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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Amplificatore di potenza a tre stati. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori L'articolo descrive un amplificatore di potenza non reversibile che funziona a corrente continua in modalità di commutazione su un carico attivo-induttivo. Per ridurre il consumo energetico, dopo l'attivazione dell'attuatore, il carico viene trasferito dalla tensione costante nominale al terzo stato - modalità di potenza pulsata con ciclo di lavoro non regolato. I carichi attivi-induttivi (solenoidi, giunti, elettromagneti, relè, ecc.) Funzionanti con corrente continua sono ampiamente utilizzati sia nella produzione che nella vita di tutti i giorni. La maggior parte di questi carichi funzionano in modalità on-off, sono collegati tramite amplificatori e non richiedono l'inversione (cambiamento del segno della tensione di uscita). Tipicamente, un tale amplificatore funziona in modalità relè, quando il segnale di controllo assume solo due valori estremi, corrispondenti all'assenza di corrente nel carico o alla corrente nominale. L'entità della forza di trazione dell'attuatore è fornita dalla corrente di carico nominale. Dopo che l'attuatore è stato attivato, la conduttività del suo circuito magnetico aumenta e per mantenerlo in condizioni di funzionamento, la corrente di carico deve essere ridotta della metà della corrente nominale, risparmiando energia. La modalità di funzionamento del relè dell'amplificatore, per così dire, elimina il terzo stato del circuito di carico senza un resistore di zavorra aggiuntivo, che estingue parte della tensione di carico, o senza una fonte di alimentazione aggiuntiva con una tensione pari alla metà di quella nominale . Tali amplificatori sono descritti ad esempio in [1] e sono noti con nomi diversi. La presenza di un alimentatore o di una fonte di alimentazione aggiuntiva è il principale svantaggio di tali circuiti. I dispositivi descritti di seguito, dopo l'attivazione della modalità corrente nominale, dopo un certo tempo specificato, entrano nel terzo stato, in cui parte della tensione nominale viene stabilita sul carico e di conseguenza si ottiene il valore non regolato di quest'ultimo di modificare la durata relativa della tensione impulsiva sul carico, vale a dire mediante modulazione della larghezza di impulso (PWM) dell'amplificatore. L'amplificatore è controllato da un modulatore PWM che funziona ad una determinata frequenza in base alla costante di tempo del carico.
Le principali caratteristiche tecniche del dispositivo:
Il dispositivo (Fig. 1) è costituito da un amplificatore di potenza (PA) sui transistor VT1 e VT2, funzionante in modalità commutazione, e da un circuito logico DD1 che lo controlla, realizzato sullo stesso pacchetto del microcircuito K561LN2. Il microcircuito è alimentato dal segnale di ingresso e non devono esserci rimbalzi del segnale di ingresso per un funzionamento affidabile del dispositivo. Gli inverter DD1.1 e DD1.4 sono dotati di un circuito di ritardo del segnale in ingresso; gli inverter DD1.2, DD1.3 e DD1.5 hanno un circuito generatore di impulsi rettangolare in grado di fornire sia la frequenza richiesta (condensatore C2) che il relativo impulso durata (resistori R3, R4). Il diodo VD4 funge da circuito anti-coincidenza e l'inverter DD1.6 viene utilizzato per ottenere la grandezza e la fase richieste del segnale che controlla il PA. I diodi VD5, VD6 proteggono l'amplificatore in caso di cortocircuito del carico, che viene deviato dal diodo inverso VD7. Il dispositivo funziona come segue. Nello stato iniziale la tensione di ingresso non viene applicata, il microcircuito non è alimentato, la tensione di controllo non viene fornita all'ingresso PA, il carico è diseccitato. Quando una tensione di controllo viene applicata all'ingresso del dispositivo, la tensione di alimentazione viene fornita a DD1, il condensatore C1 inizia a caricarsi e finché sul condensatore non appare una tensione pari alla tensione di commutazione di soglia dell'inverter (ton = 0,7R1C1), la tensione all'uscita 12 è uguale al log "0". Allo stesso tempo, sull'uscita 6 del generatore appare una tensione rettangolare con un ciclo di lavoro pari a 2, ma fino all'attivazione del circuito di ritardo, la tensione sull'uscita 10 dell'inverter DD1.6 rimane sul log "1". Il PA si accende, il carico viene alimentato con la tensione nominale. Questa tensione viene mantenuta attraverso il carico fino alla fine dei processi transitori e può variare da decimi di secondo a diversi secondi selezionando il condensatore C1. Dopo l'attivazione del circuito di ritardo sul log "1" sull'uscita 6 del generatore, sull'ingresso 1 dell'inverter DD11 appare il log "1.6" e quindi il log "0" sulla sua uscita 10. Il PA si chiude, il la tensione dal carico viene rimossa. La comparsa del log "0" all'uscita del generatore riaccenderà il PA, la tensione verrà nuovamente applicata al carico Y1, ecc. Se l'uscita del generatore ha impulsi rettangolari con un ciclo di lavoro pari a 2, il carico avrà una tensione pari a 0,5 Unom. Il carico è alimentato da una tensione impulsiva modulata nella durata con frequenza di ripetizione costante. Come è noto [2], in un carico attivo-induttivo, la corrente può fluire continuamente attraverso un transistor dalla fonte di alimentazione e quando il transistor è chiuso, sotto l'influenza della fem autoinduttiva, attraverso un diodo che devia il carico. La tensione media al carico non lo è in funzione del valore dell'induttanza Un = kUп, dove k è la durata dell'impulso rispetto al periodo di ripetizione dell'impulso (il reciproco del duty cycle); Up è la tensione dell'alimentatore del carico. Con un aumento del rapporto tra la costante di tempo di carico τ = Lн/Rн e il periodo di ripetizione dell'impulso, inizia un regime di correnti di carico continue. Tenendo conto dell'ondulazione minima di corrente nel carico, la durata dell'impulso dovrebbe essere ti = τ/(5...7). (uno) La frequenza degli impulsi viene selezionata nell'intervallo da diverse decine a diverse centinaia (e persino migliaia) Hz a seconda della costante di tempo τ.
