HU188374B

HU188374B - Circuit arrangement for bipolar switching operation operational amplifier

Info

Publication number: HU188374B
Application number: HU334583A
Authority: HU
Inventors: Lajos Becker; Sandor Benke; Csaba Csaszar; Andras Fekete
Original assignee: Miki Merestechnikai Fejlesztoe Vallalat,Hu; Elektronikus Mereoekeszuelekek Gyara,Hu
Priority date: 1983-09-27
Filing date: 1983-09-27
Publication date: 1986-04-28
Also published as: HUT34648A

Abstract

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés bipoláris, kapcsolóüzemű műveleti erősítőhöz, amely jó linearitással és hatásfokkal rendelkezik. A találmány szerinti kapcsolást elrendezésben a pozitív tápfeszültség első elektronikus kapcsolón (1) keresztül közvetlenül vagy első áramkorlát (2) közbeiktatásával, összegző pontra (3) csatlakozik. Az összegző pont (3) egy második áramkorlát (4) közbeiktatásával vagy közvetlenül egy második elektronikus kapcsolón (5) keresztül a negatív tápfeszültségre van kapcsolva. A kapcsolási elrendezés kimenete (7) közvetlenül vagy aluláteresztő (6) közbeiktatásával az összegző pontra (3) csatlakozik. Az összegző pont (3) visszacsatoló hálózaton (8) keresztül különbségképző (9) egyik bemenetére csatlakozik, ahol a különbségképző (9), másik bemenete a kapcsolási elrendezés bemenete (10), míg kimenete hibajelerősítő (11) bemenetére van csatlakoztatva. A hibajelerősítő (11) kimenete egy előjelfigyelő (12) és egy abszolútértékképző (13) közösített bemenetére csatlakozik. Az abszolútértékképző (13) kimenete impulzusszélesség modulátor (14) bemenetére van kapcsolva, amelynek kimenete első és második kapuáramkör (15, 16) közösített bemenetére csatlakozik. Az első kapuáramkör (15) kimenete az első elektronikus kapcsoló (1), a második kapuáramkör (16) kimenete a második elektronikus kapcsoló (5) vezérlő bemenetére, az első és második kapuáramkör (15,16) vezérlő bemenetel az előjelfigyelő (12) megfelelő kimeneteire csatlakoznak. -1-The invention relates to a switching arrangement for a bipolar switching operation amplifier having good linearity and efficiency. In the arrangement according to the invention, the positive power voltage is connected directly to the first electronic switch (1) or via a first current limit (2) to a summing point (3). The summation point (3) is connected to the negative power supply via a second current limit (4) or directly via a second electronic switch (5). The output (7) of the switching arrangement is connected directly or via a low pass (6) to the summing point (3). The summing point (3) is connected via a feedback network (8) to one of the inputs of the differential (9), where the difference generator (9) and the other input are connected to the input (10) of the switching arrangement, while the output is connected to the input of an error amplifier (11). The output of the error amplifier (11) is connected to a common input of a sign monitor (12) and an absolute value generator (13). The output of the absolute value generating (13) is coupled to an input of a pulse width modulator (14), the output of which is connected to a common input of the first and second gate circuits (15, 16). The output of the first gate circuit (15) is the output of the first electronic switch (1), the output of the second gate circuit (16) to the control input of the second electronic switch (5), the control input of the first and second gate circuits (15,16) is corresponding to the signal gauge (12) outputs. -1-

Description

Egy általánosan használható teljesítményerősítő fontos jellemzői a linearitás és a hatásfok.Linearity and efficiency are important features of a commonly used power amplifier.

A legjobb hatásfokot kapcsolóüzemben működő végfokozattal lehet elérni. Az első térnegyedben működő kapcsolóüzemű teljesítmény átalakítók - ⁵pl. tápegységek - kimeneti feszültségét lehet pl. feszültséggel vezérelni, azonban a linearitásuk különösen kis kimenőfeszültségnél nem megfelelő.The best efficiency can be achieved with a switching output stage. Switching power converters in the first quarter - ⁵ eg. power supplies - output voltage can be eg. voltage, but their linearity is inadequate at particularly low output voltages.

