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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Amplificador de potência tri-state. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação O artigo descreve um amplificador de potência não reversível operando em corrente contínua no modo de comutação para uma carga indutiva ativa. Para reduzir o consumo de energia, após o acionamento do atuador, a carga é transferida da tensão constante nominal para o terceiro estado - modo de potência pulsada com ciclo de trabalho não regulado. Cargas indutivas ativas (solenóides, acoplamentos, eletroímãs, relés, etc.) operando em corrente contínua são amplamente utilizadas tanto na produção quanto na vida cotidiana. A maioria dessas cargas opera no modo on-off, são conectadas através de amplificadores e não necessitam de reversão (alteração do sinal da tensão de saída). Normalmente, tal amplificador opera em modo relé, quando o sinal de controle assume apenas dois valores extremos, correspondendo à ausência de corrente na carga ou à corrente nominal. A magnitude da força de tração do atuador é fornecida pela corrente de carga nominal. Após o acionamento do atuador, a condutividade do seu circuito magnético aumenta e, para mantê-lo em condições de funcionamento, a corrente de carga deve ser reduzida pela metade da corrente nominal, o que economizará energia. O modo de operação do relé do amplificador, por assim dizer, elimina o terceiro estado do circuito de carga sem um resistor de lastro adicional, que extingue parte da tensão de carga, ou sem uma fonte de alimentação adicional com tensão igual à metade da nominal. . Tais amplificadores são descritos, por exemplo, em [1], e são conhecidos por nomes diferentes. A presença de um reator ou de uma fonte de energia adicional é a principal desvantagem de tais circuitos. Os dispositivos descritos a seguir, após serem ligados no modo de corrente nominal, após um determinado tempo especificado, entram no terceiro estado, no qual parte da tensão nominal é estabelecida na carga, e como resultado o valor não regulado desta última é obtido de alterar a duração relativa da tensão de pulso na carga, ou seja, pela modulação por largura de pulso (PWM) do amplificador. O amplificador é controlado por um modulador PWM operando em uma determinada frequência dependendo da constante de tempo de carga.
As principais características técnicas do dispositivo:
O dispositivo (Fig. 1) é composto por um amplificador de potência (PA) nos transistores VT1 e VT2, operando em modo chaveado, e um circuito lógico DD1 que o controla, feito na mesma embalagem do microcircuito K561LN2. O microcircuito é alimentado pelo sinal de entrada e não deve haver oscilação do sinal de entrada para uma operação confiável do dispositivo. Os inversores DD1.1 e DD1.4 possuem um circuito de atraso do sinal de entrada; os inversores DD1.2, DD1.3 e DD1.5 possuem um circuito gerador de pulso retangular que pode fornecer tanto a frequência necessária (capacitor C2) quanto o pulso relativo duração (resistores R3, R4). O diodo VD4 atua como um circuito anticoincidência, e o inversor DD1.6 é usado para obter a magnitude e fase necessárias do sinal que controla o PA. Os diodos VD5, VD6 protegem o amplificador em caso de curto-circuito da carga, que é desviado pelo diodo reverso VD7. O dispositivo funciona da seguinte maneira. No estado inicial, a tensão de entrada não é aplicada, o microcircuito não é alimentado, a tensão de controle não é fornecida à entrada PA, a carga está desenergizada. Quando uma tensão de controle é aplicada à entrada do dispositivo, a tensão de alimentação é fornecida a DD1, o capacitor C1 começa a carregar e até que uma tensão apareça no capacitor igual à tensão limite de comutação do inversor (ton = 0,7R1C1), o a tensão na saída 12 é igual ao log “0”. Ao mesmo tempo, uma tensão retangular com ciclo de trabalho de 6 aparece na saída 2 do gerador, mas até que o circuito de retardo seja acionado, a tensão permanece no log “10” na saída 1.6 do inversor DD1. O PA liga, a carga é alimentada com tensão nominal. Esta tensão é mantida através da carga até o final dos processos transitórios e pode variar de décimos de segundo a vários segundos selecionando o capacitor C1. Após o circuito de retardo ser acionado no log “1” na saída 6 do gerador, o log “1” aparece na entrada 11 do inversor DD1.6 e, consequentemente, o log “0” em sua saída 10. O PA fecha, o a tensão da carga é removida. O aparecimento do log “0” na saída do gerador ligará novamente o PA, a tensão será aplicada novamente à carga Y1, etc. Se a saída do gerador tiver pulsos retangulares com ciclo de trabalho de 2, então a carga terá uma tensão igual a 0,5 Unom. A carga é alimentada por uma tensão de pulso modulada em duração com frequência de repetição constante. Como é conhecido [2], em uma carga indutiva ativa, a corrente pode fluir continuamente através de um transistor vindo da fonte de energia, e quando o transistor está fechado, sob a influência da fem auto-indutiva, através de um diodo desviando a carga. A tensão média na carga não é dependendo do valor da indutância Un = kUPp, onde k é a duração do pulso em relação ao período de repetição do pulso (o recíproco do ciclo de trabalho); Acima está a tensão da fonte de alimentação da carga. Com um aumento na relação entre a constante de tempo de carga τ = Lн/Rн e o período de repetição do pulso, inicia-se um regime de correntes de carga contínuas. Levando em consideração a ondulação mínima de corrente na carga, a duração do pulso deve ser ti = τ/(5...7). (1) A frequência do pulso é selecionada na faixa de várias dezenas a várias centenas (e até milhares) de Hz, dependendo da constante de tempo τ.