Le principali caratteristiche tecniche del dispositivo secondo la Fig. 2:
Nei dispositivi mostrati in Fig. 1 e Fig. 2, la frequenza degli impulsi è 50 Hz, che è adatta per un'ampia classe di carichi induttivi attivi per i quali è soddisfatta la condizione (1). Nello schema di Fig. 2 del modulo A1, rispetto allo schema di Fig. 1, è necessario: 1) rimuovere il ponticello 4-5; 2) installare il ponticello 4-6; 3) installare un ponticello al posto del diodo VD4; 4) impostare R5 = R6 = 9,1 kOhm. Questo dispositivo funziona in modo simile a quello sopra descritto in Fig.1. I circuiti mostrati in Fig. 3,4,5 sono varianti del circuito principale di Fig. 1, ma con le seguenti modifiche nel modulo A1: Per la Fig. 3 nel modulo A1 è necessario: 1) rimuovere il ponticello 4-5; 2) installare il ponticello 4-6; 3) installare un ponticello al posto del diodo VD4; 4) porre R5 = R6 =3,9 kOhm; C1 = 0,47 µF; C2 = 0,01 µF. Per la Fig. 4 nel modulo A1 è necessario: 1) rimuovere il ponticello 4-5; 2) installare il ponticello 4-6; 3) al posto del diodo VD4, installare un ponticello, invece dei resistori R5, R6, installare diodi con il catodo sull'uscita del microcircuito; 4) impostare C1 = 0,47 µF; C2 = 0,01 µF. Per la Fig. 5 nel modulo A1 è necessario: 1) rimuovere il ponticello 4-5; 2) installare il ponticello 4-6; 3) installare un ponticello al posto del diodo VD4; 4) impostare C1 = 10 µF; C2 = 0,1 µF; R5 = R6 =3,9 kOhm.
Il circuito di Fig. 3 è stato testato con un carico sotto forma di relè REN34 (passaporto KhP4.500.030-01) con una tensione nominale di 12 V, una resistenza dell'avvolgimento di 75 Ohm e una corrente operativa di 160 mA. Quando si installa un condensatore C1 = 1 μF nel circuito del modulo A0,1, all'uscita del generatore è stata installata una tensione rettangolare con una frequenza di 50 Hz. Allo stesso tempo, il relè vibrò. Quando, al posto dei resistori R3, R4, è stato saldato un resistore variabile con una resistenza di 220 kOhm, una tensione con una durata dell'impulso di 15 ms, è stata stabilita una pausa di 25 ms sull'avvolgimento del relè e il tremolio del relè si è fermato, la corrente nell'avvolgimento del relè è diventata continua (140 mA), il valore medio della tensione sull'avvolgimento era di 10,4 V (la modalità economy non è stata raggiunta). Se si impostano i valori: R2 = 82 kOhm; R3 = 200 kOhm; C2 = 0,01 µF, segue la tensione rettangolare con una frequenza di 400 Hz, senza rimbalzo dei contatti. La tensione media sull'avvolgimento è di 6 V, la corrente nell'avvolgimento è continua e pari a 80 mA. In questo caso, l'efficienza della modalità è stata raggiunta. Il circuito di Fig. 4 può essere utilizzato per controllare un carico induttivo attivo a bassa potenza, la cui corrente operativa corrisponde alla corrente di ingresso nel registro "0" all'uscita del microcircuito.
Il circuito di Fig. 5 può essere utilizzato per controllare una lampada a incandescenza. Inizialmente, parte della tensione viene fornita al carico e, dopo che il filamento si è riscaldato, la tensione diventa nominale.
Dettagli. Tutti i resistori sono in circuiti di tipo MLT. Le resistenze da 0,25 W nel modulo A1 possono essere sostituite con resistenze da 0,125 W, ma ciò non ridurrà le dimensioni del modulo. I diodi a bassa potenza possono essere sostituiti con KD102, KD103, diodo KD226 con KD213A. Condensatori tipo K739, K73-17, MBM. Condensatore elettrolitico C1 tipo K52, K53, K50-16, K50-24. È conveniente selezionare la frequenza del generatore utilizzando il condensatore C2. I dispositivi sopra descritti possono essere utilizzati in produzione per vari tipi di attuatori, ma l'affidabilità del loro funzionamento in modalità non nominali deve essere testata nella pratica. In particolare, la loro applicazione dipende dalla modalità operativa ricorrente dell'attuatore. letteratura:
Autore: V.A. Ermolov
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