Ключевой усилитель мощности Советский патент 1980 года по МПК H03F3/217 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в регулируемых приводах постоянного тока, применяемых в станках с программным управлением, в промышленных работах. Известен ключевой усилитель мощности, содержащий две пары симметричных выходных каскадов, включенных по мостовой схеме, каждая из которых содержит последовательно соединенные относительно источника питания первый выходной ключ, параллельно которому включен в обратном направлении первый диод, второй диод и резистор ограничения тока, подключенный ко второму выходному ключу, а управляющий вход первого выходного ключа через импульный усилитель подключен к выходу порогового устройства управления, опорный вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, место соединения резистора ограничения тока и второго выходного ключа каждой пары симметричных выходных каскадов подключено непосредственно к опорному входу устройства защить, а через общий резистор токовой защиты соединено с соответствующей клеммой источника питания, причем выходными клеммами устройства являются точки соединения первого выходного ключа и второго диода каждой пары симметричных выходных каскадов 1. Однако это устройство имеет низкий КПД и недостаточно надежно. Цель изобретения - повышение КПД и надежности усилителя. Для этого в ключевой усилитель мощности, содержащий две пары симметричных выходных каскадов, вклк)ченных по мостово схеме, каждая из которых содержит последовательно соединенные относительно источник;а питания первый выходной ключ, параллельно которому включен в обратном направлении первый диод, второй диод и резистор ограничения тока, подключенный ко второму выходному ключу, а управляющий вход первого выходного ключа через импульсный усилитель подключен к вь1ходу порогового устройства управления, опорный вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, место соединения резистора ограничения тока и второго выходного ключа каждой пары симметричных выходных каскадов подключено непосредственно к опорному входу устройства защиты, а через общий резистор токовой защиты соединен с соответствующей клеммой источника питания, причем выходными клеммами устройства являются точки соединения первого выходного клюTI- «- rr

