background image

 

 

WZMACNIACZE MOCY

• Specyficzne problemy 

wzmacniaczy mocy 

• Odprowadzenie ciepła 

z tranzystora mocy

• Klasy pracy 

wzmacniaczy

• Wzmacniacze  mocy  

klasy  A

• Wzmacniacz  ze  

sprzężeniem  
transformatorowym

• Przeciwsobne  

wzmacniacze  klasy  
B  i  AB

• Charakterystyka  

przejściowa  i  
zniekształcenia  
nieliniowe

• Rozwiązania  

układowe  
wzmacniaczy  klasy  
AB

background image

 

 

I

C

I

Cmax

0

P

T

C

C

C

max

(

)

25

0

U

CE

I

B

P

2

Drugie

przebicie

U

CE max

r

CES

(

)

T

C

j

150

0

Rys. 1. Użyteczny obszar charakterystyk wyjściowych tranzystora bipolarnego we 

    wzmacniaczu mocy

background image

 

 

c

thj

c

j

C

R

T

T

P

max

max

j - złącze (junction)
c - korpus (case)
r - radiator (radiator)
a - otoczenie (ambient)

P

C

T

j

C

thj

R

thj c

C

thc

C

thr

R

thc r

R

thc a

R

thr a

T

c

T

r

T

a

( )

a

( )

r

( )

c

( )

j

Rys. 2. Cieplny schemat zastępczy tranzystora



T

Q

C

P

T

R

th

th

max

max

max

max

C

th

a

j

P

R

T

T

T

C

th

c

thj

a

thc

a

thr

r

thc

C

a

j

P

R

R

R

R

R

P

T

T

||

 

background image

 

 

Rys. 3. Klasy pracy wzmacniaczy

n

k

k

h

h

h

h

h

2

2

..

.

2

4

2

3

2

2

 

=

  

1

I

I

h

k

k

background image

 

 

Rys. 4. Wzmacniacz z obciążeniem rezystancyjnym w kolektorze:
               a) schemat, b) charakterystyka robocza układu

CC

C

CQ

CC

CEQ

U

P

I

U

U

max

2

       

,

2

Lopt

C

CC

CQ

CC

CQ

CEQ

CQ

CEQ

CC

L

R

P

U

I

U

I

U

I

U

U

R

max

2

4

2

L

cm

L

R

U

P

2

2

background image

 

 

CQ

L

Cm

cm

CEQ

CEQ

cm

I

R

U

I

U

U

U

U

min

CES

L

L

CEQ

CEQ

cm

r

R

R

U

U

U

U

min

1

współczynnik wykorzystania napięcia

2

2

2

max

2

2

max

C

CQ

CEQ

cm

cm

L

P

I

U

I

U

P

 

max

0

2

2

1

C

CQ

CQ

CEQ

CQ

CC

C

CC

T

D

P

I

I

U

I

U

dt

t

i

U

T

P

4

2

2

2

max

max

2

max

max

C

C

D

L

P

P

P

P

%

25

4

1

2

max

max

max

C

L

P

P

background image

 

 

CQ

cm

kI

'

1

 

 

/

  

,

max

in

in

CC

cm

U

U

k

U

k

U

 

 

2

2

max

 

 

4

1

k

P

k

P

k

D

L

background image

 

 

 Wzmacniacz z obciążeniem transformatorowym: a) schemat, b) charakterystyka robocza

CC

CQ

CC

CEQ

U

I

r

U

U

1

CQ

CEQ

cm

cm

L

I

U

I

U

R

'

L

L

opt

R

R

p

/

'

CQ

CEQ

D

I

U

background image

 

 

CEQ

CEQ

cm

U

U

U

U

min

CEQ

U

U

/

 

 

1

 

 

min

CQ

CQ

cm

I

I

I

I

min

CQ

I

I

/

1

min

 

2

max

max

2

1

D

L

P

P

%

50

max

CQ

CC

cm

cm

L

I

U

I

U

P

2

2

2

2

max

 

