ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при разработке источников питания и в импульсной технике.
Предложенный широтно-импульсный модулятор (ШИМ) с обратной связью относится к классу ШИМ, в которых процесс заряда емкости по линейному закону осуществляется от внешнего источника напряжения (например, для вторичных источников питания - ВИП), обладающего большим по величине напряжением по сравнению с источником внутреннего питания (Евн.п) и позволяющим регулировать длительность выходного сигнала ШИМ посредством изменения напряжения внешнего источника питания.
Такой ШИМ работает в соответствии с законом:
где tим - длительность импульсов на выходе ШИМ; Uвх-напряжение внешнего источника питания, изменяемого в широких пределах.
Известен ШИМ, выполненный на основе двунаправленного ключа, элементе 2И-НЕ, двух инверторах и времязадающей цепи RC цепи, в котором длительность импульса на выходе ШИМ меняется по линейному закону согласно выражения (1). (А.С.1167706).Недостаток такой схемы - отсутствие обратной связи (ОС).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ШИМ (2008114452/22 (015928)), содержащий фотодиод обратной связи, резистор, один из выводов которого подключен к плюсовому выводу внешнего источника питания, а второй вывод к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого подключена к общей шине источника питания, при этом второй вывод резистора подключен к первому входу двунаправленного ключа, второй вход которого подключен к шине общая и к первому входу элемента 2ИЛИ, второй вход которого подключен к управляющему входу двунаправленного ключа при этом катод и анод
фотодиода обратной связи соответственно подключены к первому и второму выводам резистора, а входом и выходом ШИМ соответственно являются управляющий вход двунаправленного ключа и выход элемента 2ИЛИ. Рассмотрим работу прототипа в составе ВИП. Фиг.(1). При повышении напряжения на выходе ВИП, т.е. когда выходное напряжение превышает номинальное фотодиод засвечивается. В этом случае шунтируется резистор 1, ток через него возрастает, увеличивается наклон пилы, длительность импульса формируемого ШИМ уменьшается. Последнее приводит к стабилизации напряжения на выходе ВИП. Такой схеме присущи два недостатка:
- поскольку фотодиоды не обладают высоким обратным напряжением, то она не может быть непосредственно использована в устройствах с высоким входным напряжением. В этом случае приходится последовательно включать несколько фотодиодов, что усложняет схему и ограничивает ее функциональные возможности.
- в режиме холостого хода и при максимальном входном напряжении при работе в составе ВИП (вторичный источник питания) требуется включение дополнительного подгрузочного резистора для получения высокостабильного выходного напряжения. Это также ограничивает функциональные возможности схемы и снижает качество работы ВИП. Предлагаемая полезная модель направлена на расширение функциональных возможностей схемы и на улучшение качества работы изделия, в котором используется ШИМ, например - ВИП.
Поставленная задача достигается тем, что в ШИМ, содержащем фотодиод обратной связи, резистор, один из выводов которого подключен к плюсовому выводу внешнего источника питания, а второй к первой обкладке конденсатора, при этом второй вывод резистора подключен к первому входу двунаправленного ключа, и к первому входу элемента 2ИЛИ, второй вход которого подключен к управляющему входу двунаправленного ключа, а второй вход двунаправленного ключа и вторая обкладка конденсатора
подключены к шине общая внешнего источника питания введены диод и дополнительный резистор, при этом анод диода подключен к плюсовому выводу внутреннего источника питания, а катод к первому выводу дополнительного резистора, второй вывод которого подключен к первой обкладке конденсатора, при этом катод и анод фотодиода обратной связи подключены соответственно к первому и второму выводам дополнительного резистора. На фиг.1 представлена схема ШИМ. Схема содержит резистор 1, двунаправленный ключ 2, конденсатор 3, элемент 2ИЛИ 4, фотодиод 5, дополнительный резистор 6, диод 7. Первый вывод резистора 1 подключен к плюсовому выводу внешнего источника питания, а второй к первой обкладке конденсатора 3, вторая обкладка которого подключена к шине общая источника питания. Первая обкладка конденсатора 3 подключена к первому входу элемента 2ИЛИ 4. Второй вход элемента 2ИЛИ 4 подключен к управляющему входу двунаправленного ключа 2, первый вход которого подключен к первой обкладке конденсатора 3, а второй к шине "Общая". Анод диода 7 подключен к плюсовому выводу внутреннего источника питания, а катод к первому выводу дополнительного резистора 6, второй вывод которого подключен к первой обкладке конденсатора 3, при этом катод и анод фотодиода обратной связи 5 соответственно подключены к первому и второму выводам дополнительного резистора 6.
Предлагаемая схема работает следующим образом.
При уменьшении тока нагрузки ВИП напряжение на выходе ВИП возрастает. Это приводит к засвечиванию фотодиода обратной связи 5. В результате увеличивается ток через дополнительный резистор 6 и, следовательно, увеличивается общий зарядный ток через конденсатор 3. Это приводит к увеличению наклона пилы и к уменьшению длительности импульса, формируемого ШИМ и, как следствие, к стабилизации напряжения на выходе ВИП.
Поскольку в данной схеме ШИМ фотодиод обратной связи включен в низковольтную цепь внутреннего источника питания, то здесь отпадает необходимость применения фотодиодов с большим обратным напряжением. Учитывая, что в предлагаемой схеме фотодиод обратной связи отслеживает изменение напряжения на выходе ВИП практически только от сброса нагрузки по току, то такая схема обеспечивает и более стабильное напряжение при максимальном входном напряжении и при минимальном токе нагрузки (холостой ход). Показанный на фиг.1 диод, подключенный катодом к плюсовому выводу внутреннего источника питания, а анодом к первому выводу конденсатора может отсутствовать, так как он присутствует в составе логического элемента 2ИЛИ в качестве защитного диода. Поэтому из схемы предлагаемого ШИМ (фиг.2) он будет исключен. Вместо элемента 2ИЛИ в схеме ШИМ (фиг.2) может использоваться элемент 2ИЛИ-НЕ. В этом случае рабочим сигналом на выходе ШИМ будет сигнал с уровнем логической единицы. При использовании элемента 2ИЛИ рабочим является сигнал с уровнем логического нуля. Вместо элемента 2ИЛИ может использоваться элемент 2И-НЕ, при этом сигналы на его два входа должны поступать через инверторы. Здесь необходимо отметить, что в схеме ШИМ вместо диодной оптопары может применяться транзисторная оптопара. Однако она обладает меньшим быстродействием, что приведет к ухудшению динамических параметров ВИП.