PL222336B1 - Układ stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222336 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 401306 ⁽⁵¹) ^Int.Cl.

H03F 3/217 (2006.01) H03F1/02 (2006.01) H03F1/26 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 22.10.2012 (54)

Układ stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	POLITECHNIKA OPOLSKA, Opole, PL
28.04.2014 BUP 09/14	(72) Twórca(y) wynalazku:
	JAROSŁAW ZYGARLICKI, Krzyżowice, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.07.2016 WUP 07/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Wiesława Surmiak

PL 222 336 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D.

W znanym z dokumentacji International Rectifier: „IR2110(S)/IR2113(S) & (PbF) High and low side driver”, Nr PD60147 Rev.T, 23 marzec 2004, układzie złożonym ze stopnia sterującego i tranzystorów mocy, wejścia sterujące układu stanową wejścia sterujące scalonego sterownika tranzystorów, którego wyjście sterujące pierwsze połączone jest poprzez szeregowo włączony rezystor pierwszy z bramką tranzystora pierwszego, a wyjście sterujące drugie połączone jest poprzez szeregowo włączony rezystor drugi z bramką tranzystora drugiego. Dren tranzystora pierwszego połączony jest z dodatnim napięciem zasilania tranzystorów i z końcówką pierwszą kondensatora pierwszego, którego końcówka druga połączona jest ze źródłem tranzystora drugiego, z końcówką pierwszą kondensatora drugiego, z poziomem odniesienia scalonego sterownika tranzystorów i z poziomem odniesienia napięcia zasilania tranzystorów. Wejście zasilające pierwsze połączone jest z końcówką pierwszą kondensatora czwartego i z wejściem zasilającym pierwszym scalonego sterownika tranzystorów. Wejście zasilające drugie połączone jest z końcówką drugą kondensatora czwartego i z wejściem zasilającym drugim scalonego sterownika tranzystorów. Wejście zasilające trzecie połączone jest z wejściem zasilającym trzecim scalonego sterownika tranzystorów, końcówką drugą kondensatora drugiego i z anodą diody prostowniczej, której katoda połączona jest z bezwzględnym pływającym poziomem odniesienia scalonego sterownika tranzystorów i z końcówką drugą kondensatora drugiego. Wyjście pierwsze układu stanowi źródło tranzystora pierwszego połączonego z końcówką pierwszą kondensatora trzeciego i z offsetowym pływającym poziomem odniesienia scalonego sterownika tranzystorów. Dren tranzystora drugiego stanowi wyjście drugie znanego układu.

Znany układ stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D znacznie zniekształca wzmacniany sygnał. Przy dużych mocach wyjściowych znany układ generuje w wielu zastosowaniach niedopuszczalnie wysoki poziom zakłóceń elektromagnetycznych, powodujących nieprawidłową pracę sąsiadujących urządzeń.

Istota układu stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D według wynalazku polega na tym, że wejście dodatnie połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego, z końcówką pierwszą rezystora trzeciego i z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego. Wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego połączone jest z końcówką pierwszą rezystora piątego i z końcówką pierwszą rezystora czwartego. Wyjście wzmacniacza operacyjnego połączone jest z końcówką drugą rezystora czwartego i z bramką tranzystora. Końcówka druga rezystora trzeciego połączona jest z katodą diody i ze źródłem tranzystora, a anoda diody połączona jest z wejściem zasilającym drugim ujemnym. Korzystnie jest, gdy jako wzmacniacz operacyjny stosowany jest wzmacniacz operacyjny mocy.

Układ stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D według wynalazku przystosowany jest do łączenia go szeregowo w oddzielne segmenty, dzięki temu pozwala na znaczne zmniejszenie zniekształceń wzmacnianych sygnałów wynikających z konieczności szybkiego przełączania pełnego napięcia zasilającego wzmacniacz. Układ według wynalazku minimalizuje zakłócenia elektromagnetyczne emitowane do otoczenia. Układ pozwala na osiągnięcie większych mocy wyjściowych sygnału przy porównywalnych emitowanych zakłóceniach elektromagnetycznych. Układ znacznie zmniejsza zakłócenia wzmacnianych sygnałów o niewielkiej amplitudzie. Ponadto układ według wynalazku cechuje się pojedynczym wejściem sterującym, co upraszcza sposób sterowania oraz eliminuje możliwość uszkodzenia tranzystorów końcowych w wyniku niewłaściwego sterowania.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy układu stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D.

