Двухтактный инвертор с усилителем импульсного тока « схемопедия

Прибор предназначен для зарядки аккумуляторов автомобилей. Схема выполнена по принципу импульсного инвертора напряжения с малой массой и габаритами со стабильным напряжением заряда. Процесс заряда аккумулятора максимально автоматизирован. В схеме установлена защита от неверной полярности подключения аккумулятора, короткого замыкания в нагрузке и повышения температуры силовых элементов.

Функциональная схема электронного устройства состоит:

1) из сетевого двухзвённого помехоподавляющего фильтра.

2) сетевого выпрямителя со сглаживающим фильтром и защитой диодного моста.

3) силового двухтактного инвертора на мощных биполярных транзисторах обратной проводимости.

4) усилителя импульсного тока на биполярном транзисторе.

5) генератора прямоугольных импульсов на программируемом таймере.

6) аналогового стабилизатора напряжения питания.

7) усилителя тока ошибки на параллельном стабилизаторе напряжения.

8) усилителя отрицательной обратной связи.

9) цепи защиты и индикации нагрузки.

10) датчика температуры перегрева силовых элементов.

В основу устройства положен двухтактный полумостовой импульсный инвертор управляемый широтноимпульсным генератором на аналоговом таймере (1).

Характеристики инвертора:

Напряжение сети -220Вольт.

Выходная мощность -240 ватт

Напряжение аккумулятора -12 Вольт.

Напряжение заряда 12,8 – 16,2 Вольта

Ток заряда максимальный -10 Ампер.

Время заряда 2-5 часов.

КПД 96%

Частота генератора- 27кГц

Сетевой двухзвенный фильтр состоит из двухобмоточного дросселя Т3 и конденсаторов С10, С11 – снижает помехи из сети и проникновение помех преобразования в сеть.

Помехи преобразования, в момент переключения, создают ключевые транзисторы VT3-VT4 инвертора и выпрямители на диодной сборках VD3,VD4.

Сетевое напряжение на диодный мост VD4 поступает через предохранитель короткого замыкания FU1 и выключатель сети SA1.

Выпрямленное напряжение сети сглаживается фильтром на конденсаторе С9, а в обязанности позистора RK2 входит ограничение тока заряда конденсатора – это защищает сетевой диодный мост от пробоя.

Резистор R13 позволяет разрядить конденсатор С9 при отключении сети и снижает вероятность удара электротоком при монтаже и ремонте электронной схемы.

Конденсаторы С7, С8 входят в мост инвертора, второе назначение – фильтр помех высоких частот.

Силовой инвертор составлен по двухтактной схеме на мощных транзисторах обратной проводимости VT3,VT4. Токи управления с обмоток 2,3 согласующего трансформатора Т1 подаются через ограничительные резисторы R8,R9 на базы мощных транзисторов.

Согласующий трансформатор Т1 гальванически разделяет вторичные цепи от электросети связанной потенциалом с силовой частью инвертора и согласует выходное напряжение генератора на микросхеме таймера DA1 и низкое входное сопротивления транзисторов инвертора.

Транзисторы в инверторе установлены с паспортным напряжением не выше напряжения питания, что снижает стоимость устройства в целом.

Программируемый таймер на микросхеме DA1 предназначен для построения устройства формирования сигнала заданной длительности и состоит из верхнего и нижнего компараторов по входу 2 и 6 DA1 – в виде операционных усилителей ; внутреннего триггера; выходного усилителя мощности и ключевого транзистора, используемого для разрядки внешнего конденсатора.

При перепаде напряжения на входе 2DA1 с уровня логической единицы до уровня логического нуля, на выходе таймера (вывод 3 DA1) формируется импульс положительной полярности с заданной длительностью, зависящей от номиналов – времязарядного конденсатора С1 и резисторов R1R2R3.

Усилитель импульсного тока на биполярном транзисторе VT2 предназначен для усиления импульсного тока генератора импульсов – подтвердилось, что не всегда сигнал с генератора на аналоговом таймере достаточен для раскачки ключевых транзисторов инвертора с небольшим усилением.

С выхода 3 микросхемы DA1 прямоугольный импульс поступает на усилитель мощности на транзисторе VT2 и с него на первичную обмотку трансформатора Т1. Питание на генератор на микросхеме DA1 и времязарядную RC- цепь поступает от заряжаемого аккумулятора через аналоговый стабилизатор напряжения DA2. На усилитель тока на транзисторе VT2 питание подано непосредственно с аккумулятора GB1.

При отключенном аккумуляторе или неверной полярности подключения генератор и усилитель не работают, инвертор остаётся в состоянии холостого хода с полным отсутствием энергопотребления.

Усиленный ключевыми транзисторами VT3-VT4 импульс напряжения поступает в трансформатор Т2 – назначение которого: гальваническое разделение нагрузки и сети – и согласование выходного сопротивления инвертора с сопротивлением нагрузки.

Первичная обмотка высокочастотного трансформатора Т2 имеет демпфирирующую цепь R11C6, предназначенную для гашения паразитных высокочастотных колебаний возникающих в контуре в момент переключения силовых транзисторов.

Конденсатор С6 добавляет паразитную ёмкость первичной обмотки трансформатора Т2, что ведёт к снижению частоты паразитных колебаний и уменьшению их амплитуды.

Введение резистора R11 в колебательный контур снижает добротность первичной обмотки трансформатора Т2 и ускоряет затухание колебательного процесса.

Силовые транзисторы зашунтированы быстродействующими диодами VD1,VD2.

Вторичная цепь трансформатора Т2 подключена через выпрямительный высокочастотный мост VD3 к фильтру на конденсаторе С5 L1C12.

Индикация наличия выходного напряжения выполнена на светодиоде HL1 c ограничительным резистором R12.Ток заряда аккумулятора устанавливается изменением скважности генератора на аналоговом таймере DA1 – резистором R1, напряжение заряда – резистором R10.

Вывод 5 микросхемы таймера DA1 используется для стабилизации выходного напряжения инвертора. Повышение выходного напряжения на аккумуляторе приводит к росту напряжение на управляющем электроде 1DA3- параллельного стабилизатора (2). Напряжение на аноде 3DA3 падает в ключевом режиме. Конденсатор C4 устраняет помехи переключения параллельного стабилизатора.

Транзистор VT1 прямой проводимости открывается перепадом напряжения на аноде DA3 и шунтирует вывод 5DA1.

Частота генератора повышается, что приводит к снижению напряжения на нагрузке.

Наличие терморезистора RK1 при повышении температуры снижает напряжение и мощность на нагрузке.

Печатная плата выполнена на одностороннем стеклотекстолите.

Основные элементы схемы и их рекомендации по их возможной замене сведены в таблицу 1 и 2.

Таблица№1.Параметры радиоэлементов:

Таблица 2. Параметры аналогов таймера:

С понижением напряжения источника питания ток потребления микросхемой DA1 падает, частота преобразователя меняется незначительно, не более 1%.

Трансформаторы(3) можно установить заводские от неисправных блоков питания АТ/ТХ по таблице № 1, можно выполнить и на феррите К20*12*6 2000НМ,1-20витков ПЭВ-2 0,4мм; 2,3 обмотки по 6 витков того же провода, дополнительный отвод 2 витка (4).

Трансформатор Т2 – первичная на кольце 40*25*11 М2000НМ 66 витков ПЭВ-2 О,8мм; вторичная сечением 2 (4 *0,32мм). L1 – 10 витков 1мм. Обмотки всех трансформаторов и дросселя разделить фторопластовой лентой от феррита и между собой. Схема смонтирована в корпусе БП1.

Транзисторы VT3-VT4 следует установить на радиаторы 50*50*10 или на один радиатор через изолирующие прокладки.

Наладку схемы начинают с проверкой цепей питания на наличие короткого замыкания. вместо предохранителя FU1 установить накальную лампу 220*100ватт. На выход подключить аккумулятор напряжением 12-16 вольт, проверить напряжение питания на генераторе и при наличии осциллографа или цифрового вольтметра уточнить наличие импульсного напряжения на выводе 3DA1.

Включив сеть наблюдают зажигание сетевой лампы, кратковременная её вспышка и наличие тока заряда по амперметру PA1 указывает на рабочее состояние инвертора.

Изменение тока заряда резистором R1 и напряжения резистором R10 указывает на работоспособность преобразователя.

После непродолжительной работы устройства в целом, необходимо схему отключить от электросети и аккумулятора – проверить элементы на нагрев.

Следует помнить, что часть элементов схемы находятся под напряжением электросети, осциллограф подключать к схеме без заземления.

Литература:

1. В.Сорокоумов. Импульсное зарядное устройство. Радио№8. 2004. Стр.46.

2. И.Нечаев. Стабилизаторы напряжения с микросхемой КР142ЕН19А. Радио №6 2000. Стр.57.

3. А.Петров. Индуктивности, дроссели, трансформаторы. Радиолюбитель №1 1996. Стр. 13. 4.А.Петров Импульсный блок питания УЗЧ. Радиомир 7/2002. Стр.12.

Скачать печатную плату в формате Sprint-Layout

Автор: Коновалов Владимир, Вантеев Александр, Антон Артамоненко – творческая лаборатория «Автоматика и связь»

Полумостовой двухтактный инвертор с ШИМ, с дросселем рассеяния, резонансный

Темы: Сварочное оборудование.

Полумостовые преобразователи применяются в сварочных инверторах достаточно часто. Особенно их любят китайские производители.

И хотя, для получения приличной мощности, они требуют двойных токов, современные IGBT модули позволяют строить сварочные аппараты с достойными характеристиками, именно на основе полумоста. Простота и минимум деталей, надёжность и высокий КПД. Всё это привлекает разработчиков сварочной техники. В этой главе объединены описания трёх типов полумостовых преобразователей, схемы их очень похожи, различия только в принципах управления выходным током, ограничения тока силовых ключей и передачи энергии в нагрузку. Полная принципиальная схема полумостового сварочного инвертора с ШИМ показана на Рис.12.

Сварочник построенный по такой схеме способен отдать в дугу до 130А, частота преобразования 30-40кГц, определяется применяемыми транзисторами. Моточные данные приведены ниже.

Тр.1 Е65, №87 , ЭПКОС

1-9-10 витков, ПЭТВ-2, диаметр 2,5мм;

II — 3+3 витка (6 с отводом от середины), ПЭТВ-2, диметр 2,24 в четыре провода.

Тр.2 Б-22, 2000НМ1

I — 60 витков, ПЭВ-2, диаметр 0,3 мм;

II — 7+7 витков, ПЭВ -2, диаметр 0,56

Тр. 2хК20х12х6, 2000НМ1 одна обмотка 50 витков, ПЭВ-2, диаметр 0,3;

Др.1 К28х16х9, 2000НМ1, 15 витков монтажного провода, 1мм кв.

