 НЧ сигнала формирует на своем выходе требуемый, в общем случае, полигармонический сигнал, В частных случаях это может быть моногармонический или двухтоновый сигнал (как постоянной, так и переменной частоты и амплитуды). Такие генераторы, как правило, содержат либо генератор шума с соответствующими формирующими фильтрами, либо группу управляемых генераторов гармонических колебаний, либо запоминающее цифровое или аналоговое устройство, Конкретная реализация источника 1 НЧ сигнала определяется конкретным назначением ключевого генераторного устройства и не является существенной.Многоканальн ый широтно-импульсн ый модулятор 2 предназначен для формирования ряда (по числу каналов ШИМ) импульсных сигналов с ШИМ в соответствии с выходным сигналом источника 1 НЧ сигнала. При этом частоты ШИ преобразования выбираются в несколько раз выше частоты сигналов,на входе модулятора 2, причем сигналы на выходах многоканального ШИМ 2 могут быть сдвинуты по фазе по частоте ШИ преобразования, но быть синфазными по низкой модулирующей частоте сигнала источника 1 НЧ сигнала. Такие многоканальные ШИМ 2, как правило, содержат М (М - . число каналов, М = 2,3) компараторов и М формирователей пилообразного напряжения, подключенных к первым входам соответствующих компараторов, вторые .входы которых объединены и являются входом ШИМ 2.Ключевые усилители 5 идентичны и предназначены для усиления по мощности входных импульсных сигналов без искажения их длительности. При этом очевидно, что входы ключевых усилителей 5 должны иметь устройства гальванической развязки(трансформаторные, опторные и другие) Ключевые усилители 5 выполнены по двух- контактным полумостовым схемам и содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента, например, на биполярных транзисторах 6 и 7 и диодах 8 и 9, а также по два последовательно соединенных конденсатора 10 и 11 (фиг.1). При выполнении ключевых усилителей 5 на парах транзисторов одной проводимости в состав ключевого усилителя 5 должно входить инвертирующее звено (трансформатор или логический инвертор на фиг.1), обеспечивающее противофазные переключения ключевых элементов (транзисторов 6 и 7). Величина емкости конденсаторов 10 и 11 выбирается по стандартной методике: их сопротивление. на нижней рабочей частоте (НЧ сигнала) должно быть существенно,(в 5 - 10 раз) меньше сопротивления нагрузки Трансформаторы являются идентичными и служат для обеспечения гальванической развязки друг от друга выходов ключевых усилителей 5 и суммирования их выходных сигналов последовательно, Коэффициент их трансформации (соотношение обмоток 13 и 12) выбирается для обеспечения согласования устройства с нагрузкой 18. Дополнительные обмотки 14 не являются силовыми и должны иметь коэффициент трансформации к первичным обмоткам 12 около 1 (обычно выбирается 0,9-0,95). Величина этого коэффициента трансформации 35 обуславливает необходимую точность выравнивания напряжений питания различных ключевых усилителей 5.Диоды 15 и 16 являются элементами выпрямителей, обуславливающих подключение дополнительных обмоток трансформаторов к шинам питания ключевых усилителей 5 и обеспечивающих протеканиеимпульсов токов выравнивания,Дроссель 17 является элементом фильтрации, служащим для подавления составляющих частоты ШИ преобразования и выделения на нагрузке 18 (обычно активной либо емкостной) преимущественно полезных НЧ составляющих.Устройство работает следующим образом.Пусть на выходе источника 1 НЧ сигналаформируется низкочастотный синусоидальный сигнал 01 (см. Фиг,2), тогда на первом выходе многоканального ШИМ 2 формируется сигнал .02 с ШИМ, такой, что его длительность импульсов прогорциональна величине сигнала 01,На других выходах многоканальногоШИМ 2 формируются аналогичные импуль 166017010 сные сигналы, но сдвинутые по фазе по частоте ШИ преобразования (по низкой частоте все выходные сигналы модулятора 2 синфазны). Каждый из импульсных сигналов (например, 02) поступает на вход соответствующего ключевого усилителя 5, на первом выходе которого формируется импульсный сигнал (05), повторяющий па форме входной сигнал и имеющий амплитуду Е 1, равную напряжению питания данного ключевого усилителя. На втором выходе ключевого усилителя 5 присутствует напряжение (05), задаваемое емкостным делителем и несколько изменяющееся с частотой НЧ сигнала (это обусловлено конечностью величины емкости конденсаторов 10 и 11 ключевого усилителя 5). В результате этого к входу (т,е, к первичной обмотке 12) трансформатора прикладывается импульсное напряжение(05) не только модулированное по длительности (в соответствии с ШИМ), но модулированное и по амплитуде с низкой частотой (см, фиг,2).