Усилитель мощности с тремя состояниями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

В статье описан нереверсивный усилитель мощности, работающий на постоянном токе в режиме переключений на активно-индуктивную нагрузку. С целью уменьшения энергопотребления после срабатывания исполнительного механизма нагрузку переводят с номинального постоянного напряжения в третье состояние - режим импульсного питания с нерегулируемой скважностью.

Активно-индуктивные нагрузки (соленоиды, муфты, электромагниты, реле и др.), работающие на постоянном токе, широко применяют как на производстве, так и в быту. Большинство таких нагрузок работают в режиме "включено-отключено", подключают их через усилители, и они не требуют реверса (изменения знака выходного напряжения). Обычно такой усилитель работает в релейном режиме, когда сигнал управления принимает только два крайних значения, соответствующих либо отсутствию тока в нагрузке, либо номинальному току. Величина тягового усилия исполнительного механизма обеспечивается номинальным током нагрузки. После того как исполнительный механизм сработал, проводимость его магнитной цепи увеличивается, и для поддержания его в рабочем состоянии ток нагрузки необходимо уменьшить, как раз в два раза по сравнению с номинальным током, что позволит экономить электроэнергию.

Релейный режим работы усилителя как бы исключает третье состояние цепи нагрузки без дополнительного балластного резистора, который гасит часть напряжения нагрузки, или без дополнительного источника питания с напряжением, равным половине от номинального. Такие усилители описаны, например, в [1], и известны под разными названиями. Наличие балласта или дополнительного источника питания является основным недостатком таких схем.

Устройства, описанные ниже, после включения в режим номинальных токов через некоторое заданное время переходят в третье состояние, при котором на нагрузке устанавливается часть номинального напряжения, причем нерегулируемая величина последнего получается в результате изменения относительной длительности импульсного напряжения на нагрузке, т.е. путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) усилителя. Управление усилителем ведут от ШИМ-модулятора, работающего на определенной частоте, зависящей от постоянной времени нагрузки.

(нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики устройства:

• Номинальный ток нагрузки, А, не более.......2
• Номинальное напряжение нагрузки, В.......24...27
• Напряжение управления, В, не менее.......9
• Ток управления, мА, не менее.......2
• Рабочий ток нагрузки после срабатывания устройства, не менее.......0,5Iном
• Время удержания номинального тока нагрузки, с, не более.......8

Устройство (рис.1) состоит из усилителя мощности (УМ) на транзисторах VT1 и VT2, работающего в режиме переключений, и управляющей им логической схемы DD1, выполненной на одном корпусе микросхемы К561ЛН2. Питание микросхемы осуществляется от входного сигнала, причем дребезг входного сигнала для надежной работы устройства должен отсутствовать. На инверторах DD1.1 и DD1.4 выполнена схема задержки входного сигнала, на инверторах DD1.2, DD1.3 и DD1.5 - схема генератора прямоугольных импульсов, который может обеспечить как необходимую частоту (конденсатор С2), так и относительную длительность импульсов (резисторы R3, R4). Диод VD4 выполняет роль схемы антисовпадений, а инвертор DD1.6 используется для получения необходимой величины и фазы сигнала, управляющего УМ. Диоды VD5, VD6 защищают усилитель в случае короткого замыкания нагрузки, которая шунтируется обратным диодом VD7.

Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии входное напряжение не подано, микросхема не запитана, управляющее напряжение на вход УМ не поступает, нагрузка обесточена. При подаче на вход устройства напряжения управления на DD1 поступает напряжение питания, начинается заряд конденсатора С1, и до момента появления на конденсаторе напряжения, равного пороговому напряжению переключения инвертора (tвкл=0,7R1C1), напряжение на выходе 12 равно лог."0". Одновременно на выходе 6 генератора появляется прямоугольное напряжение со скважностью, равной 2, но до момента срабатывания схемы задержки на выходе 10 инвертора DD1.6 сохраняется напряжение лог."1". УМ включается, нагрузка питается номинальным напряжением. Это напряжение удерживается на нагрузке до момента окончания переходных процессов и может варьироваться от десятых долей секунды до нескольких секунд выбором конденсатора С1. После срабатывания схемы задержки при лог."1" на выходе 6 генератора появляется лог."1" на входе 11 инвертора DD1.6 и соответственно лог."0" на его выходе 10. УМ закрывается, напряжение с нагрузки снимается.

Появление лог."0" на выходе генератора приведет вновь к включению УМ, на нагрузку Y1 вновь будет подано напряжение и т.д. Если на выходе генератора имеются прямоугольные импульсы со скважностью 2, то на нагрузке будет напряжение, равное 0,5 Uном. Нагрузка питается модулированным по длительности импульсным напряжением с постоянной частотой следования.

Как известно [2], в активно-индуктивной нагрузке ток может протекать непрерывно через транзистор от источника питания, а при закрытом транзисторе под действием ЭДС самоиндукции - через диод, шунтирующий нагрузку. Среднее напряжение на нагрузке неза-

 висимо от величины индуктивности Uн = kUп, где k - длительность импульса по отношению к периоду повторения импульсов (величина обратная скважности); Uп - напряжение источника питания нагрузки. С увеличением отношения постоянной времени нагрузки τ = Lн/Rн к периоду повторения импульсов наступает режим непрерывных токов нагрузки. С учетом минимальных пульсаций тока в нагрузке длительность импульса должна составлять

tи = τ/(5...7). (1)

Частота импульсов выбирается в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен (и даже тысяч) Гц в зависимости от постоянной времени τ.

