RU2765783C1

RU2765783C1 - Bridge switching power amplifier

Info

Publication number: RU2765783C1
Application number: RU2021104922A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Чирков; Владимир Владимирович Колмаков
Original assignee: Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва»
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-02-02

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to pulse power amplifiers, and can be used in transformerless amplifiers with pulse-width modulation to control two-phase electric motors in servo drives. The effect is achieved by the fact that the power transistors of conductivity p-n-p and n-p-n are connected according to the complementary scheme and feedback is introduced from the outputs of the half-bridge circuits to control the upper transistors of the amplifier.

EFFECT: increasing the reliability of a switching power amplifier by eliminating uncontrolled through currents in power transistors when they are switched.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике в частности к импульсным усилителям мощности и может быть использовано в бестрансформаторных усилителях с широтно-импульсной модуляцией для управления двухфазными электродвигателями в следящих приводах.The invention relates to electrical engineering, in particular to pulse power amplifiers and can be used in transformerless amplifiers with pulse-width modulation for controlling two-phase motors in servo drives.

Известен мостовой усилитель мощности (авторское свидетельство №581568 25.11.77), выбранный в качестве прототипа, который содержит два двухтактных каскада, выполненных на включенных последовательно по постоянному току транзисторах, подключенных к источнику питания, между выходами которых включена нагрузка, первый двухтактный каскад выполнен на транзисторах противоположного типа проводимости, базы которых объединены и являются входом мостового усилителя мощности, а эмиттеры соединены с нагрузкой. Второй двухтактный каскад выполнен на транзисторах противоположного типа проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, базы которых через резисторы соединены с входом мостового усилителя мощности, при этом эмиттеры транзисторов первого двухтактного каскада подключены к общей шине. Known bridge power amplifier (author's certificate No. 581568 11/25/77), selected as a prototype, which contains two push-pull cascades, made on transistors connected in series with direct current, connected to a power source, between the outputs of which the load is switched on, the first push-pull cascade is made on transistors of the opposite type of conductivity, the bases of which are combined and are the input of the bridge power amplifier, and the emitters are connected to the load. The second push-pull stage is made on transistors of the opposite type of conductivity, connected according to a common emitter circuit, the bases of which are connected through resistors to the input of the bridge power amplifier, while the emitters of the transistors of the first push-pull stage are connected to a common bus.

Существенным недостатком известного мостового усилителя мощности является то, что длительность времени выключения транзисторов 3, 4 превышает длительность времени включения этих транзисторов. При этом в момент переключения оба транзистора могут находиться в открытом состоянии, что приводит к возникновению неуправляемого сквозного тока через транзисторы 3, 4. Такой режим работы снижает надежность мостового усилителя мощности. К недостаткам известного мостового усилителя мощности можно отнести необходимость применения двухполярного источника питания и отсутствие возможности использования входного управляющего сигнала логического уровня, что ограничивает область его применения.A significant disadvantage of the known bridge power amplifier is that the turn-off time of the transistors 3, 4 exceeds the turn-on time of these transistors. At the same time, at the moment of switching, both transistors can be in the open state, which leads to the appearance of an uncontrolled through current through transistors 3, 4. This mode of operation reduces the reliability of the bridge power amplifier. The disadvantages of the known bridge power amplifier include the need to use a bipolar power supply and the inability to use a logic-level input control signal, which limits its scope.

Для заявленного изобретения и прототипа выявлены следующие общие существенные признаки: мостовой импульсный усилитель мощности, состоящий из инвертора, первого полумостового усилителя, построенного на составных транзисторах, включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами и резисторного делителя, а также второго полумостового усилителя, построенного на составных транзисторах, включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами и резисторного делителя.For the claimed invention and prototype, the following common essential features have been identified: a bridge switching power amplifier, consisting of an inverter, the first half-bridge amplifier built on composite Darlington transistors, which are shunted by diodes and a resistor divider, as well as a second half-bridge amplifier built on composite transistors connected according to the Darlington circuit, which are shunted by diodes and a resistor divider.

Технической проблемой настоящего изобретения является повышение надежности мпульсного усилителя мощности за счет исключения сквозных неуправляемых токов силовых транзисторов и расширение области его применения.The technical problem of the present invention is to increase the reliability of a switching power amplifier by eliminating through uncontrolled currents of power transistors and expanding the scope of its application.