Тр.З К28x16x9, 2000НМ1

Все 4 обмотки одинаковые, мотаются одновременно, 30-35 витков, МГТФ-0,12.
Фазировка указана точками. Переходим к электрической схеме.
Задающий генератор собран на микросхеме UC3825, это один из лучших двухтактных драйверов, в нём есть всё, защита по току, по напряжению, по входу, по выходу. При нормальной работе его практически нельзя сжечь! Как видно из схемы ЗГ это классический двухтактный преобразователь, трансформатор которого управляет выходным каскадом. Настраивается ЗГ так, подаём питание и частотозадающим резистором настраиваем частоту 30-40к Гц, нагружаем выходную обмотку трансформатора Тр3 резистором 20-30 Ом и смотрим форму сигнала, она должна быть такой как на рис.13.

Мёртвое время или ступенька для IGBT транзисторов должно быть не менее 1,2мкс, если применяются MOSFET транзисторы, то ступенька может быть меньше, примерно 0,5мкс. Собственно ступеньку формирует частотозадающая емкость драйвера, и при деталях указанных на схеме, это около 2мкс. Подключаем к трансформатору Тр.З драйверы силовых ключей и естественно сами ключи. На затворах должны быть сигналы похожие на Рис.14, только в противофазе. При вращении резистора регулировки величины тока (на 8 ноге), длительность затворных импульсов должна меняться от 0 до тах 50%(- dead time).

При подаче положительного напряжения на 9 ногу, в пределах 0-1,5В, происходит примерно тоже самое, но более резко. В нашей схеме ограничение максимального тока ключей происходит через 9 ногу, а плавная регулировка выходного тока через 8 ногу UC3825N. Методика настройки предельно проста, подаём напряжение на блок управления, а к силовому блоку подключаем ЛАТР. Вместо силового трансформатора подключаем лампочку на 200Wх110V, и проверив наличие в затворах управляющих импульсов, начинаем постепенно поднимать напряжение приложенное к силовому блоку. Периодически останавливаясь и проверяя осциллографом, что у нас на лампочке. Если лампочка горит ровно и на экране осциллографа наблюдается картинка, похожая на Рис.13, пробуем регулировать ток. При этом лампочка должна плавно реагировать на поворот резистора, свечение должно меняться от 0 и до мах! Если этого не происходит — разобраться почему. Возможно прийдётся подобрать резисторы вокруг регулятора, ведь именно от них зависит диапазон регулировки выходного тока! На 8 ноге напряжение должно изменяться от +3В до +4В, в это время происходит изменение длительности выходных импульсов от 0 до 50%. Следующим нашим действием, будет отключение лампочки, и подключение на её место силового трансформатора, вторичная обмотка должна быть нагружена лампочкой 100Wх36V. Всё повторяем с самого начала, постепенно ЛАТРом поднимаем напряжение до 220V. Всё должно работать аналогично. Если так и есть, смело подключаем силовые диоды, отключаем ЛАТР, он нам уже не поможет. Включаем напрямую в сеть 220V, без нагрузки, через секунду должно сработать запускающее реле, замкнуть запускающую RC цепочку и подать силовое напряжение на ключи. Реле одновременно является и защитой от длительного режима К3.. Если в момент включения аппарата его выход будет замкнут, реле не включится, и мощность потребляемая аппаратом не превысит 50Вт. И так будет до того момента, пока на выходе сохраняется режим К3.

Ниже представлены данные на трансформаторы и дроссели.

Тр.1 Е65, №87 , ЭПКОС

I-9-10 витков, ПЭТВ-2, диаметр 2,5мм;

II — .3+3 витка (6 с отводом от середины), ПЭТВ-2, диаметр 2,24 в четыре провода.

Тр.2 Б-22, 2000НМ1

I — 60 витков, ПЭВ-2, диаметр 0,3 мм;

II — 7+7 витков, ПЭВ -2, диаметр 0,56

Тр. 2хК20х12х6, 2000НМ1 одна обмотка 50 витков, ПЭВ-2, диаметр 0,3;

Др.1 Ш20х28, 2000НМ 12 витков, ПЭТВ-2, диаметр 2,5 мм, зазор от 0,3 до 0,9мм, подбирается экспериментально.

Др.2 К28х16х9, 2000НМ1, 15 витков монтажного провода, 1мм кв.

Тр.З К28х16х9, 2000НМ1 Все 4 обмотки одинаковые, мотаются одновременно, 30-35 витков, МГТФ-0,12.

Фазировка указана точками. Как видите схема очень похожа на предыдущую, но конструкция силовой части значительно проще! Это объясняется тем, что вся схема работает в резонансе и для переключения транзисторов нужно значительно меньше энергии, чем в схеме с силовым переключением.

Переключить ключ в нуле напряжения или тока значительно легче, именно этим объясняется тот факт, что на схеме Вы не увидите драйверов для силовых ключей, нет необходимости и в КСО цепочках (снабберах) защиты, нет защиты от перегрузки по току, функцию ограничения тока выполняет резонансный дроссель и собственная индуктивность рассеяния силового трансформатора.

Процесс настройки тоже немного отличается от настройки инвертора с ШИМ, хотя начало совершенно одинаково, до момента подачи управляющих импульсов в затворы силовых транзисторов.

Поскольку драйверов нет, то и осциллограмма напряжения в затворах будет выглядеть несколько иначе, смотри Рис.16. Как видим, задний фронт имеет довольно плавный спад, это разряжается затвор ключа. Для предыдущей схемы такая форма разряда затворов, была бы смертерльна на 100%! Резонансному преобразователю на это наплевать! Поэтому проверкой формы управляющих импульсов в затворах и ограничимся. Регулятором тока выставим максимальную длительность управляющих импульсов, если этого не сделать, дальнейшая настройка ничего не даст. Настроим задающий генератор на частоту 45кГц, вместо силового трансформатора, последовательно с резонансной КС цепочкой включим лампочку на 100Wх36V.

Вместо силовой сети подключаем ЛАТР, блок управления запитываем от отдельного источника, и начинаем медленно повышать напряжение на силовом блоке. Примерно при 40-50В если лампочка не горит, или горит не очень ярко, делаем остановку и изменяя частоту задающего генератора добиваемся максимальной яркости лампочки. Немагнитный зазор в резонансном дросселе должен быть при этом 0,4-0,5 мм, это примерно 4-6 слоев бумажного малярного скотча. Если всё прошло гладко, меняем лампочку на 100Wх110V и продолжаем повышать напряжение до 220В, периодически подкручивая частоту, если резонанс будет уходить. Это была предварительная настройка.

Отключаем лампочку и подключаем силовой трансформатор нагруженный лампочкой 100Wх 36V. Весь процесс повторяем сначала, постепенно ЛАТРом поднимая напряжение, а частотой подстраивая резонанс, до точки наиболее яркого горения лампы. Всё это необходимо проделать для выявления ляпов и ошибок монтажа, иначе, если подать сразу 220V, и что-то сгорит, никогда не поймёшь почему. Следующий этап, отключаем лампу и подключаем силовые диоды. ЛАТР тоже можно убрать, включаем напрямик в сеть. Через секунду должно сработать запускающее реле и на выходе появится напряжение 46-50В. Для начала надо подключить лампочку 100Wх36V и убедиться, что всё работает устойчиво, посторонних звуков нет. Свечение лампы ровное и регулятором тока плавно меняется от max до min.

Если всё именно так, меняем лампу на балластный реостат 1,0 Ом на 5 КW и продолжаем настройку. Кратковременно подключая нагрузку (1,0Ом) подстраиваем частоту до того момента, когда вольтметр покажет тах напряжение на балластнике, и при вращении частотозадающего резистора в любую сторону, напряжение будет уменьшаться. Примерно это может быть 30-З6кГц, при этом максимальное напряжение будет около 38В. Далее уменьшаем сопротивление нагрузки до 0,5 Ом, и повышая частоту находим максимум напряжения, затем всё повторяем для нагрузки, 0,25 Ом.

Все операции по настройке резонанса производить только при максимальной длительности управляющих импульсов! Конечным результатом настройки должно получиться 26-28В на нагрузке 0,25 Ом, и при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки напряжение должно понижаться. Таким образом, если резонанс будет настроен на нагрузке 0,2 — 0,25 Ом, то именно в этом месте и будет максимум мощности! Максимальный выходной ток полностью зависит от резонансного дросселя, вернее от немагнитного зазора в сердечнике. Чем толще зазор, тем больше ток и выше частота. Это следует помнить, и при монтаже закрепить резонансный дроссель так, чтобы его можно было снять, разобрать и подкорректировать в случае необходимости толщину зазора.

Рабочая толщина зазора может достигать 1 — 1,5мм, но начинать настройку лучше с 0,3- 0,5 мм. Такой зазор сразу ограничит максимальные токи через ключи, и в случае возникновения аварийной ситуации, не даст им сгореть.

Дальнейшее увеличение нагрузки, при неизменной частоте вызовет падение напряжения и снижение мощности. При К3 ток может превышать мах ток дуги в 1,2 -1,5 раза, но напряжение на выходе упадёт до 2-ЗВ, и соответственно мощность не будет выделяться.

Это неоспоримый плюс резонансного инвертора, естественное ограничение мощности. При такой настройке, аппарат не боится режимов КЗ, скорость ограничения тока на порядок выше, чем при самой быстрой параметрической защите. А применение удвоителя напряжения на выходе позволяет зажигать и поддерживать дугу при самых неблагоприятных условиях! На Рис. 17-19 показаны осциллограммы напряжения в затворах ключей при изменении выходного тока в сторону уменьшения, при фазовой регулировке. И ещё один способ настройки резонанса, для продвинутых радиолюбителей.

В разрыв первичной цепи включается токовый трансформатор. Например 50 витков на колечке К28, 2000НМ. Нагружаем аппарат на предельную нагрузку, например 25В и 150А, это примерно 0,17 Ом. Ширину импульса ставим на максимум, частоту заведомо выше резонансной, в нашем случае это примерно 45-50кГц. Подключаем через ЛАТР не более 40-60В. Естественно блок управления питается отдельно, осциллограф подключаем к токовому трансформатору. Картинка выглядит, как разорванная синусоида. Потихоньку опускаем частоту до того момента, когда синусоида склеится в непрерывную линию. Вот и всё! Практически тоже самое можно наблюдать подключившись осциллографом к резонансному конденсатору, или включив последовательно в первичную цепь резистор 0,1 Ом, и подключив осциллограф параллельно ему.

Третий тип полумоста с дросселем рассеяния, представляет собой гибрид между преобразователем с ШИМ и резонансным с частотным или фазовым регулированием.

Его схема ничем не отличается от схемы с ШИМ преобразователем, введена только RC цепочка последовательно с силовым трансформатором, как в резонансном. Но это не резонансная цепочка, а просто цепь ограничения максимального тока.

Конденсатор в этой цепочке является просто симметрирующим и его ёмкость равняется 22мкФх63В, тип К73-16В. Дроссель можно поставить точно такой, как в резонансном преобразователе, от величины его индуктивности зависит максимальная мощность преобразователя.