I с M«,.t J: 7 8MJi.ur-- ча и второго диода каждой пары симметричных выходных каскадов, дополнительно введены триггер реверса, вход которого соединен с входной клеммой, а его выходы соединены непосредственно с соответствующими уиравляющими входами вторых выходных ключей, а также первое и второе дифференцирующие устройства, первый сумматор, элемент памяти, второй сумматор, ключ реверса, третий сумматор, третий диод и последовательно соединенные иптегратор и четвертый сумматор, причем выходы триггера реверса соединены через нервое и второе дифференцирующие устройства и первый сумматор с первым входом элемента памяти, второй вход которого через второй сумматор соединен с выходами нороговых устройств управления, выход элемента памяти подключен к управляющему входу ключа реверса, вход которого через третий сумматор соединен с точками подключения каждого резистора ограничения тока с соответствующим вторым диодом, а выход - к сигнальному входу устройства защиты, выход которого через последовательно соединенные интегратор и четвертый сумматор соединен с управляющим входом управляемого ключа, подключенного между входной клеммой н объединенными сигнальными входами пороговых устройств управления, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом первого сумматора, а каждая выходная клемма соединена с сигнальным входом соответствующего второго выходного ключа через третий диод, включенный в прямом направлении. На чертеже изображена структурная электрическая схема ключевого усилителя мощности. Ключевой усилитель мощности содержит триггер 1 реверса, управляемый ключ 2, два пороговых устройства 3 и 4, управления, генератор 5 пилообразного напряжения. два импульсных усилителя 6 и 7, два третьих диода 8 н 9, два первых диода 10 и 11, два вторых диода Г2 н 13, два нервых выходных ключа 14 и 15, два вторых выходных ключа 16 и 17, интегратор 18, два резистора 19 и 20 ограничения тока, общий резистор 21 токовой защиты, первое и второе дифференцирующие устройства 22 и 23, первый сумматор 24, элемент 25 памяти, второй сумматор 26, ключ 27 реверса, третий сумматор 28, устройство 29 защиты, четвертый сумматор 30, а также нагрузку 31. Ключевой усилитель мощности работает следующим образом.. Во время пуска входиой сигнал положительной (отрицательной) полярности поступает на вход триггера 1 реверса и нереводит его в такое состояние, при котором второй выходной ключ 16 (17) оказывается открытым. Сигнал с выхода триггера 1 реверса поступает также на вход дифференцирующего устройства 22 (23) и, пройдя через первый сумматор 24, устанавливает элемент 25 памяти в такое состояние, при котором ключ 27 реверса оказывается открытым, и сигнал с резисторов 19 и 20 ограничения тока через третий сумматор 28 поступает на сигнальный вход устройства 29 защиты. Сигнал с выхода первого сумматора 24 через четвертый сумматор 30 включает управляемый ключ 2 на время, примерно равное одному периоду колебаний генератора 5 пилообразного напряжения. При этом сигнал с входа устройства не проходит на входы пороговых устройств 3 и 4 управления, и первые выходные ключи 14 и 15 оказываются закрытыми. По истечении времени задержки управляемый ключ 2 отключается, и сигнал с входа устройства ностунает на входы пороговых устройств 3 и 4 управления, на другие входы которых подается пилообразное напряжение с выхода генератора 5, при этом пороговое устройство 4 (3) управления выдает ненрерывный сигнал, который через импульсный усилитель 7 (6) открывает первый выходной ключ 15 (14). Сигнал с выхода пороговогоустройства 4 (3) управления через второй сумматор 26 поступает также на другой вход элемента 25 памяти и устанавливает его в другое состояние, при котором ключ 27 реверса оказывается закрытым, и сигнал с резисторов 19 и 20 ограничения тока не поступает на сигнальный вход устройства 29 защиты. Через открытый третий диод 8 (9) и второй выходной ключ 16 (17), первый выходной ключ (15) 14 и нагрузку начинает протекать ток, который на общем резисторе 21 токовой защиты создает надение напряжения, подаваемое на опорный вход устройства 29 защиты. Если это напряжение, пропорциональное току нагрузки, оказывается больще заданий величины, то на выходе устройства 29 защиты появляется сигнал, который, пройдя через интегратор 18 и счетный сумматор 30, включает управляемый ключ 2. При этом входной сигнал не проходит на сигнальные входы пороговых устройств 3 (4) управления, первый выходной ключ 15 (14) закрывается, а сигнал, снимаемый с общего резистора 21, оказывается меньше сигнала уставки, и устройство 29 защиты переходит в другое состояпие, при котором на его выходе сигнал отсутствует. Интегратор 18 начинает разря каться, причем время разряда выбирается примерно равным одному периоду колебаний генератора 5 пилообразного напряжения. По истечении времени разряда напряжение на выходе четвертого сумматора 30 уменьщается до а.кой величины, прн которой управляемый ключ 2 отключается. При этом пороговое устройство 4 (3) управлення опять выдает

непрерывный сигнал, и процесс повторяется. Таким образом, на выходе порогового устройства 4 (3) управления образуется широтно-импульсный сигнал, причем скважность автоматически устанавливается такой, что средний ток через нагрузку 31 становится равным заданному.

По мере того как двигатель начинает увеличивать скорость вращения, ток через нагрузку 31 за счет действия противоэдс двигателя уменьшается, падение напряжения на общем резисторе 21 также уменьшается и становится меньше заданного уставкой уровня, при этом устройство 29 защиты переходит в такое состояние, при котором на его выходе сигнал отсутствует. Управляемый ключ 2 отключается, и усилитель мощности переходит в режим работы с широтно-импульсной модуляцией со скважностью, определяемой входным сигналом устройства.

Необходимость отключения в режиме работы с щиротно-импульсной модуляцией сигнального входа устройства 29 защиты от резисторов 19 и 20 ограничения ток:а обусловлена тем, что в противном случае нарушалась бы линейность усилителя из-за срабатывания устройства 29 защиты и, следовательно, управляемого ключа 2, вызванного напряжением на резисторах 19 и 20 за счет действия ЭДС самоиндукции якоря двигателя.

В момент реверса входной сигнал меняет знак, т. е. становится отрицательным (положительным). При этом триггер 1 реверса переходит в такое состояние, при котором второй выходной ключ 17 (16) оказывается открытым.

