Мостовой усилитель мощности Советский патент 1981 года по МПК H03F3/21 

Изобретение относится к радиотехн ке и использоваться в радиотех нических установках различного назначения, в частности в усилителях следящих приводов с широтно-импульсной модуляцией и коммутаторах питания. Известны усилители мощности, в которых для защиты транзисторов от перегрузок и уменьшения сквозных токов применяется нелинейная положительная обратная связь Xll Наиболее близок к предлагаемому мостовой усилитель мощности на транзисторах с трансформаторным выходом 22, который содержит для уменьшения сквозных токов цепочки, состоя щие из дополнительных обмоток связи с выходного трансформатора и диодов. Такие цепочки подключены между базой И эмиттером каждого из транзисторов усилителя. Однако известный усилител мощности обладает невысоким КПД из-за невозможности устранения сквозных то ков в широком диапазоне частот, поскольку наличие трансформатора существенно ограничивает диапазон рабочих.частот усиливаемого сигнала, особенно в области низких и высоких часгот, и быстродействие усилителя. Кроме того, установка трансформатора с дополнительными обмотками приводит к увеличению габаритов и веса усилителя. Цель изобретения - увеличение КПД путем устранения сквозных токов и повышение быстродействия. Для этого в мостовом усилителе мощности, содержащем две пары соединенных последовательно по питанию ведущих и ведомых силовых ключей, образукяцих плечи усилителя, нагрузку, включенную в одну диагональ, источник питания, подключенный к другой диагонали, и источник сигнала, связанный с ведущими силовыми ключамир параллельно каждому силовому ключу подключен датчик контроля состояния плеча усилителя, причем выход датчика связан с входом блокируюцего элемента, установленного между силовыми ключом смежного по питанию плеча и нагрузкой, а управлякнцая цепь каждого ведомого силового ключа подключена к силовой цепи ведущего силового ключа и блокирующего элемента противоположного плеча усилителя. Кроме того, связь между датчиком контроля состояния плеча усилителя

и блокирующим элементом выполнена оптической ..

На фиг. 1 представлена структурна электрическая схема предложенного устителя; на фиг. 2 - принципиальная )лектрическал схема.

Мостовой усилитель мощности содержит две пары соединенных последовательно .по питанию ведущих 1 (2) и ведомых 3 (4) силовых ключей, образующих плечи усилителя, нагрузку 5, включенную в одну диагональ, источник б , подключенный к другой диагонали, и источник 7 сигнала, связднный с ведущими силовыми ключами. Параллельно каждому силовому ключу подключен один из датчиков 8-11 контроля состояния плеча усилителя. Выходы датчиков связаны с входами блокирующих элементов 12-15, Управляющая цепь каждого ведомого силового ключа подключена через резистор 16 или 17 к силовой .цепи ведущего силового ключа и блокирующего элемента противоположного плеча усилителя.

Усилитель работает следующим образом.

В исходном состоянии импульсы не поступают от источника 7 сигнала, потому ведущие 1, 2 и ведомые 3, 4 силовые ключи выключены. Через нагрузку 5 ток не протекает. К датчика 8-11 контроля состояния плеч усилителя приложено напряжение, в результате чего на входы блокирующих элементов 12-15 поступают сигналы включения. Одднако по силовой цепи блокирующие элементы выключены.

. При поступлении импульса отрицательной по.пярности от источника 7 .сигнала на вход ведущего силового клча 1 происходит последовательно включение ведущего и ведомого силовых ключей 1, 4, которые шунтируют датчики 3, 11 контроля состояния плеч. В результате с входом блокирующих элементов 12, 15 снимаются сигналы включения. Блокирующие элементы 14, 13 включаются, и к нагрузке 5 прикладывается напряжение питания.

При реверсе или снятии импульса орицательной полярности от источника 7 сигнала с входа ведущего силового ключа 1 и поступлении импульса отрицательной полярности на вход ведущег силовохО ключа 2 происходит последовате)1ьное включение ведущего и ведомого силовых ключей 2, 3, которые шунтируют датчики 9, 10 контроля состояния плеч, и с входов блокирующих элементов 14, 13 снимаются сигналы вктаочения. После выключения ключей 1, 4 датчики 8. 11 контроля состояни плеч усилителя подключаются к источнику питания, а на блокирующие элементы 12,

подс1ются сигналы включения. Блокирующие элементы 12, 15 включаются, и к нагрузке прикладывается напряжение обратной полярности.

Таким образом, при помощи датчиков контроля состояния плеч усилителя и блокирующих элементов реализуется блок совпадения (элемент И), осуществляющий логическую операцию умножения.

Существо изобретения рассмотрим на примере конкретного выполнения (фиг. принципиальной электрической схемы мостового усилителя мощности.