• < Инверторный источник сварочного тока ДС 140.31
• Сварочный инвертор, видео >

Двухтактный инвертор для Гаусс-пушки с функцией подзарядки

Двухтактный инвертор на базе эмиттерного повторителя мощности

Двухтактный инвертор, построенный по базе эмиттерного повторителя мощности , представляет собой двухтактный импульсный источник тока, с малым весом и небольшими габаритами. Используется для зарядки аккумуляторов при стабильном напряжении. Максимального ток, установленный в начале заряда, снижается к концу до состояния буферного подзаряда — это близко по характеристике к зарядке аккумуляторов в автомобилях.
В источнике тока применены радиокомпоненты устаревших блоков питания компьютеров и мониторов.

Основные функциональные части схемы зарядного устройства:
1. Входные цепи защиты от перегрузок и замыканий.
2. Сетевой помехоподавляющий двухзвенный фильтр.
3. Сетевой выпрямитель.
3. Сглаживающий фильтр высокого напряжения.
4. Силовой инвертор на базе эмиттерного повторителя на биполярных транзисторах.
5. Цепи передачи и формирования сигнала обратной связи стабилизации по напряжению.
6. Генератор импульсов прямоугольной формы.
7. Регулятор выходного тока.
8. Выпрямитель вторичного напряжения.
9. Цепи защиты и индикации нагрузки.

В схеме двухтактного инвертора происходит тройное преобразование напряжения: переменное напряжение сети выпрямляется и сглаживается до постоянного тока, далее преобразуется в импульсное, с частотой до нескольких десятков килогерц, трансформируется в низковольтную цепь и выпрямляется. Напряжение вторичной цепи используется для зарядки аккумуляторов.
Цепь отрицательной обратной связи позволяет заряжать аккумуляторы или питать нагрузку стабилизированным напряжением.
Двухтактная схема инвертора содержит транзисторы, пониженной по сравнению с обратноходовой схемой, мощностью и напряжением.
Цепи обратной связи на оптопаре и импульсный трансформатор гальванически разделяют высокое сетевое напряжение инвертора от низковольтных цепей.
Низковольтный узел оснащен мощными лавинными диодами в сборке, индикацией низкого напряжения и тока нагрузки.
Стабилизация выходного напряжения выполнена введением в схему цепи отрицательной обратной связи по напряжению, а повышение температуры транзисторов от перегрева контролируется терморезистором.

Основные технические характеристики:

Напряжение питания. В — 165…240
Выходное напряжение. В — 12…16
Выходной ток нагрузки. А — 10
Частота преобразования, кГц — 22…47

Схема

Сетевое напряжение с фильтра поступает на выпрямитель VD7 через предохранитель FU1 и выключатель сети SA1.

Сетевой выпрямитель дополнен сглаживающим фильтром из конденсаторов большой емкости С8, С9, шунтированных резисторами R12, R13 для выравнивания напряжений. Терморезистор RK2 ограничивает ток заряда конденсаторов при подаче сетевого напряжения.
Высокочастотный трансформаторЛ инвертора одним выводом подключен к средней точке соединения конденсаторов С8, С9, а вторым — к точке соединения транзисторов двухтактного преобразователя, через разделительный конденсатор С7.

Параллельно первичной обмотке трансформатора Т1 подключена демпфирирующая RC-цепь, предназначенная для гашения паразитных высокочастотных колебаний, возникающих в момент переключения транзисторов в контуре, образованных межвитковой емкостью первичной обмотки трансформатора Т1 и ее индуктивности рассеивания.

Конденсаторы С11, С12 дополняют общую паразитную емкость первичной обмотки трансформатора, что приведет к снижению частоты паразитных колебаний и уменьшению их амплитуды.

Ввод резистора R15 в колебательный контур снижает добротность обмотки трансформатора и ускоряет затухание колебательного процесса.
Транзисторы VT2, VT3 зашунтированы быстродействующими диодами VD4, VD5 от пробоя обратными токами.

Разделительный конденсатор С7 устраняет подмаг-ничивание магнитопровода трансформатора Т1 инвертора, при разбросе параметров конденсаторов С7, С8 и неверной установке половины питающего напряжения в средней точке соединения транзисторов VT2, VT3.
Ввиду низкого коэффициента передачи мощных транзисторов инвертора в схему добавлен биполярный транзистор VT1.

Установка половины напряжения источника питания в точке соединения транзисторов VT2, VT3 выполняется подбором номинала сопротивления резистора R8.

Диод VD3 ускоряет переключение эмиттерного повторителя на транзисторах VT1, VT2.
Нагрузкой эмиттерного повторителя является транзистор VT3, работающий в статическом режиме с заземленной, по переменному току, базой. По постоянному току на базу транзистора VT3, через резистор R8, подано небольшое смещение для создания напряжения на коллекторе, близкого к половине питающего напряжения.

Задающий генератор выполнен на аналоговом таймере DA1.
Микросхема содержит: два операционных усилителя, работающих в качестве компараторов; RC-триггер; выходной усилитель и ключевой транзистор для разряда внешнего время-зарядного конденсатора С1.

С вывода 3 генератора микросхемы DA1 снимаются импульсы прямоугольной формы. При высоком уровне на выходе 3 DA1 импульс через интегральную RC-цепь R5, С4 поступает на базу транзистора VT1 составного эмиттерного повторителя, транзистор открывается и открывает мощный биполярный транзистор VT2. Конденсатор С7 заряжается от положительной шины источника питания. В первичной цепи трансформатора Т1 возникнет импульс тока. По окончанию положительного импульса с вывода 3 микросхемы DA1 внутренним триггером вывод 7 DA1 переключается в проводящее состояние относительно минуса питания микросхемы DA1, база транзистора VT1 замыкается на минус питания микросхемы, конденсатор С4 также ускоренно разряжается. Транзисторы эмиттерного повторителя закрываются и конденсатор С7 разряжается через открытый транзистор VT3.

Для правильного согласования импульсов генератора на переход база-эмиттер повторителя VT1, VT2 инвертора, питание генератора выполнено от положительной шины высоковольтного источника питания через ограничивающий напряжение резистор R10, со стабилизацией стабилитроном VD2. Минус питания микросхемы взят со средней точки соединения транзисторов VT2, VT3. С приходом последующего импульса с генератора на вход эмиттерного повторителя, транзисторы VT1, VT2 открываются и процесс повторяется.

Непрерывная последовательность импульсов в первичной обмотке высокочастотного трансформатора Т1 активирует появление высокочастотного напряжения во вторичной обмотке трансформатора и тока на нагрузке ХТЗ, ХТ4.
Выводы 2 и 6 входа компараторов микросхемы DA1 переключают внутренний триггер в зависимости от уровня напряжения на конденсаторе С1, время заряда которого зависит от номиналов RC-цепи R1, R2, С1.

Вывод 5 DA1 позволяет получить прямой доступ к точке делителя с уровнем 2/3 напряжения питания, являющейся опорной для работы верхнего компаратора. Использование данного вывода позволяет менять этот уровень для получения модификаций схемы.
Конструктивное использование данного вывода в цепи отрицательной обратной связи позволяет реализовать стабилизацию выходного напряжения.

Напряжение с нагрузки через терморезистор RK1 поступает на установочный переменный резистор R14, которым регулируется напряжение на нагрузке. При повышении напряжения на зажимах ХТЗ, ХТ4 усилитель на параллельном стабилизаторе DA2 увеличивает яркость светодиода оптопары U1, транзистор оптопары открывается и снижает напряжение на выводе 5 DA1. Частота генератора возрастает. Длительность выходных импульсов сокращается, что приводит к снижению напряжения на нагрузке.

Параллельный стабилизатор DA2 служит в качестве усилителя сигнала рассогласования уровня напряжения на нагрузке и работает в линейном режиме. Установка в этой цепи транзисторного усилителя нежелательна из-за разброса параметров и существенного воздействия внешней температуры.

Повышение температуры ключевых транзисторов VT2, VT3 инвертора приведет к понижению сопротивления терморезистора RK1 и к снижению скважности импульсов и мощности в нагрузке.
Питание микросхемы DA1 выполнено от высокого напряжения инвертора через ограничитель напряжения на резисторе R10 и стабилизировано диодом VD2.

Выпрямитель вторичной цепи выполнен на мощной паре лавинных диодов VD6, собранных в сборку, индикация полярности наличия вторичного напряжения индицируется светодиодом HL1. Конденсатор СЮ сглаживает пульсации напряжения в низковольтных цепях.

Печатная плата, детали
Печатная плата электронной схемы состоит из двух частей (рис. 2 и рис. 3), соединенных проводниками.
Таймер DA1 с пониженным энергопотреблением серии 7555 заменим на серию 555 с микромощным энергопотреблением.
Сетевой диодный мост VD7 на напряжение не ниже 400 В и ток более 3 А, низковольтный выпрямитель
VD6 на напряжение не ниже 50 В и ток не менее 20 А заменим на сборку S40D45C от компьютерных блоков питания.
Транзисторы VT2.VT3 подойдут на напряжение не ниже 300 В и ток более 3 А — типа 2SC2555, 2625, 3036, 3306, 13009 с установкой на радиатор с изолирующими прокладками.

Алюминиевые оксидные конденсаторы фирм “Nicon” или REC.
Оптроны — из серии LTV817, РС816.
Трансформатор Т1 применен без перемотки от блока АТ/ТХ питания компьютера. Обмотка 1Т1 составляет 38 витков провода диаметром 0,8 мм, вторичная -имеет две обмотки по 7,5 витков каждая, сечением 4*0,31 мм в жгуте.
Трансформатор Т2 — двухобмоточный сетевой дроссель фильтра.
Катушка L1 — дроссель фильтра, 10 витков провода диаметром 1 мм на ферритовом кольце 20 мм.

Регулировка схемы заключается в проверке режимов питания. Резистором R8 установить на эмиттере VT3 напряжение равное половине напряжения источника питания — около 150 В.

Питать схему инвертора во время испытаний необходимо через переходной трансформатор 220/220 В * 100 Вт, для устранения возможных электротравм.
Перед запуском в цепь сетевого питания вместо предохранителя FU1 подключается лампочка 220 В * 100 Вт, вместо нагрузки подключить автомобильную лампочку на 12-24 В * 50 свечей.

Повышенная яркость сетевой лампочки и отсутствие свечения лампочки в нагрузке указывают на неисправности в схеме.
При слабом свечении сетевой лампочки и ярком свечении лампочки нагрузки, с наличием регулировки яркости, подтверждается рабочее состояние схемы.

После непродолжительной работы схему отключить от сети и проверить радиокомпоненты на нагрев.
При наладке и испытании устройства следует соблюдать Правила техники безопасности.

Рисунки печатной платы в формате lay6 (файл The-push-pull-inverter.zip) вы можете загрузить с нашего сайта : У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера

Владимир Коновалов, Александр Вантеев
г. Иркутск-43, а/я 380

Литература
1. Илья Липавский. Гибридный усилитель мощности на базе повторителя Andrea Ciuffoli. — РадиоХобби, №2, 2009, с. 49.
2. Шелестов И.П. Радиолюбителям: полезные схемы. — Солон-Пресс, г. Москва, 2003, с. 108-142.
3. В. Коновалов. Методические разработки и статьи. — Иркутск, 2009.

