Полумостовой гальванически изолированный импульсный усилитель мощности

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в силовых импульсных устройствах для управления электродвигателями в качестве формирователей тока в обмотках электродвигателя. Технический результат заключается в повышении быстродействия импульсного усилителя мощности. Технический результат достигается тем, что в качестве гальванической развязки импульсного усилителя применен быстродействующий гальванически изолированный ключ, обеспечивающий суммирование входного импульсного сигнала с прямоугольным напряжением опорной частоты, и применена двухкаскадная схема усиления мощности сигнала. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в силовых импульсных устройствах для управления электродвигателями в качестве формирователей тока в обмотках электродвигателя.

Известен силовой гальванически изолированный ключ (патент РФ №2487472), который выбран в качестве прототипа, содержащий управляющий транзистор, выпрямительные диоды, токовый трансформатор, ограничительный резистор и два силовых транзистора, в котором с целью повышения быстродействия гальванически изолированного ключа, выполнено суммирование входного импульсного сигнала с прямоугольным напряжением опорной частоты для чего входной сигнал подается на базу управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине входного сигнала и источника опорной частоты, а коллектор к катодам выпрямительных диодов, включенных в первичную обмотку токового трансформатора, средний вывод первичной обмотки подключен к общей шине входного сигнала и источника опорной частоты, а один из выводов первичной обмотки подключен к ограничительному резистору, второй вывод которого подключен к источнику опорной частоты. Вторичная обмотка токового трансформатора подключена к базам силовых транзисторов, коллекторы и эмиттеры которых объединены, при этом средней вывод вторичной обмотки токового трансформатора подключен к эмиттерам силовых транзисторов.

Недостатком прототипа является невысокий коэффициент усиления мощности входного импульсного сигнала, что ограничивает область его применения.

Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия импульсного усилителя мощности и расширение области его применения.

Поставленная задача достигается тем, что в полумостовом гальванически изолированном импульсном усилителе мощности, состоящим из управляющего транзистора, выпрямительных диодов, токового трансформатора, ограничительного резистора, первого каскада усиления, подключенного к первому источнику двухполярного напряжения и состоящего из трех транзисторов, диода и двух резисторов, второго каскада усиления, подключенного к второму источнику двухполярного напряжения и состоящего из двух комплементарных силовых транзисторов и двух шунтирующих диодов, в котором с целью повышения быстродействия полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности, выполнено суммирование входного импульсного сигнала с прямоугольным напряжением опорной частоты, для чего входной сигнал подается на базу управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине входного сигнала и источника опорной частоты, а коллектор к катодам выпрямительных диодов, включенных в первичную обмотку токового трансформатора, средний вывод первичной обмотки подключен к общей шине входного сигнала и источника опорной частоты, а один из выводов первичной обмотки подключен к ограничительному резистору, второй вывод которого подключен к источнику опорной частоты. Вторичная обмотка токового трансформатора подключена к базам транзисторов первого каскада усиления, объединенные эмиттеры которых подключены к среднему выводу вторичной обмотки токового трансформатора и отрицательной полярности первого источника двухполярного напряжения, общая шина которого подключена к выходной цепи полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности. Объединенные коллекторы транзисторов первого каскада усиления подключены к базе третьего транзистора и катоду диода, а через резистор к положительной полярности первого источника двухполярного напряжения и коллектору третьего транзистора, эмиттер которого подключен к аноду диода и через резистор к объединенным базам комплементарных силовых транзисторов второго каскада усиления, объединенные эмиттеры этих транзисторов являются выходом полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности и подключены к общей цепи последовательно соединенных шунтирующих диодов, при этом катод первого диода подключен к коллектору силового n-p-n транзистора, а анод второго диода подключен к коллектору силового p-n-p транзистора. Коллекторы комплементарных силовых транзисторов подключены к соответствующим шинам второго источника двухполярного напряжения, общая шина которого подключена к общей цепи выходного напряжения полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности.

Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена электрическая схема полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности. Схема работает следующим образом: на базу управляющего транзистора 2 подается входной сигнал 1, представляющий собой прямоугольные управляющие импульсы, при этом с источника опорной частоты 9 на первичную обмотку 6 токового трансформатора 7 поступает прямоугольное напряжение опорной частоты.

