RU25819U1 - 2-KEY KEY POWER AMPLIFIER WITH CAPACITIVE LOAD - Google Patents

Description

ДВУХТАКТНЫЙ КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ С ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙTWO-WAY KEY AMPLIFIER WITH CAPACITIVE LOAD

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к гидроакустике, а именно, к устройствам для возбуждения мопщых гидроакустических колебаний в широкополосных пьезоизлучателях, и может быть использована для гидролокации, для звукоподводной связи, в промышленных гидроакустических установках, а также в устройствах вторичного электропитания.The proposed utility model relates to electrical engineering, mainly to hydroacoustic, and in particular, to devices for exciting pulsed sonar vibrations in broadband piezoelectric emitters, and can be used for sonar, for sound transmission, in industrial sonar installations, as well as in secondary power supply devices.

Известен двухтактный ключевой каскад, работающий на фиксированной частоте, содержащий два поочередно коммутируемых ключа с нагрузкой в виде трансформатора со средней точкой и несколькими дополнительными обмотками для управления устройством электропитания (Белов Г.А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи постоянного напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 26-35). Входная обмотка трансформатора работает в режиме последовательного резонанса с ёмкостью, включенной в тиристорный мост. Транзисторный коммутатор предназначен для улучшения формы тока в резонансной цепи трансформатора и обеспечения безопасной и бесперебойной работы тиристоров, возбуждающих мост.Known push-pull key cascade operating at a fixed frequency, containing two alternately switched keys with a load in the form of a transformer with a midpoint and several additional windings for controlling the power supply device (G. Belov. High-frequency thyristor transistor DC voltage converters. - M.: Energoatomizdat , 1987.- S. 26-35). The input winding of the transformer operates in series resonance mode with a capacitance included in the thyristor bridge. The transistor switch is designed to improve the shape of the current in the resonant circuit of the transformer and to ensure the safe and uninterrupted operation of the thyristors exciting the bridge.

Недоста-псом известного устройства является то, что для управления устройством применена двухтактная цифровая схема, открывающая выходные транзисторы поочередно. В результате в коллекторных цепях транзисторов возможно возникновение так называемого сквозного тока в момент их переключения. Это снижает надёжность и экономичность схемы. Поэтому при использовании известной схемы необходимо принимать дополнительные меры для организации токовой паузы, что значительно усложняет исходную конс укцию.The disadvantage of the known device is that a push-pull digital circuit is used to control the device, which opens the output transistors in turn. As a result, the so-called through current at the moment of their switching can occur in the collector circuits of transistors. This reduces the reliability and efficiency of the circuit. Therefore, when using the known scheme, additional measures must be taken to organize the current pause, which significantly complicates the initial construction.

От указанного недостатка свободна предлагаемая полезная модель, являющаяся новым устройством, функционирование которого направлено на организацию нового цикла управления выходным каскадом, что обеспечивает получение расширенного технического результата, а именно предлагается новая четырёхтактная схема зшравления мощным двухтактным ключевым каскадом с резонансной нагрузкой, в результате чего:The proposed utility model, which is a new device, the operation of which is aimed at organizing a new cycle of controlling the output stage, is free from this drawback, which provides an expanded technical result, namely, a new four-cycle scheme for engaging with a powerful push-pull key stage with a resonant load is proposed, as a result of which:

-напряжение, получаемое на емкостной нагрузке, может во много (десятки и сотни) раз превьппать напряжение питания; при этом обеспечивается синусоидальная форма напряжения на нагрузке и постоянство начальной фазы;- the voltage received at a capacitive load can turn supply voltage many (tens and hundreds) times; this ensures a sinusoidal form of voltage at the load and the constancy of the initial phase;

-обеспечивается безопасная работа выходных ключевых транзисторов, так как возникновение сквозных токов при коммутации ключей полностью исключено управляющей схемой;-Safe operation of the output key transistors is ensured, since the occurrence of through currents during switching of keys is completely excluded by the control circuit;

-с применением данной полезной модели пов1лпается коэффициент полезного действия устройств за счёт того, что каждый из выходных ключей возбуждается на время в одну четверть периода выходных колебаний, после чего следует токовая пауза такой же длительности; формирование синусоидальных колебаний обеспечивается за счёт энергии, запасённой в выходном колебательном контуре, что особенно важно для аппаратуры с автономным питанием, ресурс которого ограничен (например, в составе гидроакустического буя).-with the use of this utility model, the efficiency of the devices is increased due to the fact that each of the output keys is excited for a period of one quarter of the period of output oscillations, followed by a current pause of the same duration; the formation of sinusoidal vibrations is ensured by the energy stored in the output oscillating circuit, which is especially important for equipment with autonomous power supply, whose resource is limited (for example, as part of a sonar buoy).