Указанная техническая проблема решается тем, что в мостовом усилителе мощности, состоящим из инвертора, первого полумостового усилителя, построенного на составных транзисторах, включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами и резисторного делителя, а также второго полумостового усилителя, построенного на составных транзисторах, включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами и резисторного делителя, согласно заявленному изобретению входной сигнал логического уровня поступает на вход нижнего составного транзистора первого полумостового усилителя, а через инвертор входной сигнал поступает на вход нижнего составного транзистора второго полумостового усилителя, для управления верхними составными транзисторами первого полумостового усилителя через резисторный делитель заведена обратная связь с выхода второго полумостового усилителя, а для управления верхними составными транзисторами второго полумостового усилителя, через резисторный делитель заведена обратная связь с выхода первого полумостового усилителя.This technical problem is solved by the fact that in a bridge power amplifier consisting of an inverter, the first half-bridge amplifier built on composite transistors connected according to the Darlington circuit, which are shunted by diodes and a resistor divider, as well as the second half-bridge amplifier built on composite transistors connected according to Darlington circuit, which are shunted by diodes and a resistor divider, according to the claimed invention, the input logic level signal is fed to the input of the lower composite transistor of the first half-bridge amplifier, and through the inverter, the input signal is fed to the input of the lower composite transistor of the second half-bridge amplifier, to control the upper composite transistors of the first half-bridge amplifier Feedback from the output of the second half-bridge amplifier is connected through the resistor divider, and feedback is introduced through the resistor divider to control the upper composite transistors of the second half-bridge amplifier. b from the output of the first half-bridge amplifier.

Заявленный мостовой усилитель мощности состоит из инвертора 1, первого полумостового усилителя построенного на составных транзисторах 4, 5 и 6, 7 включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами 8, 9 и резисторного делителя 2, 3, а так же второго полумостового усилителя построенного на составных транзисторах 12, 13 и 14, 15 включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами 10, 11 и резисторного делителя 16, 17, при этом входной сигнал логического уровня подается на вход нижнего составного транзистора 6, 7 первого полумостового усилителя, а через инвертор 1 входной сигнал подается на вход нижнего составного транзистора 14, 15 второго полумостового усилителя, для управления верхними составными транзисторами 4, 5 первого полумостового усилителя через резисторный делитель 2, 3 заведена обратная связь с выхода второго полумостового усилителя, а для управления верхними составными транзисторами 12, 13 второго полумостового усилителя, через резисторный делитель 16, 17 заведена обратная связь с выхода первого полумостового усилителя.The claimed bridge power amplifier consists of an inverter 1, the first half-bridge amplifier built on composite transistors 4, 5 and 6, 7 connected according to the Darlington circuit, which are shunted by diodes 8, 9 and a resistor divider 2, 3, as well as the second half-bridge amplifier built on composite transistors 12, 13 and 14, 15 connected according to the Darlington circuit, which are shunted by diodes 10, 11 and a resistor divider 16, 17, while the input logic level signal is applied to the input of the lower composite transistor 6, 7 of the first half-bridge amplifier, and through the inverter 1 the input the signal is fed to the input of the lower composite transistor 14, 15 of the second half-bridge amplifier, to control the upper composite transistors 4, 5 of the first half-bridge amplifier through a resistor divider 2, 3, feedback from the output of the second half-bridge amplifier is introduced, and to control the upper composite transistors 12, 13 of the second half-bridge amplifier, through a resistor divider 16, 17 feedback is provided from the output of the first half-bridge amplifier.