Nyilvánvaló, hogy az erősítő karakterisztikája a nullátmenet körül csak akkor lesz lineáris, ha az erősítő bipoláris kimenetű. Bipoláris kimenetűek a híd, ill. félhíd kapcsolású szervóerősitők, amelyek kapcsolóüzemben működnek, ezek azonban lineáris erősítőként csak bonyolult kiegészítésekkel alkalmazhatók. ^1!*It is obvious that the amplifier's characteristic around the zero transition will only be linear if the amplifier has a bipolar output. The bridge or bipolar outputs are bipolar. half-bridge servo amplifiers that operate in switch mode, but can only be used as linear amplifiers with complex additions. ^1! *

Bipoláris kivitelt, megfelelő linearitást biztosítanak az analóg teljesítményerősítők, ill. tápegységek. Ilyen például a Hewlett Packard cég Bipolar Power Supply/Amplifier sorozata, vagy a K.EPCO cég BOP jelzésű tápegységei. Ezek azonban analóg ²θ végfokozatot alkalmaznak, ennek megfelelően alacsony hatásfokúak.Bipolar design, linearity is provided by analog power amplifiers and amplifiers. power supplies. Such as the Bipolar Power Supply / Amplifier series from Hewlett Packard or the BOP power supplies from K.EPCO. However, they use an analogue ² θ output stage and accordingly have a low efficiency.

Kapcsolóüzemű, alacsonyfrekvenciás lineáris erősítő leírása található a Deushes Patentamt 2 050 002 számú, „Linearer D Niederfreqvenzver- ²⁵stárker” c. 1971. május 19-én közzétett leírásában.Switching power, low frequency linear amplifier description is disclosed Deushes Patentamt 2050002, "D Linearer Niederfreqvenzver- Stärker ^25" c. Published May 19, 1971.

Az ismertetett megoldás hiányossága, hogy nem alkalmaz a kimenetről a bemenetre negatív visszacsatolást és erre nem is alkalmas. Jelentős hátrány, hogy az átviteli jellemzőket, pl. a linearitást az 30 alkalmazott pulzusszélesség modulátor jellemzői alapvetően meghatározzák. További hiányosság a bonyolult felépítés.The disadvantage of the described solution is that it does not use and is not suitable for negative feedback from output to input. A significant disadvantage is that transmission characteristics, e.g. linearity is essentially determined by the characteristics of the pulse width modulator 30 used. A further disadvantage is the complex structure.

A találmány szerinti megoldás csökkenti az ismert megoldások hátrányait, lehetővé teszi egyen- 35 feszültségről működő, kapcsolóüzemű végfokozattal rendelkező lineáris, visszacsatolt erősítő realizálását.The present invention reduces the drawbacks of the prior art by providing a linear feedback amplifier operating from a dc voltage with a switching power stage.

A találmány szerinti megoldás lényege, hogy a bemeneti és a kimeneti jel különbségéből adódó, 40 felerősített hibajel abszolútértékével vezérel egy. impulzusszélesség modulátort, amely egyszerű kapuáramkörökön keresztül vezérli az elektronikus kapcsolókat. Egy előjelfigyelő a felerősített hibajel polaritásának megfelelően úgy vezérli a kapuáramkö- 45 röket, hogy az impulzusszélesség modulátor kimeneti jele vagy a pozitív vagy a negatív tápfeszültségre kapcsolódó elektronikus kapcsolót zárja, megakadályozva az egyszerre történő bekapcsolást.It is an object of the present invention that the absolute error value of 40 amplified error signals resulting from the difference between the input and output signals is controlled by one. a pulse width modulator that controls electronic switches through simple gate circuits. A sign monitor controls the gate circuits according to the polarity of the amplified error signal by closing the output signal of the pulse width modulator or the electronic switch connected to the positive or negative power supply, preventing it from being switched on simultaneously.

