Tri-State-Leistungsverstärker. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Der Artikel beschreibt einen nicht umkehrbaren Leistungsverstärker, der mit Gleichstrom im Schaltmodus zu einer aktiv-induktiven Last arbeitet. Um den Energieverbrauch zu senken, wird die Last nach Aktivierung des Aktuators von der konstanten Nennspannung in den dritten Zustand überführt – den gepulsten Leistungsmodus mit ungeregeltem Arbeitszyklus.

Aktiv-induktive Lasten (Magnete, Kupplungen, Elektromagnete, Relais usw.), die mit Gleichstrom betrieben werden, werden sowohl in der Produktion als auch im Alltag häufig eingesetzt. Die meisten dieser Lasten arbeiten im Ein-Aus-Modus, sind über Verstärker angeschlossen und erfordern keine Umkehrung (Änderung des Vorzeichens der Ausgangsspannung). Typischerweise arbeitet ein solcher Verstärker im Relaismodus, wenn das Steuersignal nur zwei Extremwerte annimmt, die entweder dem fehlenden Strom in der Last oder dem Nennstrom entsprechen. Die Größe der Zugkraft des Aktuators wird durch den Nennlaststrom bestimmt. Nachdem der Aktuator aktiviert wurde, erhöht sich die Leitfähigkeit seines Magnetkreises. Um ihn im Betriebszustand zu halten, muss der Laststrom um die Hälfte des Nennstroms reduziert werden, was Strom spart.

Die Relaisbetriebsart des Verstärkers eliminiert sozusagen den dritten Zustand des Lastkreises ohne zusätzlichen Ballastwiderstand, der einen Teil der Lastspannung löscht, oder ohne zusätzliche Stromquelle mit einer Spannung gleich der halben Nennspannung . Solche Verstärker werden beispielsweise in [1] beschrieben und sind unter verschiedenen Namen bekannt. Der Hauptnachteil solcher Schaltungen ist das Vorhandensein eines Vorschaltgeräts oder einer zusätzlichen Stromquelle.

Die nachfolgend beschriebenen Geräte gehen nach dem Einschalten in den Nennstrommodus nach einer bestimmten vorgegebenen Zeit in den dritten Zustand über, in dem sich an der Last ein Teil der Nennspannung einstellt und sich dadurch der ungeregelte Wert der letzteren ergibt die relative Dauer der Impulsspannung an der Last zu verändern, d.h. durch Pulsweitenmodulation (PWM) des Verstärkers. Der Verstärker wird von einem PWM-Modulator gesteuert, der abhängig von der Lastzeitkonstante mit einer bestimmten Frequenz arbeitet.

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Die wichtigsten technischen Merkmale des Geräts:

• Nennlaststrom, A, nicht mehr.......2
• Nennlastspannung, V.......24...27
• Steuerspannung, V, nicht weniger als ...... 9
• Steuerstrom, mA, nicht weniger.......2
• Betriebslaststrom nach Auslösung des Geräts, nicht weniger.......0,5Inom
• Haltezeit des Nennlaststroms, s, nicht länger als....... 8

Das Gerät (Abb. 1) besteht aus einem Leistungsverstärker (PA) an den Transistoren VT1 und VT2, der im Schaltmodus arbeitet, und einer Logikschaltung DD1, die ihn steuert und auf demselben Gehäuse wie die Mikroschaltung K561LN2 hergestellt ist. Die Mikroschaltung wird über das Eingangssignal mit Strom versorgt, und für einen zuverlässigen Betrieb des Geräts darf es zu keinem Prellen des Eingangssignals kommen. Die Wechselrichter DD1.1 und DD1.4 verfügen über eine Eingangssignalverzögerungsschaltung; die Wechselrichter DD1.2, DD1.3 und DD1.5 verfügen über eine Rechteckimpulsgeneratorschaltung, die sowohl die erforderliche Frequenz (Kondensator C2) als auch den entsprechenden Impuls bereitstellen kann Dauer (Widerstände R3, R4). Die Diode VD4 fungiert als Antikoinzidenzschaltung und der Inverter DD1.6 wird verwendet, um die erforderliche Größe und Phase des die PA steuernden Signals zu erhalten. Die Dioden VD5, VD6 schützen den Verstärker bei einem Kurzschluss der Last, der durch die Sperrdiode VD7 überbrückt wird.

