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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Amplificateur de puissance à trois états. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations L'article décrit un amplificateur de puissance non réversible fonctionnant en courant continu en mode commutation vers une charge active-inductive. Afin de réduire la consommation d'énergie, une fois l'actionneur activé, la charge est transférée de la tension constante nominale au troisième état - mode d'alimentation pulsée avec cycle de service non régulé. Les charges actives-inductives (solénoïdes, accouplements, électro-aimants, relais, etc.) fonctionnant en courant continu sont largement utilisées tant en production que dans la vie quotidienne. La plupart de ces charges fonctionnent en mode marche-arrêt, elles sont connectées via des amplificateurs et ne nécessitent pas d'inversion (changement du signe de la tension de sortie). Typiquement, un tel amplificateur fonctionne en mode relais, lorsque le signal de commande ne prend que deux valeurs extrêmes, correspondant soit à l'absence de courant dans la charge, soit au courant nominal. L'ampleur de la force de traction de l'actionneur est fournie par le courant de charge nominal. Une fois l'actionneur activé, la conductivité de son circuit magnétique augmente et pour le maintenir en état de fonctionnement, le courant de charge doit être réduit de moitié par rapport au courant nominal, ce qui permettra d'économiser de l'électricité. Le mode de fonctionnement relais de l'amplificateur, pour ainsi dire, élimine le troisième état du circuit de charge sans résistance de ballast supplémentaire, qui éteint une partie de la tension de charge, ou sans source d'alimentation supplémentaire avec une tension égale à la moitié de la tension nominale. . De tels amplificateurs sont décrits par exemple dans [1], et sont connus sous différentes appellations. La présence d'un ballast ou d'une source d'alimentation supplémentaire constitue le principal inconvénient de tels circuits. Les appareils décrits ci-dessous, après la mise sous tension en mode courant nominal, après un certain temps spécifié, entrent dans le troisième état, dans lequel une partie de la tension nominale est établie à la charge, et la valeur non régulée de cette dernière est obtenue en conséquence de modifier la durée relative de la tension d'impulsion au niveau de la charge, c'est-à-dire par modulation de largeur d'impulsion (PWM) de l'amplificateur. L'amplificateur est contrôlé par un modulateur PWM fonctionnant à une certaine fréquence en fonction de la constante de temps de charge.
Les principales caractéristiques techniques de l'appareil:
Le dispositif (Fig. 1) est constitué d'un amplificateur de puissance (PA) sur les transistors VT1 et VT2, fonctionnant en mode commutation, et d'un circuit logique DD1 qui le contrôle, réalisé sur le même boîtier du microcircuit K561LN2. Le microcircuit est alimenté par le signal d'entrée et il ne doit y avoir aucun rebond du signal d'entrée pour un fonctionnement fiable de l'appareil. Les inverseurs DD1.1 et DD1.4 ont un circuit de retard du signal d'entrée ; les inverseurs DD1.2, DD1.3 et DD1.5 ont un circuit générateur d'impulsions rectangulaires qui peut fournir à la fois la fréquence requise (condensateur C2) et l'impulsion relative. durée (résistances R3, R4). La diode VD4 agit comme un circuit anti-coïncidence et l'onduleur DD1.6 est utilisé pour obtenir l'amplitude et la phase requises du signal contrôlant le PA. Les diodes VD5, VD6 protègent l'amplificateur en cas de court-circuit de la charge, qui est shuntée par la diode inverse VD7. L'appareil fonctionne comme suit. Dans l'état initial, la tension d'entrée n'est pas appliquée, le microcircuit n'est pas alimenté, la tension de commande n'est pas fournie à l'entrée PA, la charge est hors tension. Lorsqu'une tension de commande est appliquée à l'entrée de l'appareil, la tension d'alimentation est fournie à DD1, le condensateur C1 commence à se charger, et jusqu'à ce qu'une tension apparaisse sur le condensateur égale à la tension de commutation de seuil de l'onduleur (ton = 0,7R1C1), la tension à la sortie 12 est égale à log "0". Dans le même temps, une tension rectangulaire avec un rapport cyclique de 6 apparaît à la sortie 2 du générateur, mais jusqu'à ce que le circuit de retard soit activé, la tension reste à log "10" à la sortie 1.6 de l'onduleur DD1. Le PA s'allume, la charge est alimentée avec la tension nominale. Cette tension est maintenue aux bornes de la charge jusqu'à la fin des processus transitoires et peut varier de quelques dixièmes de seconde à plusieurs secondes en sélectionnant le condensateur C1. Après que le circuit de temporisation soit déclenché au journal "1" à la sortie 6 du générateur, le journal "1" apparaît à l'entrée 11 de l'onduleur DD1.6 et, par conséquent, le journal "0" à sa sortie 10. Le PA se ferme, le la tension de la charge est supprimée. L'apparition du log "0" à la sortie du générateur rallumera le PA, la tension sera à nouveau appliquée à la charge Y1, etc. Si la sortie du générateur présente des impulsions rectangulaires avec un rapport cyclique de 2, alors la charge aura une tension égale à 0,5 Unom. La charge est alimentée par une tension impulsionnelle modulée en durée avec une fréquence de répétition constante. Comme on le sait [2], dans une charge active-inductive, le courant peut circuler en continu à travers un transistor à partir de la source d'alimentation, et lorsque le transistor est fermé, sous l'influence d'une force électromotrice auto-inductive, à travers une diode shuntant la charge. La tension moyenne à la charge n'est pas en fonction de la valeur de l'inductance Un = kUп, où k est la durée de l'impulsion par rapport à la période de répétition de l'impulsion (l'inverse du rapport cyclique) ; Up est la tension de l'alimentation de la charge. Avec une augmentation du rapport entre la constante de temps de charge τ = Lн/Rн et la période de répétition des impulsions, un régime de courants de charge continus commence. Compte tenu de l'ondulation minimale du courant dans la charge, la durée de l'impulsion doit être ti = τ/(5...7). (une) La fréquence d'impulsion est choisie dans la plage de plusieurs dizaines à plusieurs centaines (voire milliers) Hz en fonction de la constante de temps τ.