A találmány szerinti megoldás a kapcsolási el- 50 rendezés összegző pontjáról, amely lényegében a kimenet, negatív visszacsatolást alkalmaz a bemenetre, biztosítva az ezzel járó közismert előnyöket, például azt, hogy az impulzusszélesség modulátor jellemzőinek hatása a visszacsatolt erősítő jellem- 55 zőire elenyésző, így jóval egyszerűbb, takarékosabb felépítésű lehet.The present invention utilizes a negative feedback point to the input from the summing point of the circuit arrangement, which is essentially an output, providing the well-known advantages thereof, such as that the effect of the pulse width modulator characteristics on the feedback amplifier characteristics is negligible. it can be much simpler, more economical in structure.

A találmány tárgya tehát kapcsolási elrendezés bipoláris kapcsolóüzemű műveleti erősítőhöz, ahol a pozitív tápfeszültség elektronikus kapcsolón ke- θθ resztül közvetlenül, vagy első áramkorlát beiktatásával, összegző pontra csatlakozik, amely összegző pont egy második áramkorlát közbeiktatásával vagy közvetlenül egy második elektronikus kapcsolón keresztül a negatív tápfeszültségre van kapcsolva. A kapcsolási elrendezés kimenete közvetlenül vagy aluláteresztő közbeiktatásával az összegző pontra csatlakozik. A kapcsolási elrendezésre jellemző, hogy az összegző pont visszacsatoló hálózaton keresztül különbségképző egyik bemenetére csatlakozik, ahol a különbségképző másik bemenete a kapcsolási elrendezés bemenete, míg kimenete hibajelerősítő bemenetére van csatlakoztatva. A hibajelerősítő kimenete egy előjelfigyelő és egy abszolútértékképző közösített bemenetére csatlakozik, amely abszolútértékképző kimenete impulzusszélesség modulátor bemenetére van kapcsolva, és amelynek kimenete kapuáramkörök közösített bemenetére csatlakozik. Az első kapuáramkör kimenete az első elektronikus kapcsoló, a második kapuáramkör kimenete a második elektronikus kapcsoló vezérlő bemenetére csatlakozik, amely kapuáramkörök vezérlő bemenetel az előjelfigyelő megfelelő kimenetére csatlakoznak.Accordingly, the present invention relates to a circuit arrangement for a bipolar switching operational amplifier, wherein the positive power voltage is connected via an electronic switch directly to or via a first current limit, to a summing point which is connected to a negative power supply via a second current limit on. The output of the circuit arrangement is connected directly or via a low-pass intermediate to the summing point. Typically, the switching arrangement is connected to one of the summing points via a feedback network to a differential input, the other of the differential generating input being connected to the switching arrangement input and its output to the error amplifier input. The output of the malfunction amplifier is connected to a common input of a preamplifier and an absolute value generator which is connected to the input of a pulse width modulator and whose output is connected to a common input of gate circuits. The output of the first gate circuit is connected to the control input of the first electronic switch, the output of the second gate circuit is connected to the control input of the second electronic switch, which is connected to the corresponding output of the preamp by a control input.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezést részletesebben rajzok alapján ismertetjük, amelyek a következők:DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The circuit arrangement of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, which are as follows:

az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egyik kiviteli alakját, a 2. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés másik kiviteli alakját ábrázolja.Figure 1 illustrates an embodiment of a circuit arrangement according to the invention; Figure 2 shows another embodiment of a circuit arrangement according to the invention.

