CN109952704B - 放大器电路和用于运行放大器电路的方法 - Google Patents

放大器电路和用于运行放大器电路的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109952704B
CN109952704B CN201780070355.XA CN201780070355A CN109952704B CN 109952704 B CN109952704 B CN 109952704B CN 201780070355 A CN201780070355 A CN 201780070355A CN 109952704 B CN109952704 B CN 109952704B
Authority
CN
China
Prior art keywords
amplifier circuit
converter
voltage
power stage
generated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780070355.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109952704A (zh
Inventor
C.沃德梅尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Publication of CN109952704A publication Critical patent/CN109952704A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109952704B publication Critical patent/CN109952704B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H03F3/2171—Class D power amplifiers; Switching amplifiers with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H03F3/2173—Class D power amplifiers; Switching amplifiers of the bridge type
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B14/00—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B14/02—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of pulse modulation
    • H04B14/026—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of pulse modulation using pulse time characteristics modulation, e.g. width, position, interval
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/542—Systems for transmission via power distribution lines the information being in digital form
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/548—Systems for transmission via power distribution lines the power on the line being DC
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/02—Details
    • H04L12/10—Current supply arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/20—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F2203/21—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F2203/211—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H03F2203/21161—An output signal dependant signal being measured by current measuring at the output of a power amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5429—Applications for powerline communications
    • H04B2203/5458—Monitor sensor; Alarm systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明是作为线驱动器起作用的放大器电路（2a）和其运行方法，其中DC/DC变换器（1）作为功率级集成到该放大器电路（2a）中。

Description

放大器电路和用于运行放大器电路的方法
技术领域
本发明涉及一种放大器电路以及一种用于运行放大器电路的方法。
背景技术
放大器电路和用于运行所述放大器电路的方法是本身已知的。
