Мостовий підсилювач потужності

1 Мостовий підсилювач потужності, що складається з двох протифазних підсилювачів, який відрізняється т и м , що додатково містить фільтр, один вхідний вивід якого підключений д о вихідного виводу одного з протифазних підсилювачів, другий - д о вихідного виводу другого з них, а обидва ВИХІД Н І виводи фільтра є вихідними виводами мостового підсилювача. 2. Підсилювач за п 1, який відрізняється тим, щ о його фільтром є LC-фільтр, один вивід обмотки дроселя якого є одним вхідним виводом фільтра, інший вивід обмотки з'єднаний з одним із виводів конденсатора і є одним вихідним виводом фільтра, а інший вивід конденсатора є другим вхідним і другим вихідним виводами фільтра. 3. Підсилювач за п . 1 , який відрізняється т и м , що його фільтром є LC-фільтр, дросель якого має дві протифазні обмотки, перший вивід однієї з них є одним вхідним виводом фільтра, перший вивід другої, протифазної, обмотки, є другим вхідним виводом фільтра, ІНШІ ВИВОДИ обох обмоток з'єднані з різними виводами конденсатора і є вихідними виводами фільтра 4. Підсилювач за п.З, який відрізняється т и м , щ о між кожним з двох вихідних виводів фільтра і "землею" підключений конденсатор. Корисна модель, що пропонується, має відношення д о аудютехніки, радіоелектроніки і мікроелектроніки, зокрема-до підсилювачів потужності в аудюсистемах. Першим аналогом корисної моделі є підсилювач класу D (напівмостовий, що складається з послідовного кола на двох транзисторах), призначений д л я аудюсистем. Джерелом інформації є: [1] [ДОВІДКОВІ дані (Data Sheet) фірми Analog Devices, Inc (США): мікросхема A D 1 9 9 1 , Class D /1-Bit Audio Power Output Stage, Rev 0,2003 (www.analog.com)]. [2] [ДОВІДКОВІ дані (Data Sheet: Preliminary Information) фірми Monolithic Power Systems (США): мікросхема МР7720, 20W Class D Mono Single Ended Audio Amplifier, Rev. 1.5, 06/17/04 (www monolithicpower.com)]. [3] [ДОВІДКОВІ дані (Data Sheet' Technical Information) фірми Tnpath Technology, Inc. (США): мікросхема TK2350, Stereo 300W (4й) Class-T Digital Audio Amplifier Driver Using Digital Power Processing™ Technology, Rev. 1.5, September 2003 (www.tnpath.com)]. [4] [Голуб В ИМС усилителей мощности класса D с сигма-дельта модуляцией входного сигнала // Chip News Украина, 2005, №2, с 58-63 (www.chipnews.com.ua)]. В [1] ( c . 1 , 4-Channel Mode), [2] ( с . 1 , фіг 1), [3] (с. 10) та [4] (с.59, рис.1,а)] наведені схеми підсилювача класу D (напівмостового), що містить послідовне коло (ланцюг) на двох транзисторах і LCфільтр, на виході якого включено гучномовець. Клас Т в [4], а також нижче в [8], - це теж клас D, що відрізняється видом модуляції на вході підсилювача і не впливає на структуру останнього. Недоліком першого аналогу є те, що в ньому не повністю використовуються можливості джерела живлення: амплітуда змінної напруги на виході близька д о половини напруги живлення. Другим аналогом корисної моделі є мостовий підсилювач класу D, теж призначений для аудюсистем. Джерелом інформації є, по-перше, [1] та [4], а по-друге. [5] [ДОВІДКОВІ дані (Data Sheet: Preliminary Technical Data) фірми Analog Devices (США), мікросхеми AD1990/ AD1992 / AD1994 / AD1996, Class D Audio Power Amplifier, Rev. PrA, 2005 (www analog.com)]. [6] [ДОВІДКОВІ дані (Data Sheet: Initial Release) фірми Monolithic Power Systems (США): мікросхема w 0 0 ^ * Ю ^Э ^— рС ^ f ^ ^ ^J д> ^ 10578 MP7731, 5W - SOW Class D Mono Bridged Audio конденсатора і є одним вихідним виводом фільтAmplifier, Rev. 1.5, 06/15/04 ра, а інший вивід конденсатора є другим вхідним і (www.monolithicpower.com)]. другим вихідним виводами фільтра. [7] [Довідкові дані (Data Sheet: Technical Infor3. Підсилювач за п.1, який відрізняється тим, mation) фірми Tripath Technology, Inc. (США): що його фільтром є У-С-фільтр, дросель якого має мікросхема TK2050, Stereo 50W (8a) Class-T™ дві протифазні обмотки, перший вивід однієї з них Digital Audio Amplifier Driver Using Digital Power є одним вхідним виводом фільтра, перший вивід Processing (DPP™) Technology, Rev. 1.3, July 2004 другої, протифазної, обмотки, є другим вхідним (www.tripath.com)]. виводом фільтра, інші виводи обох обмоток з'єднані з різними виводами конденсатора і є вихідни[8] [Довідкові дані (Data Sheet) фірми Texas Inми виводами фільтра. struments, Inc. (США): мікросхема ТРА3001 D1, 20W Mono Class-D Audio Power Amplifier, SLOS398A, 4. Підсилювач за п.