Мостовой импульсный усилитель мощности, схема которого приведена на фиг.1, работает следующим образом. На вход составного транзистора 6,7 подается сигнал «Лог. 1», при этом на вход составного транзистора 14, 15 через инвертор 1 подается сигнал «Лог. 0», после чего составной транзистор 6,7 переходит в открытое состояние, а составной транзистор 14, 15 в закрытое состояние.При этом на выходе первого полумостоворго усилителя формируется напряжение минус Uп, которое через резисторный делитель 16, 17 поступает на вход составного транзистора 12, 13 и переводит его в открытое состояние. При этом на выходе второго полумостового усилителя формируется напряжение плюс Uп, которое через резисторный делитель 2, 3 поступает на вход составного транзистора 4, 5, удерживая его в закрытом состоянии. При изменении логического уровня на входе мостового усилителя, состояние всех составных транзисторов изменяется соответственно: составные транзисторы 4,5 и 14,15 переходят в открытое состояние, а составные транзисторы 6, 7 и 12, 13 в закрытое состояние.При этом на выходе первого полумостового усилителя формируется напряжение плюс Uп, а на выходе второго полумостового усилителя минус Uп.Bridge switching power amplifier, the circuit of which is shown in figure 1, operates as follows. The signal “Log. 1”, while the signal “Log. 0", after which the composite transistor 6.7 goes into the open state, and the composite transistor 14, 15 into the closed state. At the same time, a voltage minus Up is formed at the output of the first half-bridge amplifier, which, through a resistor divider 16, 17, is fed to the input of the composite transistor 12 , 13 and puts it in the open state. At the same time, a voltage plus Up is formed at the output of the second half-bridge amplifier, which, through a resistor divider 2, 3, enters the input of the composite transistor 4, 5, keeping it in the closed state. When the logic level at the input of the bridge amplifier changes, the state of all composite transistors changes accordingly: composite transistors 4.5 and 14.15 go into the open state, and composite transistors 6, 7 and 12, 13 into the closed state. At the same time, at the output of the first half-bridge amplifier, a voltage plus Up is formed, and at the output of the second half-bridge amplifier minus Up.

Отсутствие сквозных неуправляемых токов через комплементарные пары транзисторов 5,7 и 12, 14,при их переключении,обеспечивается прохождением напряжения база-эмиттер каждого транзистора через режим отсечки при смене полярности сигнала на переходах база-эмиттер верхних и нижних ключей, в связи с тем, что базы и эмиттеры этих транзисторов объединены попарно. The absence of through uncontrolled currents through complementary pairs of transistors 5,7 and 12, 14, when they are switched, is ensured by the passage of the base-emitter voltage of each transistor through the cut-off mode when the signal polarity is reversed at the base-emitter junctions of the upper and lower keys, due to the fact that that the bases and emitters of these transistors are combined in pairs.

Данное изобретение предназначено для применения в блоках управления приводами, разрабатываемых АО «ИСС», в качестве в бестрансформаторных усилителей с широтно-импульсной модуляцией для управления двухфазными электродвигателями в следящих приводах.This invention is intended for use in drive control units developed by ISS JSC as transformerless amplifiers with pulse-width modulation for controlling two-phase electric motors in servo drives.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.Of the patent information materials known to the applicant, no signs similar to the set of signs of the claimed object were found.

Claims

Мостовой импульсный усилитель мощности, состоящий из инвертора, первого полумостового усилителя, построенного на составных транзисторах, включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами, и резисторного делителя, а также второго полумостового усилителя, построенного на составных транзисторах, включенных по схеме Дарлингтона, которые шунтированы диодами, и резисторного делителя, отличающийся тем, что входной сигнал логического уровня поступает на вход нижнего составного транзистора первого полумостового усилителя, а входной сигнал через инвертор поступает на вход нижнего составного транзистора второго полумостового усилителя, для управления верхними составными транзисторами первого полумостового усилителя через резисторный делитель заведена обратная связь с выхода второго полумостового усилителя, а для управления верхними составными транзисторами второго полумостового усилителя через резисторный делитель заведена обратная связь с выхода первого полумостового усилителя.Bridge switching power amplifier, consisting of an inverter, the first half-bridge amplifier, built on composite Darlington transistors, which are shunted by diodes, and a resistor divider, as well as a second half-bridge amplifier, built on composite Darlington transistors, which are shunted by diodes , and a resistor divider, characterized in that the input logic level signal is fed to the input of the lower composite transistor of the first half-bridge amplifier, and the input signal through the inverter is fed to the input of the lower composite transistor of the second half-bridge amplifier, to control the upper composite transistors of the first half-bridge amplifier through a resistor divider feedback from the output of the second half-bridge amplifier, and to control the upper composite transistors of the second half-bridge amplifier, feedback from the output of the first half-bridge amplifier is introduced through a resistor divider.