从US 2014/0313784 A1中已知一种放大器电路，该放大器电路包括直流电压变换器和两个电分离的开关级。这两个开关级的开关能够借助包括PWM调制器的逻辑块来操控。
在已知的放大器电路中不利的例如是：不利的损耗功率和不再准确的放大比。
火警信号装置和其他的在网络中被合并的、编址的通知设备、诸如烟雾探测器、信号设备、警报设备、例如闪光灯和所谓的音响发声器（喇叭）、输入/输出设备（I/O Device）、中继器、终端和楼层显示器等（在下文中单独地以及共同地简称为现场设备或多个现场设备）通过信号装置线（Melderlinie）来以通信协议、通常所谓的FDnet协议来运行并且通过所述信号装置线并且在通信协议的范畴内被供应电能量。通信协议规定高的电压摆幅（Spannungshub）。通常，这种信号装置线与其余火灾警报***电分离。安装越来越多的现场设备、例如经编址的、所谓的回路音响发声器和闪光灯这一趋势导致在网络的信号装置线上经提高的电流需求。所述线的驱动器应该将所需要的电流提供到现场设备。在所述线上的安装功率的增大则要求更强的线驱动器。经增大的功率需求通过现有解决方案而引起经提高的损耗功率以及电流限制的问题。
在具有标题“Verstärkerschaltung und Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerschaltung（放大器电路和用于运行放大器电路的方法）”的较旧的、未在先公开的欧洲专利申请（申请日：2015年6月1日）15 170 028.3中，描述一种放大器电路和其运行方法，其中该放大器电路包括双侧电绝缘的并且作为放大器起作用的直流电压变换器，其中放大器电路的输出信号借助反馈支路来被反馈到输入侧的求和点上，并且其中直流电压变换器在求和点与输出侧的输出滤波器之间被接通。在电压供应部件和放大部件的分开构造中冗余的电路部件、也即脉冲宽度调制器、第一和第二开关级和DC/DC转换器的输出滤波器被利用用于放大输入信号以及用于直接产生输出信号。
发明内容
本发明的任务在于，与此相对地说明一种还要进一步改善的放大器电路和一种用于运行该放大器电路的方法。
所述任务根据本发明借助具有权利要求1的特征的、作为线驱动器起作用的放大器电路得以解决。该放大器电路包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器作为功率级被集成到放大器电路中。借助DC/DC变换器和所述DC/DC变换器到放大器电路中的集成，输入侧的供应电压Vin从借助放大器电路所产生的输出电压Vout的电分离以如下方式来实现：所期望的输出电压Vout和所期望的输出信号直接地并且在不产生DC中间电压的情况下产生。
本发明的所述方面的优点主要在于，电压变换器的第一开关级的经简化的实施方案。在根据较旧申请的电路中，第一开关级包括输入侧和输出侧的感应式变压器以及两个相反地操控的桥。在在此所建议的电路中，代替这种功率级的是明显更简单的功率级。借助该功率级，输入电压Vin以如下方式和方法被斩断（zerhacken）:恰好产生所期望的输出电压，并且确切地说借助经脉冲宽度调制的如下信号（PWM信号）来产生，所述信号的占空比（接通时间/周期时长）等于：与变压器比乘以输入电压Vin成比例的所期望的输出电压。
此外规定：被集成到放大器电路中的DC/DC变换器作为DC/脉冲变换器起作用并且包括两个电分离的开关级。借助在DC/脉冲变换器的上游接通的逻辑块，能够由PWM信号来生成用于DC/脉冲变换器的开关的操控信号并且能够借助驱动器来以电绝缘的方式馈入到DC/脉冲变换器中。
最终，放大器电路包括优先级块以及第一调节器和第二调节器并且上面所提到的PWM信号能够根据优先级块的输出来被生成。为此，借助优先级块，要么能够转发第一调节器的输出信号，要么能够转发第二调节器的输出信号。借助第一调节器，能够基于预给定的或能够预给定的电压极限值以及在放大器电路之内通过反馈支路所反馈的输出电压来生成第一错误信号。借助第二调节器，能够基于预给定的或能够预给定的电流极限值以及在放大器电路之内通过反馈支路所反馈的输出电流来生成第二错误信号。以这两个调节器的形式，放大器电路针对电流和电压包括各一个调节电路，其以电分离的方式来对初级侧的执行器（Stellglied）（第一开关级）进行操控。
所述执行器斩断（PWM）输入电压Vin并且将输入电压通过受控制的整流器来引导到滤波器上，该滤波器滤出开关频率。
本发明的有利的构型方案是从属权利要求的主题。在此所使用的引用通过相应的从属权利要求的特征来指出对主权利要求的主题的进一步构造方案。其并不应被理解为：放弃实现对经引用的从属权利要求的特征组合的独立的具体的保护。此外，在对从属权利要求中的特征进一步具体化的情况下，鉴于权利要求的设计方案方面应从此出发：这样的限制在分别在前的权利要求中并不存在。在说明书中对从属权利要求的方面的每次参考因此在没有特殊提示的情况下也应明确地解读为对可选特征的描述。
随着通过纳入闪光灯而所需的输出功率的增大使得模拟的（线性的）解决方案变得越来越困难、无效率并且成本及空间耗费。在线性解决方案中，在线性驱动器中总是损耗一定部分的功率。所述损耗功率与上游接通的DC/DC变换器的损耗一起总共为30-40%。在约为50W的输出功率情况下，这几乎为20W。这种损耗功率不再能够利用简单的、低成本的冷却来处理。在错误情况下，甚至必须以一定时间来将总输出功率作为损耗功率来排出，这造成很大问题。一种切换式的解决方案（geschaltete Lösung）可以以高效率来产生输出电压（现场设备电压、信息装置电压），其中在错误情况下，能量并不作为损耗功率来消耗，而是根本还没有被取得。
从迄今已经将DC/DC变换器用于对线性放大器的DC输入电压的稳定化和电分离的状况出发，在此所建议的创新的中心方面在于，将变换器和放大器合并成唯一的开关式的级。
