SU1490704A1

SU1490704A1 - Power class d amplifier

Info

Publication number: SU1490704A1
Application number: SU874247215A
Authority: SU
Inventors: Василий Александрович Попов; Виктор Валентинович Попов
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1989-06-30

Abstract

Изобретение относитс к радиотехнике. Цель изобретени - повышение КПД и надежности. Усилитель мощности содержит источник 1 входного сигнала, широтно-импульсный модул тор 2, двухтактный выходной каскад 3, фильтры 4 и 5, выпр мители 6-9, обмотки 10, 11, 17 и 18 трансформатора 12 питани , блок 13 управлени , пороговый эл-т 14, компараторы 15 и 16, управл емые ключи 19-22, вентили 23 и 24, нагрузку 25, дифференцирующий усилитель 26 и детектор 27 нул . С помощью введенного детектора 27 сигналы управлени подаютс только на тот ключ, через который протекает ток рекуперации. Рекупераци начинаетс в момент прохождени напр жени сети через максимум и происходит на участке, где напр жение и ток уменьшаютс по величине. При этом результирующий импульс тока в первичной обмотке трансформатора 12, равный разности потребл емого и возвращаемого токов, смещаетс так, что ток начинает опережать напр жение. Это эквивалентно емкостному характеру нагрузки 25. Цель достигаетс за счет снижени потерь энергии в первичной обмотке трансформатора 12 и подвод щих проводах. 1 ил.The invention relates to radio engineering. The purpose of the invention is to increase efficiency and reliability. The power amplifier contains an input source 1, a pulse-width modulator 2, a push-pull output stage 3, filters 4 and 5, rectifiers 6–9, windings 10, 11, 17 and 18 of the power transformer 12, control unit 13, a threshold el- 14, comparators 15 and 16, control keys 19-22, gates 23 and 24, load 25, differentiating amplifier 26 and detector 27 zero. Using the input detector 27, control signals are supplied only to the key through which the recovery current flows. The recovery starts at the moment when the mains voltage passes through a maximum and occurs in the area where the voltage and current decrease in magnitude. In this case, the resulting current pulse in the primary winding of the transformer 12, equal to the difference between the consumed and recovered currents, is shifted so that the current begins to outpace the voltage. This is equivalent to the capacitive nature of the load 25. The goal is achieved by reducing the energy loss in the primary winding of the transformer 12 and the supply wires. 1 il.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в усилителях мощности низкой частоты.The invention relates to radio engineering and can be used in low frequency power amplifiers.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности усилителя.The purpose of the invention is to increase the efficiency and reliability of the amplifier.

На чертеже представлена электрическая схема усилителя мощности класса Д.The drawing shows a circuit diagram of a class D power amplifier.

Усилитель мощности класса Д содержит источник 1 входного сигнала, широтно-импульсный модулятор 2, двухтактный выходной каскад 3, фильтры 4 и 5, выпрямители 6, 7 и 8, 9, вторичные обмотки 10 и 11 трансформатора(. 12 питания, блок 13 управления, пороговый элемент 14, компараторы 15 и 16, дополнительные обмотки 17 и 18 трансформатора 12 питания, управляемые ключи 19, 20, дополнительные управляемые ключи 21 и 22, вентили 23 и 24, нагрузку 25, дифференцирующий · усилитель 26 и детектор 27 нуля.A class D power amplifier contains an input signal source 1, a pulse-width modulator 2, a push-pull output stage 3, filters 4 and 5, rectifiers 6, 7 and 8, 9, secondary windings 10 and 11 of the transformer (. 12 power supply, control unit 13, threshold element 14, comparators 15 and 16, additional windings 17 and 18 of power transformer 12, controlled keys 19, 20, additional controlled keys 21 and 22, valves 23 and 24, load 25, differentiating amplifier 26 and zero detector 27.

