Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 3

1.З. Диаграмма напряжений при однотактной широтна-импульсной модуляции 10 б) относительная амплитуда переменной составляющей Ы длительности импульсов: О 6~™х 2'и где 6 = (У/Упх„) < 1 — коэффициент уровня переменной составляющей сигнала; Ьт„, „— наиболыцее значение переменной составляющей длительности импульсов при Ь = 1; в) коэффициент д следования импульсов. д = 'хх/ы, где й — частота следования импульсов; ы — частота модулирующего сигнала. При двухтактной ШИМ (рис.

1.4) длительность каждого импульса определяется его абсолютным значением в определенные моменты времени, а полярность импульса — полярностью модулирующего сигнала Уупр. В качестве параметров двухтактной ШИМ используются: а) коэффициент и' модуляции импульсов по длительности: и отмах 2'х б) коэффициент ц следования импульсов: д = хУы. В стабилизирующих источниках электропитания должно осуществляться подавление пульсаций входного напряжения, поэтому при однотактной или двухтактной ШИМ в последней формуле необходимо принимать частоту модулирующего сигнала равной частоте ы „пульсаций входного напряжения; ы — ывх Оуар и а Ояа -Отак Рис.

П4. Диаграмма напряжений при двухтактной широтно-импульсной модуляции Рис. пв. Классификация ШИМ При однотактной и двухтактной ШИМ длительность импульса может изменяться за счет изменения положения фронта, спада или фронта и спада. Поэтому различают однотактную одностороннюю (ООШИМ), двухтактную одностороннюю (ДОШИМ), однотактную двустороннюю (ОДШИМ) и двухтактную двустороннюю (ДДШИМ) широтно-импульсные модуляции. В зависимости от момента выборки значения сигнала, определяющего длительность импульса, однотактные и двухтактные виды ШИМ делятся на четыре рода: при ШИМ первого рода (ШИМ-О фронт импульса определяется значением сигнала в момент времени, совпадающий с модулируемым фронтом импульса; при ШИМ второго рода (ШИМ-П) фронт импульса определяется значением сигнала в тактовый момент времени; при ШИМ третьего рода (ШИМ-И!) уровень сигнала, определяющий длительность импульса, находится внутри интервала действия импульса и отстоит от модулируемого фронта на некоторую часть длительности импульса; при ШИМ четвертого рода (ШИМ-!Ч) смещение фронта импульса относительно тактового момента определяется абсолютным значением сигнала в момент времени, который расположен внутри интервала смещения фронта и отстоит от тактового импульса на время, равное некоторой части смещения, соответствующего модулирующему сигналу в тактовый момент времени.

Классификация разновидностей ШИМ приведена на рис. 1.5. Способ интегральной широтно-импульсной модуляции при регулировании и стабилизации напряжения Использование ИШИМ позволяет синтезировать однотактную одностороннюю и двустороннюю ШИМ, обладающую высокими качественными показателями и обеспечивающую требуемую точность разомкнутых широтно-импульсных устройств регулирования и стабилизации.

При осуществлении такого синтеза необходимо удовлетворить противоречивые требования высокой точности устройства и низкой частоты следования импульсов, 12 13 17ос 7упр — 17упр/'в1 ° Рис. 1.В. Способы формирования импульсов при синусоидвльных сигналах сравнения; а — первый способ; 6 — второй способ; в— третий способ 14 15 При интегральной ШИМ определяется длительность импульсов модуляции в соответствии с анализом входного сигнала на всем тактовом промежутке, что обеспечивает достаточно хорошую помехозащищенность.

Подобную модуляцию называют интегральной ШИМ по входу. Однако эта модуляция не учитывает искажений формы импульсов и пульсаций напряжения источника электропитания, которые могут вызвать паразитную амплитудную модуляцию и ухудшить точность воспроизведения выходного сигнала и стабильность его характеристик. Для работы преобразователя напряжения с неидеальными импульсами и значительной пульсацией напряжения электропитания используется интегральная модуляция по входу и выходу.

В этом случае в качестве параметра модуляции используется не длительность импульса, а его площадь, которая выбирается по интегралу входного сигнала на тактовом промежутке. Такая модуляция определяется равенством вольт-секундных площадей (интегралов) сигнала управления 5 и сигнала обратной связи (сравнения) 5'. Преобразователи с однотактной интегральной ШИМ не нашли широкого применения, так как имеют низкий коэффициент использования длительности периода (не более 0,5Т), для повышения которого необходимо изменение частоты дискретизации в зависимости от уровня сигнала управления в широких пределах. Однако в источниках электропитания желательно иметь стабильную частоту дискретизации (преобразования).