具有在此所建议的电路的电路板将信号装置线驱动器的效率从65%提高到几乎90%。尽管有更复杂的电路，具有1.5A的输出电流的该电路仅仅比具有0.5A的输出电流的现有的线性解决方案略微更贵。而相对于现有解决方案，空间需求则可以减小大约30%。因为在在此所建议的电路中的电流限制装置现在是无损耗的，在故障情况下的行为也得以明显改善。通过使用不同的开关拓扑的可能性，该解决方案在功率方面能够非常好地扩展。
在用于运行这种放大器电路的方法中，放大器的供应电压的常见的、电分离的产生装置以及放大器自身被合并在一个电路中。
在此，在放大器电路和可能的构型方案的上下文中所描述的特征和细节当然也在方法和这种用于运行放大器电路的方法的各个构型方案的上下文中适用，并且分别反之亦然，从而关于本发明的各个方面的公开，始终交互地进行参考或者能够进行参考。
为了避免不必要的重复，针对进一步的描述适用：该方法也能够借助单个或多个方法特征来进一步开发，其涉及由该放大器电路和该放大器电路所包括的装置所实施的方法步骤，并且该放大器电路借助单个或多个装置特征能够相应地被进一步开发，其中所述装置特征涉及如下装置，所述装置用于实施在所述方法的范畴内所实施的方法步骤。
总体上，本发明也是一种装置，所述装置用于操控作为警报设备起作用的开头所提及的类型的现场设备，其具有：如在此和下文中所描述的那样的放大器电路和/或如下放大器电路，所述放大器电路具有用于实施所述运行方法的装置。
附图说明
接下来参照附图进一步阐述本发明的实施例。彼此相应的主题或元件在所有图中配备有相同的附图标记。其中：
图1示出已知的放大器电路，其具有上游接通的DC/DC变换器，用于产生放大器的供应电压；
图2示出根据图1的电路的进一步的细节；
图3示出在此所建议的放大器电路的一种实施方式；
图4示出根据图3的电路的细节；
图5示出关于由根据图3、4的电路所包括的逻辑块的功能的细节；
图6示出根据图5的逻辑块的功能的用符号进行的表示；和
图7示出在运行在此所建议的放大器电路时各个基本信号的时间上的变化过程。
具体实施方式
图1 示出已知的、作为线驱动器（line driver）起作用的放大器电路。这种放大器电路为了产生放大器电路的供应电压而在输入侧具有电绝缘的DC/DC变换器1和下游接通的线性放大器2。在线性放大器2处连接多路复用器电路3，该多路复用器电路将借助线性放大器2所产生的输出电压Vout+，Vout-以切换的方式传递到具有用电器的网络的各个支路上，其中所述用电器尤其是以现场设备4的形式，尤其是烟雾探测器、信号设备、警报设备、输入/输出设备（I/O-Devices）和楼层显示器，其中所述报警设备例如是闪光灯和音响发声器（喇叭）。借助多路复用器电路3，例如也能够切断网络的各个支路，例如具有由于故障的现场设备4引起的短路的支路。
线驱动器以基本上自身已知的方式和方法被确定用于保证和/或改善通过相应传输线路（信号装置线）待传输的电信号的质量。在此所建议的放大器电路作为线驱动器被设置在如下传输线路中，所述传输线路在未示出的中心和现场设备4之间延伸。所述中心产生用于所连接的现场设备4的通过所述传输线路所传送的数据，例如用于对其操控、尤其是用于如下操控：其促使相应现场设备4通过相应线路并且因此在现场设备网络中输出信号或者传送火灾警报以及状态报告，其对现场设备4的或类似设备的测量值进行编码。这种数据由中心作为额定值来输出给输入端voltage set（电压设定）和current set（电流设定）。
借助DC/DC变换器1，以电绝缘的方式由输入电压Vin产生恒定的输出电压（输出直流电压）VDC。对于DC/DC变换器，取决于分别所期望的输出功率地考虑不同的拓扑，即，例如所谓的回扫式拓扑（德语：Sperrwandler（反激式变换器））或所谓的正激式拓扑（德语：Flusswandler（通量变换器））。
与现场设备4的通信根据预给定的协议、例如FDnet协议来进行。在此，在等距的传输周期中没有通信的充电阶段和通信阶段分别接连。在充电阶段期间，进行所连接的现场设备4的能量供应。在通信阶段期间，用于现场设备4的信息通过网络被传输。
借助线性放大器2来进行DC/DC变换器1的输出直流电压VDC的调制，其中该输出直流电压在输入侧输送给该线性放大器2，并且该线性放大器2限制在传输周期期间在传输线路中的电流。得到的、经调制的电压（输出电压Vout）在通信阶段期间实现与现场设备4的通信，其中数据双向地被传输。也在通信阶段期间，在输出电压Vout的高电平期间借助输出电压Vout来给现场设备4供应电能量。
在充电阶段期间，适用用于电流的上极限值并且在传输周期的低相位（lowphase）期间可以采用另一极限值，就如其在图1中的示图中在右上方示意性简化示出的。用于限制输出电压Vout和电流Iout的极限值Vset和Iset能够借助线性放大器2的两个输入端（voltage set（电压设定）或current set（电流设定））来预给定并且在运行中动态地借助所述输入端来预给定。
在图2中的示图以进一步的细节来示出根据图1的线路放大器。据此，DC/DC变换器1包括第一开关级11和第二开关级13。这两个开关级11、13一方面借助变压器12、尤其是功率变压器通过感应耦合以及另一方面借助反馈支路133与连接的光耦合器14来彼此电分离。
第一开关级11包括脉冲宽度调制器110和功率级111。在所示出的实施方式中，半桥作为功率级111起作用。功率级111的其他实施方式同样是可能的，例如流量变换器的所有已知的实施方案或者以不同实施方案、诸如Push-Pull（推挽式）或全桥的反激变换器。在第一功率级111中，待放大的和待传输的、通常以电池缓冲的输入信号Vin被输送。
第二开关级13包括整流器电路131，其对通过变压器12传输的、与由脉冲宽度调制器110所产生的PWM信号相应地经斩断的电压进行整流。在所示出的实施方式中，具有二极管的电路作为整流器电路131（非同步整流）起作用。同步整流同样是可能的，但是是不必要的。