CQ

CC

C

CC

T

D

I

U

dt

t

i

U

T

P

0

1

background image

 

 

1

/

max

i

i

U

U

k

 

 

CEQ

cm

CQ

'

cm

U

k

k

U

I

k

k

I

 

 

  

,

'

 

max

2

2

2

 

2

1

k

k

P

P

k

D

L

1

 

D

L

D

C

P

P

P

P

CQ

CC

cm

cm

L

I

U

k

I

U

P

2

2

2

2

2

max

 

CQ

CC

C

CC

T

D

I

U

dt

t

i

U

T

P

0

1

background image

 

 

u

i

'

u

i

"

T

1

T

2

U

CC

1

:

2

p

1

:

2

p

R

L

a)

b)

T

1

T

2

R

L

u

i

i

L

U

CC

U

CC

u

o

 Uproszczone schematy ideowe przeciwsobnych wzmacniaczy klasy B: 

     a) transformatorowego, b) beztransformatorowego

background image

 

 

 Prosta pracy i przebiegi czasowe prądów kolektorów tranzystorów przeciwsobnego

wzmacniacza w klasie B.

CC

CEQ

CEQ

cm

U

U

U

U

U

min

CEQ

U

U

/

1

min

max

max

C

CQ

C

cm

I

I

I

I

max

max

2

1

2

1

C

CEQ

cm

cm

L

I

U

I

U

P

sr

CC

D

I

U

P

2

max

background image

 

 

max

max

C

CQ

C

cm

sr

I

I

I

I

I

max

max

max

2

2

C

CC

CQ

C

CC

D

I

U

I

I

U

P

4

max

max

max

D

L

P

P

%

5

,

78

4

max

1

 

 

 

 

0

 k

CEQ

cm

C

cm

U

k

U

kI

I

'

max

'

,

max

2

L

L

P

k

max

D

D

kP

 

max

 

k

background image

 

 

Zależności mocy 
dostarczonej, mocy 
wyjściowej, mocy strat i 
sprawności 
od współczynnika 
wystero-wania 
wzmacniacza klasy B

max

2

max

L

D

L

D

C

P

k

P

k

P

P

P

2

2

m

k

k

max

2

max

2

max

1

1

C

CC

C

CEQ

C

I

U

I

U

P

background image

 

 

Wzmacniacze 
klasy D

 

1
2

3

5

4

Stopień

wyjściowy

klasy D

FDP

4

5

1

2

3

Komp

Idea wzmacniacza klasy D

background image

 

 

Stopnie końcowe wzmacniaczy klasy D z reguły 

budowane są w oparciu o tranzystory VDMOS, które 
wykazują wiele zalet w porównaniu z tranzystorami 
bipolarnymi.

Straty mocy w tranzystorach MOSFET stopnia 

końcowego składają się głównie z trzech składowych:

                           
                 - straty mocy w stanie załączenia 

(przewodzenia) tranzystorów,

                            
                  - straty mocy wydzielane w procesach 

przełączania tranzystorów,

                     
                   - straty mocy wydzielone w obwodach 

bramek tranzystorów.

GATE

SW

COND

TOTAL

P

P

P

P

COND

P

SW

P

GATE

P

background image

 

 

a)

M

1

M

2

Przełączanie prądu

Prąd obciążenia

ZZ

U

ZZ

U

Prąd obciążenia

Przełączanie prądu

M

1

M

2

M

3

M

4

ZZ

U

b)

c)

ZZ

U

O

U

ZZ

U

ZZ

U

d)

ZZ

L

sw

ZZ

ZZ

C

R

f

U

U

8

 Stopnie końcowe wzmacniacza klasy D: a) półmostkowy, b) 

pełny mostek, 

c) klucz tranzystorowy MOSFET, d) napięcie na szynach 

zasilających

background image

 

 