Das Gerät funktioniert wie folgt. Im Ausgangszustand liegt die Eingangsspannung nicht an, die Mikroschaltung wird nicht mit Strom versorgt, die Steuerspannung wird nicht an den PA-Eingang angelegt, die Last ist stromlos. Wenn eine Steuerspannung an den Eingang des Geräts angelegt wird, wird DD1 mit Versorgungsspannung versorgt, der Kondensator C1 beginnt zu laden und bis am Kondensator eine Spannung erscheint, die der Schwellenschaltspannung des Wechselrichters (ton = 0,7R1C1) entspricht Spannung am Ausgang 12 ist gleich log „0“. Gleichzeitig erscheint am Ausgang 6 des Generators eine Rechteckspannung mit einem Tastverhältnis von 2, die jedoch bis zur Aktivierung der Verzögerungsschaltung am Ausgang 10 des DD1.6-Wechselrichters auf log „1“ bleibt. Die PA schaltet ein, die Last wird mit Nennspannung versorgt. Diese Spannung wird bis zum Ende der Übergangsvorgänge an der Last gehalten und kann durch Auswahl des Kondensators C1 von Zehntelsekunden bis zu mehreren Sekunden variieren. Nachdem die Verzögerungsschaltung bei log „1“ am Ausgang 6 des Generators ausgelöst wurde, erscheint log „1“ am Eingang 11 des DD1.6-Wechselrichters und dementsprechend log „0“ an seinem Ausgang 10. Die PA schließt, die Die Spannung von der Last wird entfernt.

Das Erscheinen von log „0“ am Ausgang des Generators schaltet den PA wieder ein, es wird wieder Spannung an die Last Y1 angelegt usw. Wenn der Generatorausgang Rechteckimpulse mit einem Tastverhältnis von 2 hat, dann hat die Last eine Spannung von 0,5 Unenn. Die Last wird durch eine in der Dauer modulierte Impulsspannung mit konstanter Folgefrequenz versorgt.

Wie bekannt ist [2], kann in einer aktiv-induktiven Last kontinuierlich Strom von der Stromquelle durch einen Transistor fließen, und wenn der Transistor geschlossen ist, unter dem Einfluss der selbstinduktiven EMK, durch eine Diode, die die Last überbrückt. Die durchschnittliche Spannung an der Last ist es nicht

 abhängig vom Induktivitätswert Un = kUп, wobei k die Impulsdauer im Verhältnis zur Impulswiederholungsperiode (der Kehrwert des Tastverhältnisses) ist; Up ist die Spannung der Laststromversorgung. Mit einer Erhöhung des Verhältnisses der Lastzeitkonstante τ = Lн/Rн zur Pulswiederholungsperiode beginnt ein Regime kontinuierlicher Lastströme. Unter Berücksichtigung der minimalen Stromwelligkeit in der Last sollte die Impulsdauer betragen

ti = τ/(5...7). (eines)

Die Pulsfrequenz wird abhängig von der Zeitkonstante τ im Bereich von mehreren zehn bis mehreren hundert (und sogar tausenden) Hz gewählt.

Die wichtigsten technischen Merkmale des Geräts nach Abb. 2:

• Nennlaststrom, A, nicht mehr.......2
• Nennlastspannung, V.......24...27
• Steuerspannung, V, nicht weniger als ...... 9
• Steuerstrom, mA, nicht weniger.......2
• Betriebslaststrom nach Auslösung des Geräts, nicht weniger.......0,5Inom
• Haltezeit des Nennlaststroms, s, nicht mehr ....... 8
• Spannung zwischen Eingang und Ausgang, V, nicht mehr als.......100

Bei den in Abb. 1 und Abb. 2 dargestellten Geräten beträgt die Impulsfrequenz 50 Hz, was für eine große Klasse aktiv-induktiver Lasten geeignet ist, für die Bedingung (1) erfüllt ist.

Im Diagramm in Abb. 2 im Modul A1 ist in Bezug auf das Diagramm in Abb. 1 Folgendes erforderlich: 1) Jumper 4-5 entfernen; 2) Jumper 4-6 installieren; 3) Installieren Sie anstelle der VD4-Diode einen Jumper. 4) Stellen Sie R5 = R6 = 9,1 kOhm ein.

Dieses Gerät funktioniert ähnlich wie das oben in Fig. 1 beschriebene.

