Усилитель мощности
POWER AMPLIFIER

Изобретение относится к области автоматического регулирования, а конкретно к приборам, обеспечивающим усиление управляющих сигналов до величин, необходимых для наведения и стабилизации инерционных объектов, например, усилителей мощности электрических приводов наведения и стабилизации артиллерийского вооружения подвижных объектов.
Особенностью современных усилителей мощности является наличие в них устройств, обеспечивающих диагностику исправного состояния силовой части усилителя мощности перед подачей силового питания на исполнительный электродвигатель.
Известен усилитель мощности, реализованный в изделии БОС [Блок одноосной стабилизации АЮИЖ.461324.007 РЭ, АО «ВНИИ «Сигнал», г. Ковров, 2008 г.] (принятый за прототип), предназначенный для усиления управляющих сигналов в приводе наведения и стабилизации указателя истинного горизонта, используемого в системе обеспечения посадки вертолета на палубу корабля.
Этот усилитель мощности содержит (фиг. 1) формирователь управляющих сигналов 1, на вход которого поступает сигнал «Пуск», а выход через нормально замкнутый контакт первого коммутатора 2 соединен с входом силового усилителя 3. На нормально разомкнутый контакт первого коммутатора 2 поступает входной сигнал. Выход силового усилителя 3 через датчик напряжения 4 и нормально замкнутый контакт силового коммутатора 10 соединен с балластным резистором 11. К нормально разомкнутому контакту силового коммутатора 10 подключена нагрузка (исполнительный электродвигатель). Усилитель мощности содержит схему «И» 5, первый вход которой соединен с выходом первого коммутатора 2, второй вход соединен с выходом датчика напряжения 4, а выход - с входом схемы «НЕ» 6 и входом первого триггера Шмитта 7. Выход первого триггера Шмитта 7 соединен с управляющими входами первого коммутатора 2 и силового коммутатора 10. Выход схемы «НЕ» 6 соединен с входом второго триггера Шмитта 8. Также усилитель мощности содержит второй коммутатор 9, через нормально замкнутый контакт которого силовое питание поступает на второй вход силового усилителя 3. Выход второго триггера Шмитта 8 соединен с управляющим входом второго коммутатора 9. Диагностика исправного состояния силовой части данного усилителя мощности перед подачей силового питания на исполнительный электродвигатель проводится следующим образом. По сигналу «Пуск» формирователь управляющих сигналов 1 формирует пакет стимулирующих сигналов, состоящий из двух разнополярных импульсов длительностью порядка двух секунд каждый. Этот пакет стимулирующих сигналов через нормально замкнутый контакт первого коммутатора 2, силовой усилитель 3, датчик напряжения 4 и нормально замкнутый контакт силового коммутатора 10 поступает на балластный резистор 11. Балластный резистор 11 используется при диагностике исправного состояния силовой части усилителя мощности для того, чтобы стимулирующие сигналы не перемещали нагрузку усилителя мощности в процессе диагностики. Номинал балластного резистора 11 выбран таким, чтобы выходной ток силового усилителя 3 не превысил допустимых значений для его активных элементов. Одновременно с выхода первого коммутатора 2 пакет стимулирующих сигналов поступает на первый вход схемы «И» 5. На второй вход схемы «И» 5 поступают сигналы с выхода датчика напряжения 4. Схема «И» 5 построена таким образом, что при совпадении сигналов на первом и втором входах схемы «И» 5 по знаку и величине (это характерно для исправного усилителя мощности), на выходе схемы «И» 5 появляется сигнал, переключающий первый триггер Шмитта 7 в состояние, обеспечивающее переключение первого коммутатора 2 и силового коммутатора 10. После этого первый коммутатор 2 подключает к входу силового усилителя 3 входной сигнал, а силовой коммутатор 10 подключает к выходу датчика напряжения 4 нагрузку. В этом состоянии усилитель мощности осуществляет управление нагрузкой под действием входного сигнала. В случае несовпадения сигналов на первом и втором входах схемы «И» 5 по знаку и величине (это характерно для неисправного усилителя мощности) на выходе схемы «И» 5 появляется сигнал, по которому переключается сигнал на выходе схемы «НЕ» 6 и затем на выходе второго триггера Шмитта 8, а значит и на управляющем входе второго коммутатора 9. После этого второй коммутатор 9 отключает силовое питание от усилителя мощности, тем самым запрещая его работу как не прошедшего диагностику.
К недостатку данного усилителя мощности относятся проблемы с обеспечением диагностики исправного состояния силовой части усилителя мощности перед подачей силового питания на исполнительный электродвигатель, а именно с необходимостью использования в процессе диагностики силового коммутатора 10, который выбирается по мощности, обеспечивающей пропускание тока нагрузки в течение всего времени работы усилителя мощности. Наличие постоянно включенного силового коммутатора 10 снижает общую надежность работы усилителя мощности и увеличивает его электропотребление.