 Napięcia  sterujące tranzystorami stopnia 
końcowego 

Górna  gałąź

Dolna  gałąź

ON

OFF

ON

OFF

DH

t

DL

t

Czas  martwy  górnej  gałęzi

Czas  martwy  dolnej  gałęzi

GS

u

background image

 

 

OUT

P

f

, dla r

óżnych 

)

ON

(

DS

 i tych samych strat przełączania 

SW

 

Układ półmostkowy:

ZZ

=35V, 

sw

=395KHz, 

in

=1KHz,

L

=4

 

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

80%

82%

84%

86%

88%

90%

92%

94%

96%

98%

100%

Pout (W)

E

f

ic

ie

n

c

y

1% THD

10% THD

RDS(on)=51mOhm

RDS(on)=95mOhm

 

background image

 

 

      

OUT

P

f

N

THD

, dla różnych czasów martwych 

D

 i tych 

samych 

g

 

                                             Układ mostkowy:

ZZ

=40V, 

sw

=800KHz,

L

=8 

0,1

1

10

100

Pout (W)

T

H

D

 +

 N

 [

%

]

1% THD

Qg=13nC

3

10

1

30

100

MOSFET Qg = 13nC

Dead Time = 12ns

Dead Time = 4ns

 

background image

 

 

Charakterystyka przejściowa układu z rys.6 b i ilustracja zniekształceń 

nielinowych

background image

 

 

Rys.  10. Wzmacniacz klasy AB: a) układ wstępnej polaryzacji i stabilizacji

punktów pracy tranzystorów,  b) charakterystyka przejściowa wzmacniacza

background image

 

 

U

CC

 U

CC

u

o

u

i

D

D

R

E

R

E

R

L

T

3

T

2

T

1

I

p

Przeciwsobny wzmacniacz w klasie AB. Zastapienie jednego ze źródeł

 prądowych  wzmacniaczem w konfiguracji OE

background image

 

 

a)

b)

U

CC

U

CC

 U

CC

 U

CC

I

p

I

p

R

R

R

E

R

E

R

E

R

E

R

L

R

L

D

D

D

D

u

i

u

i

u

o

u

o

T

3

T

3

T

1

T

1

'

T

1

T

1

'

T

2

T

2

'

T

2

'

T

2

R

E3

R

 Wzmacniacze mocy klasy AB z układami Darlingtona: a) przeciwstawny, 

 b) quasi-przeciwstawny

background image

 

 

a)

R

1

D

D

2

R

L

u

o

u

i

U

CC

 U

CC

T

1

T

2

R

1

b)

D

R

2

R

L

u

o

u

i

R

D

2

U

CC

 U

CC

T

2

T

1

T

3

T

1

'

i

o

Przeciwsobny wzmacniacz klasy AB z diodą kluczującą:

a) schemat podstawowy, b) z układem Darlingtona

background image

 

 

Układ

polaryzacji

i

sterowania

DD

U

DD

U

Sprzężenie

zwrotne

+

in

i

Przedwzmacniacz

 

Wzmacniacze klasy AB z tranzystorami VDMOS w stopniu 
końcowym

 

background image

 

 

+

U

CC

U

DD

 U

DD

 U

CC

R

1

R

E

R

L

u

o

u

i

C

1

I

T

3

T

2

T

1

T

4

T

5

 Schemat ideowy wzmacniacza mocy w klasie AB z tranzystorami 

VDMOS (symetryczny wtórnik źródłowy)

background image

 

 

 

Schemat blokowy wzmacniacza klasy D firmy 
International Rectifier 

 

background image

 

 

 

 

 

background image

 

 

Monolityczne  wzmacniacze  akustyczne 

klasy D LX1710/1711 i MSC-LX1790 należą 
do 

najnowszych 

rozwiązań 

firmy 

Microsemi-Linfinity.  Układ  LX1710/1711 
jest  przeznaczony  do  zastosowania  w 
urządzeniach  z  zasilaniem  bateryjnym, 
które wymagają wysokiej sprawności. 