В процессе усиления сигналов низкой частоты при возвращении энергии из нагрузки 25 в источник питания (например,в фильтр 4), положительное напряжение на выходе фильтра 4 возрастает. Одновременно на неинвертирующем входе порогового элемента 14 напряжение повышается и достигает порога срабатывания +дЕ. При этом напряжение на выходе порогового элемента 14 становится положительным и сохраняется до тех пор, пока напряжение на выходе фильтра 4 не уменьшится до номинального (пороговый элемент 14 выполнен с гистерезисом). Положительное напряжение с выхода пороговой го элемента 14 поступает на стробирующий вход блока 13 управления. С помощью компараторов 15 и 16 формируются положительные импульсы, которые поступают на управляющие входы /блока 13 управления. Указанные импульсы формируются путем сравнения синусоидального напряжения с вторичной обмотки трансформатора 12 питания и порогового напряжения. Синусоидальное напряжение с частотой сети поступает также на вход дифференцирующего усилителя 26, на выходе которого формируется последовательность импульсов, соответствующих первой производной от входного напряжения (отрицательное напряжение на его выходе соответствует нулевому уровню).In the process of amplifying low-frequency signals when energy is returned from the load 25 to the power source (for example, to the filter 4), the positive voltage at the output of the filter 4 increases. At the same time, at the non-inverting input of the threshold element 14, the voltage rises and reaches the threshold + dE. In this case, the voltage at the output of the threshold element 14 becomes positive and remains until the voltage at the output of the filter 4 decreases to the nominal value (threshold element 14 is made with hysteresis). Positive voltage from the output of the threshold element 14 is supplied to the gate input of the control unit 13. Using comparators 15 and 16, positive pulses are generated, which are fed to the control inputs / control unit 13. These pulses are generated by comparing the sinusoidal voltage from the secondary winding of the power transformer 12 and the threshold voltage. A sinusoidal voltage with a mains frequency also enters the input of the differentiating amplifier 26, at the output of which a sequence of pulses corresponding to the first derivative of the input voltage is formed (a negative voltage at its output corresponds to a zero level).

Импульсы с выхода дифференцирующего усилителя 26 поступают на вход синхронизации блока 13 управления. На установочный вход блока 13 управления поступает сигнал с выхода де~. тектора 27 нуля. При возрастании напряжения на фильтре 4 напряжение на выходе детектора 27 нуля становится . положительным, а в случае возрастания напряжения на фильтре 5 напряжение на выходе детектора 27 нуля становится равным нулю.The pulses from the output of the differentiating amplifier 26 are fed to the synchronization input of the control unit 13. The installation input of the control unit 13 receives a signal from the output de ~. Hector 27 zero. With increasing voltage on the filter 4, the voltage at the output of the detector 27 becomes zero. positive, and in case of an increase in the voltage on the filter 5, the voltage at the output of the zero detector 27 becomes equal to zero.

При превышении напряжения на фильтре 4 на выходах блока 13 управления формируются импульсы управления для управляемых ключей 19 и 22, а при превышении напряжения на фильтре 5 формируются импульсы управления для управляемых ключей 20 и 21.When the voltage is exceeded on the filter 4 at the outputs of the control unit 13, control pulses are generated for the controlled keys 19 and 22, and when the voltage is exceeded on the filter 5, control pulses are generated for the controlled keys 20 and 21.