Преобразователи с двухтактной интегральной ШИМ могут быть с непрерывным занесением сигнала управления в интегратор и с потактовым занесением. В первом случае сигнал управления заносится на всем интервале раБоты, во втором — лишь во время соответствующего тактового промежутка. Использование интегральной ШИМ при синусоидальных сигналах сравнения имеет ряд особенностей. Различают три способа формирования импульсов при синусоидальных сигналах сравнения, отличающихся расположением импульса в тактовом промежутке. При первом способе импульс находится в начале тактового промежутка, при втором — симметрично относительно середины тактового промежутка, при третьем способе — в конце тактового промежутка.

Диаграммы формирования импульсов при синусоидальных сигна- Рнс. 1.т. Структурная схема с двухтвктной ШИМ лах сравнения приведены на рис. 1.6. Третий способ формирования импульсов применяется в основном в тиристорных регуляторах с фазовым управлением. Возникающие при этом способе ошибки можно отработать лишь в следующем тактовом промежутке, что ухудшает качественные характеристики интегральной ШИМ, Основным звеном устройства с интегральной ШИМ является инте- гратор с потактовым или непрерывным занесением сигнала управления.

Рассмотрим сначала первый способ формирования импульсов. Струк- турная схема с двухтактной интегральной ШИМ и непрерывным зане- сением, реализующая первый способ формирования импульсов, приве- дена на рис. 1.7, а диаграммы ее работы — на рис. 1.8. На интервале, занесения входной ток интегратора Рис. з.в. Диаграммы работы схемы с двухтэктной ИШИМ Ун,(Т/2) = — Уул (Т вЂ” т ). 1 1 + з1П(тг — мт). Уупр УО ккт— с )с~(1) = 0; )сз(э) = О. Отсюда имеем Я!С хВ2 к 2 1г — з — — 0,3103; 4э 4ээ+ 1 1/ 1гз(1) = 1сг — — ( 1 — соз2х —,), йз(1) = з)п(к — 2э — ), чэ2 й)(1) = 1гз(т) и имеет вид О,д7 Ркс. з.э. Диаграммы процесса возникновения ошибки длительности импульса при модуляции с непрерывным занесением 1 Iгз — — (1 — соз 2э — ) = 2х Т = з1п(х — 2к — ) — /сз Т й~(1) (~ кз(т).

Ряс. Здв. Зависимости й~ и кз от ЦТ для различных значений йз 17 К моменту прихода тактового импульса напряжение на выходе интегратора достигнет значения После прихода тактового импульса входной ток интегратора имеет вид Напряжение на выходе интегратора будет изменяться по закону При условии постоянства Ув выражение (1.2) можно преобразовать к виду где Й~ —— — — а~~-Тй — — относительный уровень выходного напряжения; У гс-С а Й = -()-"с )та — относительный уровень — ();" )Д сс сигнала занесения. Выражение (1.1) при этом может быть приведено к виду где 1тз(1) = 1кнтйз/Ув — относительный входной ток интегратора.

Формирование импульса на выходе устройства заканчивается при достижении напряжением на выходе интегратора нулевого значения, что определяется условием Однако при определенном значении 1з входной ток интегратора может стать равным нулю прежде, чем напряжение на выходе интегратора достигнет нулевого значения. При этом импульс сформируется лишь после прихода тактового импульса, результатом чего будет ошибка в установлении длительности импульса (рис. 1.9).

Относительное значение сигнала занесения, при котором возможно формирование ширины импульса без ошибки, может быть )эпределено из условий — / = — (и — агсз1паз „„„) = 0,4498 Те) „р 2х Иэ последней зависимости видно, что тактовый промежуток используется не полйостью.

Коэффициент его использования уменьшен примерно на 10 %. На рис. 1.10 приведены. зависимости (с~ и кз от 1/Т для различных значений кз. На рисунке можно отметить две области: в одной области ошибка сравнения отрабатывается полностью, в другой — переносится из такта в такт с частичной отра- боткой. Уравнение кривой, разде- фБ ляющей эти области, определяется равенством соответствует ширина импульса гРР Н— — = ~ — агсяп л/сгхр —— Т)кр 2к = ~0,2008.