トライステートパワーアンプ。スキーム、説明

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トライステートパワーアンプ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事では、能動誘導負荷へのスイッチングモードで直流で動作する非可逆電力増幅器について説明します。エネルギー消費を削減するために、アクチュエータが作動した後、負荷は定格定電圧から第 XNUMX の状態、すなわち調整されていないデューティサイクルのパルス電力モードに移行します。

直流で動作する能動誘導負荷 (ソレノイド、カップリング、電磁石、リレーなど) は、生産現場と日常生活の両方で広く使用されています。これらの負荷のほとんどはオン/オフモードで動作し、アンプを介して接続され、反転 (出力電圧の符号の変更) を必要としません。通常、このような増幅器は、制御信号が負荷電流の欠如または定格電流のいずれかに対応する XNUMX つの極値のみを取る場合、リレーモードで動作します。アクチュエータの牽引力の大きさは、定格負荷電流によって決まります。アクチュエータが起動すると磁気回路の導電率が増加するため、動作状態を維持するには負荷電流を定格電流の半分に下げる必要があり、これにより電力が節約されます。

アンプのリレー動作モードは、いわば、負荷電圧の一部を消滅させる追加のバラスト抵抗や、公称電圧の半分に等しい電圧の追加電源を必要とせずに、負荷回路の第 1 の状態を排除します。。このような増幅器は、たとえば [XNUMX] に記載されており、さまざまな名前で知られています。このような回路の主な欠点は、安定器または追加の電源の存在です。

以下に説明するデバイスは、定格電流モードに切り替えた後、特定の指定時間が経過すると、定格電圧の一部が負荷に確立され、結果として後者の調整されていない値が得られる第 XNUMX の状態に入ります。負荷におけるパルス電圧の相対的な持続時間を変更すること、つまりアンプのパルス幅変調 (PWM) によって。アンプは、負荷時定数に応じて特定の周波数で動作する PWM 変調器によって制御されます。

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デバイスの主な技術的特徴:

定格負荷電流、A、これ以上.......2
定格負荷電圧、V.......24...27
制御電圧、V、以上 ....... 9
制御電流、mA、少なくない.......2
デバイスがトリガーされた後の動作負荷電流 (それ以上)....0,5Inom
定格負荷電流の保持時間 s 以下 8

このデバイス（図1）は、スイッチングモードで動作するトランジスタVT1およびVT2上のパワーアンプ（PA）と、それを制御する論理回路DD1で構成されており、K561LN2マイクロ回路の同じパッケージ上に作られています。マイクロ回路は入力信号から電力を供給され、デバイスの信頼性の高い動作のためには入力信号のバウンスがあってはなりません。インバータ DD1.1 と DD1.4 には入力信号遅延回路があり、インバータ DD1.2、DD1.3、DD1.5 には必要な周波数 (コンデンサ C2) と相対パルスの両方を提供できる方形パルス発生回路があります。継続時間 (抵抗 R3、R4)。ダイオード VD4 は反一致回路として機能し、インバータ DD1.6 は PA を制御する信号の必要な大きさと位相を得るために使用されます。ダイオード VD5、VD6 は、逆方向ダイオード VD7 によって分路される負荷の短絡が発生した場合にアンプを保護します。

装置は次のように動作します。初期状態では、入力電圧は印加されておらず、マイクロ回路には電力が供給されておらず、制御電圧は PA 入力に供給されておらず、負荷はオフになっています。制御電圧がデバイスの入力に印加されると、電源電圧が DD1 に供給され、コンデンサ C1 が充電を開始し、コンデンサにインバータのしきい値スイッチング電圧 (ton = 0,7R1C1) に等しい電圧が現れるまで、出力 12 の電圧は log「0」に等しくなります。同時に、デューティサイクル 6 の矩形電圧が発生器の出力 2 に現れますが、遅延回路が作動するまで、電圧は DD10 インバータの出力 1.6 のログ「1」のままです。 PA がオンになり、負荷に定格電圧が供給されます。この電圧は過渡プロセスが終了するまで負荷の両端に保持され、コンデンサ C1 を選択することによって 1 分の 6 秒から数秒まで変化します。遅延回路が発生器の出力 1 のログ「11」でトリガーされた後、DD1.6 インバータの入力 0 にログ「10」が現れ、それに応じて出力 XNUMX にログ「XNUMX」が現れます。PA が閉じ、負荷からの電圧が除去されます。

発電機の出力にログ「0」が現れると、PA が再びオンになり、負荷 Y1 に電圧が再び印加されます。発電機の出力がデューティサイクル 2 の矩形パルスを持つ場合、負荷の電圧は 0,5 Unom に等しくなります。負荷は、一定の繰り返し周波数で期間が変調されたパルス電圧によって電力を供給されます。

知られているように [2]、能動誘導負荷では、電源からトランジスタを介して電流が連続的に流れ、トランジスタが閉じると、自己誘導起電力の影響で、負荷を分路するダイオードを介して電流が流れます。負荷の平均電圧はそうではありません。

