RU2097907C1

RU2097907C1 - Key push-pull amplifier stage

Info

Publication number: RU2097907C1
Application number: SU5000916/09A
Authority: RU
Inventors: Николай Михайлович Игнатенков
Original assignee: Николай Михайлович Игнатенков
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: key push-pull amplifier stage includes first and second amplifier semiconductor controlled keys 1 and 2, first and second shunting four- terminal networks 3 and 4 connected in parallel to their inputs, blocking capacitor 5, load 6, voltage sources 7 and 8. Amplifier semiconductor controlled keys 1 and 2 switch on in turn during each half-period in series with load but are not connected in series with one another with reference to voltage sources. For provision of conditions of passage of current there are used shunting fourterminal networks. EFFECT: diminished straight- through currents, accelerated switching-over process and reduced dynamic losses. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. The invention relates to radio engineering and can be used in a conversion technique.

Двухтактные каскады широко используются в различных областях радиотехники и в преобразовательной технике преимущественно в тех случаях, когда необходимо получение сравнительно большой выходной мощности и высокого КПД. Для этого нужно, чтобы потери мощности при работе каскада, в том числе и потери, вызванные коммутационными процессами при переключении полупроводниковых приборов, были минимальны. Push-pull cascades are widely used in various fields of radio engineering and in converter technology mainly in those cases when it is necessary to obtain a relatively large output power and high efficiency. For this, it is necessary that the power losses during the operation of the cascade, including the losses caused by switching processes when switching semiconductor devices, are minimal.

Одной из причин, приводящей к таким потерям, является наличие сквозного тока. One of the reasons leading to such losses is the presence of through current.

Существует ряд технических решений, направленных на уменьшение сквозного тока и потерь с ним связанных. В частности, в известном двухтактном усилительном каскаде (SU, 1205252, H 03 F 3/26), содержащем выходные транзисторы одинаковой проводимости, для достижения требуемого технического результата вводится специальный конденсатор, включенный между базовыми резисторами выходных транзисторов. Результат достигается благодаря обусловленной наличием конденсатора задержке включения закрытого транзистора. There are a number of technical solutions aimed at reducing the through current and losses associated with it. In particular, in the well-known push-pull amplifier stage (SU, 1205252, H 03 F 3/26) containing output transistors of the same conductivity, a special capacitor is inserted between the base resistors of the output transistors to achieve the desired technical result. The result is achieved due to the presence of a capacitor, the delay in switching on the closed transistor.

В устройстве по (SU, 1462466 A 1), представляющем собой двухтактный ключевой усилитель мощности, для достижения необходимого результата используется дополнительно введенный дроссель, также выполняющий функцию задержки. In the device according to (SU, 1462466 A 1), which is a push-pull key power amplifier, an additionally introduced choke is also used to achieve the desired result, also performing a delay function.

Общим недостатком используемых методов является фиксированное время задержки, что приводит к достижению результата при определенном токе для ключа с определенным быстродействием. Поэтому при рассчете элементов необходимо учитывать разброс частотных и усилительных свойств используемых ключевых транзисторов, что создает определенные проблемы особенно в условиях серийного производства. A common drawback of the methods used is a fixed delay time, which leads to the achievement of a result at a certain current for a key with a certain speed. Therefore, when calculating the elements, it is necessary to take into account the spread in the frequency and amplifying properties of the used key transistors, which creates certain problems especially in the conditions of mass production.