Для достижения технического результата в двухтактный ключевой усилитель с емкостной нагрузкой, содержащий два поочередно коммутируемых ключа с нагрузкой в виде трансформатора со средней точкой и резонансной цепью в одной из обмото1с,введены следующие изменения:To achieve a technical result, the push-pull key amplifier with a capacitive load, containing two alternately switched keys with a load in the form of a transformer with a midpoint and a resonant circuit in one of the windings, has the following changes:

-в качестве резонансного контура использована вторичная обмотка трансформатора, настроенная в П1 аллельный резонанс с ёмкостью нагрузки, что обеспечивает возрастание напряжения на нагрузке до уровня, ограниченного добротностью контура и электрической прочностью изоляции;- as a resonant circuit, the secondary winding of the transformer is used, configured in the P1 allelic resonance with the load capacity, which ensures an increase in the load voltage to a level limited by the quality factor of the circuit and the electrical strength of the insulation;

-цепь управления выходным каскадом вьшолнена четырёхтактной, то есть каждый из выходных ключей возбуждается на время в одну четверть периода выходных колебаний.- the control circuit of the output stage is four-cycle, that is, each of the output keys is energized for a period of one quarter of the period of the output oscillations.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где показана принципиальная схема двухтактного усилителя с емкостной нагрузкой, который состоит из:The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a push-pull amplifier with capacitive load, which consists of:

-задаюпгего мультивибратора на таймере DA1;-I set a multivibrator on the DA1 timer;

-счётного триггера (делителя частоты по модулю 2) на основе DтриггераВВ ;- counting trigger (frequency divider modulo 2) based on D trigger BB;

-логической схемы управления, построенной на двух элементах ЗИНЕ DD2.1 и DD2.2;-logical control scheme built on two elements ZINE DD2.1 and DD2.2;

-двухтактного транзисторного каскада на составных ключах VT1, VT3 и VT2, VT4, коллекторные токи VT3 и VT4 ограничены сопротивлениями Кк1 и Кк2;- a two-stroke transistor cascade on composite switches VT1, VT3 and VT2, VT4, collector currents VT3 and VT4 are limited by the resistances Kk1 and Kk2;

-трансформатора Т1 со средней точкой в первичной обмотке I и вторичной обмоткой II, настроенной в резонанс с ёмкостью нагрузки (пьезопреобразователя BQ1);transformer T1 with a midpoint in the primary winding I and secondary winding II, tuned in resonance with the load capacitance (piezo transducer BQ1);

-диодов VD1 и VD2, образующих цепи иелинейных обратных связей для уменьщения глубины насыщения выходных транзисторов;-diodes VD1 and VD2, forming a chain of nonlinear feedbacks to reduce the saturation depth of the output transistors;

-накопительного конденсатора Сн, обеспечивающего постоянство энергии посылки вне зависимости от сопротивления соединительной линии.- storage capacitor Sn, ensuring the constancy of the energy of the package, regardless of the resistance of the connecting line.

Двухтактный ключевой усилитель с емкостной нагрузкой работает следующим образом.Push-pull key amplifier with capacitive load works as follows.

Цикл управления двухтактным выходным каскадом в течение одного периода колебаний разбит на четыре такта. Частоту возбуждающего сигнала для этого необходимо сделать вдвое больще выходной. Каждый из выходных ключей открывается на время в одну четверть периода выходных колебаний. За этим следует управляемая токовая пауза такой же длительности. За время токовой паузы открывпшйся ранее ключ успевает надёжно закрыться. Все переходные процессы заверщаются раньще, чем подаётся команда к открыTffio следующего ключа. Это надёжно исключает возникновенне сквозного тока.The control cycle of the push-pull output stage during one oscillation period is divided into four clock cycles. For this, the frequency of the exciting signal must be made twice as large as the output. Each of the output keys opens for a period of one quarter of the period of output fluctuations. This is followed by a controlled current pause of the same duration. During the current pause, the previously opened key has time to close reliably. All transients complete before the command is issued to open the next key. This reliably eliminates the occurrence of through current.

Вторичная обмотка трансформатора П образует параллельный резонансный контур с ёмкостыо нафузки BQ1. Формирование синусоидальных колебаний большой амплитуды обеспечивается за счёт энергии, запасаемой в выходном колебательном контуре во время оифытого состояния ключей. Это обеспечивает возрастание напряжения на нагрузке до уровня, ограниченного добротностью контура и электрической прочностью изоляции.The secondary winding of the transformer P forms a parallel resonant circuit with capacitive coupling BQ1. The formation of sinusoidal oscillations of large amplitude is provided due to the energy stored in the output oscillating circuit during the full state of the keys. This ensures that the voltage at the load increases to a level limited by the quality factor of the circuit and the electrical strength of the insulation.