З, який відрізняється тим, Rev. April 2003 (www.ti.com)]. що між кожним з двох вихідних виводів фільтра і "землею" підключений конденсатор. В [1] (c.1, 2-Channel Mode), [4] (c.59, рис. 1,6), [5] (с. 10, фіг. 16; с. 12, фіг. 18), [6] (c.1), [7] (с.6, Мостовий підсилювач потужності, що пропонуТР2050 and Outputs) та [8] (с. 14, фіг.ЗО) наведені ється, відрізняється від прототипу тим, що має не схеми мостового підсилювача класу D, що містить два фільтри, по одному на виході кожного з продва протифазних (напівмостових) підсилювача (з тифазних (напівмостових) підсилювачів, а один, чотирьох транзисторів) і два LC-фільтри. На виході загальний для обох протифазних підсилювачів. І мостового підсилювача включено гучномовець. не просто один замість двох, а один, який включеОснову схеми наочно видно з [5] (с.10, фіг. 16), де но інакше ніж кожний з тих двох фільтрів, що у RL - це опір навантаження (гучномовця), а подільпрототипу. У прототипу обидва конденсатори підники з R1, R2 та R3, R4 - це додатково для негатиключені до "землі", а в підсилювачі, що пропонувного зворотного зв'язку. ється, конденсатор підключений обома виводами до навантаження, яке не має контакту з "землею". Позитивним для другого аналога, у відміну від першого, є те, що амплітуда змінної напруги на У даному випадку мова йде про основний виході, між двома протифазними (напівмостовими) фільтр (фільтри) підсилювача. Додатково можуть підсилювачами, вдвічі більша і близька до повної бути, наприклад, високочастотні фільтри для принапруги живлення. душення радіозавад. Вони є в деяких прикладах прототипу (наприклад, в [8]) і теж можуть викорисНедоліком другого аналогу є те, що в ньому товуватися в підсилювачі, що пропонується. використовуються два LC-фільтри. Це, по-перше, ускладнює і здорожує підсилювачі, а по-друге Вищесказане відноситься, по-перше, до підсизнижує їх ККД (коефіцієнт корисної дії). Один LCлювача за п.2. А в підсилювачі за п.З дросель теж фільтр в першому аналогу має 2-й порядок, а два один і конденсатор один, що підключений не до LC-фільтри у другому аналогу теж мають разом 2"землі", а до навантаження. Але дросель має дві й (а не 4-й) порядок. Ці два фільтри фільтрують обмотки, кожна з яких має половинну кількість витдві частини сигналу окремо, у зв'язку з чим сумарків. Сумарні індуктивність і опір цього дроселя доний результат їх дії є еквівалентним до дії одного рівнюють індуктивності і опору дроселя поперефільтра. Фільтрують вони відносно "землі", але днього підсилювача (за п.2). До цих двох обмоток обидва дроселі фільтрів включені послідовно з можуть бути підключені конденсатори малої ємнокорисним навантаженням (наприклад, гучномовсті (відносно "землі") для додаткової високочастоцем), і їх сумарний активний опір більший за опір тної фільтрації. одного дроселя, що відповідно зменшує загальний Ідея про включення фільтра за п.2 була виККД підсилювача. словлена автором заявки в роботі [4], де сказано: Згідно зі сказаним, як прототип обирається "надо полагать, что возможно включение не двух, другий аналог, що являє собою мостовий підсиа одного фильтра с конденсатором параллельно лювач потужності і є більш близьким до корисної нагрузке". Але згідно з частиною 6 статті 7 Закону моделі, що пропонується. Автором поставлено України "Про охорону прав на винаходи і корисні задачу: спираючись на прототип, запропонувати моделі" розкриття автором інформації зі строком корисну модель мостового підсилювача потужносне більше 12 місяців до подання заявки є таким, ті, який не мав би недоліків прототипу і забезпечущо допускається. вав би більші простоту та дешевизну, а також Фіг. 1. Структурна схема запропонованого мосбільш високий ККД. тового підсилювача потужності за п.1 з підключеЗгідно зі сказаним пропонується: ним навантаженням (навантаження не входить до 1. Мостовий підсилювач потужності, що скласкладу підсилювача), де показано протифазні піддається з двох протифазних підсилювачів, який силювачі (Напівміст 1, Напівміст 2) і фільтр, що відрізняється тим, що містить фільтр, один вхідний має два вхідних виводи (Вх.1, Вх.2) і два вихідних вивід якого підключений до вихідного виводу одновиводи (Вих.1, Вих.2). го з протифазних підсилювачів, другий -до вихідФіг.2. Схема фільтра запропонованого мостоного виводу другого з них, а обидва вихідні виводи вого підсилювача потужності (згідно з п.2), що є фільтра є вихідними виводами мостового підсиуточненням (конкретизацією) фільтра за п.1 та лювача. Фіг.1. Згідно з п.2, фільтр перетворювача містить 2. Підсилювач за п.1, який відрізняється тим, дросель L і конденсатор С, підключений паралещо його фільтром є LC-фільтр, один вивід обмотки льно до виходу, що не з'єднаний із "землею". дроселя якого є одним вхідним виводом фільтра, Фіг.