Иной способ уменьшения сквозного тока использован в (авт.св. N 512556, H 03 F 3/26). В этом двухтактном усилителе, который является прототипом, введены два управляемых коммутируемых четырехполюсника. Технический результат достигается благодаря тому, что каждый четырехполюсник шунтирует вход одного транзистора пока в базовой цепи другого протекает ток. Этот способ устранения сквозного тока не нуждается в специально рассчитываемом частотнозависимых элементах, что устраняет необходимость учета частотных свойств применяемых ключей. Однако его недостатком в том виде, в каком он использован в прототипе, является то, что в качестве управляющего задержкой сигнала служит не сам сквозной ток, а сопутствующий ему базовый, а эти токи, вообще говоря, не связаны строгим взаимно однозначным соответствием. Кроме того, при такой схеме трудно получить надежное закрытие ключа, так как простое шунтирование зачастую оказывается недостаточным в мощных высоковольтных каскадах и требуется подача дополнительного запирающего смещения. К недостатку можно отнести и сравнительную сложность схемы прототипа, что снижает ее надежность и повышает стоимость. Another way to reduce the through current is used in (ed. St. N 512556, H 03 F 3/26). In this push-pull amplifier, which is the prototype, two controllable commutated four-terminal devices are introduced. The technical result is achieved due to the fact that each four-terminal shunts the input of one transistor while a current flows in the base circuit of the other. This method of eliminating the through current does not need specially calculated frequency-dependent elements, which eliminates the need to take into account the frequency properties of the keys used. However, its drawback in the form in which it was used in the prototype is that it is not the through current itself but the accompanying base current that serves as the delay control signal, and these currents, generally speaking, are not connected by a strict one-to-one correspondence. In addition, with such a scheme, it is difficult to obtain reliable key closure, since simple shunting is often insufficient in high-power high-voltage stages and an additional locking bias is required. The disadvantage is the comparative complexity of the prototype circuit, which reduces its reliability and increases cost.

В предлагаемом двухтактном ключевом усилительном каскаде недостатки прототипа устранены. Превосходя прототип по характеристикам, предлагаемый каскад схемотехнически проще и допускает введение дополнительного источника напряжения, что расширяет его возможности. In the proposed push-pull key amplifier stage, the disadvantages of the prototype are eliminated. Exceeding the prototype in terms of characteristics, the proposed cascade is schematically simpler and allows the introduction of an additional voltage source, which expands its capabilities.

На фиг. 1 и 2 представлены функциональная и принципиальная схемы устройства. In FIG. 1 and 2 are functional and circuit diagrams of the device.

Двухтактный ключевой усилительный каскад содержит два управляемых полупроводниковых ключа, 1 и 2, каждый из которых имеет управляющий вход и первый и второй коммутируемые выводы, причем первый коммутируемый вывод является общим для цепи управления и коммутируемой цепи, шунтирующие четырехполюсники 3 и 4, выходы которых шунтируют входы каждого управляемого полупроводникового ключа, нагрузку 6, которая через разделительный конденсатор 5 подключена между общими коммутируемым выводами ключей, а также один или два источника напряжения 7 и 8, которые подключены между не являющимся общим коммутируемым выводом одного ключа и управляющим входом другого. Любой из источников может отсутствовать и заменяться непосредственным соединением коммутируемого вывода с управляющим входом, что формально соответствует источнику с нулевым значением выходного напряжения. The push-pull key amplifier stage contains two controllable semiconductor switches, 1 and 2, each of which has a control input and a first and second commutated terminals, the first commutated terminal being common for the control circuit and commutated circuit, shunting the four-terminal circuits 3 and 4, the outputs of which are shunting the inputs each controllable semiconductor switch, load 6, which is connected through a shared capacitor 5 between the common switched key terminals, as well as one or two voltage sources 7 and 8, to torye connected between the non-switched terminal of the common key and the other control input. Any of the sources may be absent and replaced by a direct connection of the switched output to the control input, which formally corresponds to a source with a zero value of the output voltage.

В качестве полупроводниковых управляемых ключей могут быть использованы транзисторы, тиристоры, а также более сложные ключи, составленные из транзисторов и тиристоров с использованием дополнительных элементов, улучшающих эксплуатационные характеристики. As semiconductor controlled keys can be used transistors, thyristors, as well as more complex keys composed of transistors and thyristors using additional elements that improve operational characteristics.

Конденсатор исключает возможность протекания постоянного тока через нагрузку и в некоторых случаях может отдельно не присутствовать, если нагрузка сама по себе имеет емкостной характер, например, если нагрузкой является пьезоэлемент. The capacitor eliminates the possibility of direct current flowing through the load and in some cases may not be present separately if the load itself is capacitive in nature, for example, if the load is a piezoelectric element.

Основное назначение шунтирующих четырехполюсников такое же, как и в прототипе шунтировать вход одного ключа на время, пока через другой ключ протекает ток. Отличие от прототипа в том, что благодаря изменению взаимосвязи между элементами схемы отпала необходимость в дополнительных резисторах в цепи управляющего электрода, а непосредственно током открытого ключа создается запирающее смещение для второго ключа, что приводит к существенному снижению динамических потерь. The main purpose of the shunting four-terminal circuits is the same as in the prototype to bypass the input of one key for a while, while the current flows through the other key. The difference from the prototype is that due to a change in the relationship between the circuit elements, there is no need for additional resistors in the control electrode circuit, and a locking bias for the second key is created directly by the open key current, which leads to a significant reduction in dynamic losses.

