Широтно-импульсный модулятор

Заявляемая полезная модель, широтно-импульсный модулятор, относится к области измерительной техники и предназначена для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных электронных и индукционных счетчиков электрической энергии, в частности, в усилителе цепей напряжения и тока источника испытательных сигналов. Целью заявляемой полезной модели является создание широтно-импульсного модулятора, в котором исключается возможность переполнения ширины импульса широтно-импульсной модуляции входного сигнала. Для реализации цели дополнительно введено дифференцирующее устройство и его связи с генератором пилообразного напряжения и компаратором, с целью создания задержки - мертвой зоны, предотвращающей переполнение ширины импульса. На входе устройства стоит усилитель ошибки, последовательно соединенный с компаратором, который соединен с генератором пилообразного напряжения, соединенным с дифференцирующим устройством, соединенным с компаратором, который соединен с нагрузкой. Связи дифференцирующего устройства с генератором пилообразного напряжения и с компаратором, по которым осуществляется управление компаратором в момент, когда глубина модуляции достигает максимального значения, позволяют исключить переполнение ширины импульса и, как следствие, обеспечить защиту нагрузки. Это повышает надежность заявляемого устройства при больших нагрузках.

Заявляемая полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных электронных и индукционных счетчиков электрической энергии, в частности, в усилителе цепей напряжения и тока источника испытательных сигналов.

В настоящее время известны схемы широтно-импульсных модуляторов источников испытательных сигналов, используемые в установках для поверки и калибровки счетчиков электрической энергии [1]. Известные устройства предназначены для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных счетчиков электрической энергии как электронных, так и индукционных. В аналогичных устройствах модулятор сделан по схеме с генератором пилообразного напряжения, усилителем ошибки и компаратором. Полученный в результате модулированный широтно-импульсный сигнал подается в нагрузку, в качестве которой используется усилитель мощности полезного сигнала. Известные аналоги содержат: генератор пилообразного напряжения, предварительный усилитель или усилитель ошибки, устройство сравнения или компаратор, устройство контроля перегрузки, которое фиксирует отсутствие импульсной последовательности или переполнение сигнала широтно-импульсного модулятора.

Недостатком аналогов является то, что устройство контроля перегрузки, которое фиксирует отсутствие импульсной последовательности или переполнение сигнала широтно-импульсного модулятора, не защищает от повышенного значения выходного напряжения с усилителя ошибки, что приводит к выходу из строя усилителя мощности полезного сигнала, являющегося нагрузкой широтно-импульсного модулятора.

Ближайшим из аналогов - прототипом является схема широтно-импульсного модулятора в усилителе цепей напряжения и тока источника испытательных сигналов установки ЦУ6804М [2]. Прототип содержит: генератор пилообразного напряжения, предварительный усилитель или усилитель ошибки и устройство сравнения или компаратор. Широтно-импульсный модулятор выполнен на генераторе пилообразного напряжения, имеющем амплитудное значение напряжения сигнала, усилителе ошибки, имеющем выходное амплитудное значение сигнала, которое может превышать значение пилообразного напряжения. Такое построение схемы приводит к переполнению ширины импульса, получаемого на компараторе, что в свою очередь вызывает перегрузку усилителя мощности полезного сигнала, являющегося нагрузкой.

Таким образом, недостаток прототипа заключается в низкой надежности устройства при больших нагрузках.

Целью заявляемой полезной модели является создание широтно-импульсного модулятора, в котором исключается возможность переполнения ширины импульса. Это приведет к повышению надежности заявляемого устройства при больших нагрузках.

Для реализации цели в широтно-импульсный модулятор дополнительно введено дифференцирующее устройство и связи дифференцирующего устройства с генератором пилообразного напряжения и компаратором, с целью создания задержки - мертвой зоны, предотвращающей переполнение ширины импульса.

Заявляемое устройство содержит общие признаки с прототипом: усилитель ошибки, последовательно соединенный с компаратором и нагрузкой, при этом компаратор соединен с генератором пилообразного напряжения.

Отличительные признаки заключаются в том, что в широтно-импульсный модулятор введено дифференцирующее устройство. Введены связи дифференцирующего устройства с генератором пилообразного напряжения и компаратором, по которым осуществляется управление компаратором в момент, когда глубина модуляции достигает максимального значения, что позволило исключить переполнение ширины импульса.

На фигуре изображена структурная схема заявляемого устройства.

На входе стоит усилитель ошибки 1, последовательно соединенный с компаратором 2, который соединен с генератором пилообразного напряжения 3, соединенным с дифференцирующим устройством 4, соединенным с компаратором 2, который соединен с нагрузкой 5.

Устройство работает следующим образом. Входное напряжение через усилитель ошибки 1 подается на компаратор 2. В компараторе 2 сигнал сравнивается с пилообразным напряжением, поступающим с генератора пилообразного напряжения 3. Полученный в результате модулированный импульсный сигнал поступает на нагрузку 5, в качестве которой служит ключевой усилитель мощности. Сигнал с генератора пилообразного напряжения 3 одновременно поступает по вновь введенной связи через вновь введенное дифференцирующее устройство 4 на компаратор 2 и запрещает его работу при значении глубины модуляции в крайних ее значениях. Благодаря этому, исключается переполнение широтно-импульсной модуляции входного сигнала и, как следствие, обеспечивается защита нагрузки 5.

Технический результат достигается за счет введения дифференцирующего устройства, соединенного с генератором пилообразного напряжения и компаратором, запрещающим его работу при значении глубины модуляции в крайних ее значениях, меньше 3% и больше 97%. Это повышает надежность заявляемого устройства при больших нагрузках.

Устройство промышленно применимо и может быть реализовано на следующих электронных компонентах: усилитель ошибки 1 может быть выполнен на микросхеме AD744JR фирмы Analog Devices. Компаратор 2 может быть выполнен на микросхеме LM21 ID фирмы Texas Instruments. Генератор пилообразного напряжения 3 может быть выполнен на микросхеме AD744JR фирмы Analog Devices, микросхеме LM211D и микросхеме HEF4093BTD. Дифференцирующее устройство 4 может быть выполнено на микросхеме HEF4093BTD. Нагрузка 5 может быть, например, ключевым усилителем мощности на транзисторах IRFPS37N50A фирмы International Rectifier.

Используемая информация:

1. http://www.energomera.ru/products/mtrology/checking-meters

2. Установка ЦУ6804М. Руководство по эксплуатации. Россия, г.Ставрополь ОАО «Концерн Энергомера», http://www.energomera.ru/documentations/cu6804m_re.pdf

1. Широтно-импульсный модулятор, содержащий усилитель ошибки, последовательно соединенный с компаратором, нагрузкой, при этом компаратор соединен с генератором пилообразного напряжения, отличающийся тем, что дополнительно введено дифференцирующее устройство и его связи с генератором пилообразного напряжения и компаратором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управление компаратором осуществляется в момент, когда глубина модуляции достигает максимального значения, что позволяет исключить переполнение ширины импульса выходного сигнала.