Az 1. ábrán látható kivitelű kapcsolási elrendezésnél a pozitív tápfeszültség első 1 elektronikus kapcsolón keresztül vagy első 2 áramkorlát közbeiktatásával 3 összegző pontra csatlakozik, amely 3 összegző pont egy második 4 áramkorlát közbeiktatásával vagy közvetlenül egy második 5 elektronikus kapcsolón keresztül a negatív tápfeszültségre van kapcsolva. A kapcsolási elrendezés 7 kimenete közvetlenül vagy 6 aluláteresztő közbeiktatásával a 3 összegző pontra csatlakozik. A kapcsolási elrendezésre jellemző, hogy a 3 összegző pont 8 viszszacsatoló hálózaton keresztül 9 különbségképző egyik bemenetére csatlakozik, ahol a 9 különbségképző másik bemenete a kapcsolási elrendezés 10 bemenete, míg kimenete 11 hibajelerősítő bemenetére van csatlakoztatva. A 11 hibajelerősítő egy 12 előjelfigyelő és egy 13 abszolútértékképző közösített bemenetére csatlakozik. A 13 abszolútértékképző kimenete 14 impulzusszélesség modulátor bemenetére van kapcsolva, amelynek kimenete első és második 15,16 kapuáramkör közösített bemenetére van kötve. Az első 15 kapuáramkör kimenete az első 1 elektronikus kapcsoló, a második 16 kapuáramkör kimenete a második 5 elektronikus kapcsoló vezérlő bemenetére csatlakozik. Az első és második 15, 16 kapuáramkör vezérlő bemenetel a 12 előjelfigyelő megfelelő kimeneteire csatlakoznak.1, the positive supply voltage is connected to a summing point 3 via a first electronic switch 1 or via a first current limit 2, which is connected to a negative supply voltage via a second current limit 4 or directly through a second electronic switch 5. The output 7 of the circuit arrangement is connected directly or via low-pass 6 to the summing point 3. The switching arrangement is characterized in that the summing point 3 is connected via a feedback network 8 to one of the inputs 9 of the difference generator 9, where the other input of the differential 9 is connected to the input 10 of the switching arrangement. The error amplifier 11 is connected to a common input of a sign monitor 12 and an absolute value generator 13. The output of the absolute generator 13 is connected to the input of a pulse width modulator 14, the output of which is connected to a common input of the first and second gate circuits 15,16. The output of the first gate circuit 15 is connected to the control input of the first electronic switch 1 and the output of the second gate circuit 16 to the control input of the second electronic switch 5. The first and second gate circuit control inputs 15, 16 are connected to respective outputs of the preamplifier 12.

A 2. ábrán látható kiviteli alaknál az első 15 kapuáramkör és a második 16 kapuáramkör önmagában ismert módon, egymástól eltérően vannak kialakítva. Vezérlő bemenetűk közösítve van, amely az önmagában ismert módon kialakított, egy kimenettel rendelkező 12 előjelfigyelő kimenetére csatlakozik. A 12 előjelfigyelő és/vagy első és második 15, 16 kapuáramkör működtetése önmagában ismert időzítő áramkör alkalmazásával 14 impulzusszélesség modulátor jelével szinkronizálva van.In the embodiment shown in Figure 2, the first gate circuit 15 and the second gate circuit 16 are configured differently in a manner known per se. The control input pins are connected to the outputs of a single monitor output 12 with a single output. The operation of the preamplifier 12 and / or the first and second gate circuits 15, 16 is synchronized with a pulse width modulator signal 14 using a known timing circuit.

188 374188 374

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés működése a következő:The operation of the circuit arrangement according to the invention is as follows:

A 3 összegző pont, amely lényegében a kapcsolási elrendezés kimenetének tekinthető, a 8 visszacsatoló hálózaton és a 9 különbségképzőn keresztül negatív értelemben vissza van csatolva a kapcsolási elrendezés 10 bemenetére.The summing point 3, which is essentially the output of the circuit arrangement, is connected, via the feedback network 8 and the difference generator 9, to the input 10 of the circuit arrangement in a negative sense.