(PDF) РезонансноИмпульсныйИнвертор

Имитационные эксперименты проводились для резонансной и

нерезонансной моделей инверторов. Сравнение обобщенных данных ряда

экспериментов показало, что энергоэффективность моделей близка, в

частности потребленная энергия для резонансной схемы составила

16,75 Дж и для нерезонансной схемы 17,2 Дж за время работы 100 мс.

Снижение КПД для нерезонансной схемы в данном случае оказалось

незначительным, с 0,895, до 0,872. Выигрыш резонансной схемы составил

2,3%. Это меньше, чем ожидаемый выигрыш только за счет устранения

коммутационных потерь, поскольку при переходе в резонансный режим

несколько увеличивается коэффициент формы резонансного тока и

добавляется активное сопротивление резонансного дросселя.

Выводы

1. Получены выражения для определения зависимостей величин

тока потребления, нагрузки и выходного напряжения резонансно-

импульсного инвертора, позволяющие оценить энергопотребление и

рассчитать численными методами статические характеристики.

2. Сравнение энергоэффективности схем инверторов показало, что

преимущество резонансной схемы неоднозначно, оно проявляется при

повышении частоты преобразования за счет снижения в резонансной схеме

потерь в транзисторах и при использовании резонансных элементов с

малыми потерями.

3. Зависимости контурного КПД резонансно-импульсного

преобразователя показывают, что максимумы КПД приходятся на

некоторый диапазон сопротивлений нагрузки и частоты преобразования,

поэтому данный инвертор можно рекомендовать для питания заранее

определенных нагрузок, которые меняются незначительно.

4. Полученные теоретические результаты и результаты

моделирования подтверждают правильность работы модели резонансно-

импульсного инвертора и сходятся с описаниями принципа его работы в [].

Простой двухтактный преобразователь напряжения для светодиодного фонарика

Экономичный вариант выходного КВ каскада

Двухта́ктный каска́д

(уст.
пушпульная схема
,
пушпульный каскад
от англ. push-pull — тянитолкай) — каскад электронного усилителя, состоящий из двух встречно управляемых активных приборов[1] — ламп, транзисторов, составных транзисторов или более сложных схемотехнических узлов. Усиление мощности входного сигнала распределяется между двумя плечами каскада таким образом, что при нарастании входного сигнала ток нарастает лишь в одном из плеч; при спаде входного сигнала нарастает ток в противоположном плече[1]. Каскады, в которых усиление мощности нарастающих и спадающих сигналов возложено на единственный активный прибор, называют
однотактными
.

Двухтактная схема доминирует в схемотехнике КМОП- и N-МОП-логики, выходных каскадов операционных усилителей, транзисторных усилителей мощности звуковой частоты. Она позволяет строить экономичные электронные ключи и линейные усилители мощности, работающие в режимах AB или В с относительно высоким коэффициентом полезного действия[⇨] и относительно низкими нелинейными искажениями. При усилении переменного напряжения или тока два активных прибора такого усилителя («верхний и нижний» или «левый и правый») передают ток в нагрузку попеременно. Свойственные всем усилительным приборам чётные гармоники искажений подавляются, а нечётные, напротив, усугубляются[⇨]. Кроме того, при передаче управления нагрузкой от одного активного прибора другому двухтактный каскад генерирует коммутационные искажения[⇨] выходного сигнала.

Содержание

• 1 Принцип действия 1.1 Альтернативные определения
• 1.2 Понятие каскада

Принцип действия[ | ]

Простейшие двухтактные каскады

Двухтактный эмиттерный повторитель

Инвертор КМОП-логики

Простейший линейный двухтактный каскад — комплементарный эмиттерный повторитель в режиме B — образуется встречным включением двух эмиттерных повторителей на транзисторах npn- (верхнее плечо) и pnp-структуры (нижнее плечо)[2]. При нулевом управляющем напряжении оба транзистора закрыты, ток нагрузки равен нулю[3]. При превышении порога включения транзистора, примерно +0.5 В, верхний по схеме (npn) транзистор плавно открывается, соединяя положительную шину питания с нагрузкой. При дальнейшем росте управляющего напряжения выходное напряжение повторяет входное со сдвигом на 0.5…0.8 В, нижний транзистор остаётся закрытым. Аналогично, при отрицательных управляющих напряжениях открывается нижний (pnp) транзистор, соединяя нагрузку с отрицательной шиной питания, а верхний остаётся закрытым[3]. В области малых управляющих напряжений, когда оба транзистора закрыты, наблюдаются характерные коммутационные искажения[⇨] формы сигнала в виде ступеньки[4].

Сходно, но иначе действует простейший ключевой двухтактный каскад — инвертор КМОП-логики. Полевые транзисторы инвертора работают в режиме с общим истоком, поэтому они и усиливают, и инвертируют входное напряжение[5]. Верхний по схеме транзистор p-типа проводимости открывается низким логическим уровнем и передаёт на выход высокий логический уровень, нижний транзистор открывается высоким логическим уровнем и передаёт на выход низкий уровень, коммутируя нагрузку на нижнюю шину питания[6][7]. Пороги переключения транзисторов подбираются таким образом, чтобы в середине интервала между высоким и низким входными уровнями оба транзистора были гарантированно открыты — это ускоряет переключение ценой незначительных потерь мощности при кратковременном протекании сквозного тока[6]. В устойчивых состояниях логического нуля и логической единицы открыт только один из двух транзисторов, а другой закрыт[7]. Типичной нагрузкой логического элемента служат затворы других логических элементов, поэтому его транзисторы передают в нагрузку ток только при переключении. По мере перезарядки нагрузочных ёмкостей выходной ток затухает до нуля, но один из двух транзисторов остаётся открытым[6].

Альтернативные определения[ | ]

Двухтактные каскады могут выполняться по иным схемам, усиливать постоянное либо переменное напряжение или ток, работать на активную или реактивную нагрузку, они могут быть инвертирующими или неинвертирующими. Общим для всех конфигураций является принцип противофазности

: при нарастании управляющего напряжения ток нарастает лишь в одном из двух плеч схемы; при спаде управляющего напряжения ток нарастает в другом, противоположном плече[1]. Поведение схемы в статическом режиме, в общем случае, не определено — важна лишь её реакция на изменение входного сигнала[1]. В отдельных отраслях электроники и в исторической, устаревшей литературе могут встречаться и более узкие частные определения:

• Двухтактный усилитель (англ. push-pull amplifier) — усилитель, в котором входные сигналы, управляющие транзисторами, являются противофазными, а выходные сигналы складываются, что позволяет удвоить выходную мощность по сравнению с однотактным усилителем (США, 2013)[8]
• Двухтактная схема (англ. push-pull circuit) — симметричная схема, в которой два активных прибора действуют попеременно, каждый в своей половине периода входного сигнала, и совместно управляют передачей тока в общую нагрузку. Двухтактное включение снижает уровень чётных гармоник, но повышает уровень нечётных (США, 2011)[9].
• Двухтактная схема — схема, состоящая из двух одинаковых [активных] цепей, включённых таким образом, что в них текут токи, одинаковые по величине, но противоположные по фазе (СССР, 1960)[10].
• Двухтактный усилитель — усилитель мощности в радиопередающих и приёмных устройствах, содержащий две электронные лампы или две группы ламп в одном каскаде, работающие совместно на общую нагрузку. Напряжения на сетках этих ламп действуют друг к другу в противофазе. В выходной нагрузке отдаваемые лампами мощности складываются (СССР, 1952)[11].
• Пушпульный усилитель — усилитель мощности в радиопередающих и радиоприёмных устройствах, состоящий из двух электронных ламп (или двух групп ламп), работающих совместно на общую нагрузку, у которых напряжения на [управляющих] сетках находятся в противофазе (СССР, 1955)[12].

Понятие каскада[ | ]

В ламповой схемотехнике понятие выходного каскада буквально соответствует понятию «каскада усиления» («ступень усиления, радиотехническое устройство, содержащее усилительный элемент, цепь нагрузки, цепи связи с предыдущим или последующим каскадами»[13]). В этой трактовке в каждом плече двухтактного выходного каскада работает единственный

активный прибор. Это может быть одиночная лампа или группа параллельно включённых ламп[11], но о последовательном включении ламп
внутри
каскада речи, как правило, не шло. Аналогичный подход применяется и в транзисторной схемотехнике радиочастотных усилителей мощности.

В транзисторной схемотехнике усилителей мощности звуковой частоты, напротив, простые каскады — редкость. Двухтранзисторные биполярные выходные каскады работоспособны только в относительно слаботочных устройства, а для того, чтобы согласовать каскады промежуточного усиления с низкоомной нагрузкой, необходимо последовательное включение как минимум двух ступеней усиления тока. На практике в каждом плече двухтактного выходного каскада может быть от двух до четырёх «каскадов внутри каскада». Транзисторы, входящие в состав этих двоек, троек и четвёрок, охвачены локальными обратными связями, и обычно рассматриваются в комплексе. Простейшие случаи таких комплексов — пары Дарлингтона и пары Шиклаи. Кроме них, на практике используются как минимум семь[14] биполярных «троек» («тройка» Quad 303, «тройка» Bryston и так далее), четырёхкаскадные эмиттерные повторители и «четвёрки» Bryston[15], которые защищаются от перегрузки по току или мощности дополнительными активными цепями. Эти схемы в целом и называются выходными каскадами, а их внутренние части, если их вообще имеет смысл выделять, рассматриваются как ступени выходного каскада.

Основы электроакустики

Благодаря наличию приборов разного типа проводи­мости (комплементарных), биполярные и полевые тран­зисторы, в отличие от ламп, позволяют легко строить схемы оконечных каскадов без трансформатора и фазоинвертора. Функциональная схема двухтактного каскада на широко распространенных комплементарных биполяр­ных транзисторах содержит два плеча (подобных однотактным каскадам), возбуждаемых прямо от источника входного сигнала. Существуют двух­тактные каскады и на транзисторах одного типа проводи­мости, но для их возбуждения уже приходится использо­вать фазоинвертор. Есть схемы каскадов и на так называемых квазикомплементарных транзисторах — у них два послед­них мощных транзистора имеют одинаковый тип прово­димости.

В этом каскаде транзисторы используются в схеме с общим коллектором, при которой коэффициент передачи по напряжению близок и несколько меньше 1. Поэтому схема называется эмиттерным повторителем. Эта схема дает очень малые нелинейные искажения и усиливает ток в (3+1) раз, но требует больших входных напряжений. Последнее усложняет построение предварительных каска­дов.

Ток покоя транзистора определяется напряжением база—эмиттер, которое создается парой диодов в базовой цепи. Выбором типа диодов (и их числа, при необходимо­сти) можно заставить работать каскад как в классе А, так и в классах В и АВ (промежуточный класс). С ростом температуры окружающей среды падение напряжения на диодах уменьшается почти настолько же, насколько умень­шается напряжение база—эмиттер транзисторов. Это осу­ществляет довольно эффективную температурную стаби­лизацию тока покоя выходного каскада — особенно если термокомпенсирующие диоды разместить на радиаторах транзисторов.

Передаточная характеристика двухтактного каскада получается как сумма характеристик его плеч . Сдвиг характеристик задается падением напряжения на диодах.