Импульс управления с выхода блока 13 управления открывает управляемый ключ 19, включая при этом цепь рекуперации. Через фильтр 4, вентиль 23, управляемый ключ 19, дополнительную обмотку 17 и вторичную обмотку 10 трансформатора 12 питания протекает импульс тока, который не совпадает по фазе с напряжением в дополнительной и вторичной обмотках 17 и 10. При этом реактивная энергия, накопленная в фильтре 4, трансформируется в питающую сеть. К некоторому моменту времени напряжение на фильтре 4 снижается до допустимой величины. Если перекачка реактивной энергии из нагрузки 25 в фильтр 4 продолжается, то напряжение на фильтре 4 будет увеличиваться. В момент времени, когда на противофазном выходе блока 13 управления формируется импульс управления, открывается , дополнительный управляемый ключ 22, включая при этом цепь рекуперации. Через фильтр 4, вентиль 23, дополнительный управляемый ключ 22, дополнительную обмотку 18 и вторичную обмотку 11 трансформатора 12 питания протекает импульс тока рекуперации. Далее напряжение на фильтре 4 восстанавливается до допустимой величины. Процесс повторяется до исчезновения причины, вызывающей возрастание напряжения на фильтре 4.The control pulse from the output of the control unit 13 opens the controlled key 19, including the recovery circuit. Through a filter 4, a valve 23, a controlled key 19, an additional winding 17 and a secondary winding 10 of the power transformer 12, a current pulse flows that does not coincide in phase with the voltage in the additional and secondary windings 17 and 10. The reactive energy stored in the filter 4 , is transformed into a power network. At some point in time, the voltage on the filter 4 is reduced to an acceptable value. If the transfer of reactive energy from the load 25 to the filter 4 continues, the voltage on the filter 4 will increase. At a time when a control pulse is generated at the antiphase output of the control unit 13, an additional controlled key 22 is opened, including the recovery circuit. Through the filter 4, valve 23, an additional controlled key 22, an additional winding 18 and a secondary winding 11 of the power transformer 12, a regenerative current pulse flows. Next, the voltage on the filter 4 is restored to an acceptable value. The process is repeated until the disappearance of the cause of the increase in voltage on the filter 4.

Таким образом, сигналы управления подаются только на тот управляемый ключ, через который протекает ток рекуперации, например 19, при этом через управляемый ключ 20 токи не протекают.Thus, control signals are supplied only to that controlled key through which the recovery current flows, for example 19, while no current flows through the controlled key 20.

Рекуперация начинается в момент прохождения напряжения сети через максимум и происходит на участке, где напряжение и ток уменьшаются по величине, при этом результирующий импульс тока в первичной обмотке трансформатора питания, равный разности потребляемого и возвращаемого токов, смещается так, что ток начинает опережать напряжение (при нулевом исходном фазовом сдвиге), что эквивалентно емкостному характеру нагрузки. Учитывая, что большинство нагрузок носит индуктивный характер, КПД питающей сети улучшается и снижаются потери энергии в первичной обмотке трансформатора и подводящих проводах, что повышает общий КПД усилителя и его надежность.Recovery starts at the moment when the mains voltage passes through the maximum and occurs in the area where the voltage and current decrease in magnitude, while the resulting current pulse in the primary winding of the power transformer, equal to the difference between the consumed and returned currents, is shifted so that the current starts to exceed the voltage (at zero initial phase shift), which is equivalent to the capacitive nature of the load. Considering that most loads are inductive, the efficiency of the supply network improves and energy losses in the primary winding of the transformer and supply wires are reduced, which increases the overall efficiency of the amplifier and its reliability.

Claims

Claim

A class D power amplifier containing a pulse-width modulator in series and a push-pull output stage, a power transformer, the secondary windings of which are connected through the corresponding circuits from a series-connected rectifier and filter to the power terminals of each arm of the push-pull output stage, a threshold element whose inputs are connected to filter outputs of each arm, and its output - to the gate input of the control unit, as well as in each. shoulder comparator, the output of which is connected to the control input of the up1490704 4 equalization unit, subsequently st g · .. · - additional winding of the power supply transformer, controlled key and valve, as well as an additional PCB control xv ⁵ key, the comparator input is connected to the connection point straighten the voltage, additional and secondary windings of the transformer, power, and the valve is connected to the connection point of the corresponding filter with the rectifier, and each additional controlled key is connected between the connection point of the valve with the controlled 15 to the hatch of one shoulder and the connection point of the additional winding with a controlled key of the other shoulder, while the output of the control unit is connected to the control input of the controlled key of one shoulder, the antiphase output of the control unit is connected to the control input of the additional exercise key of the other shoulder, characterized in that, 25 in order to increase efficiency and reliability, a zero detector was introduced, the output of which is connected to the installation input of the control unit, the input is connected to the outputs of the filters, and between the connection point of the rectifier with an additional A differentiating amplifier is introduced by the winding of each arm of the power transformer and the synchronization input of the control unit, the first additional output of the control unit connected to the control input of the additional controlled key of one shoulder, and the second additional antiphase output of the control unit with the control input of the controlled key of the other shoulder.