Les principales caractéristiques techniques de l'appareil selon la Fig. 2 :
Dans les dispositifs représentés sur les figures 1 et 2, la fréquence d'impulsion est de 50 Hz, ce qui convient à une large classe de charges actives-inductives pour lesquelles la condition (1) est remplie. Dans le schéma de la Fig. 2 du module A1, par rapport au schéma de la Fig. 1, il est nécessaire de : 1) retirer le cavalier 4-5 ; 2) installez le cavalier 4-6 ; 3) installer un cavalier à la place de la diode VD4 ; 4) réglez R5 = R6 = 9,1 kOhm. Ce dispositif fonctionne de manière similaire à celui décrit ci-dessus dans la Fig.1. Les circuits représentés sur les figures 3,4,5, 1, 1 sont des variantes du circuit principal de la figure XNUMX, mais avec les modifications suivantes dans le module AXNUMX : Pour la Fig. 3 du module A1, il faut : 1) retirer le cavalier 4-5 ; 2) installez le cavalier 4-6 ; 3) installer un cavalier à la place de la diode VD4 ; 4) régler R5 = R6 = 3,9 kOhm ; C1 = 0,47 µF ; C2 = 0,01 µF. Pour la Fig. 4 du module A1, il faut : 1) retirer le cavalier 4-5 ; 2) installez le cavalier 4-6 ; 3) à la place de la diode VD4, installez un cavalier, au lieu des résistances R5, R6, installez des diodes avec la cathode à la sortie du microcircuit ; 4) régler C1 = 0,47 µF ; C2 = 0,01 µF. Pour la Fig. 5 du module A1, il faut : 1) retirer le cavalier 4-5 ; 2) installez le cavalier 4-6 ; 3) installer un cavalier à la place de la diode VD4 ; 4) régler C1 = 10 µF ; C2 = 0,1 µF ; R5 = R6 = 3,9 kOhms.
Le circuit de la figure 3 a été testé avec une charge sous la forme d'un relais REN34 (passeport KhP4.500.030-01) avec une tension nominale de 12 V, une résistance d'enroulement de 75 Ohms et un courant de fonctionnement de 160 mA. Lors de l'installation d'un condensateur C1 = 1 μF dans le circuit du module A0,1, une tension rectangulaire d'une fréquence de 50 Hz a été installée à la sortie du générateur. Au même moment, le relais vibrait. Lorsqu'au lieu des résistances R3, R4, une résistance variable d'une résistance de 220 kOhm a été soudée, une tension d'une durée d'impulsion de 15 ms, une pause de 25 ms a été établie sur l'enroulement du relais et le broutage du relais s'est arrêté, le courant dans l'enroulement du relais est devenu continu (140 mA), la valeur moyenne de la tension sur l'enroulement était de 10,4 V (le mode économie n'est pas atteint). Si vous définissez les valeurs : R2 = 82 kOhm ; R3 = 200 kOhms ; C2 = 0,01 µF, puis la tension rectangulaire suit avec une fréquence de 400 Hz, il n'y a pas de rebond de contact. La tension moyenne sur le bobinage est de 6 V, le courant dans le bobinage est continu et égal à 80 mA. Dans ce cas, l'efficacité du mode a été atteinte. Le circuit de la figure 4 peut être utilisé pour contrôler une charge active-inductive de faible puissance, dont le courant de fonctionnement correspond au courant d'entrée à log "0" à la sortie du microcircuit.
Le circuit de la figure 5 peut être utilisé pour contrôler une lampe à incandescence. Initialement, une partie de la tension est fournie à la charge et, une fois le filament réchauffé, la tension devient nominale.
Détails. Toutes les résistances sont dans des circuits de type MLT. Les résistances de 0,25 W du module A1 peuvent être remplacées par des résistances de 0,125 W, mais cela ne réduira pas les dimensions du module. Les diodes basse consommation peuvent être remplacées par KD102, KD103, la diode KD226 par KD213A. Condensateurs type K739, K73-17, MBM. Condensateur électrolytique C1 type K52, K53, K50-16, K50-24. Il est pratique de sélectionner la fréquence du générateur à l'aide du condensateur C2. Les dispositifs décrits ci-dessus peuvent être utilisés en production pour différents types d'actionneurs, mais la fiabilité de leur fonctionnement dans des modes non nominaux doit être testée dans la pratique. En particulier, leur application dépend du mode de fonctionnement récurrent de l'actionneur. Littérature
Auteur : V.A. Ermolov
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