Если оба транзистора в двухтактном каскаде идентич­ны, то передаточная характеристика будет симметричной. Уже одно это означает исчезновение из спектра выходного сигнала всех четных гармоник, что заметно снижает значение коэффициента нелинейных искажений. К сожалению, строгой идентич­ности передаточных характеристик у обоих плеч двухтакт­ного каскада добиться невозможно, поэтому некоторая асимметрия суммарной характеристики будет наблюдать­ся и полного подавления четных гармоник не происходит.

Бестрансформаторные выходные каскады получили преимущественное распространение. Они позволяют осуществить непосредственную связь с нагрузкой, что дает возможность обойтись без громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов; имеют хорошие частотные и амплитудные характеристики; легко могут быть выполнены по интегральной технологии. Кроме того, в связи с отсутствием частотнозависимых элементов в цепях связи между каскадами можно вводить глубокие общие отрицательные ОС как по переменному, так и по постоянному токам, что существенно улучшает характеристики преобразования всего устройства. При этом обеспечение устойчивости усилительного устройства может быть достигнуто введением простейших корректирующих цепей. Бестрансформаторные мощные выходные каскады собирают в основном по двухтактным схемам на транзисторах, работающих в режиме В или АВ и включенных по схемам с ОК или ОЭ. В этих схемах возможно сочетание в одном каскаде либо одинаковых транзисторов, лиоо транзисторов с разным типом электропроводности. Каскады, в которых использованы транзисторы с разным типом электропроводности, называются каскадами с дополнительной симметрией. Так как бестрансформаторные каскады обычно работают с большими токами, то в схемах следует предусматривать улучшенную термостабилизацию. Ее обеспечивают или за счет введения достаточно глубокой отрицательной ОС по постоянному току, или с помощью термозависимых сопротивлений. При этом следует обратить внимание на правильный выбор сопротивлений в базовых цепях мощных выходных транзисторов. В мощных бестрансформаторных каскадах, в которых транзисторы включены с ОК, может произойти короткое замыкание выходных зажимов. Как правило, оно вызывает выход транзисторов из строя из-за превышения коллекторным током допустимого значения. Для защиты от коротких замыканий в эмиттерные цепи мощных выходных транзисторов включают небольшие сопротивления , ограничивающие ток, или вводят дополнительные транзисторы, которые открываются только при больших токах нагрузки и, шунтируя входную цепь, ограничивают значение выходного тока на безопасном уровне. В некоторых случаях приходится применять параллельное соединение транзисторов. Это используется тогда, когда не удается подобрать активный прибор, обеспечивающий получение нужного тока и рассеиваемой мощности. При параллельном включении все транзисторы необходимо располагать на одном теплоотводе, а в цепях всех эмиттеров устанавливать малые резисторы (доли Ом). Цель этого — получение у транзисторов одинаковых параметров и равномерное распределение нагрузки между ними. При неидентичности параметров на отдельных транзисторах будет рассеиваться большая мощность, которая выводит их из строя, а затем могут выйти из строя оставшиеся транзисторы и весь усилитель. Используя комбинации основных схем включения транзисторов, можно реализовать бестрансформаторные выходные каскады с различными параметрами и свойствами, которые обеспечат получение требуемой мощности в сопротивлении нагрузки.

Базовые схемы[ | ]

Двухтактный каскад может строиться по одной из трёх базовых схем. Все три топологии являются вариантами полумостовой схемы подключения нагрузки к двум активным приборам и одному либо двум источникам питания[16]. Симметричное и несимметричное (квазикомплементарное) включения могут быть реализованы на всех типах активных приборов, комплементарное — только на парах транзисторов с противоположными (комплементарными) типами проводимости.

Симметричное включение[ | ]

В симметричной схеме два идентичных активных прибора включены параллельно друг другу по постоянному току: общий ток покоя, потребляемый каскадом при нулевом входном сигнале, делится на две равные части, протекающие через левое и правое плечо усилителя[17]. Напряжение усиливаемого сигнала подаётся на управляющий электрод инвертирующего (левого по схеме) плеча, а его зеркальная копия, сформированная внешним фазорасщепителем, подаётся на вход инвертирующего (правого по схеме) плеча[17]. При положительном напряжении сигнала ток инвертирующего плеча возрастает, ток неинвертирующего плеча уменьшается. Для того, чтобы передать эти изменения тока в нагрузку, активные приборы включаются в нижние плечи Н-образной мостовой схемы, а токи верхних плеч моста тем или иным способом фиксируются. Разница между токами верхних и нижних плеч моста замыкается через нагрузку, включенную «перекладиной» моста.

В роли верхних плечей Н-образного моста могут служить, например, катушки индуктивности, полное сопротивление которых во всём рабочем диапазоне частот существенно выше сопротивления нагрузки, а сопротивление постоянном току относительно мало. Ещё удобнее использовать трансформатор с отводом от средней точки первичной обмотки[18]. Трансформаторная связь позволяет согласовывать относительно большие внутренние сопротивления реальных ламп и транзисторов с низкими сопротивлениями реальных нагрузок — громкоговорителей, электродвигателей, антенн, кабельных линий[17], но её главная задача — коммутация противофазных выходных токов в общую нагрузку[18]. Именно трансформаторная схема, разработанная компанией RCA в 1923 году[19], была основной в ламповой схемотехнике, а «симметричное включение» было фактически синонимом двухтактного каскада[17]. По этой схеме строились первые транзисторные усилители, и продолжают строиться транзисторные усилители радиочастот особо большой мощности[20][18]. Другие достоинства трансформаторной схемы — высокий коэффициент полезного действия и высокий уровень выходной мощности в режиме B, симметричное воспроизведение положительных и отрицательных входных напряжений, подавление нечётных гармоник, простое устройство однополярного источника питания, относительная нечувствительность к разбросу токов покоя двух плеч[20][18][17]. Недостатки — ограниченная полоса пропускания и фазовые искажения реальных трансформаторов, ограничивающие возможность применения обратной связи, и принципиальная невозможность передачи в нагрузку постоянного тока[20][18].

Симметричный двухтактный каскад сходен с дифференциальным каскадом усиления напряжения, также являющимся вариантом параллельной полумостовой схемы[21]. Суммарный ток двух плеч дифференциального каскада ограничен источником стабильного тока в общей цепи эмиттеров, истоков или катодов, — что исключает возможность усиления мощности в экономичном режиме B.

Несимметричное (квазикоплементарное) включение[ | ]

Альтернатива симметричному мосту — мост, в котором идентичные активные приборы включены в левое верхнее и левое нижнее плечи, а источники питания — в правые плечи. Через оба активных прибора протекает общий ток покоя, то есть активные приборы включены по постоянному току последовательно[22]. Верхняя по схеме лампа (транзистор) подключена к нагрузке катодом (эмиттером, истоком) по схеме катодного (эмиттерного, истокового) повторителя входного сигнала. Нижняя по схеме лампа (транзистор) подключена к нагрузке анодом (коллектором, истоком) и работает в режиме инвертирующего усилителя с общим катодом (с общим эмиттером, с общим истоком)[23]. Внутренние сопротивления и коэффициенты усиления ламп (транзисторов) в этих режимах принципиально различаются, поэтому такой мост и называется несимметричным. Подбор коэффициентов предварительного усиления входных сигналов, поступающих на верхнее и нижнее плечо выходного каскада, компенсирует эту асимметрию лишь отчасти: в реальных усилителях необходима глубокая отрицательная обратная связь. Схема чувствительна к разбросу токов покоя двух плеч, а устройство цепей смещения, задающих эти токи, относительно сложно. В ламповых усилителях проблему усугубляет ограничение предельно допустимого напряжения подогреватель-катод, поэтому в ламповой схемотехнике несимметричное включение не прижилось[20][24].

В схемотехнике транзисторных усилителей мощности 1960-х годов, напротив, доминировала несимметричная схема усилителя Лина[20][25]. С одной стороны, она позволила отказаться от трансформаторной связи, заменив её либо емкостной связью, либо непосредственным подключением к нагрузке; с другой — в 1950-е годы промышленность производила мощные транзисторы только pnp-структуры[26]. В середине 1960-х годов им на смены пришли более мощные и более надёжные кремниевые транзисторы, но уже npn-структуры, и только в конце 1960-х промышленность США освоила выпуск комплементарных им pnp-транзисторов[20][26]. К концу 1970-х годов конструкторы линейных УМЗЧ на дискретных транзисторах перешли на комплементарную схему[27], а квазикомплементарная схема по-прежнему применяется в выходных каскадах интегральных усилителей мощности (TDA7294, LM3886 и их многочисленные функциональные аналоги) и в усилителях класса D[28].

Комплементарное включение[ | ]

Замена одного из активных приборов несимметричной схемы на прибор комплементарного ему типа превращает схему в комплементарную. Если выбранные типы выходных транзисторов («комплементарных ламп» не существует[29]) имеют одинаковые динамические характеристики во всём диапазоне рабочих токов, напряжений и частот, то такая схема воспроизводит положительные и отрицательные входные напряжения симметрично (в реальных усилителях асимметрия неизбежна, в особенности на верхней границе частотного диапазона выходных транзисторов). Входной фазорасщепитель более не нужен: на базы или затворы обоих плеч подаётся одно и то же переменное напряжение сигнала (обычно с некоторым постоянным сдвигом напряжения, устанавливающим режим работы выходных транзисторов)[30][31].

Биполярные транзисторы комплементарной схемы могут работать в любом из трёх базовых режимов (, или )[30][31]. В усилителях мощности, работающих на низкоомную нагрузку, биполярные транзисторы обычно включаются по схеме с общим коллектором (комплементарный эмиттерный повторитель, показан на иллюстрации), полевые транзисторы — по схеме с общим стоком (истоковый повторитель)[32]. Такой каскад усиливает ток и мощность, но не напряжение. Распространено и включение транзисторов по схеме с общим эмиттером или общим истоком — именно так устроены буферные усилители КМОП-логики. В этом варианте комплементарный каскад усиливает и ток, и напряжение, и мощность[31]. В выходных каскадах операционных усилителей применяются оба варианта: повторители обеспечивают лучшее быстродействие, а схемы в режиме с общим эмиттером — наибольший размах выходного напряжения[33][34].

Схемы трансформаторных двухтактных каскадов

Двухтактный каскад усиления мощности

4. Схемы трансформаторных двухтактных каскадов

Используются в основном схемы с общим эмиттером и общей базой.

1) Классическая схема с общим эмиттером (работа транзисторов в режиме А. Сопротивления R1,R2- делитель цепи смещения;Rэ- сопротивление термостабилизации, не шунтируется конденсатором, так как при симметрии плеч переменное напряжение на нем не падает из-за противофазности токов плеч. При асимметрии падение переменного напряжения симметрирует плечи (для одного плеча оно образует положительную обратную связь, для другого – отрицательную). Схема работает только в режиме А, так как в режиме В емкости заряжаются при открытых транзисторах и не успевают разрядиться при закрытых, поэтому транзисторы запираются.