As principais características técnicas do dispositivo de acordo com a Fig. 2:
Nos dispositivos mostrados na Figura 1 e Figura 2, a frequência de pulso é de 50 Hz, o que é adequado para uma grande classe de cargas indutivas ativas para as quais a condição (1) é atendida. No diagrama da Fig. 2 do módulo A1, em relação ao diagrama da Fig. 1, é necessário: 1) retirar o jumper 4-5; 2) instale o jumper 4-6; 3) instale um jumper no lugar do diodo VD4; 4) defina R5 = R6 = 9,1 kOhm. Este dispositivo funciona de forma semelhante ao descrito acima na Fig.1. Os circuitos mostrados na Fig. 3,4,5 são variantes do circuito principal da Fig. 1, mas com as seguintes alterações no módulo A1: Para a Figura 3 no módulo A1 é necessário: 1) retirar o jumper 4-5; 2) instale o jumper 4-6; 3) instale um jumper no lugar do diodo VD4; 4) definir R5 = R6 =3,9 kOhm; C1 = 0,47 µF; C2 = 0,01 µF. Para a Fig. 4 no módulo A1 é necessário: 1) retirar o jumper 4-5; 2) instale o jumper 4-6; 3) no lugar do diodo VD4 instale um jumper, ao invés dos resistores R5, R6 instale diodos com cátodo na saída do microcircuito; 4) definir C1 = 0,47 µF; C2 = 0,01 µF. Para a Fig. 5 no módulo A1 é necessário: 1) retirar o jumper 4-5; 2) instale o jumper 4-6; 3) instale um jumper no lugar do diodo VD4; 4) definir C1 = 10 µF; C2 = 0,1 µF; R5 = R6 =3,9 kOhm.
O circuito da Fig. 3 foi testado com uma carga em forma de relé REN34 (passaporte KhP4.500.030-01) com tensão nominal de 12 V, resistência de enrolamento de 75 Ohms e corrente de operação de 160 mA. Ao instalar um capacitor C1 = 1 μF no circuito do módulo A0,1, uma tensão retangular com frequência de 50 Hz foi instalada na saída do gerador. Ao mesmo tempo, o relé vibrou. Quando, em vez dos resistores R3, R4, foi soldado um resistor variável com resistência de 220 kOhm, uma tensão com duração de pulso de 15 ms, uma pausa de 25 ms foi estabelecida no enrolamento do relé e a trepidação do relé parou, a corrente no enrolamento do relé tornou-se contínua (140 mA), o valor médio da tensão no enrolamento foi de 10,4 V (o modo economia não é alcançado). Se você definir os valores: R2 = 82 kOhm; R3 = 200 kOhm; C2 = 0,01 µF, então segue uma tensão retangular com frequência de 400 Hz, não há salto de contato. A tensão média no enrolamento é de 6 V, a corrente no enrolamento é contínua e igual a 80 mA. Neste caso, a eficiência do modo foi alcançada. O circuito da Fig. 4 pode ser usado para controlar uma carga indutiva ativa de baixa potência, cuja corrente de operação corresponde à corrente de entrada no log “0” na saída do microcircuito.
O circuito da Fig. 5 pode ser usado para controlar uma lâmpada incandescente. Inicialmente, parte da tensão é fornecida à carga e, após o aquecimento do filamento, a tensão torna-se nominal.
Detalhes. Todos os resistores estão em circuitos do tipo MLT. Os resistores de 0,25 W no módulo A1 podem ser substituídos por resistores de 0,125 W, mas isso não reduzirá as dimensões do módulo. Os diodos de baixa potência podem ser substituídos por KD102, KD103, diodo KD226 por KD213A. Capacitores tipo K739, K73-17, MBM. Capacitor eletrolítico C1 tipo K52, K53, K50-16, K50-24. É conveniente selecionar a frequência do gerador usando o capacitor C2. Os dispositivos descritos acima podem ser usados na produção para vários tipos de atuadores, mas a confiabilidade de sua operação em modos não nominais deve ser testada na prática. Em particular, a sua aplicação depende do modo de operação recorrente do atuador. Literatura:
Autor: V. A. Ermolov
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