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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Бескаркасные солнечные панели на липкой основе 29.05.2021 В будущем солнечные панели могут стать повсеместным элементом внешней отделки зданий и сооружений. Но только не в нынешнем виде, который подразумевает сложные монтажные работы на достаточно прочном каркасе. Прорывом обещают стать бескаркасные солнечные панели, предложенные сингапурской компанией Maxeon Solar Technologies. Панели Maxeon Air легкие, гибкие и несут клеевую основу, что упрощает монтаж на любой поверхности. Впервые за примерно 50 лет выпуска солнечных панелей можно будет отказаться от сложных работ и дорогостоящих сопутствующих расходов при развертывании солнечных ферм. Сегодня солнечные панели представляют собой довольно тяжелые и большие плиты, которые необходимо устанавливать на специальном каркасе. Ферму из таких панелей выдержит не каждая крыша, в которую при проектировании зданий не были внесены коррективы на сопротивление избыточной нагрузке. С панелями Maxeon Air все будет намного проще и это не все новшества, которые они могут предложить. Основа панелей Maxeon Air допускает приклеивание и отклеивание панелей при монтаже. Они гибкие и до определенного предела без образования трещин могут повторять изгиб крыши или другой поверхности, на которую будут монтироваться. КПД панелей довольно высок и достигает 20,9 %. Вырабатывать электричество они могут даже в затененном состоянии, при котором большинство современных панелей просто отключились бы. Весят панели Maxeon Air в два раза меньше, чем обычные - 6 кг/м2. Предполагается, что такие панели будут массово устанавливаться на крыши коммерческих зданий, в которые не был заложен достаточный запас прочности. В Европе, например, с таких крыш наберется 4 ГВт, и с Европы начнется проверка возможностей панелей Maxeon Air. В компании рассчитывают, что ряд пилотных ферм будет развернуто до конца текущего года, а в следующем году панели Maxeon Air поступят в свободную продажу.

Другие интересные новости:

▪ Датчик, отслеживающий незначительную мимику лица

▪ Спектроскопия в пещере

▪ Дыхательная радиотрубка для ныряния

▪ Найдено самое холодное место в Солнечной системе

▪ Перспективы пластиковых твердых электролитов для автомобильных аккумуляторов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Самовар на дровах и электричестве. Советы домашнему мастеру

▪ статья Чем питаются змеи? Подробный ответ

▪ статья Двойной беседочный узел. Советы туристу

▪ статья Ручка-фонарик. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Два сигнализатора отключения электросети. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026