インダクタンス値 Un = kUп に依存します。ここで、k はパルス繰り返し周期 (デューティサイクルの逆数) に対するパルス持続時間です。 Up は負荷電源の電圧です。パルス繰り返し周期に対する負荷時定数 τ = Lн/Rн の比率が増加すると、連続負荷電流の領域が始まります。負荷の最小電流リップルを考慮して、パルス幅は次のようにする必要があります。

ti = τ/(5...7)。（1）

パルス周波数は時定数τに応じて数十～数百（場合によっては数千）Hzの範囲で選択されます。

トライステートパワーアンプ

図2による装置の主な技術的特徴：

定格負荷電流、A、これ以上.......2
定格負荷電圧、V.......24...27
制御電圧、V、以上 ....... 9
制御電流、mA、少なくない.......2
デバイスがトリガーされた後の動作負荷電流 (それ以上)....0,5Inom
定格負荷電流の保持時間、s、これ以上 ....... 8
入出力間電圧 V 100以下

図 1 および図 2 に示すデバイスでは、パルス周波数は 50 Hz であり、条件 (1) が満たされる大規模なクラスの能動誘導負荷に適しています。

モジュール A2 の図 1 の図では、図 1 の図に関連して、次のことが必要です。1) ジャンパ 4-5 を取り外します。 2) ジャンパ 4-6 を取り付けます。 3) VD4 ダイオードの代わりにジャンパを取り付けます。 4) R5 = R6 = 9,1 kΩ に設定します。

このデバイスは、図 1 で説明したものと同様に機能します。

図 3,4,5、1、1 に示す回路は、図 XNUMX の主回路の変形ですが、モジュール AXNUMX に次の変更が加えられています。

モジュールA3の図1の場合、次のことが必要です: 1) ジャンパ4-5を取り外します。 2) ジャンパ 4-6 を取り付けます。 3) VD4 ダイオードの代わりにジャンパを取り付けます。 4) R5 = R6 =3,9 kΩ に設定します。 C1 = 0,47μF; C2 = 0,01μF。

モジュールA4の図1の場合、次のことが必要です: 1) ジャンパ4-5を取り外します。 2) ジャンパ 4-6 を取り付けます。 3) ダイオード VD4 の代わりにジャンパを取り付け、抵抗 R5、R6 の代わりに、超小型回路の出力にカソードが接続されたダイオードを取り付けます。 4) C1 = 0,47 µF に設定します。 C2 = 0,01μF。

モジュール A5 の図 1 の場合、次のことが必要です。 1) ジャンパ 4-5 を取り外します。 2) ジャンパ 4-6 を取り付けます。 3) VD4 ダイオードの代わりにジャンパを取り付けます。 4) C1 = 10 µF を設定します。 C2 = 0,1μF; R5 = R6 = 3,9 kΩ。

トライステートパワーアンプ

図 3 の回路は、定格電圧 34 V、巻線抵抗 4.500.030 オーム、動作電流 01 mA の REN12 リレー (パスポート KhP75-160) の形式の負荷を使用してテストされました。モジュール A1 の回路にコンデンサ C1 = 0,1 μF を取り付けると、周波数 50 Hz の矩形波電圧が発電機の出力に取り付けられました。同時にリレーが振動した。抵抗器 R3、R4 の代わりに、抵抗値 220 kOhm の可変抵抗器をはんだ付けすると、パルス幅 15 ms の電圧がリレー巻線に確立され、25 ms の休止が確立され、リレーのチャタリングが止まりました。リレー巻線の電流は連続（140 mA）になり、巻線の平均電圧値は 10,4 V でした（モードエコノミーは達成されません）。値を設定すると、R2 = 82 kOhm。 R3 = 200キロオーム; C2 = 0,01 µF の場合、周波数 400 Hz の矩形波電圧が続き、接点のバウンスはありません。巻線の平均電圧は 6 V、巻線の電流は連続で 80 mA に等しくなります。この場合、モードの効率が達成されています。

図4の回路は、低電力の能動誘導性負荷の制御に使用できます。その動作電流は、マイクロ回路の出力におけるlog「0」の入力電流に対応します。

トライステートパワーアンプ

図 5 の回路は白熱灯の制御に使用できます。最初に、電圧の一部が負荷に供給され、フィラメントがウォームアップした後、電圧は公称値になります。

トライステートパワーアンプ

詳細。すべての抵抗は MLT タイプの回路内にあります。モジュール A0,25 の 1 W 抵抗は 0,125 W 抵抗に置き換えることができますが、これによってモジュールの寸法は縮小されません。低電力ダイオードは、KD102、KD103、ダイオード KD226 と KD213A に置き換えることができます。コンデンサのタイプ K739、K73-17、MBM。電解コンデンサC1タイプK52、K53、K50-16、K50-24。コンデンサ C2 を使用して発電機の周波数を選択すると便利です。

上で説明したデバイスは、さまざまなタイプのアクチュエータの生産に使用できますが、非定格モードでの動作の信頼性を実際にテストする必要があります。特に、その用途はアクチュエータの反復動作モードに依存します。

文学：

Arnoldov S. 低消費電力の電磁石の電子スイッチ // Radioamator。 -1995年。 -No.11。 - P.11。
Kossov O. スイッチングモードでトランジスタを使用したパワーアンプ。 M.: エネルギー、1971 年。

著者: V.A. エルモロフ

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