Wejście We dodatnie + układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego R1, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego R2, końcówką pierwszą rezystora trzeciego R3 i z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego Op. Wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego mocy jako wzmacniacza operacyjnego Op, połączone jest z końcówką pierwszą rezystora piątego R5 i z końcówką pierwszą rezystora czwartego R4. Wyjście wzmacniacza operacyjnego mocy jako wzmacniacza operacyjnego Op połączone jest z końcówką drugą rezystora czwartego R4 oraz bramką tranzystora T. Wejście zasilające pierwsze Uz1 dodatnie + podłączone jest z wejściem zasilającym dodatnim wzmacniacza operacyjnego mocy jako wzmacniacza operacyjnego Op, którego wejście zasilające ujemne podłączone jest z wejściem zasilającym pierwszym Uz1 ujemnym -. Dren tranzystora T połączony jest z wejściem

PL 222 336 B1 zasilającym drugim Uz2 dodatnim +. Anoda diody D połączona jest z wejściem zasilającym drugim Uz2 ujemnym - i z wyjściem Wy ujemnym - układu według wynalazku. Końcówka druga rezystora trzeciego R3 połączona jest z katodą diody D, że źródłem tranzystora T i z wyjściem Wy dodatnim + układu według wynalazku. Wejście We ujemne - oraz końcówki drugie rezystorów: drugiego R2 i piątego R5 połączone są z poziomem odniesienia wejść zasilających pierwszych Uzi, przy czym wejścia zasilające drugie Uz2 nie posiadają poziomu odniesienia wspólnego z wejściami zasilającymi pierwszymi Uzi.

W trybie pierwszym pracy układu według wynalazku dodatnie napięcie sterujące podawane jest na wejście We dodatnie +, a napięcie ujemne podawane jest na wejście We ujemne -. Różnica potencjałów pomiędzy wejściem We dodatnim a poziomem odniesienia powoduje przepływ prądu przez dzielnik napięcia złożony z szeregowo połączonych rezystorów pierwszego R1 i drugiego R2. Pomniejszone napięcie z węzła pomiędzy rezystorami: pierwszym R1 i drugim R2 podawane jest na wejście nieodwracające wzmacniacza mocy jako wzmacniacza operacyjnego Op i na końcówkę pierwszą rezystora trzeciego R3, stanowiącego sprzężenie zwrotne układu według wynalazku, śledzące napięcie jego pracy poprzez dołączenie jego końcówki drugiej do źródła tranzystora T.

Napięcie z końcówki pierwszej rezystora piątego R5 podawane jest na wejście odwracające wzmacniacza mocy jako wzmacniacza operacyjnego Op i na końcówkę pierwszą rezystora czwartego R4, stanowiącego sprzężenie zwrotne ujemne układu według wynalazku, ustalające jego wzmocnienie napięciowe poprzez dołączenie końcówki drugiej rezystora czwartego R4 do wyjścia wzmacniacza mocy jako wzmacniacza operacyjnego Op.

Wzmocnione i przesunięte o potencjał źródła tranzystora T napięcie, dodatnie względem tego źródła, z wyjścia wzmacniacza mocy jako wzmacniacza operacyjnego Op podawane jest na bramkę tranzystora T, powodując jego włączenie. Włączony tranzystor T zaczyna przewodzić prąd z wejścia zasilającego drugiego Uz2 dodatniego + poprzez dren i źródło tranzystora T do wyjścia Wy dodatniego + oraz z wyjścia Wy ujemnego - do wejścia zasilającego drugiego Uz2 ujemnego -, sumując się z napięciem podawanym na wyjście Wy układu: napięciem dodatnim na wyjściu Wy ujemnym - i napięciem ujemnym na wyjściu Wy dodatnim +. Napięcie zasilające z wejścia zasilającego drugiego Uz2 polaryzuje diodę D w kierunku zaporowym.

W trybie drugim pracy układu według wynalazku wejście We pozostaje niespolaryzowane. Tranzystor T nie jest włączany. Wyłączony tranzystor T wyłącza zasilanie wyjścia Wy układu napięciem z wejścia zasilającego drugiego Uz2. Zewnętrzne napięcie ujemne na wyjściu Wy dodatnim + oraz zewnętrzne napięcie dodatnie na wyjściu Wy ujemnym - powoduje spolaryzowanie diody D w kierunku przewodzenia i przepływ prądu z wyjścia Wy dodatniego + do wyjścia Wy ujemnego -.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D, w którym wyjście układu stanowi źródło tranzystora, znamienny tym, że wejście (We) dodatnie (+) połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego (R1), którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego (R2), z końcówką pierwszą rezystora trzeciego (R3) i z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego (Op), a wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego (Op) połączone jest z końcówką pierwszą rezystora piątego (R5) i z końcówką pierwszą rezystora czwartego (R4), zaś wyjście wzmacniacza operacyjnego (Op) połączone jest z końcówką drugą rezystora czwartego (R4) i z bramką tranzystora (T), przy czym końcówka druga rezystora trzeciego (R3) połączona jest z katodą diody (D) i ze źródłem tranzystora (T), a anoda diody (D) połączona jest z wejściem zasilającym drugim (Uz2) ujemnym.
2. 2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wzmacniacz operacyjny (Op) stosowany jest wzmacniacz operacyjny mocy.