Мостовой усилитель мощности содержит две пары соединеннь1х последовательно по питанию ведущих 18, 19 и ведомьлх 20, 21 силовых ключей на составных транзисторах, образующих плечи усилителя, нагрузку 22, включенную в одну диагональ, источник питания 23, подключенный к другой диагонали, и источник 24 сигнала, связанный с,ведущими СИЛОВЫМИ ключами. Параллельно Т аждому ключу установлен датчик контроля .состояния плеча усилителя, представляющий собой, например, излучающий свет диод 25 (26,27,28) тиристорного оптрона и ограничивающий протекающий через диод ток резистор 29 (30,31,32). Каждый диод оптически связан со входом блокирующего элемента, например, каскадного соединения силового тиристора 33 (34,35,36) и тиристора 37 (38,39,40)оптрона в силовой цепи составного транзистора. Диоды 41-44 - отсекающие от шунтирующего действия нагрузки. Управляющая цепь ка;кдого ведомого силового ключа подключена через резистор 45 (46) к силовой цепи ведущего силового ключа и блокирующего элемента противоположного плеча усилителя. Диоды 47-50 и резисторы 51-54 предназначены для запирания составных транзисторов.

Усилитель работает следующим образом.

В исходном состоянии импульсы от источника 24 сигнала не поступают, все составные транзисторы закрыты, и ток через нагрузку 22 не протекает

При поступлении импульса отрицательной полярности от источника 24 сигнала на вход силового ключа 18 последовательно включаются силовые ключи 18, 21, которые шунтируют цепи с датчиками контроля состояния плеч, последовательно соединенные диод 25(28) и резистор 29(32). С блокирующих элементов - каскадно включенных транзисторов 33, 37 и 36, 40 снимаются сигналы включения, а блокирующие элементы - каскадно включенные тиристоры 35, 39 и 34, 38 включаются, поскольку силовые ключи 19, 20 выключены, и к нагрузке 22 прикладывается полное напряжение питания.

При смене полярности источника 24 сигнала последовательно включаются силовые ключи 19, 20 и шунтируются цепи с датчиками контроля состояния плеч - последовательно соединенные диод 26(27) и резистор 30 (31), выключаются силовые ключи 18, 21, и к источнику питания подключаются тдепи с датчиками - последовательно соединен ные диод 25 (28) и резистор 29 (32), которые создают через оптическую связь условия для включения блокирую щих элементов - каскадно соединенных тиристора 37 (40) оптрона и силового тиристора 33 (36). Тиристоры не могу мгновенно включиться из-за своей ине ционности. Время включения некоторых типов тиристоров составляет около 10 МКС. Тем самым осуществляется дополнительная угловая задержка включения блокирукядих элементов. За это время происходит рассасывание неосновных носителей в базах составных транзисторов, в резульате чего исключаются сквозные токи. После включения тиристоров 33 и 36 к нагрузке прикладывается напряжение обратной полярности. Описанная последовательность включения силовых ключей и бло кирующих элементов позволяет затрачивать на их включение минимальное время. Использование новых элементов датчиков контроля состояния плеч усилителя, блокирующих элементов и связей между ними и элементами мостового усилителя мощности выгодно отличает предложенное техническое решение, поскольку включение силового ключа в нем возможно только при раёомкнутом другом силовом ключе смежного по питанию плеча. Такая последовательность включения силовых ключей позволяет избавиться от сквоз ных токов и повысить быстродействие усилителя, в состав которого входят блокирующие элементы. Формула изобретения 1.Мостовой усилитель мощности, содержащий две пары соединенных последовательно по питанию ведущих и ведомых силовых ключей, образующих плечи усилителя, нагрузку, включенную в одну диагональ, источник питания, подключенный к другой диагонали, и источник сигнала, связанный с ведущими силовыми ключами, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД путем устранения сквозных токов и повышения быстродействия, в нем параллельно каждому силовому ключу подключен датчик контроля состояния плеча усилителя, причем выход датчика связан с входом блокирующего элемента, установленного между силовыми ключом смежного по питанию плеча и нагрузкой, а управляющая цепь каждого ведомого силового ключа подключена к силовой цепи .ведущего силового ключа и блокирующего элемента противоположного плеча усилителя. 2.Усилитель по п. 1, о т л- и ч а ю щ и и с я тем, что связь между датчиком контроля состояния плеча усилителя и блокирующим элементом выполнена оптической. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Соколов Г.Г. Устранение сквозных токов в импульсном транзисторном усилителе. Известия вузов. Электромеханика, 1968, № 6, с. 690, рис. 1б. 2.Полковников В.А.Паппе В.П. Защита транзисторов, работающих в зежиме переключения, в выходных каскадах усилителей. Сб. Электронная техника и автоматика .Под ред. Ю,И. Конева. Вып. 3, М., Сов, радио, 1971, с. 52, рис. 1 (прототип).

оS

-о

7 О7

ю

f

/f

/

п

Q/.

Т Д

ш

-cz

/с/

/

J/7

//