Двухтактный ключевой усилитель мощности Советский патент 1992 года по МПК H03F3/26 

Изобретение относится к электронным усилителям и может быть использовано в усилителях мощности низкой частоты, а также преобразователях вторичных источников питания.

Известны ключевые усилители мощности, содержащие ключевые транзисторы, коллекторы которых подключены к первичной обмотке трансформатора, средняя точка которой подключена к первой шине источника питания, эмиттеры - к второй шине источника питания, и трансформатор управления, вторичные обмотки которого включены в базоэмиттерные цепи транзисторов. Для устранения сквозных токов посредством введения фиксированной задержки используется включение конденсатора между базами транзисторов, RC-це- почек и т.д.

Недостатком известных ключевых усилителей мощности с фиксированной паузой является неоптимальная величина задержки, выбираемая из расчета наихудшего случая, приводящая к снижению КПД.

Известны также ключевые усилители мощности, содержащие согласующий и выходной трансформатор, причем к базе каждого транзистора черед диод подключена дополнительная обмотка выходного трансформатора.

Недостатком таких усилителей мощности является склонность к самовозбуждению при отсутствии управляющего сигнала.

Устранение этого недостатка достигается введением дополнительных цепей из транзистора, резистора и диода.

Недостатком такого усилителя является его сложность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухтактных ключевой усилитель мощности, выполненный на транзисторах, включенных по схеме общий коллектор - общий эмиттер одной структуры с выходным трансформаЈ

ГО

ел

со

тором в общей нагрузочной цепи, причем параллельно базоэмиттерному переходу транзистора каждого плеча включена первая цепь из последовательно соединенных резистора и вторичной обмотки входного согласующего трансформатора, первичная обмотка которого является входом устройства, а также вторая цепь из последователь- но соединенных диода и катушки индуктивности.

Недостатками этого двухтактного ключевого усилителя мощности являются низкий КПД и малое быстродействие. Это связано с тем, что инерционные свойства нагрузки определяют режим переключения включающего транзистора. Чем больше инерционность нагрузки, тем большая пауза в токе потребления, с увеличением частоты управляющего напряжения происходит сбой в работе усилителя за счет влияния инерционности нагрузки.

Цель изобретения - увеличение КПД и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактный ключевой усилитель мощно- сти, выполненный на транзисторах, включенных по схеме общий коллектор-общий эмиттер одной структуры с выходным трансформатором в общей нагрузочной цепи, причем параллельно базоэмиттерному переходу транзистора каждого плеча включена первая цепь из последовательно соединенных резистора и вторичной обмотки входного согласующего трансформатора, первичная обмотка которого является входом устрой- ства, а также вторая цепь из последовательно соединенных диода и катушки индуктивности, в каждом плече катушка индуктивности индуктивно связана с коллектором транзистора и образует трансформатор тока, при этом параллельно катушке индуктивности включена цепочка из п последовательно соединенных дополнительных диодов.

На фиг. 1 представлена принципиаль- ная электрическая схема ключевого усилителя мощности (со средней точкой); на фиг. 2 - полумостовая схема.

Устройство содержит согласующий трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и вторичными обмотками 3 и 4, выходной трансформатор 5, транзисторы 6 и 7, к базо- змиттерным переходам которых подключены последовательно соединенные резисторы 8(9) и вторичные обмотки 3(4) со- гласующего трансформатора 1. База каждого транзистора 6(7) подключена через диод 10(11) к вторым обмоткам 12(13) трансформатора тока 14. Другие выводы вторых обмоток 12(13) трансформатора 14 тока

подключены к эмиттерам транзисторов 6 и 7. Первые обмотки 15(16) включены в коллекторные цепи транзисторов 6 и 7. Вторые обмотки 12(13) трансформатора тока 14 за- шунтированы цепочками диодов 17 и 18. Полумостовой вариант содержит дополнительно емкостный делитель из конденсаторов 19 и 20.

Двухтактный ключевой усилитель мощности работает следующим образом.

При подаче на вход устройства постоянного напряжения и управляющего напряжения типа меандр на согласующий трансформатор, 1 один из транзисторов 6,7 открывается, например 6, а другой 7 будет в течение полупериода закрыт. Через транзистор 6, первую-обмотку 15 трансформатора 14 тока и первичную обмотку выходного трансформатора 5 начинает протекать ток. На вторичной обмотке 13 трансформатора тока наводится напряжение, открывающее цепочку диодов 17, имеющую падение напряжения n Unp. Полярность диодов 11 и 10 выбрана таким образом, чтобы в рабочий полупериод напряжение на вторичных обмотках 12 и 13 трансформатора 14 тока не влияло на режим работы транзисторов 6 и 7. При смене полярности управляющего напряжения транзистор 6 продолжает оставаться открытым в течение времени Трасс, но при этом открывается диод 11 и транзистор 7 остается закрытым напряжением n Unp цепочки диодов 17. После запирания транзистора 6 пропадает ток в первичной обмотке 15 трансформатора 14 тока, что приводит к снятию запирающего потенциала транзистора 7 и его отпиранию, т.е. трансформатор 14 тока позволяет отслеживать состояние смежного транзистора, что приводит к автоматическому устранению влияния инерционных свойств нагрузки. Инерционность запирания цепочек 17 и 18 позволяет более четко обеспечить разность тока выключения одного из транзисторов и включения другого. Количество диодов в цепочке диодов 17 и 18 определяет эффективность запирания транзисторов в режиме коммутации и обычно .

Формула изобретения

Двухтактный ключевой усилитель мощности, выполненный на транзисторах, включенных по схеме общий коллектор - общий эмиттер одной структуры с выходным трансформатором в общей нагрузочной цепи, причем параллельно базоэмиттерному переходу транзистора каждого плеча включена первая цепь из последовательно соединенных резистора и вторичной обмотки входного согласующего трансформатора,

первичная обмотка которого является входом устройства, а также вторая цепь из последовательно соединенных диода и катушки индуктивности, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и быстродействия, в каждом плече катушка индуктивности индуктивно связана с коллектором транзистора и образует трансформатор тока, при этом параллельно катушке индуктив- ности включена цепочка и п последовательно соединенных дополнительных диодов.

Изобретение может быть использовано в усилителях низкой частоты, а также преобразователях вторичных источников питания. Цель изобретения -увеличение КПД и быстродействия - обеспечивается за счет устранения обратной связи с выходного трансформатора путем образования в каждом плече индуктивной связи катушки индуктивности 12(13) с коллектором транзистора 6(7) и включению параллельно катушке индуктивности 12(13) цепочки из п последовательно соединенных диодов 17(18), что позволяет более четко обеспечить разность тока выключения одного из транзисторов и включение другого. 2 ил.

+ нг

8

-j-)

-1-Н

SZfl

Фиг 1

7т

-i 2

ч

19

° UKО

ufax

#4