МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЙ В ШИМ-СИГНАЛЫ
MULTICHANNEL VOLTAGE-TO-PWM SIGNAL CONVERTER

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления.
Известны многоканальные преобразователи кодов в ШИМ-сигналы, содержащие элементы памяти, коммутаторы, блок управления, логические элементы, формирователи весовых импульсных сигналов, сумма которых в периоде ШИМ-сигнала каждого канала пропорциональна входному коду [1].
Недостатком известных многоканальных преобразователей является их сложность и низкая помехозащищенность, вызванная суммированием помех от фронтов выходных токовых сигналов.
Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является многоканальный преобразователь напряжений, содержащий источники напряжений, подключенные через коммутатор к информационному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выходы которого подключены к информационным входам выходного устройства (например, регистра), блок управления, один выход которого подключен к управляющим входам АЦП и выходного устройства (регистра), а группа выходов - к управляющим входам коммутатора, цифровые индикаторы и цифровые регистраторы [2].
В указанном устройстве не предусмотрено последующее преобразование выходных кодов в ШИМ-сигналы.
При подключении к выходам устройства известных преобразователей кодов в ШИМ-сигналы (см. например, Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств, М., Энергия, 1975, с.268, рис.6-9) силовые (токовые) участки формирователей ШИМ-сигналов всех каналов будут включаться одновременно, что вызовет перегрузку источников питания и суммирование импульсных помех.
В предложенное устройство, содержащее источники напряжений, подключенные через коммутатор к информационному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выходы которого подключены к информационным входам регистра, блок управления, один выход которого подключен к управляющим входам АЦП и регистра, а группа выходов - к управляющим входам коммутатора, введены блок преобразователей кода в ШИМ-сигналы и формирователь сдвинутых импульсов, группа входов которого соединена с группой выходов блока управления, один выход подключен к входу блока управления, другой выход и группа выходов подключены к счетному входу и группе управляющих входов блока преобразователей кода в ШИМ-сигналы, информационные входы которого соединены с выходами регистра.
Многоканальный преобразователь напряжений в ШИМ-сигналы представлен на фиг.1, один канал преобразователя кода в ШИМ-сигнал представлен на фиг.2, а временная диаграмма работы 4-канального преобразователя - на фиг.3.
Многоканальный преобразователь напряжений на фиг.1 содержит источники 1 напряжений, коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, регистр 4, блок 5 управления, блок 6 преобразователей кода в ШИМ-сигналы, формирователь 7 сдвинутых импульсов. Блок 5 управления содержит последовательно соединенные делитель 8 частоты, дешифратор 9 и формирователь 10. Выход формирователя 10 и группа выходов дешифратора 9 являются одним выходом и группой выходов блока 5 управления. Формирователь 7 содержит последовательно соединенные генератор 11 импульсов, делитель 12 частоты и дешифратор 13, выходы которого являются группой выходов формирователя 7. Выход генератора 11 подключен к одному входу дешифратора 13. Выход старшего разряда делителя 12 является одним выходом формирователя 7. Другим выходом формирователя 7 является выход генератора 11.
Преобразователь кода в ШИМ-сигнал блока 6 (фиг.2) содержит регистр 14, счетчик 15 импульсов и цифровой компаратор 16, выход которого является выходом соответствующего преобразователя блока 6. Информационные входы каждого регистра 14 являются информационными входами блока 6. Управляющий вход регистра 14, подключенный к входу сброса счетчика 15, является одним из группы управляющих входов блока 6. Счетный вход счетчика 15 является счетным входом блока 6. Выходы регистра 14 и счетчика 15 подключены соответственно к первой и второй группам входов цифрового компаратора 16.
Устройство работает следующим образом. Генератор 11, делители 12 и 8 работают в непрерывном режиме. Делитель 8 является продолжением (старшие разряды) делителя 12. Сигналы на выходах делителя 12, подключенных к группе входов дешифратора 13, представлены на фиг.3а, б, в. Из выходных сигналов делителя 8 в дешифраторе 9 формируются сигналы (фиг.3г, д, е, ж), подключения через коммутатор 2 одного из источников 1 к информационному входу АЦП 3. По выходным импульсам формирователя 10 (фиг.3з) производится запись выходного кода АЦП 3 в регистр 4, а в АЦП 3 начинается преобразование в код вновь подключенного напряжения источника 1. Выходные импульсы формирователя 10 соответствуют фронтам сигналов дешифратора 9. Формирователь 10 может быть выполнен в виде совокупности дифференцирующих элементов, входы которых соединены с выходами дешифратора 9, а выходы подключены к элементу ИЛИ, выход которого является выходом формирователя 10.
Из выходных сигналов дешифратора 9, делителя 12 и генератора 11 в дешифраторе 13 формируются смещенные по времени относительно друг друга импульсы (фиг.3и, к, л, м) перезаписи кода регистра 4 в регистр 14 и одновременного сброса счетчика 15 в соответствующем преобразователе блока 6.
В цифровых компараторах 16 блока 6 производится сравнение кода счетчиков 15 с кодом регистров 14. С момента сброса счетчика 15 до момента равенства кода счетчика 15 и регистра 14 цифровой компаратор 16 формирует единичный сигнал, а после равенства кодов - нулевой сигнал. В результате на выходах цифрового компаратора 16 каждого канала формируется ШИМ-сигнал (фиг.3н, о, п, р), длительность активной части которого соответствует коду регистра 14 этого канала. Скважность каждого ШИМ-сигнала изменяется после смены кода в соответствующем регистре 14. Благодаря формирователю 7 происходит временное смещение активной части каждого ШИМ-сигнала относительно остальных, что приводит к более равномерной загрузке источника питания и уменьшению уровня импульсных помех. Этим определяется технический эффект от использования предложенного устройства.
На фиг.3 представлен вариант устройства с периодом ШИМ-сигналов, равным времени подключения одного из источников 1 к АЦП 3. Однако, период ШИМ-сигналов можно изменять, меняя частоту счетных импульсов счетчиков 15.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Авторское свидетельство СССР №1709527, кл. H03M, 1/66, 1989.
2. Хризман С.С. Цифровые приборы и системы, справочник, Киев, «Наукова думка», 1970, с.62, рис.4-3.