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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Двадцать дюймов органики 22.04.2003 Создание первых цветопередающих матриц стало, пожалуй, самым значимым технологическим прорывом в область средств визуализации за последние несколько лет. Сейчас эта технология, со всеми своими возможностями, начинает теснить традиционные жидкие кристаллы. Хорошим примером тому стало сообщение компании Chi Mei Optoelectronics о создании прототипа двадцатидюймовой полноцветной транзисторной матрицы OLED (органические светоизлучающие диоды) на основе аморфного кремния. Матрицы с такой большой диагональю, полным спектром передаваемых цветов и разрешением 1280 х 768 пикселей пока еще не было Ее основные достоинства, по сравнению с традиционными жидкокристаллическими матрицами TFT LCD, заключаются в отсутствии цветных фильтров и модуля задней подсветки, а также меньшем электропотреблении. Правда, необходимая для OLED-зкранов теневая маска все еще слишком дорога, так что о коммерческом использовании новинки говорить пока рано. В качестве примерной даты начала коммерческого производства представители компании называют 2005 год.

Другие интересные новости:

▪ Забывчивость может зависеть от времени суток

▪ 7-нм процессоры Ryzen Pro 4000 для бизнес-ноутбуков

▪ Ностальгия снижает физическую боль

▪ Домашние животные отражают наш характер

▪ Судно-буй с ледокольной функцией

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тока, напряжения, мощности. Подборка статей

▪ статья Свет в парнике. Чертеж, описание

▪ статья Что такое плацебо и зачем его применяют? Подробный ответ

▪ статья Специалист (эксперт, консультант) по вопросам кадров и кадровой работы. Должностная инструкция

▪ статья Лодка с электроприводом на солнечных элементах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Экономичный импульсный блок питания, 220/2х25 вольт 3,5 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026