Układ  ZXCD1000,  opracowany  w  firmie 

ZETEX,  jest  przykładem  monolitycznego, 
akustycznego  wzmacniacza  klasy  D  o 
wysokich 

parametrach 

wyjściowych. 

Wzmacniacz  ten  w  układzie  pełnego 
mostka 

zapewnia 

100Wrms 

mocy 

wyjściowej, 

współczynnik 

zawartości 

harmonicznych THD jest mniejszy niż 0,2% 

całym 

pasmie 

akustycznym 

(przy 

otwartej  pętli  sprzężenia  zwrotnego)  a 
sprawnośc  jest  większa  od  90%  w  całym 
zakresie mocy.

background image

 

 

Firma  National  Semiconductor  produkuje 

trzy  monolityczne  wzmacniacze  klady  D 
(LM4651,  LM4652  i  LM4663).  Dwa  pierwsze 
układy  tworzą  zestaw,  który  składa  się  z 
kontrolera 

klasy 

(LM4651) 

oraz 

monolitycznego 

stopnia 

mocy 

(LM4652) 

zawierającego  cztery  tranzystory  MOSFET  w 
układzie 

pełnego 

mostka. 

Tworzą 

one 

kompletny  układ  akustycznego  wzmacniacza 
mocy  klasy  D  z  modulacją  PWM.    Cechą 
charakterystyczną 

tych 

układów 

jest 

stosunkowo  niewielkie  pasmo  przenoszenia 
(10Hz-500kHz).  Są  one  przeznaczone  do 
zasilania 

subniskotonowych 

urządzeń 

głośnikowych 

dużej 

mocy 

(powyżej 

kilkudziesięciu watów.

background image

 

 

Na wyróżnienie zasługują hybrydowe rozwiązania 
wzmacniaczy 

klasy 

firmy 

APEX 

Microtechnology. 

Produkowane 

wzmacniacze 

znajdują  zastosowania  nie  tylko  do  wzmacniania 
sygnałów akustycznych, ale przede wszystkim do 
sterowania  urządzeń  dużej  mocy  (od  kilkuset 
watów 

do 

kilku 

kilowatów). 

Jednym 

produkowanych  układów  tej  firmy  jest  układ 
SA07,  który  może  dostarczyć  ok.  200W  ciągłej 
mocy przy rezystancji obciążenia 8
, nominalnej 

sprawności 94% oraz częstotliwości przełączania 
sygnału  PWM  równej  ok.  500kHz.  Stopień 
wyjściowy  układu  SA07  pracuje  w  układzie 
pełnego  mostka,  w  szerokim  zakresie  napięć 
zasilania 5
40V. 

background image

 

 

Innym, bardzo ciekawym rozwiązaniem 
wzmacniacza mocy z modulacją szerokości 
impulsów firmy APEX jest wzmacniacz SA08. 
Wzmacniacz ten dopuszcza szeroki zakres 
napięcia zasilającego od 16 do 500V, 20A prądu 
obciążenia i 100
C temperatury obudowy. 

Mostkowy stopień wyjściowy, zbudowany z 
tranzystorów IGBT może dostarczyć do 
obciążenia mocy 9kW, przy sprawności =98%. 
Posiada podobne zabezpieczenia jak układ 
SA07. Częstotliwość przełączania  wynosi 
22,5kHz, dlatego jest to wzmacniacz 
przeznaczony do sterowania urządzeń dużej 
mocy, takich jak napędy silników elektrycznych, 
sonary magnetyczne, zgrzewarki przemysłowe, 
autonomiczne kontrolery itp. Umieszczony jest 
w hermetycznej obudowie 12-pinowej typu MO-
127, o wymiarach: 59x41x6,8[mm] 

background image

 

 

 

 

 

 Obudowa i opis wyprowadzeń układu SA08 firmy 
APEX

 


Document Outline