借助滤波器132（输出滤波器）、尤其是作为低通滤波器起作用的、以LC环节（LC-Glied）的形式的滤波器132 ，对经斩断的并且经整流的电压进行滤波，用于获得输出电压VDC。输出电压VDC经由反馈支路133和光耦合器14被输送给脉冲宽度调制器110，用于以经调节的方式来对输出电压VDC稳定化。
线性放大器2根据经由输入端voltage set和current set所预给定的用于最大电压和最大电流的值来对从DC/DC变换器1获得的输出直流电压进行调制。为此，设置第一和第二D/A变换器21、21a（数字模拟转换器；DAC）。
从基于通过输入端voltage set所预给定的电压极限值Vset得出的在第一D/A变换器21的输出端上的值减去通过具有逆***放大装置（1/G）的反馈支路20所反馈的输出电压Vout+，并且将得出的信号输送给第一调节器22。相似地，从基于通过输入端current set所预给定的电流极限值Iset得出的在第二D/A变换器21a的输出端上的值减去通过反馈支路26所反馈的相应输出电流，并且将得出的信号输送给第二调节器22a。
这两个调节器22、22a的输出信号首先被输送给优先级块（Prioritätsblock）23。基于优先级块23，调节器22、22a的输出信号之一在优先级块23的输出端上被输送给前置放大器24。借助优先级块23，对于输出电流（Iout）超出电流极限值（Iset）之一的情况，相对电压极限值（Vset）实现电流极限值（Iset）的优先（优先级）。根据电压是否被保持或基于过电流必须被减小而定，要么电压调节装置（第一调节器22）工作，要么电流调节装置（第二调节器22a）工作。输出电压被保持直至达到电流限制，如果达到最大电流，则其被减小并且最大电流被保持。
借助前置放大器24，功率级25***控，功率级产生输出电压Vout+作为线路放大器的实际输出信号。该输出电压经由多路复用器电路3被输出给现场设备4。
在图3中的示图以如图1中那样的形式示出在此所建议的并且作为线驱动器（linedriver；switched mode line driver（开关式线驱动器））起作用的放大器电路2a的示意性简化的概览图。也参见图1和所属描述，其包括DC/DC变换器1，该DC/DC变换器具有两个彼此电绝缘的开关级11、13（图4），该DC/DC变换器作为在放大器电路2a中的末级起作用。与根据图1和图2的情形不同，在该DC/DC变换器1下游没有接通线性放大器2。相反地，将经修改的DC/DC变换器1集成到放大器电路2a中并且在那里替代模拟的功率级25。与图1、图2中的DC/DC变换器1不同，经修改的DC/DC变换器1并不生成输出直流电压VDC，而是生成电压脉冲并且因此在下文中为了与根据图1、图2的实施方式进行区分而被称为DC/脉冲变换器1。通过省去DC/DC变换器，现在PWM信号不再借助单独的脉冲宽度调制器110（图2）来产生，而是直接借助线驱动器2a来产生，其中所述新的PWM信号与所期望的输出电压相应，而在根据图2的情形中，在那里借助单独的脉冲宽度调制器110所产生的PWM信号则与固定的DC电压相应。PWM信号必须经由借助DC/脉冲变换器1所实现的、在线路放大器的输入和输出侧之间的电分离来被传输。这借助变压器或半导体电路（semiconductor isolator/driver（半导体绝缘体/驱动器））来进行。功率级的数目因此相对于根据图2的电路减小一个功率级。这导致成本节省和经减小的空间需求。
DC/脉冲变换器1可以利用每种类型的正激式拓扑和同步整流来实现。同步整流对于电能量到输入电压Vin的反馈而言是必要的，这是因为在电路之内并不再发生如在已知的线性放大器中的情况下的能量消耗。
图4中的示图以进一步的细节来示出图3中的线驱动器2a和集成在其中的DC/脉冲变换器1。恰好如在图2中示出的实施方式，根据图4的线驱动器2a也包括两个D/A变换器21、21a，用于针对输出电压和输出电流来预给定极限值（voltage set, current set）。
从基于预给定的电压极限值（voltage set）得出的在第一D/A变换器21的输出端上的值减去通过具有逆***放大装置（1/G）的反馈支路20所反馈的输出电压Vout+（恰好如根据图2的实施方式中那样），并且将得出的信号（第一错误信号）输送给第一调节器22。相似地，同样恰好如在根据图2的实施方式中那样，从基于预给定的电流极限值（currentset）得出的在第二D/A变换器21的输出端上的值减去通过反馈支路26所反馈的相应输出电流，并且将得出的信号（第二错误信号）输送给第二调节器22a。这两个调节器22、22a的输出信号之一以取决于通过如在根据图2的实施方式中的优先级块23进行的处理的方式被输送给脉冲宽度调制器24。在所示的实施方式中，比较器作为脉冲宽度调制器24来起作用并且该比较器基于对由优先级块23所转发的错误信号与三角形信号的比较来产生PWM信号。借助三角形信号生成器28基于由时钟生成器29所生成的时钟信号来生成该三角形信号。
PWM信号的转发与变换器1的相应开关拓扑相应地并且与所述开关拓扑的第一开关级和第二开关级11、13相应地来进行。在此将变压器12的构造与由变换器1所包括的开关27a、27b、131a、131b一起理解作为开关拓扑。DC/脉冲变换器1可以利用不同的操控和不同的变压器构造来实现。所使用的开关27a、27b、131a、131b的数目和如何由PWM信号来生成对所述开关27a、27b、131a、131b的操控的方式可以变化并且主要取决于输出功率。在根据图4的实施方式中，第一开关级11包括第一功率级111并且第二开关级13包括第二功率级131，并且对PWM信号的转发借助逻辑块27来进行。功率级111、131被实施为具有同步整流的半桥流量变换器（half bridge forward Converter with synchronous rectification（带有同步整流的半桥正激转换器））。