При поданном низком уровне входного сигнала 1 управляющий транзистор 2 закрыт, выпрямительные диоды 4, 5 находятся в отключенном состоянии, к первичной обмотке 6 токового трансформатора 7 через ограничительный резистор 8 прикладывается опорное напряжение с источника опорной частоты 9. По вторичной обмотке 11 токового трансформатора 7 протекает базовый ток транзисторов 10, 12, заданный ограничительным резистором 8, при этом на базу каждого из транзисторов 10, 12 попеременно подается отпирающее и запирающее напряжение, тем самым постоянно обеспечивается открытое состояние одного из транзисторов 10 или 12, которые образуют нижний ключ первого каскада усиления. На аноде диода 14 первого каскада усиления формируется отрицательное напряжение от отрицательной полярности 16 первого источника двухполярного напряжения 16, 17 относительно выходной цепи 25 полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности.

При поступлении высокого уровня входного сигнала 1 управляющий транзистор 2 переходит в насыщенное состояние, выпрямительные диоды 4, 5 замыкаются на общую шину 3 входного сигнала 1 и источника опорной частоты 9, при этом понижается напряжение на первичной обмотке 6 и вторичной обмотки 11 токового трансформатора 7. На базах транзисторов 10, 12 формируется пониженное напряжение, обеспечивающее режим отсечки этих транзисторов, при этом нижний ключ первого каскада усиления закрывается. От положительной полярности 17 первого источника двухполярного напряжения 16, 17 ток резистора 13 начинает протекать через базу транзистора 15, являющегося верхним ключом первого каскада усиления, который отпирается и на аноде диода 14 формируется положительное напряжение от положительной полярности 17 первого источника двухполярного напряжения 16, 17 относительно выходной цепи 25 полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности.

В соответствии с полярностью напряжения, формируемого на аноде диода 14, через резистор 18 протекает базовый ток комплементарных силовых транзисторов 19, 20, обеспечивая переключение силовых транзисторов 19, 20 в соответствии с входным сигналом 1. Диоды 21, 22 выполняют роль защиты силовых транзисторов 19, 20 соответственно при подключении индуктивной нагрузки к второму источнику двухполярного напряжения 23, 24 относительно общей цепи 26. Высокий коэффициент усиления двухкаскадного усилителя мощности и его быстродействие определяется параметрами транзисторов первого и второго каскадов усиления.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение быстродействия импульсного усилителя мощности и расширение области его применения за счет использования быстродействующего гальванически изолированного ключа и двухкаскадной схемы усиления мощности.

Данное изобретение предлагается использовать в блоках управления приводами, разрабатываемых ОАО «ИСС» в качестве гальванически изолированного импульсного устройства формирования тока в фазе электродвигателя.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Полумостовой гальванически изолированный импульсный усилитель мощности, состоящий из управляющего транзистора, выпрямительных диодов, токового трансформатора, ограничительного резистора, первого каскада усиления, подключенного к первому источнику двухполярного напряжения и состоящего из трех транзисторов, диода и двух резисторов, второго каскада усиления, подключенного к второму источнику двухполярного напряжения и состоящего из двух комплементарных силовых транзисторов и двух шунтирующих диодов, в котором с целью повышения быстродействия полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности выполнено суммирование входного импульсного сигнала с прямоугольным напряжением опорной частоты, для чего входной сигнал подается на базу управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине входного сигнала и источника опорной частоты, а коллектор к катодам выпрямительных диодов, включенных в первичную обмотку токового трансформатора, средний вывод первичной обмотки подключен к общей шине входного сигнала и источника опорной частоты, а один из выводов первичной обмотки подключен к ограничительному резистору, второй вывод которого подключен к источнику опорной частоты, отличающийся тем, что вторичная обмотка токового трансформатора подключена к базам транзисторов первого каскада усиления, объединенные эмиттеры которых подключены к среднему выводу вторичной обмотки токового трансформатора и отрицательной полярности первого источника двухполярного напряжения, общая шина которого подключена к выходной цепи полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности, объединенные коллекторы транзисторов первого каскада усиления подключены к базе третьего транзистора и катоду диода, а через резистор к положительной полярности первого источника двухполярного напряжения и коллектору третьего транзистора, эмиттер которого подключен к аноду диода и через резистор к объединенным базам комплементарных силовых транзисторов второго каскада усиления, объединенные эмиттеры этих транзисторов являются выходом полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности и подключены к общей цепи последовательно соединенных шунтирующих диодов, при этом катод первого диода подключен к коллектору силового n-р-n транзистора, а анод второго диода подключен к коллектору силового р-n-р транзистора; коллекторы комплементарных силовых транзисторов подключены к соответствующим шинам второго источника двухполярного напряжения, общая шина которого подключена к общей цепи выходного напряжения полумостового гальванически изолированного импульсного усилителя мощности.