При этом аналогично на втором выходе второго (и других) ключевого усилителя 5 (05) напряжение также изменяется с низкой частотой, в результате чего напряжение на конденсаторах делителя также изменяется, оставаясь в сумме равным Е 2 (фиг,2 д). При этом напряжение 015, выделяемое как положительная часть напряжения 05 с помощью диода 15, прикладывается к конденсатору ключевого усилителя 5 второго канала, имеющего напряжение Е 2, а напряжение второго канала 016, выделяемое диодом 16 второго канала, прикладывается к конденсатору, имеющему напряжение Е 2.Напряжения 015 и Е 2 первого канала, а также 016 и Е 2 второго канала изменяются по НЧ синфазно и, следовательно, пульсации на конденсаторах напряжения с НЧ не вызывают протекания токов выравнивания, что исключает дополнительные потери при Е 1 Е 2 (фиг.2,ж). В случае же неравенства Е 1 и Е 2 через диоды 15 и 16 протекает от конденсаторов питания ключевого усилителя 5 первого канала к конденсаторам питания ключевого усилителя 5 второго канала ток, вызывающий их перезаряд и выравнивание Е 1 и Е 2. Аналогично обеспечивается вырав,нивание напряжений питания и на других ключевых усилителях 5,Таким образом. в предлагаемом устройствеобеспечивается высокая точность выравнивания напряжений на всех ключевых усилителях 5, выполненных по полумостовым схемам, в широкой полосе рабочих частот (НЧ сигнала) без возникновения 20 25 30 35 40 45 50 55 паразитных токов в цепях выравнивания, что и обеспечивает повышение КПД устройства при снижении искажений,Формула изобретенияКлючевое генератарное устройство, содержащее й (1 ч = 2, 3) соединенных последовательно па цепи питания ключевых усилителей, М трехабматочных выходныхтрансформаторов, выводы первичной обмотки каждого из которых соединены с одноименными выходами соответствующего ключевого усилителя, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходоммногоканального широтно-импульсного модулятора, вход которого подключен к выходу источника низкочастотного сигнала, а также Й выпрямителей, первый вход каждого из которых подключен к первому выводу дополнительной вторичной обмотки соответствующего выходного трансформатора, и драссель, первый вывод которого соединен с первым выводом основной вторичной обмотки первого выходного трансформатора, а второй - с первым выводом нагрузки, второй вывод которой соединен с вторым выводом основной вторичной обмотки й-го выходного трансформатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения КПД при снижении искажений, каждый К-й иэ й выпрямителей выполнен на двух (21-1)-м и 2 К-м диодах, а ключевые усилители выполнены по полумастовым схемам и содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента и па два последовательна соединенных конденсатора, причем точка соединения ключевых элементов является первым выходом, э точка соединения конденсаторов - вторым выходом каждого ключевога усилителя, причем основные вторичные обмотки выходных трансформаторов соединены последовательно, а тачка соединения анода 2 К-го и катода (2 К - 1)-го диодов является первым входом К-га выпрямителя, при этом катод 2 К-га диода соединен с первым выводом питания, а анод (2 К - 1)-го диода - с вторым выводам питания (К+1)-го ключевого усилителя, причем катод 2 Й-го диода и анод (2 й)-га диода соединен-. ыы аналогично с выводами питания первого ключевого усилителя, при этом второй вывод дополнительной вторичной обмотки каждого К-га (К = 1, 2, , М) выходного трансформатора соединен с вторым выходам (К+1)-го ключевого усилителя, а М-го выходного трансформатора - с вторым выходом первого ключевого усилителя, 16601701660170 рректор Э.Лончаков Редактор Е,Копча Тираж 491 Подписнтвенного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 м при ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 1855ВНИИПИ Госуд оставитель Л ехред М;Мор кобелетал