Каскад работает следующим образом. The cascade works as follows.

Допустим во время первого такта на вход ключа 1 через четырехполюсник 3 подан открывающий импульс, а на вход ключа 2 через четырехполюсник 4 противофазный ему закрывающий. Ток идет от источника напряжения 7 через открытый ключ 1, последовательно включенные конденсатор 5 и нагрузку 6, далее через шунтирующий четырехполюсник 4 и цепь тока замыкается на источнике напряжения 7. При этом ток, проходящий через четырехполюсник 4 создает падение напряжения, которое также является закрывающим для ключа 2. Suppose that during the first clock cycle, an opening pulse is applied to the input of the key 1 through the four-terminal 3, and the antiphase closing pulse is applied to the input of the key 2 through the four-terminal 4. The current flows from the voltage source 7 through the open switch 1, the capacitor 5 and the load 6 connected in series, then through the shunting four-terminal 4 and the current circuit closes to the voltage source 7. In this case, the current passing through the four-terminal 4 creates a voltage drop, which also closes key 2.

При переходе ко второму такту полярность управляющих импульсов меняется и теперь на вход ключа 1 через шунтирующий четырехполюсник 3 начинает подаваться запирающий импульс, а на вход управляемого полупроводникового ключа 2 через шунтирующий четырехполюсник 4 отпирающий. When switching to the second clock, the polarity of the control pulses changes, and now a blocking pulse begins to be transmitted to the input of the key 1 through the shunting 4-pole 3, and it is unlocked to the input of the controlled semiconductor key 2 through the shunting 4-pole 4.

Происходит процесс переключения каскада. При этом ключ 2 будет оставаться в закрытом состоянии до тех пор, пока напряжение на его входе будет закрывающим. А это напряжение, создаваемое током ключа 1, проходящим через четырехполюсник 4, будет присутствовать до тех пор, пока не закроется ключ 1. There is a process of switching the cascade. In this case, the key 2 will remain in the closed state until the voltage at its input is closing. And this voltage created by the current of the key 1 passing through the four-terminal 4 will be present until the key 1 is closed.

Таким образом создается необходимая задержка включения ключа 2. После закрытия управляемого полупроводникового ключа 1 открывается управляемый полупроводниковый ключ 2 и в установившемся режиме второго такта, ток из источника напряжения 8 через открытый управляемый полупроводниковый ключ 2 поступает в нагрузку, далее через конденсатор 5 и шунтирующий четырехполюсник 3 ток возвращается к источнику напряжения 8. Отсутствие одного из источников напряжения оставляет все наши рассуждения в силе, все происходит в том же порядке, только ток в цепи без источника создается зарядившимся за время действия предыдущих тактов конденсатором 5. This creates the necessary delay for switching on the key 2. After the controlled semiconductor switch 1 is closed, the controlled semiconductor switch 2 is opened and in the steady-state mode of the second cycle, the current from the voltage source 8 through the open controlled semiconductor switch 2 enters the load, then through the capacitor 5 and the shunting four-terminal 3 the current returns to voltage source 8. The absence of one of the voltage sources leaves all our reasoning in force, everything happens in the same order, only the current in c pi without the power to create the charge for the duration of the previous cycles the condenser 5.

При очередной смене полярности управляющих импульсов все описанные процессы повторяются. At the next change in the polarity of the control pulses, all the described processes are repeated.

Claims

A push-pull key amplifier stage containing two semiconductor controlled keys, each of which has a control input and first and second switched terminals, the first switched output being common for the control circuit and the switched circuit, two shunting four-terminal devices with input and output, while each output a shunting four-terminal network connected in parallel to the control input section is the first switched output of the corresponding semiconductor controlled key, as well as a voltage source, about characterized in that the load is switched on through the introduced isolation capacitor between the first switched conclusions of the semiconductor controlled keys, the second switched output of one of the semiconductor controlled keys through a voltage source is connected to the control input of another semiconductor controlled key, the second switched output of which is connected directly or through the introduced additional voltage source to the control input of the first of two semiconductor controlled keys.