A 11 hibajelerősítő kimeneti feszültsége 13 abszolútértékképző és a 12 előjelfigyelő bemenetére csatlakozik. A 12 előjelfigyelő a felerősített hibajel polaritása alapján vagy az első 15, vagy a második 16 kapuáramkört vezérli. Ennek megfelelően vagy a pozitív ágban levő első 1 elektronikus kapcsoló vagy a negatív ágban levő második 5 elektronikus kapcsoló fog működni, mégpedig a 14 impulzusszélesség modulátor kimeneti jelének megfelelő kitöltési tényezővel, amely arányos a 13 abszolútértékképző kimeneti jelével, azaz a hibajel nagyságával.The output voltage of the error signal amplifier 11 is absolute value 13 and is connected to the input of the monitor 12. The sign monitor 12 controls either the first gate circuit 15 or the second gate circuit 16 based on the amplitude of the amplified error signal. Accordingly, either the first electronic switch 1 in the positive branch or the second electronic switch 5 in the negative branch will operate with a fill factor corresponding to the output signal of the pulse width modulator 14, which is proportional to the output signal of the absolute value generator 13.

Az első 2 áramkorlát és a második 4 áramkorlát az első 1 elektronikus kapcsoló, ill. a második 5 elektronikus kapcsolón átfolyó áram amplitúdóját korlátozza. Igénytelenebb esetben ez lehet egy ellenállás, más megoldásnál induktivitás, vagy transzformátor, amelynek szekunder tekercse egyenirányító alkalmazásával ismert módon a mágneses energia részbeni visszanyerését biztosítja.The first current limit 2 and the second current limit 4 are respectively the first electronic switch 1 or limiting the amplitude of the current flowing through the second electronic switch 5. More modestly, it may be a resistor, or alternatively an inductor, or a transformer whose secondary winding, using a rectifier, will provide partial recovery of the magnetic energy in a known manner.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy másik kiviteli alakjánál a 12 előjelfigyelő kimenete az első, második 15, 16 kapuáramkör egymástól eltérő kialakítású közösített bemenetét vezérli. Az első, második 15, 16 kapuáramkör a 12 elöjelfigyelő kimenetének állapota szerint egymást kizáró módon kapcsol be.In another embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the output of the monitor 12 controls the common input of the first, second gate circuit 15, 16 of different configuration. The first, second gate circuit 15, 16 is energized in a mutually exclusive manner according to the state of the output of the monitor 12.

A 14 impulzusszélesség modulátor másik bemenetén szinkronizálva van az alkalmazó rendszer jelével a kapcsolási tranziensek és egyéb zavaró jelek elkerülése érdekében.The other input of the pulse width modulator 14 is synchronized with the application system signal to avoid switching transients and other interfering signals.

A találmány szerinti áramköri elrendezés célkitűzéseit megvalósította és előnyei a következők:The objects and advantages of the circuit arrangement according to the invention are as follows:

- jó linearitás és hatásfok,- good linearity and efficiency,

- egyszerű és gazdaságos felépítés.- simple and economical construction.

Claims

Patent claims

A switching arrangement for a bipolar switching operational amplifier, wherein the positive power voltage is connected directly or via a first current limit (2) via a first electronic switch (1) to a summing point (3), which summing point (3) by a second current limit (4) or directly connected to the negative supply voltage via a second electronic switch (5), and wherein the output (7) of the switching arrangement is connected directly or via low pass (6) to the summing point (3), characterized in that the summing point (3) via a feedback network (8) to one of the inputs of the differential generator (9), wherein the other input of the differential generator (9) is connected to the input (10) of the switching arrangement, its output is connected to the input of a fault amplifier (11) 12) and an absolute value generator (13) connected to its combined input, the output of the absolute value generator (13) is connected to the input of a pulse width modulator (14) having an output to a common input of first and second gate circuits (15, 16); the output of the gate circuit (16) is connected to the control input of the second electronic switch (5), the control input of the first and second gate circuit (15, 16) are connected to the corresponding outputs of the signal monitor (12).

Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the first gate circuit (15) and the second gate circuit (16) are configured differently in a manner known per se, the control inputs are combined which is a known output signal monitor with an output. (12).

The switching arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the sign monitor (12) is connected to a first and / or second gate circuit (15, 16), which is connected to a pulse width modulator (14) using a known timing circuit. ).