ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к импульсным источникам электропитания, используемым для преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня.
Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий импульсный инвертор, соединенный со схемой управления и последовательно подключенный к выпрямителю с фильтром низких частот. Преобразователь охвачен обратной связью от выхода фильтра низких частот к схеме управления инвертором. Такие преобразователи имеют улучшенные массогабаритные показатели и увеличенный КПД [1].
Недостатком этого преобразователя является высокий уровень низкочастотных гармонических составляющих, являющихся источником кондуктивных помех.
Известен импульсный преобразователь напряжения, содержащий источник постоянного напряжения, контроллер широтно-импульсной модуляции сигнала, подключенные к соответствующим входам высокочастотного инвертора, выход которого через выпрямитель с фильтром низких частот подключен ко входу делителя напряжения и нагрузке, причем выход делителя напряжения подключен к контроллеру широтно-импульсной модуляции сигнала [2]. Этот преобразователь взят нами в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является высокий уровень низкочастотных гармонических составляющих спектра выходного сигнала инвертора ввиду периодичности управляющего импульсного сигнала высокочастотного инвертора. Эти гармонические составляющие являются основным источником низкочастотных кондуктивных помех.
Задачей данного технического решения является снижение уровня низкочастотных кондуктивных помех при наличии обратной связи за счет модуляции широкополосного сигнала.
Это достигается тем, что импульсный преобразователь напряжения, содержащий источник постоянного напряжения, контроллер широтно-импульсной модуляции сигнала, подключенные к соответствующим входам высокочастотного инвертора, выход которого через выпрямитель с фильтром низких частот подключен к делителю напряжения и нагрузке, снабжен блоком расширения спектра выходного сигнала делителя напряжения, подключенным к контроллеру широтно-импульсной модуляции сигнала и выполненным в виде последовательно соединенных операционного усилителя, выпрямителя, амплитудного модулятора и сумматора, при этом ко второму выходу операционного усилителя подключен источник опорного напряжение, а ко второму входу амплитудного модулятора - генератор широкополосного сигнала, причем ко второму входу сумматора - выход делителя напряжения.
На фиг.1 показана блок-схема импульсного преобразователя напряжения.
На фиг.2 временные диаграммы напряжений в ключевых узлах схемы.
Импульсный преобразователь напряжения состоит из источника постоянного напряжения 1, контроллера широтно-импульсной модуляции 2, подключенных к соответствующим входам высокочастотного инвертора 3, выход которого через выпрямитель с фильтром низких частот 4 подключен к делителю напряжения 5, а так же к нагрузке 6, и блока расширения спектра выходного сигнала делителя 7, подключенного к контроллеру широтно-импульсной модуляции сигнала 2. Этот блок выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя 8, выпрямителя 9, амплитудного модулятора 10 и сумматора 11, при этом ко второму выходу операционного усилителя 8 подключен источник опорного напряжения 12, а ко второму входу амплитудного модулятора 10 - генератор широкополосного сигнала 13, причем ко второму входу сумматора 11 - выход делителя напряжения 5. Описанный импульсный преобразователь реализуется на общеизвестной элементной базе.
вx
Импульсный преобразователь напряжения работает следующим образом. Постоянное входное напряжение U от источника опорного напряжения 1 преобразуют посредством высокочастотного инвертора 3 в импульсное напряжение (см. фиг.2, а, б), постоянную составляющую которого выделяют выпрямителем с фильтром низких частот 4 (см. фиг.2, в) и подают на делитель 5 и нагрузку 6. Из выходного сигнала делителя 5 (см. фиг.2, г) при помощи операционного усилителя 8, на второй вход которого подается опорное напряжение 12 (см. фиг.2, д), извлекают сигнал ошибки (см. фиг.2, е), а через выпрямитель 9 - его модуль (см. фиг.2, ж). Сигнал с выхода генератора 13 (см. фиг.2, з) модулируют сигналом модуля ошибки с выхода выпрямителя 9 посредством амплитудного модулятора 10, в результате чего на выходе амплитудного модулятора получают управляющий сигнал с расширенным спектром (см. фиг.2, и). Для регулирования выходной мощности инвертора 3 осуществляют сложение сигналов с выхода амплитудного модулятора 10 и выходного сигнала делителя напряжения 5 в сумматоре 11. Таким образом, выходной сигнал сумматора 11 (см. фиг.2, к) имеет постоянную составляющую, равную напряжению делителя, и переменную в виде широкополосного сигнала, амплитуда которой снижается с ростом сигнала модуля ошибки. Управляющий сигнал высокочастотного инвертора 3, который показан на фиг.2, л, формируется путем модуляции сигнала на выходе блока расширения спектра выходного сигнала делителя напряжения 7 при помощи контроллера широтно-импульсной модуляции 2.
Согласно описанному техническому решению были изготовлены макеты преобразователей. Их тестирование показало, что уровень второй и третьей гармонической составляющей спектра снизились на 20% и 30% соответственно.
Источники информации
1. Патент РФ на полезную модель №47146 по классу Н02М 3/335
2. Патент РФ на изобретение №2138113 по классу G05F 1/56 (прототип)