Задающим генератором является мультивибратор DA1, построенный на таймере КР1006ВИ1 по типовой схеме. Частота настройки задающего генератора вдвое больше частопл настройки выходного контура и определяется элементами R1, Ю, С1. Подстроечный резистор R3 служит для точной настройки выходной системы в резонанс. Номинал резистора R2 выбран значительно меньше, чем R1+R3, так как при этом достигается скважность генерируемых импульсов близкая к двум. Предусмотрено управление мультивибратором DA1 по входу Сброс (вход 4). Высокий логический уровень Разрешение на этом входе разрешает генерацию импульсов. Когда уровень сигнала Разрешение генерации меняет уровень с низкого на высокий конденсатор С1, будучи полностью разряженным, заряжается до уровня Еп1/3. Раньше достижения этого порога импульсы на выходе мультивибратора DA1 не формируются. Это даёт возможность обеспечить постоянство начальной фазы колебаний при разрешении генерации.The master oscillator is a DA1 multivibrator, built on the KR1006VI1 timer according to a typical scheme. The tuning frequency of the master oscillator is twice the frequency of tuning the output circuit and is determined by the elements R1, Yu, C1. Trimmer resistor R3 serves to fine-tune the output system to resonance. The value of the resistor R2 is chosen much less than R1 + R3, since this achieves a duty cycle of the generated pulses close to two. You can control the multivibrator DA1 at the input Reset (input 4). High logic level Resolution at this input enables pulse generation. When the level of the signal, the Resolution of generation changes the level from low to high capacitor C1, being fully discharged, it is charged to the level Ep1 / 3. Before reaching this threshold, pulses at the output of the DA1 multivibrator are not formed. This makes it possible to ensure the constancy of the initial phase of oscillations when resolving the generation.

Сигнал с выхода мультивибратора DA1 постзшает на тактовый вход триггера DD1, включенного в режим деления на два. Частота сигнала, формируемого на его выходе, равна частоте резонансной настройки выходного контура.The signal from the output of the multivibrator DA1 is on the clock input of the trigger DD1, included in the mode of division by two. The frequency of the signal generated at its output is equal to the frequency of the resonant tuning of the output circuit.

Противофазные выходы триггера подключены ко входам элементов ЗИ-НЕ DD2,1 и DD2.2. Изменение состояний выходов триггера поочередно разрешает установку в низкий логический уровень выходов микросхемы 9The out-of-phase outputs of the trigger are connected to the inputs of the ZI-NOT elements DD2,1 and DD2.2. Changing the status of the trigger outputs, one by one, allows setting the microcircuit outputs 9 to a low logical level

DD2.1 и 6 DD2.2, если на входе Разрешение присутствует высокий логический уровень.DD2.1 and 6 DD2.2, if at the input Resolution there is a high logic level.

Входы 8 и 4 логических элементов DD2.1 и DD2.2 связаны с управляюпщм входом Разрешение генерации, который управляет и мультивибратором DA1. Таким образом, наличие низкого уровня на входе Разрешение генерации запрещает работу мультивибратора DA1 и запрещает установку выходов DD2.1 и DD2.2 в низкий уровень, что в свою очередь запрещает открытие выходных ключей независимо от состояния триггера.Inputs 8 and 4 of logic elements DD2.1 and DD2.2 are connected to the control input Generation Enable, which also controls the DA1 multivibrator. Thus, the presence of a low level at the input. Generation enable prohibits the operation of the DA1 multivibrator and prohibits the DD2.1 and DD2.2 outputs from being set to a low level, which in turn prevents the opening of output keys regardless of the state of the trigger.

Если сигнал Разрешение генерации имеет высокий логический уровень, начинает работать мультивибратор DA1 и счётный триггер DD1. Сигнал возбуждения от мультивибратора DA1 подаётся непосредственно на третьи входы 2 элементов DD2.1 и 3 DD2.2. Таким образом, за один период выходных колебаний выходы элементов 9 DD2.1 и 6 DD2.2 имеют низкий уровень в течение одной четверти периода.If the Generation Resolution signal has a high logic level, the DA1 multivibrator and the DD1 counting trigger begin to work. The excitation signal from the multivibrator DA1 is fed directly to the third inputs of 2 elements DD2.1 and 3 DD2.2. Thus, for one period of output oscillations, the outputs of the elements 9 DD2.1 and 6 DD2.2 have a low level for one quarter of the period.

