Ключевое генераторное устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве генератора сигналов заданной формы. Цель изобретения - повышение КПД при снижении искажения сигналов. Ключевое генераторное устройство содержит N(N=2,3...) соединенных последовательно по цепи питания ключевых усилителей, N трехобмоточных выходных трансформаторов, а также многоканальный широтно-импульсный модулятор, N выпрямителей и дроссель. Поставленная цель достигается выполнением каждого из N выпрямителей на двух диодах, а ключевых усилителей-по полумостовым схемам, которые содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента и по два последовательно соединенных конденсатора. Такое 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 последовательно по питанию. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl>s Н 03 К 17/60, 3/53

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР jl

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4715951/21 (22) 06,07.89 (46) 30.06.91. Бюл, N 24 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" (72) В.А.Александров, В.А.Галахов и В.В.Региня (53) 621.382 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1340534, кл. H 03 К 3/53, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹ 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 N (И = 2, 3...) соединенных последовательно по цепи питания ключевых

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в качестве генератора сигналов заданной формы на большом уровне мощности в преобразовательных и передающих устройствах.

Цель изобретения, — повышение КПД при снижении искажения сигналов.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — эпюры, поясняющие его принцип действия (индексы . сигналов на фиг,2 соответствуют индексам блоков и элементов на фиг.1, к выходу которых они относятся).

„„, Я „„1660170 А1 усилителей, N трехобмоточных выходных трансформаторов, а также многоканальный широтно-импульсный модулятор, N выпрямителей и дроссель. Поставленная цель достигается выполнением каждого из N выпрямителей на двух диодах, а ключевых усилителей — по полумостовым схемам, которые содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента и по два последовательно соединенных конденсатора..Такое 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 последовательHO OO rlVITBHHIO, 2 Vill.

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 N ключевых усилителей 5 (N = 2,3), каждый К-и из которых содержит по два последовательно соединенных ключевых элемента на транзисторах 6 и 7 и диодах 8 и 9 (К - 1, 2, ..., N), а также по два последовательно соединенных конденсатора 10 и 11.

При этом выходы каждого ключевого усилителя соединены с первичной обмоткой 12

1660170 соответствующего одного из N 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 N-го выходного трансформатора соединена через выпрямитель на диодах 15 и 16 с выводами питания первого ключевого усилителя 5. Входы N 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 LUVIM) 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 LUMM 2, как правило, содержат М (M —. число каналов, М = 2, 3,...) компараторов и M 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

20 усилителя 5

30 около 1 (обычно выбирается 0,9-0,95). Величина этого коэффициента трансформации

35 обуславливает необходимую точность вы40

55 (трансформаторные, опторные и другие) Ключевые усилители 5 выполнены по двухконтактным полумостовым схемам и содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента, например, на биполярных транзисторах 5 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 равнивания 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 протекание импульсов 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 сигнала формируется 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 многоканального

ШИМ 2 формируются аналогичные импуль1660170

10 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 (U5), повторяющий па форме входной сигнал и имеющий амплитуду Е1, равную напряжению питания данного ключевого усилителя. На втором выходе ключевого усилителя 5 присутствует напряжение (U5), 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 (U5) напряжение также изменяется с низкой частотой, в результате чего напряжение на конденсаторах делителя также изменяется, оставаясь в сумме равным Е2 (фиг,2д). При этом напряжение U15, выделяемое как положительная часть напряжения U5 с помощью диода 15, прикладывается к конденсатору ключевого усилителя 5 второго канала, имеющего напряжение Е2, а напряжение второго канала 016, выделяемое диодом 16 второго канала, прикладывается к конденсатору, имеющему напряжение Е2.

Напряжения U15 и Е2 первого канала, а также U16 и Е2 второго канала изменяются по НЧ синфазно и, следовательно, пульсации на конденсаторах напряжения с НЧ не вызывают протекания токов выравнивания, что исключает дополнительные потери при

Е1 Е2 (фиг.2,ж). В случае же неравенства Е1 и Е2 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

Е1 и Е2. Аналогично обеспечивается вырав. нивание напряжений питания и на других ключевых усилителях 5 .

Таким образом. в предлагаемом устройстве обеспечивается высокая точность выравнивания напряжений на всех ключевых усилителях 5, выполненных по полумостовым схемам, в широкой полосе рабочих частот (НЧ сигнала) без возникновения

55 паразитных токов в цепях выравнивания, что и обеспечивает повышение КПД устройства при снижении искажений.

Формула изобретения

Ключевое генератарное устройство, содержащее N (N =- 2, 3...) соединенных последовательно па цепи питания ключевых усилителей, N трехабматочных выходных трансформаторов, выводы первичной обмотки каждого из которых соединены с одноименными выходами соответствующего ключевого усилителя, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом многоканального широтно-импульсного модулятора, вход которого подключен к выходу источника низкочастотного сигнала, а также N выпрямителей. первый вход каждоto из которых подключен к первому выводу дополнительной вторичной обмотки соответствующего выходного трансформатора, и дроссель, 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 N-ro 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 N выпрямителей выполнен на двух (2k-1)-м и

2К-м диодах, а ключевые усилители выполнены llo полумастовым схемам и содержат по два последовательно соединенных ключевых элемента и па два последовательна соединенных конденсатора, причем точка соединения ключевых элементов является первым выходом, а точка соединения конденсаторов — вторым выходом каждого ключевога усилителя, причем основные вторичные обмотки выходных трансформаторов соединены последовательно, а тачка соединения анода 2К-го и катода (2К вЂ” 1)-го диодов является первым входом К-го выпрямителя, при этом катод 2К-га диода соединен с первым выводом питания, а анод (2К вЂ” 1)-го диода — с вторым выводом питания (K+1)-го ключевого усилителя, причем катод

2N-го диода и анод (2N-1)-га диода соедине-. ны аналогично с выводами питания первого ключевого усилителя, при этом второй вывод дополнительной вторичной обмотки каждого К-го (К = 1, 2, ..., N-1) выходного трансформатора соединен с вторым выходам (К+1)-го ключевого усилителя, à N-го выходного трансформатора — с вторым выходом первого ключевого усилителя, 1660170

1660170

Составитель Л.Скобелева

Техред М;Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор Е.Копча

Заказ 1855 Тираж 491 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101