Ключевой усилитель цифрового усилителя мощности

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН из 4 Н 03 F 3/217

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

Н ПАТЕНТУ

КО (СН) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTVM (2!) 3736298/24-09 .(22) 07.05.84 (31) 2546/83 (32) )0 ° 05.83 (33) СН (46) 15.)0.86. Бюл. У 38 (71) ББЦ АГ Браун, Бовери унд (72) Андреас Фуррер (СН) (53) 621,375.026 (088.8) (5á) Заявка ФРГ 3044956, кл. Н 03. F 3/2)7, )981.

„„SU „„1264850 А 3 (54) КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ ЦИФРОВОГО

УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ . (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — увелнче" ние надежности за счет уменьшения частоты коммутации отдельных переключающих каскадов. Усилитель содержит входной преобразователь 1 сигнала, контрольный блок 3, нагрузку 4, h переключающих каскадов 6 — бв, переклю- чающие логические блоки 7,8, декодн-i рующие блоки 9,10, АЦП 11 сравниваю" щий эл-т 13. Переключакяцие каскады содержат переключатели 14, -14„ и источники напряжения 15, — )5n, Введены коммутатор 2, накопительный эл-т 12, г-р 5 тактовых импульсов. 5 ип.

1264850

Изобретение относится к усилению, B частности к ключевым усилителям цифровых усилителей мощности аналоговых сигналов.

Цель изобретения — увеличение надежности путем уменьшения частоты коммутации отдельных переключающих каскадов.

На фиг.l представлена структурная электрическая схема ключевого усилителя цифрового усилителя мощности (для 6-ти переключающих каскадов); на фиг.2 — структурная электрическая схема коммутатора; на фиг.3 . — временная характеристика U, (l:) двух синусоидальных амплитуд сигнала U; (из которых одна занимает весь диапазон входного сигнала ESB а другая — примерно лишь третью часть амплитуды, что соответствует при использовании усилителя в мощном передатчике соответственно различным коэффициентам глубины модуляции); на фиг.3 — 4 временные диаграммы взаимосвязи между ступенями напряжения V,,V,,V и переключающими каскадами 6 б,..., 6, когда амплитуда входного сигнала занимает весь диапазон; на фиг.5— временные диаграммы взаимосвязи между ступенями напряжения 7,7,. ° .V„. и переключающими каскадами 6,,6

6, когда амплитуда входного сигнала занимает лишь одну треть диапазона.

Ключевой усилитель цифрового усилителя мощности содержит входной преобразователь 1 сигнала, коммутатор 2, контрольный блок 3, нагрузку 4, генератор 5 тактовых импульсов, и переключающих каскадов 6,,6,,...,6„, переключающие логические блоки 7 и 8„ декодирующие блоки 9 и 10, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 11, накопительный элемент 12 сравнивающий элемент 13, переключающие каскады содержат переключатели 14,,14,...

14 и источники напряжения 151,15, ...,15п (U<,U, Up) .

Ключевой усилитель цифрового усилителя мощности работает следующим образом..

На вход устройства поступает входной аналоговый сигнал, при этом входной преобразователь 1 подразделяет диапазон входного сигнала Е$В, т.е. полный диапазон максимальной амплитуды сигнала U„ множество одинаковых ступеней Ч,,V V при о = 6 (фиг.3) . С помощью генератора 5 так.Г

Таким образом, в сравнивающем элементе 13 только что считанное значение амплитуды сравнивается с соответствующим предварительно считанным значением в виде эквивалентных, дискретных значений, При повышении амплитуды сравнивающий элемент 13 выдает команду через линию 2 . "На подключение", при понижении амплитуды — управляющую команду через линию Я "На отключение".

Линии Z ий проложены к входу коммутатора 2 (,фиг.2). Линия Z "На подключение", в рамках коммутатора товых импульсов периодически считывается мгновенное значение амплитуды аналогового входного сигнала и определяется сколько ступеней напряжения содержится в данном считанном значении амплитуды. Если число этих ступеней напряжения по сравнению с полученным в предыдущем процессе считывания значения увеличивается на единицу, то на выходе аналого-цифрового преобразователя ll появляется соответствующая управляющая команда, которая приведет к подключению дополнительного переключающего каскада в последовательную схему. Если это число уменьшается на единицу, то аналогичным образом выдается управляющая команды, которая приводит к отключе1 нию одного иэ переключающих каскадов из последовательной схемы.

Аналоговый входной сигнал поступает на АЦП !1, который управляется посредством подачи на вход управления

АЦП 11 тактового сигнала от генератора 5 тактовых импульсов и например, каждые 10 мкс считывает величину входного сигнала, АЦП ll вырабатывает соответствующее этой амплитуде сигнала дискретное значение,.которое заносится в накопительный элемент 12 °

Одновременно с записью значений в накопительном элементе 12 это значение подается на вход сравнивающего элемента 13 которое также тактируется от генератора 5 тактовых импуль-. сов. На другой вход сравнивающего элемента 13 подается то дискретное значение амплитуды сигнала, которое было получено в предыдущем процессе считывания и перед записью нового значения в накопительном элементе 12 сохранилось, а затем выводилось оттуда синхронно с записью этого нового значения.