借助块24通过错误信号（块23的输出）与来自三角形信号生成器28的三角形信号的比较来产生PWM信号。逻辑块27对PWM信号解密，以用于针对各个开关27a、27b、131a和131b来生成拓扑特定的开关模式（Schaltmuster）。由逻辑块27借助两个驱动器27c、27d来以电绝缘的方式将用于开关27a、27b的操控信号馈入到变换器1中并且更确切地说首先馈入到变换器的第一功率级111中。在此，输入电压与由PWM信号解密的开关模式相应地被斩断并且到达变压器12的一次绕组。变压器12的匝数比这样设计，使得根据PWM信号的脉冲/间歇比而定地能够将输出端上的电压调整为所期望的值，所述所期望的值由中心在输入端voltage set上预给定并且通过具有第一调节器22的调节电路20、21、22（第一调节电路20、21、22）以***增益G来放大。如果输出电流面临着要超出在current set处设定的值，则具有第二调节器22a的调节电路26、21a、22a（第二调节电路26、21a、22a）通过优先级块23来减小输出电压Vout。借助变压器12来进行到第二功率级131的电绝缘的传输。在此，经斩断的信号借助由第二功率级131所包括的这两个电子开关131a、131b、尤其是以MOSFET形式的电子开关来整流并且组合。对于传输线路的电容在负边沿期间必须被放电的情况，这两个电子开关131a、131b允许（与图1中的DC/DC变换器1不同地，这在此处是不需要的）从Vin到Vout的能量传输或者可替代地从Vout到Vin的能量传输。在斩断（第一功率级111）之后的经整流的（第二功率级131）信号借助滤波器132（输出滤波器）、尤其是作为低通滤波器起作用的以LC环节形式的滤波器132来被滤波，并且在变换器1的输出端上并且因此在线路放大器的输出端上总体上作为输出电压Vout得出用于对现场设备4供电的脉冲电压。
在图5中的示图示出逻辑块27的功能。脉冲宽度调制器24的输出在逻辑块27中转到（gehen auf）RS环节的复位输入端上（在设定输入端上连接时钟生成器29）并且RS环节的输出作为PWM信号（PWM）借助接下来的与门（UND-Gatter）来被进一步处理，其中所述与门用于产生用于操控驱动器27c、27d和第一功率级111的接下来的开关27a、27b的操控信号SWA、SWB以及用于产生用于操控第二功率级131的电子开关131a、131b的操控信号SRA、SRB。图6示出用于逻辑块27的功能性的脉冲图并且图7示出随着时间各个基本信号的变化过程，其中在图7中最下方示出的信号表示变压器12（在第一功率级111的侧面上）的一次绕组上的电压。
与根据开头所提及的具有标题“Verstärkerschaltung und Verfahren zumBetrieb einer Verstärkerschaltung（放大器电路和用于运行放大器电路的方法）”的、较旧的、未在先公开的欧洲专利申请（申请日：2015年6月1日）的电路相比，得出如下电路，所述电路实现：放弃在较旧的申请中所示出的半桥（在那里在图4中的示图中用附图标记60、62来表示）。上面提及的较旧的申请包括关于本申请中所建议的放大器电路的电路部件的各个基本功能的主要阐述，并且应该据此以所述提示全面地适用作为被包括到在此展示的描述中。
尽管本发明已经详细地通过该实施例被进一步图解并且被描述，本发明并不通过所公开的所述一个或多个示例来因此受限制，并且其他变化方案可以由本领域技术人员从中推导出，而并不偏离本发明的保护范围。
在此提交的说明书的各个重要方面因此能够简短总结如下：所说明的是一种作为线驱动器起作用的放大器电路和一种用于运行放大器电路的方法，其中的特殊性在于，DC/DC变换器作为功率级被集成到所述放大器电路中。
附图标记列表
1 DC/DC变换器，变换器，DC/脉冲变换器
2 线性放大器
2a 放大器电路
3 多路复用器电路
4 现场设备
11 第一开关级
12 变压器
13 第二开关级
14 光耦合器
20 反馈支路
21 D/A变换器
21a D/A变换器
22 调节器
22a 调节器
23 优先级块
24 前置放大器/脉冲宽度调制器
25 功率级
26 反馈支路
27逻辑块
27a，b 开关
27c，d 驱动器
28 三角形信号生成器
29 时钟生成器
110 脉冲宽度调制器
111 第一功率级
131 第二功率级
131a，b 电子开关
132 滤波器
133 反馈支路

Claims (7)

1.放大器电路（2a），所述放大器电路具有DC/DC变换器（1），其中所述DC/DC变换器作为功率级被集成到所述放大器电路（2a）中，
- 其中所述放大器电路（2a）作为传输线路中的线驱动器起作用，其中所述传输线路在中心和连接到所述传输线路上的现场设备（4）之间；
- 其中集成的所述DC/DC变换器（1）作为DC/脉冲变换器（1）起作用；
- 其中所述DC/脉冲变换器（1）包括两个电分离的开关级（11、13）；
- 其中在所述DC/脉冲变换器（1）的上游接通逻辑块（27）；并且
- 其中借助所述逻辑块（27），能够由PWM信号来生成用于所述DC/脉冲变换器（1）的开关（27a、27b）的操控信号并且能够借助驱动器（27c、27d）来以电绝缘的方式馈入到所述DC/脉冲变换器（1）中，其特征在于，
- 所述放大器电路（2a）包括优先级块（23）以及第一调节器（22）和第二调节器（22a）；
- 所述PWM信号能够根据所述优先级块（23）的输出来被生成；
- 借助所述优先级块（23），要么能够转发所述第一调节器（22）的输出信号，要么能够转发所述第二调节器（22a）的输出信号；
- 借助所述第一调节器（22），能够基于预给定的或能够预给定的电压极限值以及在所述放大器电路（2a）之内通过反馈支路（20）所反馈的输出电压来生成第一错误信号；和