2) Схема с дифференциальным каскадом. Вместо сопротивления Rэ можно включить генератор стабильного тока. Транзисторы двухтактного каскада включены по схеме с общим эмиттером. Данная схема обладает минимальной мощностью возбуждения (повышенным коэффициентом усиления), но также бльшими нелинейными искажениями по сравнению со схемой, где транзисторы включены с общей базой.

3) Схема с общей базой. Сопротивления R1, R2- делитель цепи смещения. Схема с общей базой требует на входе дополнительной мощности для возбуждения, поэтому предоконечный каскад должен также быть усилителем мощности. На выходе каскада получаем большую мощность по сравнению со схемой с общим эмиттером при меньших нелинейных искажениях, так как во входной цепи присутствует последовательная отрицательная обратная связь по току. Схемы с общим коллектором в трансформаторном варианте не рассматриваются

5. Безтрансформаторный каскад усиления мощности

Безтрансформаторные каскады обладают меньшими массогабаритными параметрами, в них отсутствуют линейные и нелинейные искажения за счет трансформатора.

1) Схема на комплементарных транзисторах .

Транзистор — n-p-n типа, — p-n-p типа, инверсный каскад не требуется. Транзистор открывается положительной полуволной, транзистор — отрицательной, инверсия фазы происходит в самом каскаде. Транзисторы работают в режиме В. По постоянному току транзисторы включены последовательно, по отношению к сопротивлению нагрузки Rн — параллельно, это позволяет выбирать величину нагрузки, необходимую для согласования с транзисторами. Недостаток схемы – наличие внутренней точки для подачи входного сигнала, два источника сигнала..

Транзисторы включены по схеме с общим коллектором, и схема представляет собой комплементарный эмиттерный повторитель.

Если смещение на базах транзистора отсутствует, то амплитудная характеристика нелинейная. Для устранения нелинейности на базы подают небольшой ток смещения.

2) Схема с цепью смещения. ДиодыVD1,VD2задают смещение порядка 0,7 B, смещение между базами составляет примерно 1,4 B. СопротивленияR1,R2 задают ток смещения Iсм.

Вместо диодов могут быть включены термисторы. Диоды устанавливаются на радиаторы транзисторов, выполняя, таким образом, функцию термокомпенсации.

3) Схема на составных комплементарных транзисторах.

Применяется для увеличения коэффициента усиления и увеличения входного сопротивления. На сопротивленияхR1,R2 задают падение

напряжения по 0,4 B. Напряжение на базо-эмиттерных переходах транзисторовVT1, VT2, тогда смещение между базами транзисторов VT1, VT2 составляет(0,7+0,4)2=2,2 B.Выходные транзисторы VT3, VT4находятся в запертом состоянии, на их базах по 0,4 B, открываются они только сигналом большой амплитуды. При больших мощностях трудно подобрать комплементарную пару, поэтому часто используют выходные транзисторы одинаковой проводимости.

4) Квазикомплементарная схема.

На сопротивлениях R1, R2 задают падение напряжения по0,4 B. Смещение между базами транзисторовVT1, VT2составляет 0,7*2+0,4=1,8 B. Транзисторы VT3, VT4 одинаковой проводимости, но составные пары имеют разную проводимость, так как она определяется проводимостью входных транзисторов.При симметрии плеч через сопротивление нагрузки не протекает постоянный ток, нагрузку можно подключить через разделительный конденсатор и использовать несимметричный источник питания.

5) Квазикомплементарная схема с несимметричным источником питания.

Разделительный конденсатор Cp большой емкости (500-1000 мкФ). Такая емкость необходима при малом сопротивлении нагрузки, чтобы обеспечить искажения не больше заданных. Во время работы VT3 Cp заряжается. При закрытом транзисторе VT3 напряжение на Cp является напряжением питания для транзистораVT4, через который он разряжается. Переменные токи обоих плеч суммируются в фазе. Наличие разделительного конденсатора Cp усложняет конструкцию, но защищает сопротивление нагрузки от тока короткого замыкания в случае пробоя транзисторов, упрощает конструкцию источника питания.

Пара транзисторов VT1, VT3 образуют составной транзистор n-p-n типа, включенный по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Пара транзисторов VT2, VT4 образуют два каскада с общим эмиттером. Выходное напряжение каскада включено в цепь эмиттера транзистора VT2, образуя глубокую последовательную отрицательную связь по напряжению, из-за чего плечо имеет высокое входное, низкое выходное сопротивления, фаза напряжения не поворачивается, коэффициент усиления по напряжению близок к единице, то есть плечо обладает свойствами схемы с общим коллектором, таким образом, достигается симметрия плеч.

Литература:

1. В.Майоров, С.Майоров — Усилительные устройства на лампах, транзисторах и микросхемах

2. Расчет схем на транзисторах. Пер. с англ. – М.: Энергия, 1969

3. Цыкин Г. С. Электронные усилители – М.: Связь, 1965

4. Ксояцкас А. А. Основы радиоэлектроники – М.: В. Ш., 1988

Двухтактный каскад усиления мощности

Информация о работе «Каскады мощного усиления»

Раздел: Коммуникации и связь Количество знаков с пробелами: 14579 Количество таблиц: 0 Количество изображений: 0

Похожие работы

Выходные каскады в режиме В

20137

0

0

… Из (15) видно, что кпд каскада мощного усиления с триодами в режиме В растет с увеличением сопротивления нагрузки, стремясь к при безграничном возрастании Ra~n. Сопротивление нагрузки плеча Ra~n двухтактного каскада в режиме В желательно брать порядка 1,5 Ri или выше, если последнее допустимо с точки зрения отдаваемой каскадом мощности. 3. Каскад с экранированными лампами В режиме В, так же …

Разработка методики расчета межкаскадной корректирующей цепи усилителя на мощных полевых транзисторах

89289

22

30

… простой в применении методики расчета МКЦ необходимой при проектировании сверхширокополосных усилителей. Целью данного дипломного проекта является разработка методики расчета МКЦ сверхширокополосного усилителя на мощных полевых транзисторах, обеспечивающий максимальный коэффициент передачи при заданных неравномерности АЧХ и полосе пропускания. Данная методика необходима для создания интегральных …

Электроника

6023

0

15

6. Библиография…………………………………………………..16 Цель работы: познакомиться с режимами работы транзисторов обоих типов проводимости, рассчитать мощный многокаскадный усилитель, у которого выходной каскад работает в режиме АБ, предварительные в режиме А. 1. Исходные данные: схема выходного каскада – с трансформаторным входом и выходом. 3) Введение Усилителем называют устройство, …

Мощный стереофонический усилитель

30101

8

3

зведения звука. Для мощных стереофонических усилителей в интегральном исполнении используются как пластмассовые корпуса типа DI L, DIP (в последнее время – малогабаритные корпуса типа SO для поверхностного монтажа (SMD), так и корпуса с основанием из металлической пластины (SIP, TABS) или металлические – типа ТО‑3, ТО‑5. К схеме усилителей низкой частоты предъявляются также требования …

Основные свойства[ | ]

Коэффициент полезного действия и потребляемая мощность[ | ]

Предельный теоретический коэффициент полезного действия (КПД) однотактного усилителя гармонического сигнала в режиме A, достижимый лишь при трансформаторной связи с чисто активной нагрузкой, равен 50 %[35]. В реальных однотактных усилителях на транзисторах достигается КПД около 30 %, в ламповых усилителях около 20 % — то есть на каждый Ватт максимальной выходной мощности усилитель потребляет от источника 3…5 Вт[36]. Фактическая же величина мощности, передаваемая в нагрузку, на потребляемую мощность практически не влияет: последняя начинает возрастать лишь при перегрузке каскада[2]. В бестрасформаторных усилителях КПД заметно хуже; в наихудшем случае обычного эмиттерного повторителя с активной нагрузкой предельный теоретический КПД равен лишь 6,25 %[37].

Замена однотактного повторителя на двухтактный повторитель в режиме A, работающий при том же токе покоя и потребляющий от источника питания ту же, примерно постоянную, мощность, увеличивает максимальную выходную мощность в четыре раза, а предельный КПД до 50 %[38]. Перевод двухтактного повторителя в режим B увеличивает предельный теоретический КПД до 87,5 %[39][40]. Максимальная выходная мощность в режиме B ограничена только областью безопасной работы транзисторов, напряжением питания и сопротивлением нагрузки[2]. Мощность, потребляемая каскадом в режиме B, прямо пропорциональна выходному напряжению[41]. Теоретический КПД в 87,5 % достигается при максимальной выходной мощности; с её уменьшением КПД плавно снижается, а относительные потери мощности на транзисторах плавно возрастают[41]. Абсолютные потери мощности, рассеиваемой на транзисторах, также возрастают и достигают пологого максимума в области промежуточных мощностей, когда пиковое значение выходного напряжения составляет примерно 0,4…0,8 от максимально возможного[41][42].

В реальных усилителях качественный характер зависимости сохраняется, но доля потерь возрастает, а значения КПД снижаются. Так, выходной каскад усилителя низких частот, рассчитанного на выходную мощность 100 Вт на нагрузке 8 Ом, на максимальной мощности рассеивает примерно 40 Вт (КПД около 70 %). При снижении выходной мощности вдвое, до 50 Вт, потери мощности на транзисторах возрастают до тех же 50 Вт (КПД 50 %)[43]. Значительно снижение абсолютных потерь мощности наблюдается лишь при уменьшении выходной мощности ниже 10 Вт[43].

Спектральный состав нелинейных искажений[ | ]

Особенность всех двухтактных схем — сниженный удельный вес чётных гармоник в спектре нелинейных искажений[44]. В искажениях, генерируемых одиночными транзисторами или вакуумными триодами в квазилинейном режиме[комм. 1], вплоть до перехода в режим перегрузки, доминирует вторая гармоника[46]. При двухтактном включении двух ламп или транзисторов генерируемые ими вторые, четвёртые и так далее гармоники взаимно компенсируют друг друга[44][47]. В идеально симметричных каскадах чётные гармоники подавляются полностью, искажения формы отрицательной и положительной полуволн сигнала строго симметричны, а спектр искажений состоит исключительно из нечётных гармоник[44]. В реальных двухтактных каскадах полной симметрии добиться невозможно, поэтому в спектрах искажений наблюдаются и чётные гармоники[44]. Распределение гармоник может зависеть и от уровня сигнала, и от его частоты — например, вследствие разницы граничных частот pnp- и npn-транзисторов комплементарной пары[48].

Преобладание нечётных гармоник свидетельствует о зависимости коэффициента передачи каскада от амплитуды входного сигнала: на больших амплитудах коэффициент передачи заметно отклоняется от расчётного[49]. При росте входного сигнала коэффициент усиления может вначале возрастать, но на больших сигналах неизбежно спадает. Спад (сжатие) коэффициента на установленную величину, например, на 1 , и служит критерием перегрузки каскада[50].

