ДВУХТАКТНЫЙ КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ С ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ

ДВУХТАКТНЫЙ КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ С ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ
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.
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.
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.
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:
-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;
-обеспечивается безопасная работа выходных ключевых транзисторов, так как возникновение сквозных токов при коммутации ключей полностью исключено управляющей схемой;
-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).
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:
-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;
-цепь управления выходным каскадом вьшолнена четырёхтактной, то есть каждый из выходных ключей возбуждается на время в одну четверть периода выходных колебаний.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где показана принципиальная схема двухтактного усилителя с емкостной нагрузкой, который состоит из:
-задаюпгего мультивибратора на таймере DA1;
-счётного триггера (делителя частоты по модулю 2) на основе DтриггераВВ ;
-логической схемы управления, построенной на двух элементах ЗИНЕ DD2.1 и DD2.2;
-двухтактного транзисторного каскада на составных ключах VT1, VT3 и VT2, VT4, коллекторные токи VT3 и VT4 ограничены сопротивлениями Кк1 и Кк2;
-трансформатора Т1 со средней точкой в первичной обмотке I и вторичной обмоткой II, настроенной в резонанс с ёмкостью нагрузки (пьезопреобразователя BQ1);
-диодов VD1 и VD2, образующих цепи иелинейных обратных связей для уменьщения глубины насыщения выходных транзисторов;
-накопительного конденсатора Сн, обеспечивающего постоянство энергии посылки вне зависимости от сопротивления соединительной линии.
Двухтактный ключевой усилитель с емкостной нагрузкой работает следующим образом.
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.
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.
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.
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.
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 9
DD2.1 и 6 DD2.2, если на входе Разрешение присутствует высокий логический уровень.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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: 1СС