Изобретение направлено на повышение одной из основных технических характеристик, а именно надежности усилителя мощности, а также на снижение общего энергопотребления.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в усилитель мощности, содержащий формирователь управляющих сигналов, на вход которого поступает сигнал «Пуск», последовательно соединенные первый коммутатор, силовой усилитель и датчик напряжения, выход которого соединен с нагрузкой, причем разомкнутый контакт первого коммутатора соединен с источником входного сигнала, схему «И», первый вход которой соединен с выходом первого коммутатора, второй вход соединен с выходом датчика напряжения, выход схемы «И» соединен с входом схемы «НЕ» и входом первого триггера Шмитта, выход первого триггера Шмитта соединен с управляющим входом первого коммутатора, выход схемы «НЕ» соединен с входом второго триггера Шмитта, а также второй коммутатор, через нормально замкнутый контакт которого силовое питание поступает на второй вход силового усилителя, а выход второго триггера Шмитта соединен с управляющим входом второго коммутатора, введен дискриминатор, вход которого соединен с выходом формирователя управляющих сигналов, а выход - с замкнутым контактом первого коммутатора.
Материалы заявки поясняются фигурами, где представлены:
на фиг. 1 - блок-схема усилителя мощности, принятого за прототип;
на фиг. 2 - блок-схема предлагаемого усилителя мощности.
Предлагаемый усилитель мощности (фиг. 2) содержит формирователь управляющих сигналов 1, на вход которого поступает сигнал «Пуск» и последовательно соединенные первый коммутатор 2, силовой усилитель 3, выход которого через датчик напряжения 4 соединен с нагрузкой. На разомкнутый контакт первого коммутатора 2 поступает входной сигнал. Усилитель мощности также содержит схему «И» 5, первый вход которой соединен с выходом первого коммутатора 2, второй вход соединен с выходом датчика напряжения 4, выход схемы «И» 5 соединен с входом схемы «НЕ» 6 и входом первого триггера Шмитта 7, выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора 2. Выход схемы «НЕ» 6 соединен с входом второго триггера Шмитта 8, выход которого соединен с управляющим входом второго коммутатора 9, через нормально замкнутый контакт которого силовое питание поступает на второй вход силового усилителя 3. Усилитель мощности содержит дискриминатор 10, вход которого соединен с выходом формирователя управляющих сигналов 1, а выход - с замкнутым контактом первого коммутатора 2.
Предлагаемый усилитель мощности работает следующим образом. Необходимый для управления нагрузкой входной сигнал поступает на разомкнутый контакт первого коммутатора 2. Для организации начала работы усилителя мощности на вход формирователя управляющих сигналов 1 поступает сигнал «Пуск», по которому формирователь управляющих сигналов 1 формирует пакет стимулирующих сигналов, состоящий из двух разнополярных импульсов. Эти импульсы поступают на вход дискриминатора 10, который минимизирует их длительность до величины порядка 6 мс. Затем эти импульсы через нормально замкнутый контакт первого коммутатора 2, силовой усилитель 3 и датчик напряжения 4 поступают на нагрузку. В исправном усилителе мощности на выходе датчика напряжения 4 под действием стимулирующих сигналов формируются выходные сигналы, соответствующие по фазе и амплитуде стимулирующим сигналам. Стимулирующие сигналы поступают на первый вход схемы «И» 5. На второй вход схемы «И» 5 поступают сигналы с выхода датчика напряжения 4. Схема «И» 5 построена таким образом, что при совпадении сигналов на первом и втором входах схемы «И» 5 по знаку и величине (это характерно для исправного усилителя мощности) на выходе схемы «И» 5 появляется сигнал, переключающий первый триггер Шмитта 7 в состояние, обеспечивающее переключение первого коммутатора 2. После этого первый коммутатор 2 подключает к входу силового усилителя 3 входной сигнал. В этом состоянии усилитель мощности осуществляет управление нагрузкой под действием входного сигнала. В случае несовпадения сигналов на первом и втором входах схемы «И» 5 по знаку и величине (это характерно для неисправного усилителя мощности) на выходе схемы «И» 5 появляется сигнал, по которому переключается сигнал на выходе схемы «НЕ» 6 и затем на выходе второго триггера Шмитта 8, а значит и на управляющем входе второго коммутатора 9. После этого второй коммутатор 9 отключает силовое питание от усилителя мощности, тем самым запрещая его работу как не прошедшего диагностику.
Таким образом, предлагаемая структура усилителя мощности обеспечивает диагностику исправного состояния силовой части усилителя мощности перед подачей силового питания на нагрузку (исполнительный электродвигатель) за счет исключения из состава усилителя мощности силового коммутатора и введения в его состав дискриминатора, тем самым повышая надежность и снижая общее энергопотребление усилителя мощности.
Предлагаемое техническое решение проверено математическим моделированием, а также экспериментальной проверкой макетного образца усилителя мощности. Результаты проверок подтвердили надежность функционирования усилителя мощности и снижение общего энергопотребления усилителя мощности. По результатам экспериментальных исследований предлагаемое техническое решение рекомендовано к использованию в документации модернизированного усилителя мощности.