Сигнал с выхода триггера 1 реверса поступает также на вход дифференцирующего устройства 23 (22) и, пройдя через первЬ1й сумматор 24, устанавливает элемент 25 памяти в такое состояние, при котором ключ 27 реверса оказывается открытым, и сигнал с резисторов 19 и 20 ограничения тока через третий сумматор 28 поступает на сигнальный вход устройства 29 защиты. Сигнал с выхода первого сумматора 24 через четвертый сумматор 30 включает также управляемый ключ 2. При этом сигнал с входа устройства не проходит на входы пороговых устройств 3 и 4 управления, и первые выходные ключи 14 и 15 оказываются закрытыми. В цепи, состоящей из последовательно соединенных нагрузки 31 (якорь двигателя), третьего диода 9 (8), второго выходного ключа 17 (16), резистора 19 (20) и второго диода 12 (13), за счет ЭДС двигателя начинает протекать ток, величина которого ограничена резисторами 19 (20) до заданной величины. Если напряжение, снимаемое с резистора 19 (20) ограничения тока, оказывается больше установки, то на выходе устройства 29 защиты появляется сигнал, который, пройдя через

Интегратор 18 и четвертый сумматор 30, поддерживает управляемый ключ 2 в открытом состоянии.

Двигатель, якорь которого оказывается замкнутым через резистор 19 (20), начинает тормозиться, при этом падение напряжения на резисторе 19 (20) также начинает уменьшаться, и когда достигнет уровня уставки, то устройство 29 защиты переходит в другое состояние, при котором сигнал на его выходе отсутствует. По истечении времени разряда интегратора 18 управляемый ключ 2 отключается, и входной сигнал поступает на входы пороговых устройств 3 и 4 управления. При этом ключевой усилитель мощности переходит в режим пуска , описанный выше. Третий диод 8 (9) в режиме реверса предотращает протекание тока через второй выходной ключ 16

(17), который в противном случае может быть открыт напряжением, создаваемым тормозным током на резисторе 19 (20) ограничения тока.

Формула изобретения

Ключевой усилитель мощности, содержащий две пары симметричных выходных каскадов, включенных по мостовой схеме, каладая из которых содержит последовательно соединенные относительно источника питания первый выходной ключ, параллельно которому включен в обратном направлении первый диод, второй диод и

резистор ограничения тока, подключенный ко второму выходному ключу, а управляющий вход первого выходного ключа через импульный усилитель подключен к выходу порогового устройства управления, опорный вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напрял :ения, место соединения резистора ограничения тока и второго выходного ключа каждой пары симметричных выходных каскадов подключено непосредственно к опорному входу устройства защить, а через общий резистор токовой защиты соединено с соответствующей клеммой источника питания, причем выходными клеммами устройства являются

точки соединения первого выходного ключа и второго диода каждой пары симметричных выходных каскадов, отличающийс я тем, что, с целью повышения КПД и надежности усилителя, в него дополнительно введены триггер реверса, вход которого соединен с входной клеммой, а его выходы соединены непосредственно с соответствующими управляющими входами вторых выходпых ключей, а также первое и второе

дифференцирующие устройства, первый сумматор, элемент памяти, второй сумматор, ключ реверса, третий сумматор, третий диод и последовательно соединенные интегратор и четвертый сумматор, причем выходы триггера реверса соединены через первое и второе дифференцирующие устройства и первый сумматор с первым входом элемента памяти, второй вход которого через второй сумматор соединен с выходами пороговых устройств управления, выход элемента памяти подключен к управляющему входу ключа реверса, вход которого через третий сумматор соединен с точками подключения каждого резистора ограничения тока с соответствующим вторым диодом, а выход - к сигнальному входу устройства защиты, выход которого через последовательно соединенные интегратор и четвертый сумматор соединен с управляющим входом управляемого ключа, подклю... . j,

.

777802

ченного между входной клеммой и объединенными сигнальными входами пороговых устройств управления, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом первого сумматора, а каждая выходная клемма соединена с сигнальным входом соответствующего второго выходного ключа через третий диод, включенный на прямом направлении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Т 75.154.004, Л., 1976, с. 5 (прототип).