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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Amplificador de potencia de tres estados. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación El artículo describe un amplificador de potencia no reversible que funciona con corriente continua en modo de conmutación a una carga activo-inductiva. Para reducir el consumo de energía, después de activar el actuador, la carga se transfiere del voltaje constante nominal al tercer estado: modo de potencia pulsada con ciclo de trabajo no regulado. Las cargas activo-inductivas (solenoides, acoplamientos, electroimanes, relés, etc.) que funcionan con corriente continua se utilizan ampliamente tanto en la producción como en la vida cotidiana. La mayoría de estas cargas funcionan en modo encendido-apagado, están conectadas a través de amplificadores y no requieren inversión (cambiar el signo del voltaje de salida). Normalmente, un amplificador de este tipo funciona en modo de relé, cuando la señal de control toma solo dos valores extremos, correspondientes a la ausencia de corriente en la carga o a la corriente nominal. La magnitud de la fuerza de tracción del actuador la proporciona la corriente de carga nominal. Una vez activado el actuador, la conductividad de su circuito magnético aumenta y, para mantenerlo en funcionamiento, la corriente de carga debe reducirse a la mitad de la corriente nominal, lo que ahorrará energía. El modo de funcionamiento de relé del amplificador, por así decirlo, elimina el tercer estado del circuito de carga sin una resistencia de balasto adicional, que extingue parte del voltaje de carga, o sin una fuente de alimentación adicional con un voltaje igual a la mitad del nominal. . Este tipo de amplificadores se describen, por ejemplo, en [1] y se conocen con diferentes nombres. La presencia de un balastro o una fuente de energía adicional es la principal desventaja de estos circuitos. Los dispositivos que se describen a continuación, después de cambiar al modo de corriente nominal, después de un cierto tiempo específico, ingresan al tercer estado, en el que parte de la tensión nominal se establece en la carga, y como resultado se obtiene el valor no regulado de esta última. de cambiar la duración relativa de la tensión del pulso en la carga, es decir mediante modulación de ancho de pulso (PWM) del amplificador. El amplificador está controlado por un modulador PWM que opera a una frecuencia determinada dependiendo de la constante de tiempo de carga.
Las principales características técnicas del dispositivo:
El dispositivo (Fig.1) consta de un amplificador de potencia (PA) sobre transistores VT1 y VT2, que funciona en modo de conmutación, y un circuito lógico DD1 que lo controla, fabricado en el mismo paquete del microcircuito K561LN2. El microcircuito se alimenta a partir de la señal de entrada y no debe haber rebotes en la señal de entrada para un funcionamiento confiable del dispositivo. Los inversores DD1.1 y DD1.4 tienen un circuito de retardo de señal de entrada; los inversores DD1.2, DD1.3 y DD1.5 tienen un circuito generador de pulsos rectangular que puede proporcionar tanto la frecuencia requerida (condensador C2) como el pulso relativo. duración (resistencias R3, R4). El diodo VD4 actúa como un circuito anti-coincidencia y el inversor DD1.6 se utiliza para obtener la magnitud y fase requeridas de la señal que controla el PA. Los diodos VD5, VD6 protegen el amplificador en caso de un cortocircuito de la carga, que es desviada por el diodo inverso VD7. El dispositivo funciona de la siguiente manera. En el estado inicial, no se aplica voltaje de entrada, el microcircuito no se alimenta, el voltaje de control no se suministra a la entrada del PA y la carga está desenergizada. Cuando se aplica un voltaje de control a la entrada del dispositivo, se suministra voltaje de suministro a DD1, el capacitor C1 comienza a cargarse y hasta que aparece un voltaje en el capacitor igual al voltaje de conmutación umbral del inversor (ton = 0,7R1C1), el voltaje en la salida 12 es igual a log "0". Al mismo tiempo, aparece un voltaje rectangular con un ciclo de trabajo de 6 en la salida 2 del generador, pero hasta que se activa el circuito de retardo, el voltaje permanece en log "10" en la salida 1.6 del inversor DD1. El PA se enciende, la carga recibe la tensión nominal. Este voltaje se mantiene a través de la carga hasta el final de los procesos transitorios y puede variar desde décimas de segundo hasta varios segundos seleccionando el capacitor C1. Después de que se activa el circuito de retardo en el log "1" en la salida 6 del generador, aparece el log "1" en la entrada 11 del inversor DD1.6 y, en consecuencia, el log "0" en su salida 10. El PA se cierra, el Se elimina el voltaje de la carga. La aparición del registro "0" en la salida del generador encenderá nuevamente el PA, se aplicará voltaje a la carga Y1 nuevamente, etc. Si la salida del generador tiene pulsos rectangulares con un ciclo de trabajo de 2, entonces la carga tendrá un voltaje igual a 0,5 Unom. La carga es alimentada por un voltaje de pulso modulado en duración con una frecuencia de repetición constante. Como se sabe [2], en una carga activo-inductiva, la corriente puede fluir continuamente a través de un transistor desde la fuente de alimentación, y cuando el transistor está cerrado, bajo la influencia de una fem autoinductiva, a través de un diodo que desvía la carga. El voltaje promedio en la carga no es dependiendo del valor de inductancia Un = kUп, donde k es la duración del pulso en relación con el período de repetición del pulso (el recíproco del ciclo de trabajo); Arriba está el voltaje de la fuente de alimentación de la carga. Con un aumento en la relación entre la constante de tiempo de carga τ = Lн/Rн y el período de repetición del pulso, comienza un régimen de corrientes de carga continuas. Teniendo en cuenta la ondulación mínima de la corriente en la carga, la duración del pulso debe ser ti = τ/(5...7). (una) La frecuencia de pulsación se selecciona en el rango de varias decenas a varios cientos (e incluso miles) de Hz, dependiendo de la constante de tiempo τ.