- 借助所述第二调节器（22a），能够基于预给定的或能够预给定的电流极限值以及在所述放大器电路（2a）之内通过反馈支路（26）所反馈的输出电流来生成第二错误信号，其中在第一输入端（current set）上和第二输入端（voltage set）上能够通过所述中心来预给定所述电流极限值或所述电压极限值。
2.根据权利要求1所述的放大器电路（2a），
- 其中，所述集成的DC/DC变换器（1）作为DC/脉冲变换器（1）起作用；
- 其中所述DC/脉冲变换器（1）包括电分离的并且借助变压器（12）感应耦合的两个开关级（11、13）；
- 其中所述第一开关级（11）和所述第二开关级（13）分别包括功率级（111、113），即第一功率级（111）、第二功率级（113）；
- 其中借助所述第一功率级（111）能够由被输送给所述第一功率级（111）的输入电压来生成：能够通过所述变压器（12）所传输的、与借助所述放大器电路（2a）能够生成的PWM信号相应地经斩断的电压；和
- 其中借助所述第二功率级（113）能够以相位正确的方式来组成借助所述变压器（12）所传输的经斩断的电压。
3.根据权利要求2所述的放大器电路（2a），
- 其中所述第一功率级（111）包括两个开关（27a、27b）并且所述第二功率级（113）包括两个开关（131a、131b）；和
- 其中能够借助逻辑块（27）来由PWM信号生成用于所述开关（27a、27b、131a、131b）的操控信号。
4.用于运行根据权利要求1至3中任意一项所述的放大器电路（2a）的方法，
- 其中借助所述逻辑块（27）由PWM信号来生成用于所述DC/脉冲变换器（1）的开关（27a、27b）的操控信号，并且借助驱动器（27c、27d）以电绝缘的方式馈入到所述DC/脉冲变换器（1）中；
- 其中根据由所述放大器电路（2a）所包括的优先级块（23）的输出来生成所述PWM信号；
- 其中借助所述优先级块（23）来转发由所述放大器电路（2a）所包括的第一调节器或第二调节器（22、22a）的输出信号；
- 其中借助所述第一调节器（22），基于预给定的电压极限值以及在所述放大器电路（2a）之内通过反馈支路（20）所反馈的输出电压来生成第一错误信号；和
- 其中借助所述第二调节器（22a），基于预给定的电流极限值以及在所述放大器电路（2a）之内通过反馈支路（26）所反馈的输出电流来生成第二错误信号。
5.根据权利要求4所述的方法，
- 其中集成的所述DC/DC变换器（1）作为DC/脉冲变换器（1）起作用，并且包括电分离的以及借助变压器（12）感应耦合的两个开关级（11、13）；
- 其中所述第一开关级（11）和所述第二开关级（13）分别包括功率级（111、113），即第一功率级（111）、第二功率级（113）；
- 其中借助所述第一功率级（111）由被输送给所述第一功率级（111）的输入电压来生成：能够通过所述变压器（12）所传输的、与借助所述放大器电路（2a）能够生成的PWM信号相应地经斩断的电压；并且
- 其中借助所述第二功率级（113）以相位正确的方式来组成借助所述变压器（12）所传输的经斩断的电压。
6.根据权利要求5所述的方法，
- 其中所述第一功率级（111）包括两个开关（27a、27b）并且所述第二功率级（113）包括两个开关（131a、131b）；和
- 其中借助逻辑块（27）来由PWM信号生成用于所述开关（27a、27b、131a、131b）的操控信号。
7.用于操控作为警报设备起作用的现场设备（4）的装置，所述装置具有根据权利要求1至3中任意一项所述的放大器电路（2a）。
CN201780070355.XA 2016-11-14 2017-10-26 放大器电路和用于运行放大器电路的方法 Active CN109952704B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16198640.1A EP3322092A1 (de) 2016-11-14 2016-11-14 Verstärkerschaltung und verfahren zum betrieb einer verstärkerschaltung
EP16198640.1 2016-11-14
PCT/EP2017/077453 WO2018086899A1 (de) 2016-11-14 2017-10-26 Verstärkerschaltung und verfahren zum betrieb einer verstärkerschaltung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109952704A CN109952704A (zh) 2019-06-28
CN109952704B true CN109952704B (zh) 2023-07-21

Family

ID=57345708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780070355.XA Active CN109952704B (zh) 2016-11-14 2017-10-26 放大器电路和用于运行放大器电路的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11552603B2 (zh)
EP (3) EP3322092A1 (zh)
CN (1) CN109952704B (zh)
DE (1) DE202017007564U1 (zh)