Коммутационные искажения[ | ]

Коммутационные искажения при воспроизведении синусоидального сигнала (врезка)
Двухтактные схемы, работающие в режимах B и AB[комм. 2], генерируют специфические нелинейные коммутационные (или комбинационные[4]) искажения при переходе сигнала через ноль[4]. В области малых выходных напряжений, когда один транзистор отключается от нагрузки, а другой поключается к ней, линейная передаточная характеристика каскада приобретает вид ломаной с двумя изгибами или переломами. В наихудшем случае, когда два транзистора или две лампы[57] работают с нулевыми токами покоя, в окрестности нуля оба транзистора выключаются, коэффициент передачи падает до нуля, а на осциллограмме выходного сигнала наблюдается «ступенька». Отрицательная обратная связь не может эффективно подавить такие искажения, так как в проблемной области усилитель фактически отключается от нагрузки[40].

Коммутационные искажения особенно нежелательны при усилении звуковых частот. Порог заметности коммутационных искажений, выраженный по стандартной методике измерения коэффициента нелинейных искажений, составляет всего 0,0005 % (5 ppm)[58]. Чувствительность слуха обусловлена как особым, неестественным спектром коммутационных искажений, так и неестественной зависимостью их уровня от мощности или субъективно воспринимаемой громкости: при снижении выходной мощности коэффициент нелинейных искажений не снижается, а растёт[42].

Единственный способ исключить генерацию коммутационных искажений — перевод каскада в чистый режим А, что на практике обычно невозможно[59][60]. Однако коммутационные искажения можно заметно снизить, задав лишь незначительный постоянный ток покоя выходного каскада[60]. Величина этого тока должна исключать одновременное отключение транзисторов от нагрузки, при этом область, в которой к нагрузке подключены оба транзистора, должна быть как можно уже. На практике конструкторы устанавливают токи покоя биполярных транзисторов на уровне от 10 до 40 мА на каждый прибор; оптимальные токи МДП-транзисторов заметно выше, от 20 до 100 мА на прибор[57]. Целесообразность дальнейшего повышения токов покоя, расширяющего зону действия режима A, зависит от выбранной топологии каскада[57]. Оно может быть оправдано в каскадах на биполярных транзисторах с общим эмиттером[57]. В двухтактных эмиттерных повторителях его, напротив, следует избегать: повышение тока покоя не снижает, а усугубляет коммутационные искажения[57].

Схемотехника выходных каскадов усилителей мощности на транзисторах.

Комментарии[ | ]

1. Квазилинейный режим
   — режим усиления, характеризующийся предсказуемой, плавной зависимостью уровня искажений от амплитуды входного напряжения. По мере его роста уровни второй, третьей, четвёртой и так далее гармоник плавно нарастают в соответствии с расчётным разложением передаточной функции в ряд Тейлора. При достаточно больших амплитудах сигнала схема переходит в режим слабой перегрузки, в котором суммарный коэффициент гармоник растёт быстро, но уровень каждой отдельно взятой гармоники может и нарастать, и падать до нуля. Дальнейший рост входного сигнала порождает сильную перегрузку (амплитудное ограничение, клиппинг) каскада; выходной сигнал принимает форму, близкую к прямоугольной[45].
2. В литературе нет единого мнения о классификации двухтактных транзисторных каскадов, работающих при малых (минимально необходимых) токах покоя. Титце и Шенк[4], Джон Линдси Худ[51], Боб Корделл[52], Пауль Шкритек[53] считают, что такие усилители работают в режиме AB
   . По мнению же Г. С. Цыкина[54], Дугласа Селфа[55] и А. А. Данилова[56] такие каскады работают в
   режиме B
   . С точки зрения второй группы авторов полноценный режим AB начинается при существенно бо́льших токах покоя, при достаточно широкой области работы в чистом режиме A.

Примечания[ | ]

1. ↑ 1234
   Титце и Шенк, т.1, 2008, с. 568.
2. ↑ 123
   Титце и Шенк, т.2, 2008, с. 195.
3. ↑ 12
   Титце и Шенк, т.2, 2008, с. 196.
4. ↑ 1234
   Титце и Шенк, т.2, 2008, с. 198.
5. Титце и Шенк, т.1, 2008, с. 706.
6. ↑ 123
   Титце и Шенк, т.1, 2008, с. 707.
7. ↑ 12
   Соклоф, 1988, с. 111.
8. Amplifier // Van Nostand’s Scientific Encyclopedia / ed. D. M. Considine, G. D. Considine. — Springer, 2013. — P. 149. — 3524 p. — ISBN 9781475769180.
9. Gibilisco, S.
   The Illustrated Dictionary of Electronics, 8th Edition. — McGraw-Hill, 2001. — P. 564. — ISBN 9780071372367.
10. Хайкин, C. Э.
    Словарь радиолюбителя. — Госэнергоиздат, 1960. — С. 89. — (Массовая радиобиблиотека).
11. ↑ 12
    Двухтактный усилитель // Гроза — Демос. — М. : Советская энциклопедия, 1952. — С. 517. — (Большая советская энциклопедия : [в 51 т.] / гл. ред. Б. А. Введенский ; 1949—1958, т. 13).
12. Пушпульный усилитель // Прокат — Раковины. — М. : Советская энциклопедия, 1955. — С. 352. — (Большая советская энциклопедия : [в 51 т.] / гл. ред. Б. А. Введенский ; 1949—1958, т. 35).
13. Каскад усиления (В. М. Родионов)
    — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
14. Self, 2012, p. 111: «Output Triples: At least 7 types».
15. Duncan, 1996, pp. 100—102.
16. Duncan, 1996, p. 114.
17. ↑ 12345
    Цыкин, 1963, с. 54—55.
18. ↑ 12345
    Duncan, 1996, pp. 88—89.
19. Malanowski, G.
    The Race for Wireless: How Radio was Invented (or Discovered). — AuthorHouse, 2011. — P. 142. — ISBN 9781463437503.
20. ↑ 123456
    Self, 2002, p. 30.
21. Лаврентьев, Б. Ф.
    Схемотехника электронных устройств. — М.: ИЦ «Академия», 2010. — С. 128. — ISBN 9785769558986.
22. Цыкин, 1963, с. 273—274.
23. Duncan, 1996, p. 91.
24. Duncan, 1996, pp. 88, 91.
25. Duncan, 1996, p. 96.
26. ↑ 12
    Duncan, 1996, p. 95.
27. Duncan, 1996, p. 103.
28. Duncan, 1996, pp. 108—109.
29. Duncan, 1996, p. 85.
30. ↑ 12
    Цыкин, 1963, с. 275—276.
31. ↑ 123
    Duncan, 1996, p. 92.
32. Self, 2002, p. 106.
33. Barnes, E.
    Current feeback amplifiers II // Analog Dialogue. — 1997. — № Anniversary Edition.
34. Савенко, Н.
    Усилители с токовой обратной связью // Современная радиоэлектроника. — 2006. — № 2. — С. 23.
35. Bahl, 2009, p. 186.
36. Patrick and Fardo, 2008, p. 166.
37. Титце и Шенк, т.2, 2008, с. 193.
38. Duncan, 1996, p. 119.
39. Титце и Шенк, т.2, 2008, с. 195—196.
40. ↑ 12
    Duncan, 1996, p. 127.
41. ↑ 123
    Титце и Шенк, т.2, 2008, с. 197.
42. ↑ 12
    Duncan, 1996, p. 128.
43. ↑ 12
    Cordell, 2011, p. 105.
44. ↑ 1234
    Степаненко, 1977, с. 425.
45. Титце и Шенк, т.1, 2008, с. 484—485.
46. Титце и Шенк, т.1, 2008, с. 64, 484—485.
47. Duncan, 1996, p. 88.
48. Duncan, 1996, p. 93.
49. Титце и Шенк, т.1, 2008, с. 481—482.
50. Титце и Шенк, т.1, 2008, с. 64, 486.
51. Hood, 2006, pp. 163, 176.
52. Cordell, 2011, p. 98.
53. Шкритек, 1991, с. 199—200.
54. Цыкин, 1963, с. 78.
55. Self, 2002, pp. 37, 107.
56. Данилов, 2004, pp. 101—102.
57. ↑ 12345
    Duncan, 1996, p. 129.
58. Duncan, 1996, p. 123.
59. Duncan, 1996, p. 122.
60. ↑ 12
    Титце и Шенк, т.2, 2008, с. 198—199.

Однофазный двухтактный инвертор (12 В/220 В)  

Контекст 1

… В двухтактных ШИМ-инверторах используется базовая схема, показанная на рис. 2. Постоянное напряжение от батареи преобразуется в переменное с помощью пара N параллельных силовых МОП-транзисторов на каждой ножке. Положительное напряжение 12 В постоянного тока от батареи подключается к центральному отводу первичной обмотки трансформатора, тогда как каждая параллельная группа МОП-транзисторов подключается между краем первичной обмотки трансформатора и …

Контекст 2

…. Регулировка выходного напряжения достигается за счет изменения ширины управляющих импульсов полевых МОП-транзисторов и, следовательно, среднеквадратичного значения выходного напряжения. Обычно это делается с помощью системы обратной связи (рис. 2), которая измеряет выходное напряжение инвертора. Когда эта обратная связь определяет, что выходное напряжение начало уменьшаться, инверторы цепи управления МОП-транзисторов увеличивают длительность импульсов, которые включают МОП-транзисторы. МОП-транзистор включается на более длительное время в каждом полупериоде, автоматически корректируя среднеквадратичное значение выходного напряжения…

Контекст 3

… принципиальная схема однофазного двухтактного инвертора приведена на рис. 2. Она состоит из трех частей: цепи управления, двух ветвей переключающих силовых элементов, соединенных параллельно, и трансформатор. Схема инвертора, представленная в этой статье, является маломощной и также используется в качестве зарядного устройства. Выбранный метод ШИМ является основным фактором для скорости переключения МОП-транзисторов и временных задержек в каждом параллельном МОП-транзисторе каждой ветви …

Контекст 4

… сосредоточены в верхнем плече двухтактного инвертора Рис. 2. Для наглядности мы показали приложенный управляющий импульс в верхних ветвях инвертора с амплитудой 6 В и частотой 50 Гц (соответственно T = 20 мс), нарастающий относительно медленно Рис. 4. Тот же управляющий импульс подается на противоположную ветвь, но со сдвигом фазы 180 0 …

Контекст 5

… предположим, что нагрузка выходного трансформатора на рис. 2 рассматривается в схема стока каждой ветви инвертора (рис. 5), рассматривая трансформатор как …

Контекст 6

… между ветвью рассогласования и другими МОП-транзисторами с такими же характеристиками выше (рис. 13 и рис. 17), разница между пиковым током на ветви рассогласования и другими токами отличается примерно в 4 раза . Случай, когда разница пороговых напряжений в два раза, разница пиковых токов в три раза. Скорость нарастания тока в ветви рассогласования (рис. 22) выше, чем скорость нарастания тока в той же ветви (рис. 24). В результате этого несоответствия и разного времени нарастания управляющего сигнала полевой МОП-транзистор в ветви рассогласования может быть поврежден в начале перехода от инвертора переменного тока к инвертору постоянного тока….

Контекст 7

… выше (рис. 13 и рис. 17), разница между пиковым током на ветви рассогласования и другими токами отличается примерно в 4 раза. Случай, когда разница пороговых напряжений в два раза, разница пиковых токов в три раза. Скорость нарастания тока в ветви рассогласования (рис. 22) выше, чем скорость нарастания тока в той же ветви (рис. 24). В результате этого несоответствия и разного времени нарастания управляющего сигнала полевой МОП-транзистор в ветви рассогласования может быть поврежден в начале перехода от инвертора переменного тока к инвертору постоянного тока….

PUSH-PULL DC-AC INVERTER by SM0VPO

PUSH-PULL DC-AC INVERTER

Введение

Получился довольно интересный проект. Все началось как проект для платного заказчика, но я обнаружил, что у схемы довольно много преимуществ по сравнению с предыдущими подобными проектами. По сути, это инвертор для преобразования мощности 12 В постоянного тока во что-то другое…

Вы можете использовать показанную схему для преобразования 12 В постоянного тока в 230 В переменного тока (117 В переменного тока) или даже использовать ее для преобразования 12 В постоянного тока в 24 В постоянного тока. Выходная мощность версии переменного тока составляет около 30 Вт, что достаточно для питания трех экономичных ламп среднего размера (11 Вт) или примерно 8 небольших ламп мощностью 4 Вт, каждая из которых дает такой же свет, как 20-ваттная лампа. Вы даже можете исправить выход, чтобы получить 250 В постоянного тока для питания оборудования клапана.

Версия DC-AC может быть адаптирована для выработки 6 В переменного тока в дополнение к 230 В постоянного тока для портативной эксплуатации старого оборудования на основе ламп (ламп).Например, EL84 будет выдавать более 10 Вт РЧ в диапазоне ВЧ, а эффективность по-прежнему сравнима с транзисторными устройствами. Нагреваемый катод потребляет всего 2 Вт.

Конфигурация 12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока или -12 В постоянного тока обеспечивает ток около 3 ампер при 24 В 65 Вт или -12 В 32 Вт. Для этого вы преобразуете 12 В постоянного тока в 12 В переменного тока, выполняете двухполупериодное выпрямление и подключаете новые изолированные 12 В постоянного тока последовательно с входными 12 В постоянного тока. Тогда ваш выход будет 24 В постоянного тока при 3 амперах для входа 6 ампер. Поменяйте местами диоды и подключите выпрямитель к земле, и вы получите -12 В при токе около 3 ампер для входного тока 3 ампера.См. ниже:

Но в качестве преобразователя постоянного тока в переменный ток точность выходной частоты достаточна для работы часов-радио в течение короткого промежутка времени, без выигрыша или потери более чем на несколько секунд в день. Важным моментом является то, что вы выбираете стабильные конденсаторы и заботитесь о правильной частоте. Вы должны быть в состоянии получить лучше, чем 0,1% с небольшим усилием.

Цепь

Схема состоит из генератора и двухтактного усилителя тока.См. рисунок 1 ниже.

Сердцем генератора сигналов является CD4060, который используется как автономный нестабильный осциллятор и делитель. Выход берется с Q8, что означает, что осциллятор последовательно делится на 2, восемь раз. Общая частота деления составляет 256. Если вы хотите генерировать 60 Гц, генератор настраивается на 60 Гц x 256 = 15 360 Гц. Если вы хотите 50 Гц, установите генератор на 50 Гц x 256 = 12 800 Гц.Конденсатор C2 майларового типа емкостью 2,2 нф (2200 пф). Вы также можете использовать полистирол 2200pf. Важно то, что вы используете стабильную крышку здесь. Керамические конденсаторы использовать нельзя.

Резистор, обозначенный Rx на схеме, состоит из трех последовательно соединенных резисторов. Их необходимо выбрать, чтобы получить правильную частоту. Частотомер здесь необходим. Если у вас нет счетчика, вы можете сравнить частоту с частотой вашей сети с помощью двухканального осциллографа.Вы должны быть в состоянии заставить две трассы оставаться неподвижными. Если вы подключите счетчик к генератору, вы измените частоту, поэтому вместо этого подключите счетчик к контакту 7 (Q4) CD4060 и выберите резисторы на 800 Гц (50 Гц) или 960 Гц (60 Гц).

CD4060 питается от источника постоянного тока 5 В, полученного от микросхемы регулятора 78L05. Мне удалось взорвать эти устройства! Выход защищен, но если у вас слишком высокое напряжение питания, они немного нагреваются. Поэтому я предпочитаю использовать резистор последовательно с источником питания, поэтому дешевый резистор сжигает несколько мВт мощности, тем самым спасая мой 78L05 от чрезмерного входного напряжения.См. R1 на принципиальной схеме.

В моем первом прототипе резисторы на 60 Гц были 10K + 1K0 + 180 Ом (11 180 Ом). В моем втором прототипе мне понадобилось 10К + 3К9 + 680 Ом = 14 580 Ом. Нужно поставить туда резистор 10К и измерить частоту и значение резистора. Если у вас получилось 1036Гц и резистор 9,97К, то используйте формулы:

Обратите внимание, что резистор 10K редко бывает 10K.Резистор 5% может быть до 500 Ом выше или ниже.

Выходной сигнал CD4060 (Q8) буферизуется транзистором общего назначения NPN, TR1, и инвертируется вторым транзистором TR2. Это дает нам две отдельные прямоугольные волны, находящиеся в противофазе.

TR3a, TR4a и TR5a представляют собой каскадные инверторы мощности с общим эмиттером, управляемые от фазы-a. TR3b, TR4b и TR5b представляют собой каскадные инверторы мощности с общим эмиттером, управляемые от фазы b. TR4a и TR5b соединены перекрестно, чтобы обеспечить привод с включением/выключением питания.TR4b и TR5a соединены перекрестно, чтобы обеспечить привод с противоположным включением/выключением питания. Это дает двухтактный привод выходному трансформатору.

Одно из преимуществ этой двухтактной конструкции заключается в том, что всегда имеется привод с низким импедансом к обмотке ведомого трансформатора. Это подавляет всплески и звон трансформатора, но добавьте конденсатор 0,1 мкФ 50 В постоянного тока на трансформатор, если вы хотите быть действительно в безопасности. В приложениях постоянного/постоянного тока выходное напряжение 250 В постоянного тока может в противном случае дрейфовать до 270 В без нагрузки.

Входное напряжение

Показанная схема питается от входа постоянного тока 12 В (13,8 В постоянного тока). На практике вы можете запустить его от 10В до 18В без проблем. Все резисторы 180R состоят из двух резисторов 330R 1/2 Вт, включенных параллельно, чтобы сформировать резистор 170 Ом, 1 Вт. Этот способ дешевле, чем покупка резисторов большей мощности.

Если вы хотите питать инвертор от входа постоянного тока 24 В, замените каждый резистор 330 Ом на 1 кОм 1/2 Вт. Это включает резистор R1, включенный последовательно с регулятором 5v.

Трансформаторы

Как и во всех моих инверторах, я использую трансформаторы с домашней обмоткой или промышленные сетевые трансформаторы с обратным питанием. Если у вас есть хороший 36-ваттный сетевой трансформатор 12В-0-12В, вам нужно только подключить 12В-0 к цепи инвертора. Если у вас есть трансформатор 6В-0В-6В, используйте две клеммы 6В и забудьте о центральном отводе 0В. 6v-0v-6v = 12v-6v-0v, если смотреть с другой точки зрения.

Если вы хотите запустить инвертор от входа 24 В постоянного тока и при этом получить 230 В переменного тока (117 В переменного тока), вы все равно можете использовать эту вторичную обмотку 12 В-0 В-12 В, но использовать всю вторичную обмотку: 12 В-0 В-12 В = 24 В-12 В-0 В .Легко 🙂

Завершенный проект

На макетной плате собран первый прототип. Единственным радиатором, необходимым для обеспечения полной выходной мощности, были припаянные выводы к силовому трансформатору и дополнительному сглаживающему конденсатору. Я включил это для интереса, потому что не всегда нужна печатная плата.

Второй прототип использует печатную плату, но я забыл добавить защитные диоды.Но он хорошо работает и без них, поэтому я включил это для вашего ознакомления.

Вот вид на весь блок в том виде, в котором я его тестировал и применял. Теперь он мне не нужен, потому что я буду собирать последнюю версию с использованием защитных диодов 1N4001, поэтому я отдам этот прототип другу, который может им воспользоваться.

Рисунок фольги печатной платы доступен для скачивания в моем разделе загрузок.Имя файла — «inverter_push-pull.zip».

Я надеюсь, что вы узнали что-то новое и получили удовольствие от этой информации. С наилучшими пожеланиями от Гарри — SM0VPO

Преобразователь постоянного тока в постоянный с использованием двухтактной топологии

в двухтактную топологию: Преобразователи постоянного тока в настоящее время широко применяются в импульсных источниках питания, драйверах двигателей переменного тока, драйверах двигателей постоянного тока и инверторах. Целью этого проекта является преобразование 12 вольт постоянного тока в 311 вольт постоянного тока, что соответствует пиковому напряжению 220 В переменного тока.двухтактная топология используется из-за ее большей мощности, чем понижающий, повышающий и понижающе-повышающий преобразователь. Я уже объяснял широтно-импульсную модуляцию и использование микросхемы SG3525. Потому что я использовал SG3525 в качестве микросхемы ШИМ-контроллера в этом преобразователе постоянного тока в постоянный. Другими компонентами, используемыми в этом проекте, являются трансформатор с ферритовым сердечником, цепь выпрямления и цепь обратной связи.

Если вы не знаете, как использовать ШИМ-контроллер IC SG3525 в режиме напряжения. Я рекомендую вам сначала прочитать следующую статью, прежде чем читать эту статью дальше: SG3525 Контроллер широтно-импульсной модуляции IC понижающий преобразователь, но он имеет изолирующий трансформатор с двумя обмотками привода.Позже я объясню, как сделать высокочастотный трансформатор. Он может использоваться как повышающий или понижающий, в зависимости от коэффициента трансформации высокочастотного трансформатора. В двухтактной топологии требуется фильтр меньшего размера, чем в других типах преобразователей постоянного тока. Несколько выходов могут быть получены путем намотки высокочастотного трансформатора в соответствии с применением. Вам просто нужно увеличить количество выходных обмоток с учетом правильного соотношения витков с первичными витками высокочастотного трансформатора.

 Список компонентов:
Резисторы,"R1",470к,
Резисторы "R2", 10R,
Резисторы "R3", 10R,
Резисторы "R4", 1к,
Резисторы,"R8",1к,
Резисторы,"R9",1к,
Резисторы,"R11",1к,
Резисторы "R5",2.2к,
Резисторы "R6", 22R,
Резисторы,"R7",15к,
Резисторы,"R10",56к,
Конденсаторы, "С1", 68нФ,
Конденсаторы, "С2", 10нФ,
Конденсаторы, "С3", 1нФ,
Конденсаторы "С4", 1 мкФ,
Конденсаторы "С5", 220мкФ/400В,
Интегральные схемы, "U1", UC3525,
Транзисторы, "Q1", IRF3205,
Транзисторы "Q2", IRF3205,
Выпрямительный диод,"BR1",UF4007,
переключатель, "SW1", SW-SPST,
Трансформатор с ферритовым сердечником
аккумулятор "В1",12В,