Las principales características técnicas del dispositivo según la Fig. 2:
En los dispositivos que se muestran en las Fig. 1 y 2, la frecuencia de pulso es de 50 Hz, lo que es adecuado para una gran clase de cargas activo-inductivas para las cuales se cumple la condición (1). En el esquema de la Fig. 2 en el módulo A1, con relación al esquema de la Fig. 1, es necesario: 1) quitar el puente 4-5; 2) instale el puente 4-6; 3) instale un puente en lugar del diodo VD4; 4) establezca R5 = R6 = 9,1 kOhmios. Este dispositivo funciona de manera similar al descrito anteriormente en la Fig.1. Los circuitos mostrados en las Fig. 3,4,5 son variantes del circuito principal de la Fig. 1, pero con los siguientes cambios en el módulo A1: Para la Fig. 3 en el módulo A1 es necesario: 1) quitar el puente 4-5; 2) instale el puente 4-6; 3) instale un puente en lugar del diodo VD4; 4) establecer R5 = R6 =3,9 kOhmios; C1 = 0,47 µF; C2 = 0,01 µF. Para la Fig. 4 en el módulo A1 es necesario: 1) quitar el puente 4-5; 2) instale el puente 4-6; 3) en lugar del diodo VD4, instale un puente, en lugar de las resistencias R5, R6, instale diodos con el cátodo a la salida del microcircuito; 4) establecer C1 = 0,47 µF; C2 = 0,01 µF. Para la Fig. 5 en el módulo A1 es necesario: 1) quitar el puente 4-5; 2) instale el puente 4-6; 3) instale un puente en lugar del diodo VD4; 4) establecer C1 = 10 µF; C2 = 0,1 µF; R5 = R6 =3,9 kOhmios.
El circuito de la Fig. 3 se probó con una carga en forma de relé REN34 (pasaporte KhP4.500.030-01) con una tensión nominal de 12 V, una resistencia del devanado de 75 ohmios y una corriente de funcionamiento de 160 mA. Al instalar un condensador C1 = 1 μF en el circuito del módulo A0,1, se instaló un voltaje rectangular con una frecuencia de 50 Hz en la salida del generador. Al mismo tiempo, el relé vibró. Cuando, en lugar de las resistencias R3, R4, se soldó una resistencia variable con una resistencia de 220 kOhm, se estableció un voltaje con una duración de pulso de 15 ms, se estableció una pausa de 25 ms en el devanado del relé y se detuvo la vibración del relé, la corriente en el devanado del relé se volvió continua (140 mA), el valor promedio de voltaje en el devanado fue de 10,4 V (no se logra el modo económico). Si configuramos los valores: R2 = 82 kOhm; R3 = 200 kOhmios; C2 = 0,01 µF, luego sigue el voltaje rectangular con una frecuencia de 400 Hz, no hay rebote de contacto. El voltaje promedio en el devanado es de 6 V, la corriente en el devanado es continua e igual a 80 mA. En este caso, se ha logrado la eficiencia del modo. El circuito de la Fig. 4 se puede utilizar para controlar una carga activa-inductiva de baja potencia, cuya corriente de funcionamiento corresponde a la corriente de entrada en log "0" en la salida del microcircuito.
El circuito de la Fig. 5 se puede utilizar para controlar una lámpara incandescente. Inicialmente, parte del voltaje se suministra a la carga y, una vez que el filamento se calienta, el voltaje se vuelve nominal.
Detalles. Todas las resistencias están en circuitos tipo MLT. Las resistencias de 0,25 W en el módulo A1 se pueden reemplazar con resistencias de 0,125 W, pero esto no reducirá las dimensiones del módulo. Los diodos de baja potencia se pueden reemplazar con KD102, KD103, el diodo KD226 con KD213A. Condensadores tipo K739, K73-17, MBM. Condensador electrolítico C1 tipo K52, K53, K50-16, K50-24. Es conveniente seleccionar la frecuencia del generador mediante el condensador C2. Los dispositivos descritos anteriormente se pueden utilizar en la producción de varios tipos de actuadores, pero la confiabilidad de su funcionamiento en modos no nominales debe probarse en la práctica. En particular, su aplicación depende del modo de funcionamiento recurrente del actuador. Literatura:
Autor: VA Ermolov
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