З. Схема фільтра запропонованого мостоінший вивід обмотки з'єднаний з одним із виводів вого підсилювача потужності (згідно з п.З), що та 10578 лої ємності для високочастотної фільтрації, але, кож є уточненням (конкретизацією) фільтра за п.1 на відміну від схеми на Фіг.6, - без магнітних кіта Фіг. 1. Згідно з п.З, дросель фільтра має дві облець. Останнє обумовлене тим, що їх функцію мотки, що підключені протифазно одна до одної. виконують обмотки основного дроселя. Кожна з обмоток може мати в два рази менше витків і бути з тими ж габаритами, що і у дроселя на Фіг.8. Структурна схема мостового підсилюваФіг.2. При цьому сумарна індуктивність буде та ж, ча потужності (з навантаженням), що є прототиале ж виявляється можливість реалізації високопом. Схему показано для можливості наочного частотної фільтрації, як показано нижче. порівняння зі схемою підсилювача за Фіг. 1. Фіг.9. Схема фільтрів мостового підсилювача Фіг.4. Схема фільтра запропонованого мостопотужності, що є прототипом. Схему показано для вого підсилювача потужності, що також є уточненможливості наочного порівняння зі схемами на ням (конкретизацією) фільтра за п.1 та Фіг. 1. Це Фіг.2, 3, 4 та 5. теж один фільтр (а не два, як за прототипом), хоча і має дві ступені фільтрації L1, С"І та L2, С2. Додатково підкреслимо, що основний фільтр у Фільтр із L1, d, L2, С2 має 4-й порядок, у відміну запропонованому мостовому підсилювачі потужвід фільтра 2-го порядку з тією ж кількістю елеменості є один, але може складатися не тільки з двох нтів, що у прототипі. Критерієм в даному випадку елементів, як на Фіг.2 та 3, і бути більш складним, того, що це один фільтр, є те, що конденсатор С2 як показано на Фіг.4 та 5 (для досягнення більш другої (останньої) ступені фільтрації підключено високих властивостей). У прототипу, що показано до виходу, тобто до навантаження, а конденсатор на Фіг.8 та 9, - два фільтри, які для забезпечення С1 першої ступені - до входу другої ступені. На тієї ж фільтрації потребують більшої кількості елеФіг.4 показано також підключення конденсатора ментів, і, крім того, прототип (підсилювач) в цілому СЗ, що настроєний із L2 у резонанс, наприклад, на має більш низький ККД. частоту дискретизації вхідного імпульсного сигнаВідомості, які підтверджують можливість здійлу підсилювача, - для більш ефективної фільснення корисної моделі. трації. В фільтрах запропонованих мостових підсилювачів використовуються ті ж самі дроселі і конФіг.5. Схема фільтра запропонованого мостоденсатори, що і за прототипом. Винятком є дрового підсилювача потужності, що відрізняється від сель за п.З, але такі дроселі теж відомі. Тобто у схеми на Фіг.4 місцем включенням L2 та СЗ, але запропонованому підсилювачі використовуються це по суті та ж схема, що і на Фіг.4. відомі елементи, що підтверджує можливість здійФіг.6. Схема фільтра, що є на Фіг.З, на якій доснення корисної моделі. Це, по-перше. А по-друге, датково показані два високочастотні фільтри - з включення фільтра, що є новим і показано на кільцями з магнітного матеріалу і конденсаторами Фіг.1, 2, 3, 4 та 5, забезпечує фільтрацію, бо навамалої ємності, що є відомими з [8] другого аналогу. нтаження, яким може бути гучномовець, включене Ці додаткові фільтри показані для того, щоб було послідовно між виходами двох протифазних (навидно, що високочастотну фільтрацію (для придупівмостових) підсилювачів і не має "заземлення". шення високочастотних завад, що можуть випроДодамо, що навантаженням може бути не тільки мінюватися через коло навантаження) можна загучномовець (в аудіосистемах), а також інший елестосовувати так, як це робиться у прототипі. ктричний прилад (в інших системах). Фіг.7. Схема фільтра, що відповідає п.4, на якій теж додатково показані два конденсатори ма Вих.1 Напівмкл1 Вх.1 Фільтр Навантаження Внк2 Вх.1 Вих.1 Вх.2 Вих.2 Фіг.З Фіг.1 СЗ —ІГ—! Вих.1 ВХ.1 Вх.1 Вх.2 Вих.2 Фіг.2 Вих.1 Вх.2 Вих.2 Фіг. 4 10578 Вих.1 Bx.1 т 5 1 Bx.1 Вих.1 Вих.2 Вх.2 Вх2 І Вих.2 Фіг. 7 Фіг. 5 Вх.1 Нвпівміст 1 ВихЛ _ Вк.1 1 - * Вх.2 Напгвмрст 2 Вих.2 Фіг. 6 Фіг. 8 ВХ.1 X Вих.1 ВХ.2 Навантаження Вих.2 Фіг. 9 Комп ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601