В схеме используются два источника питания +Еп1 и +Еп2. Первый обеспечивает питание таймера, триггера и логических схем. С ним связаны эмиттеры транзисторов VT1 и VT2. Второй источник имеет более высокое напряжение и обеспечивает питание коллекторных цепей транзисторов VT3, VT4. Величина этого нахфяжения вместе с уровнями выходных токов, ограниченных резисторами Кк1 и Кк2, определяет мощность сигнала в нагрузке.The circuit uses two power supplies + Ep1 and + Ep2. The first provides power to the timer, trigger, and logic circuits. The emitters of transistors VT1 and VT2 are connected with it. The second source has a higher voltage and provides power to the collector circuits of transistors VT3, VT4. The magnitude of this tension, together with the levels of output currents limited by the resistors Kk1 and Kk2, determines the signal power in the load.

При установке низкого логического уровня на выходе 9 элемента DD2.1 открывается ключ VT1, который в свою очередь открывает выходной ключ VT3. Низкий уровень на выходе 6 элемента DD2.2 открывает ключи VT2,VT4.When setting a low logic level at the output 9 of the DD2.1 element, the VT1 key is opened, which in turn opens the VT3 output key. A low level at the output 6 of the DD2.2 element opens the keys VT2, VT4.

Диоды VD1 и VD2 образуют цепи нелинейной обратной связи для уменьшения глубины насыщения выходных транзисторов VT3 и VT4. Резисторы Кк1, Кк2 в цепях коллекторов выходиых транзисторов ограничивают ток по уровню. С одной стороны это необходимо для обеспечения области безопасной работы транзисторов, с другой - для исключения перемагничивания сердечника выходного трансформатора.Diodes VD1 and VD2 form a non-linear feedback circuit to reduce the saturation depth of the output transistors VT3 and VT4. Resistors Kk1, Kk2 in the collector circuits of the output transistors limit the current level. On the one hand, this is necessary to ensure the safe operation of transistors, on the other hand, to prevent magnetization reversal of the core of the output transformer.

Частота выходного сигнала равна частоте настройки в параллельный резонанс выходной обмотки П трансформатора Т1 и ёмкостной нагрузкн преобразователя BQ1, эта частота вдвое меньше частоты, формируемой задающим мультивибратором DA1.The frequency of the output signal is equal to the tuning frequency in the parallel resonance of the output winding P of the transformer T1 and the capacitive load of the BQ1 converter, this frequency is half the frequency generated by the master multivibrator DA1.

Цредлагаемая полезная модель требует минимума расчётов при конструировании и содержит малое число элементов для реализации. С её использованием удешевляется конструкция устройств, так как не требуется применение многообмоточных трансформаторов для использования в дополнительных цепях.The proposed utility model requires a minimum of calculations in the design and contains a small number of elements for implementation. With its use, the design of devices is reduced in price, since the use of multi-winding transformers for use in additional circuits is not required.

Заявляемая полезная модель промыпшенно применима, так как при её реализации могут быть использованы широко распространённые компоненты и устройства. Авторы: Заявитель: Представитель заявителя ТОВМИ У числ Дата: (Ласкуткин И.А) (Литвиненко Е.Я.) (Долгих В.Н.) (Ласкуткин И. А.) в А.Ф.) месяц: 1ССThe inventive utility model is industrially applicable, since its implementation can use widespread components and devices. Authors: Applicant: Representative of the applicant TOVMI Date: (Laskutkin I.A.) (Litvinenko E.Ya.) (Dolgikh V.N.) (Laskutkin I.A.) in A.F.) month: 1CC

Claims (1)

Двухтактный ключевой усилитель с емкостной нагрузкой, содержащий два поочередно работающих ключа с нагрузкой в виде трансформатора со средней точкой и резонансной цепью в одной из обмоток, отличающийся тем, что в качестве резонансного контура использована вторичная обмотка трансформатора, настроенная в параллельный резонанс с емкостью нагрузки, обеспечивающий возрастание напряжения на нагрузке до уровня, ограниченного добротностью контура, и синусоидальную форму напряжения на ней, а цепь управления выходным каскадом выполнена четырехтактной с возможностью возбуждения каждого из выходных ключей на время в одну четверть периода выходных колебаний.

A push-pull key amplifier with a capacitive load, containing two alternately working keys with a load in the form of a transformer with a midpoint and a resonant circuit in one of the windings, characterized in that the secondary winding of the transformer configured in parallel resonance with the load capacitance is used as a resonant circuit, providing the voltage on the load increases to a level limited by the quality factor of the circuit, and the sinusoidal form of voltage on it, and the control circuit of the output stage is made four ektactnoe with the ability to excite each of the output keys for a time of one quarter of the period of output oscillations.