WO (1) WO2018086899A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3322092A1 (de) 2016-11-14 2018-05-16 Siemens Schweiz AG Verstärkerschaltung und verfahren zum betrieb einer verstärkerschaltung
DE202019106469U1 (de) * 2019-11-21 2021-02-24 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Schaltung mit einem Stromausgangstreiber zur Ausgabe eines Ausgangsstroms an eine Last
EP3869689A1 (de) 2020-02-21 2021-08-25 Siemens Schweiz AG Verstärkerschaltung und verfahren zu deren betrieb
CN113067553B (zh) * 2021-03-17 2022-09-27 中国科学院近代物理研究所 反馈型脉冲线性放大的电子冷却调制方法及装置
CN115378368B (zh) * 2022-10-26 2023-03-21 成都广众科技有限公司 一种超宽带固态功率放大器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1417104A1 (ru) * 1986-11-26 1988-08-15 Институт Электродинамики Ан Усср Устройство дл централизованной компенсации реактивной мощности
JP2005354860A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 昇降圧型ｄｃ−ｄｃコンバータの制御装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7577223B2 (en) * 2004-06-03 2009-08-18 Silicon Laboratories Inc. Multiplexed RF isolator circuit
US7142140B2 (en) * 2004-07-27 2006-11-28 Silicon Laboratories Inc. Auto scanning ADC for DPWM
US8232667B2 (en) * 2006-02-24 2012-07-31 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc System and method for data transmission over a power line of a switch mode power supply by frequency modulating the switch frequency thereof
JP4857925B2 (ja) * 2006-06-13 2012-01-18 ミツミ電機株式会社 多出力型ｄｃ／ｄｃコンバータ
US8427300B2 (en) * 2009-02-20 2013-04-23 Redwood Systems, Inc. Transmission of power and data with frequency modulation
JP5498347B2 (ja) * 2010-10-20 2014-05-21 株式会社メガチップス Ｐｌｃ／電源ハイブリッド装置および通信機能付き装置
US9391523B2 (en) * 2011-09-23 2016-07-12 Power Integrations, Inc. Controller with constant current limit
US9118239B2 (en) 2012-03-29 2015-08-25 Texas Instruments Incorporated Power supply control method for constant current constant power control
US8767867B1 (en) * 2012-05-16 2014-07-01 Cypress Semiconductor Corporation Integrated control of power supply and power line communications
US9024600B2 (en) * 2012-10-10 2015-05-05 Texas Instruments Incorporated PWM control apparatus for average output current balancing in multi-stage DC-DC converters
US9184668B2 (en) * 2013-03-15 2015-11-10 Flextronics Ap, Llc Power management integrated circuit partitioning with dedicated primary side control winding
US9859803B2 (en) * 2013-04-23 2018-01-02 Analog Devices Global Transformer-based isolated bi-directional DC-DC power converter, and method and controller for using same
US9374855B2 (en) 2013-10-24 2016-06-21 Osram Sylvania Inc. Power line communication for lighting systems