Die in Abb. 3,4,5 dargestellten Schaltungen sind Varianten der Hauptschaltung in Abb. 1, jedoch mit folgenden Änderungen im Modul A1:

Für Abb. 3 im Modul A1 ist es notwendig: 1) Jumper 4-5 entfernen; 2) Jumper 4-6 installieren; 3) Installieren Sie anstelle der VD4-Diode einen Jumper. 4) R5 = R6 = 3,9 kOhm einstellen; C1 = 0,47 µF; C2 = 0,01 µF.

Für Abb. 4 im Modul A1 ist es notwendig: 1) Jumper 4-5 entfernen; 2) Jumper 4-6 installieren; 3) Anstelle der Diode VD4 eine Brücke installieren, anstelle der Widerstände R5, R6 Dioden mit der Kathode zum Ausgang der Mikroschaltung installieren; 4) C1 = 0,47 µF einstellen; C2 = 0,01 µF.

Für Abb. 5 im Modul A1 ist es notwendig: 1) Jumper 4-5 entfernen; 2) Jumper 4-6 installieren; 3) Installieren Sie anstelle der VD4-Diode einen Jumper. 4) C1 = 10 µF einstellen; C2 = 0,1 µF; R5 = R6 =3,9 kOhm.

Die Schaltung in Abb. 3 wurde mit einer Last in Form eines REN34-Relais (Pass KhP4.500.030-01) mit einer Nennspannung von 12 V, einem Wicklungswiderstand von 75 Ohm und einem Betriebsstrom von 160 mA getestet. Beim Einbau eines Kondensators C1 = 1 μF in den Stromkreis des Moduls A0,1 wurde am Generatorausgang eine Rechteckspannung mit einer Frequenz von 50 Hz angelegt. Gleichzeitig vibrierte das Relais. Als anstelle der Widerstände R3, R4 ein variabler Widerstand mit einem Widerstandswert von 220 kOhm eingelötet wurde, stellte sich an der Relaiswicklung eine Spannung mit einer Impulsdauer von 15 ms, eine Pause von 25 ms ein und das Relaisflattern hörte auf, Der Strom in der Relaiswicklung wurde kontinuierlich (140 mA), der durchschnittliche Spannungswert an der Wicklung betrug 10,4 V (Modusökonomie wird nicht erreicht). Wenn Sie die Werte einstellen: R2 = 82 kOhm; R3 = 200 kOhm; C2 = 0,01 µF, dann folgt die Rechteckspannung mit einer Frequenz von 400 Hz, es kommt zu keinem Kontaktprellen. Die durchschnittliche Spannung an der Wicklung beträgt 6 V, der Strom in der Wicklung ist kontinuierlich und beträgt 80 mA. In diesem Fall wurde die Effizienz des Modus erreicht.

Die Schaltung in Abb. 4 kann zur Steuerung einer aktiv-induktiven Last mit geringer Leistung verwendet werden, deren Betriebsstrom dem Eingangsstrom bei log „0“ am Ausgang der Mikroschaltung entspricht.

Die Schaltung in Abb. 5 kann zur Steuerung einer Glühlampe verwendet werden. Zunächst wird der Last ein Teil der Spannung zugeführt, und nach dem Aufwärmen des Glühfadens erreicht die Spannung den Nennwert.

Einzelheiten. Alle Widerstände sind in MLT-Schaltungen ausgeführt. Die 0,25-W-Widerstände im Modul A1 können durch 0,125-W-Widerstände ersetzt werden, die Abmessungen des Moduls werden dadurch jedoch nicht verringert. Low-Power-Dioden können durch KD102, KD103, Diode KD226 durch KD213A ersetzt werden. Kondensatoren Typ K739, K73-17, MBM. Elektrolytkondensator C1 Typ K52, K53, K50-16, K50-24. Es ist praktisch, die Generatorfrequenz mit dem Kondensator C2 auszuwählen.

Die oben beschriebenen Geräte können in der Produktion für verschiedene Antriebstypen eingesetzt werden, die Zuverlässigkeit ihres Betriebs im Nicht-Nennbetrieb muss jedoch in der Praxis getestet werden. Ihre Anwendung hängt insbesondere von der wiederkehrenden Betriebsart des Aktors ab.

Литература:

1. Arnoldov S. Elektronischer Schalter von Elektromagneten mit geringem Stromverbrauch // Radioamator. -1995. -Nr. 11. - S.11.
2. Kossov O. Leistungsverstärker mit Transistoren im Schaltmodus. M.: Energie, 1971.

Autor: V. A. Ermolov

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