Основные технические характеристики устройства по рис.2:

• Номинальный ток нагрузки, А, не более.......2
• Номинальное напряжение нагрузки, В.......24...27
• Напряжение управления, В, не менее.......9
• Ток управления, мА, не менее.......2
• Рабочий ток нагрузки после срабатывания устройства, не менее.......0,5Iном
• Время удержания номинального тока нагрузки, с, не более .......8
• Напряжение между входом и выходом, В, не более.......100

В показанных на рис.1 и рис.2 устройствах частота импульсов составляет 50 Гц, что подходит для большого класса активно-индуктивных нагрузок, для которых соблюдается условие (1).

В схеме рис.2 в модуле А1 по отношению к схеме рис.1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку; 4) установить R5 = R6 = 9,1 кОм.

Работает это устройство аналогично вышеописанному по рис.1.

Схемы, показанные на рис.3,4,5, являются вариантами основной схемы рис.1, но с такими изменениями в модуле А1:

Для рис.3 в модуле А1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку; 4) установить R5 = R6 =3,9 кОм; С1 = 0,47 мкФ; С2 = 0,01 мкФ.

Для рис.4 в модуле А1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку, вместо резисторов R5, R6 установить диоды катодом к выходу микросхемы; 4)установить С1 = 0,47 мкФ; С2 = 0,01 мкФ.

Для рис.5 в модуле А1 необходимо: 1) перемычку 4-5 снять; 2) установить перемычку 4-6; 3) на место диода VD4 установить перемычку; 4) установить С1 = 10 мкФ; С2 = 0,1 мкФ; R5 = R6 =3,9 кОм.

Схему рис.3 испытывали с нагрузкой в виде реле РЭН34 (паспорт ХП4.500.030-01) с номинальным напряжением 12 В, сопротивлением обмотки 75 Ом и током срабатывания 160 мА. При установке в схему модуля А1 конденсатора С1 = 0,1 мкФ на выходе генератора устанавливалось прямоугольное напряжение с частотой 50 Гц. При этом реле вибрировало. Когда вместо резисторов R3, R4 впаяли переменный резистор сопротивлением 220 кОм, на обмотке реле установилось напряжение с длительностью импульса 15 мс, паузы 25 мс, и дребезг реле прекратился, ток в обмотке реле стал непрерывным (140 мА), среднее значение напряжения на обмотке 10,4 В (экономичность режима при этом не достигнута). Если же установить номиналы: R2 = 82 кОм; R3 = 200 кОм; С2 = 0,01 мкФ, то прямоугольное напряжение следует с частотой 400 Гц, дребезга контактов нет. Среднее значение напряжения на обмотке 6 В, ток в обмотке непрерывен и равен 80 мА. В данном случае достигнута экономичность режима.

Схему рис.4 можно использовать для управления маломощной активно-индуктивной нагрузкой, рабочий ток которой соответствует входному току при лог."0" на выходе микросхемы.

Схему рис.5 можно использовать для управления лампой накаливания. Вначале на нагрузку поступает часть напряжения, а после прогрев нити накала напряжение становится номинальным.

Детали. Все резисторы в схемах типа МЛТ. Резисторы мощностью 0,25 Вт в модуле А1 можно заменить на резисторы мощностью 0,125 Вт, но габариты модуля это не уменьшит. Маломощные диоды можно заменить на КД102, КД103, диод КД226 - на КД213А. Конденсаторы типа К739, К73-17, МБМ. Электролитический конденсатор С1 типа К52, К53, К50-16, К50-24. Частоту генератора удобно выбирать конденсатором С2.

Устройства, описанные выше, можно применять на производстве для различных типов исполнительных устройств, но надежность их работы в неноминальных режимах должна быть проверена на практике. В частности, их применение зависит от повторно-временного режима работы исполнительного механизма.

Литература:

1. Арнольдов С. Электронный коммутатор электромагнитов с малым энергопотреблением // Радіоаматор. -1995. -№11. - С.11.
2. Коссов О. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. М.: Энергия, 1971.

Автор: В.А.Ермолов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Моделируется шаровая молния 17.03.2009 Подавая на стеклянный бак с водопроводной водой разряд напряжением 5000 вольт от батареи конденсаторов, немецкие ученые из Института физики плазмы в Берлине получают светящийся шар диаметром около 20 сантиметров. Он поднимается из бака примерно на полметра. Экспериментаторы считают, что смогли смоделировать процесс возникновения шаровой молнии. Правда, продолжительность существования их "действующей модели" - менее секунды, тогда как настоящая шаровая молния обычно держится от 2 до 8 секунд. Но напряжение, развиваемое молнией, по меньшей мере, в тысячу раз больше, чем от конденсаторов. Спектроскопия показала, что температура плазменного шара в первые моменты достигает 5000 градусов Цельсия, но быстро падает. В составе плазмы - ионы натрия и кальция (из водопроводной воды), а также меди (из электродов).

Другие интересные новости:

▪ Процессор Celeron 1019Y для в ультрабуков

▪ Плита+духовка+холодильник

▪ Мобильная батарея I-O Data заряжает два устройства одновременно

▪ 3D-печатный материал для восстановления хрящевой ткани

▪ Ультра-прочное магниевое соединение

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы. Подборка статей

▪ статья Ловелас (Лавлас, Ловлас). Крылатое выражение

▪ статья Какую часть Земли составляет вода? Подробный ответ

▪ статья Прицеп-самосвал. Личный транспорт

▪ статья Электрошок от 5 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Ограничитель разрядки аккумуляторной батареи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026