US9712054B2 (en) * 2014-06-13 2017-07-18 Nxp Usa, Inc. Voltage and current limits for electronic device based on temperature range
KR20140094674A (ko) 2014-06-30 2014-07-30 최창준 직류 전력선 통신 제어장치
EP2993800A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-09 LED Driven Holding B.V. Power line communication system
EP3101807A1 (de) 2015-06-01 2016-12-07 Siemens Schweiz AG Verstärkerschaltung und verfahren zum betrieb einer verstärkerschaltung
EP3322092A1 (de) 2016-11-14 2018-05-16 Siemens Schweiz AG Verstärkerschaltung und verfahren zum betrieb einer verstärkerschaltung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1417104A1 (ru) * 1986-11-26 1988-08-15 Институт Электродинамики Ан Усср Устройство дл централизованной компенсации реактивной мощности
JP2005354860A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 昇降圧型ｄｃ−ｄｃコンバータの制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20210013848A1 (en) 2021-01-14
EP3958462A1 (de) 2022-02-23
WO2018086899A1 (de) 2018-05-17
US11552603B2 (en) 2023-01-10
DE202017007564U1 (de) 2022-09-21
EP3322092A1 (de) 2018-05-16
EP3539213A1 (de) 2019-09-18
CN109952704A (zh) 2019-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109952704B (zh) 放大器电路和用于运行放大器电路的方法
US9391503B2 (en) Converter circuit
CN103872918A (zh) 开关功率转换器的次级侧与初级侧之间的数字通信链路
CN109264517A (zh) 一种电梯制动控制装置和方法
US11404903B2 (en) Lighting system including a power backup device
KR20150055735A (ko) 다중 배터리 충전기 및 그 제어방법
JP2019504524A (ja) 複合されたコモンモードインダクタおよび差動信号変圧器
JP7367752B2 (ja) 制御装置、及び太陽光発電システム
CN1941589B (zh) 电功率转换器电路
CN109560527A (zh) 一种混合式直流断路器驱动电路在线取电方法
KR101005441B1 (ko) 러쉬 전류가 감소된 멀티 채널 앰프의 전원 공급 시스템
US7432697B2 (en) Universal input device for a tap changer
US20210021196A1 (en) Insulated power supply circuit
US11451128B2 (en) Floating-ground isolated power supply for an electronic converter
US20180234091A1 (en) Method and circuit arrangement for operating at least one semiconductor switch, method, and power converter for operating an electric machine
US8749150B2 (en) Circuit and method for driving light sources and lighting system
CN104953844A (zh) 双向开关模式电源
JP3368752B2 (ja) 溶接電源装置
JP5578725B2 (ja) リボンマイクロホン回路
CN107210738A (zh) 用于向rf开关提供偏置的控制单元
EP2595300A1 (en) Method for driving an inverter
EP3989425A1 (en) Electronic converter
CN103780062B (zh) 电气机器的安全功能控制
TW200515681A (en) Pulse width modulation power regulator and power supply system thereof
JP2772187B2 (ja) 電源回路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant