三态功率放大器。方案、说明

三态功率放大器。无线电电子电气工程百科全书

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本文描述了一种在切换到有源电感负载的模式下以直流电运行的不可逆功率放大器。为了减少执行器动作后的功耗，负载从额定直流电压转移到第三状态——具有未调节占空比的脉冲供电模式。

以直流电工作的有源电感负载（螺线管、离合器、电磁铁、继电器等）在生产和日常生活中广泛应用。这些负载大多数工作在开关模式下，它们通过放大器连接，并且不需要反向（改变输出电压的符号）。通常，当控制信号仅采用两个极值（对应于负载中不存在电流或对应于额定电流）时，此类放大器以继电器模式运行。执行器的牵引力值由额定负载电流提供。执行器工作后，其磁路的导电率增加，为了保持其工作状态，必须减小负载电流，仅为额定电流的两倍，这样可以节省电能。

放大器的继电器操作模式可以说排除了负载电路的第三种状态，无需额外的镇流电阻，该电阻会熄灭部分负载电压，或者无需额外的电压等于标称值一半的电源一。例如，在[1]中描述了这种放大器，并且以不同的名称为人所知。镇流器或附加电源的存在是此类电路的主要缺点。

下面描述的装置，在经过一定的指定时间后切换到额定电流模式后，进入第三状态，其中在负载上设置一部分额定电压，并且由此获得后者的未调节值负载上脉冲电压相对持续时间的变化，即通过脉宽调制（PWM）放大器。放大器由以特定频率运行的 PWM 调制器控制，具体取决于负载时间常数。

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该装置的主要技术特点：

额定负载电流，A，不超过.......2
额定负载电压，V.......24...27
控制电压，V，不小于....... 9
控制电流，mA，不小于.......2
装置动作后的工作负载电流，不小于......0,5Inom
额定负载电流的保持时间，s，不大于....... 8

该器件（图 1）由一个基于晶体管 VT1 和 VT2、工作在开关模式的功率放大器 (PA) 和一个控制它的 DD1 逻辑电路组成，与 K561LN2 微电路采用同一封装。微电路由输入信号供电，并且输入信号不能反弹，以保证器件的可靠运行。在反相器DD1.1和DD1.4上制作了输入信号延迟电路，在反相器DD1.2、DD1.3和DD1.5上制作了矩形脉冲发生器电路，可以提供所需的频率（电容器C2）和相对脉冲持续时间（电阻器 R3、R4）。 VD4二极管充当反符合电路，DD1.6反相器用于获得控制PA的信号所需的幅度和相位。二极管VD5、VD6在负载短路时保护放大器，负载由反向二极管VD7分流。

该装置的工作原理如下。在初始状态下，不施加输入电压，微电路不供电，不向PA输入提供控制电压，负载断电。当控制电压施加到器件的输入端时，电源电压提供给DD1，电容器C1开始充电，直到电容器上出现等于逆变器开关阈值电压的电压（ton = 0,7R1C1），输出 12 处的电压为 log“0”。同时，在发生器的输出6处出现占空比等于2的矩形电压，但直到延迟电路被触发之前，在逆变器DD10的输出1.6处保持电压对数“1” 。 PA开启，负载由额定电压供电。该电压一直保持在负载上，直到瞬态结束，并且通过选择电容器 C1，电压可以在十分之一秒到几秒之间变化。延迟电路在发生器输出 1 处的日志“6”处被触发后，反相器 DD1 的输入 11 处出现日志“1.6”，相应地，其输出 0 处出现日志“10”。关闭，电压从负载上移除。

发电机输出端出现log.“0”将再次打开PA，负载Y1将再次通电，等等。如果发电机输出具有占空比为 2 的矩形脉冲，则负载的电压将等于 0,5 Unom。负载由以恒定重复率持续时间调制的脉冲电压供电。

众所周知[2]，在有源感性负载中，电流可以从电源连续流过晶体管，当晶体管闭合时，在自感电动势的作用下，可以流过分流二极管负载。负载上的平均电压不是

取决于电感值 Un = kUp，其中 k 是与脉冲重复周期（占空比的倒数）相关的脉冲持续时间；上载电源电压。随着负载时间常数 τ = Ln/Rn 与脉冲重复周期之比的增加，连续负载电流模式开始。考虑到负载中的最小电流纹波，脉冲持续时间应为

ti = τ/(5...7)。（一）

脉冲频率根据时间常数τ在几十到几百（甚至几千）Hz的范围内选择。

三态功率放大器

根据图 2 的设备的主要技术特性：

额定负载电流，A，不超过.......2
额定负载电压，V.......24...27
控制电压，V，不小于....... 9
控制电流，mA，不小于.......2
装置动作后的工作负载电流，不小于......0,5Inom
额定负载电流的保持时间，s，不超过....... 8
输入输出间电压，V，不大于.......100

在图1和图2所示的装置中，脉冲频率为50Hz，适合一大类有源感性负载，满足条件(1)。

图2中模块A1的电路相对于图1的电路需要： 1) 去掉跳线4-5； 2）安装跳线4-6； 3）在VD4二极管处安装跳线； 4) 设置 R5 = R6 = 9,1 kOhm。

该设备的工作方式与上述图 1 中的设备类似。

图3,4,5、1、1所示电路是图XNUMX主电路的变形，但模块AXNUMX有以下变化：

对于模块A3中的图1，需要： 1) 移除跳线4-5； 2）安装跳线4-6； 3）在VD4二极管处安装跳线； 4) 设置R5 = R6 = 3,9 kOhm； C1≥0,47uF； C2 = 0,01 微法。

对于模块A4中的图1，需要： 1) 移除跳线4-5； 2）安装跳线4-6； 3）用跳线代替VD4二极管，代替电阻R5、R6，将二极管的负极接到微电路的输出端； 4）设置C1=0,47uF； C2 = 0,01 微法。

对于模块 A5 中的图 1，需要： 1) 移除跳线 4-5； 2）安装跳线4-6； 3）在VD4二极管处安装跳线； 4）设置C1=10uF； C2=0,1uF； R5→R6→3,9 kOhm。

三态功率放大器

图 3 中的电路使用 REN34 继电器（护照 KhP4.500.030-01）形式的负载进行测试，标称电压为 12 V，绕组电阻为 75 Ω，跳闸电流为 160 mA。当模块A1的电路中安装电容器C1=0,1μF时，在发电机输出端设置频率为50Hz的矩形电压。与此同时，继电器震动。当焊接电阻为 3 kOhm 的可变电阻代替电阻器 R4、R220 时，在继电器绕组上建立电压，脉冲持续时间为 15 ms，暂停 25 ms，并且继电器弹跳停止，电流当继电器绕组变为连续（140 mA）时，绕组上的电压平均值为 10,4 .2 V（未实现经济模式）。如果设置额定值：R82≥3 kOhm； R200 = 2 欧姆； C0,01≥400μF，则跟随频率为6Hz的矩形电压，无触点弹跳。绕组上的电压平均值为 80 V，绕组中的电流连续且等于 XNUMX mA。在这种情况下，政权的效率就达到了。

图4中的电路可用于控制低功率有源电感负载，其工作电流对应于微电路输出处的对数“0”处的输入电流。

三态功率放大器

图5中的电路可用于控制白炽灯。首先，部分电压提供给负载，灯丝预热后，电压变为标称电压。

三态功率放大器

细节。 MLT 型电路中的所有电阻。 A0,25模块中的1W电阻可以替换为0,125W电阻，但这不会减小模块的尺寸。小功率二极管可以用KD102、KD103、KD226二极管代替——用KD213A。电容器类型 K739、K73-17、MBM。电解电容器C1型号K52、K53、K50-16、K50-24。通过电容C2可以方便地选择振荡器频率。

上述装置可用于各种类型执行器的生产中，但其在非额定模式下运行的可靠性必须在实践中进行验证。特别是，它们的使用取决于执行器的间歇操作模式。

参考文献：

Arnoldov S. 低功耗电磁铁电子开关//Radioamator。 -1995年。 -#11。 - 第 11 页。
Kossov O. 开关模式晶体管功率放大器。莫斯科：能源，1971 年。

作者：V.A. Ermolov

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