1264850 4

2 входит в переключающий логический блок 7, а линия И "На отключение"— в аналогичныйпереключаюпий логнчесФ кнй блок 8. Оба блока 7 и 8 управляются с помощью соответствующих деко- 5 дирующих блоков 9 и 10, которые управляются от контрольного блока 3 и получают от него адресную информацию в кодированной форме о тех двух переключающих каскадах, которые должны подключаться или отключаться в качестве следующих каскадов, Как только поступающая адресная информация расшифровывается в запущенном декодирукнцем блоке 9 или 10, то этот 15 декодирукнций блок активизирует соответствующий переключающий логический . блок 7 или 8, который затем . устанавливает соединение между линиями Z. и l4 на входе коммутатора и линиями 20 на выходе коммутатора, которые идут к тому переключающему каскаду, который соответствует обработанной адресной информации;

В целом вход управления каждого 25 из переключакщих каскадов соединяется с коммутатором 2 таким образом, что может подаваться либо управляющая команда для подключения переключающего каскада, либо для отключения переключающего каскада. Если, например, переключающий каскад еще не подключен и переключающий логический блок

7 установлен таким образом, что следующая команда на подключение бУдет 35 подана на этот переключающий каскад (6 ), то последний со своим источником напряжения 155 (Ug)будет включен в последовательную схему и выходное напряжение будет повышено на соот- 4О ветствукщую величину. В контрольном блоке 3 теперь на основе рабочих параметров всех переключающих каскадов, выбирается новый (еще не подключенный) переключающий каскад и со- 45 ответствующая адресная информация подается через декодирующий блок .9 на переключающий логический блок 7, который с помощью этой адресной ин-. формации создает соответствующую ей 5О новую взаимосвязь между своим входом и выходом, так что при поступлении следующей команды на подключение из входного преобразователя 1 сигналов производится подключение вновь выб- 55 раиного переключающего каскада. Аналогичный процесс происходит при отключении с помощью декодирующего блока 10 в переключающем логическом блоке 8.

Внутренняя структура контрольного блока 3 в каждом отдельном случае ориентируется на то, каким образом должно контролироваться рабочее состояние переключающих каскадов 6,,..., 6 . Например, измеряется время между двумя следующими друг sa другом коммутационными процессами для каждого переключающего каскада и для соответствующего процесса подключения или отключения выбирается именно тот переключающий каскад, который с момента своего последнего коммутационного процесса является подключением или отключением в технике наиболее длительного времени.

На фиг.3 размах входного сигнала

ЕБВ подразделен в соответствии с числом переключающих каскадов 6,6,..., 6 на шесть ступеней напряжения Uq

Ч,,...,,.

Амплитуда U; одного из двух больших синусоидальных сигналов, исходя от нуля, . поочередно пересекает ступени напряжения V4, V и V вплоть до максимума и затем в обратной последовательности поочередно переходит через ступени с V по 7, вплоть до минимума или отрицательного максимума.

При этом на фиг.4 рабочие характеристики получаются согласно взаимосвязи между ступенями напряжения V, Ч,...,Ч и переключающими каскадами 6,6,...,6 . При возрастающей амплитуде входного сигнала и вначале подключаются поочередно переклю" чающие каскады 6,6, и 6, . Как только амплитуда 0; начинает падать и стремиться к своему минимальному значению, первым отключается не переключающий каскад 6,, а переключающий каскад 6,, так как этот переключающий каскад к этому времени находится в подключенном состоянии уже наиболее длительное время. Это же оуносится к переключающим каскадам б,,б, ...,6, которые отключаются поочередно. Таким образом, включение переключающих каскадов 6,...,6 производится более равномерно, причем фазы включения для каждого переключающего каскада примерно одинаковы по длительности.

На фиг.5 рассматривается входной сигнал с меньшей амплитудой, что встречается значительно чаще (в радиопе1264850 редатчиках в результате распределения амплитуд). Такой сигнал изменяется лишь между ступенями напряжения

Ug и 0д (фиг,З) . Все переключающие каскады равномерно подключаются или отключаются и коммутационные нагрузки соответственно распределяются на все переключающие каскады. В то время как частота коммутаций пере- . ключающих каскадов 6» и 6 - равна. частоте входного сигнала, частота коммутаций сокращается до одной трети от этой частоты коммутаций и распределяется по всем переключающим каскадам 6,6,...,6, так как ампли- » туда входного сигнала составляет примерно лишь одну треть диапазона входного сигнала ЕбВ.

Это отношение вытекает нз общего 20 соотношения, заключающегося в том, что с уменьшением амплитуды входного сигнала частота коммутаций отдельных переключающих каскадов также

75 уменьшается по сравнению с частотой сигнала.

Формула и з обретения

Ключевой усилитель цифрового усилителя мощности, содержащий входной преобразователь сигнала, выполненный в виде аналого-цифрового преобразователя, вход которого является входом входного преобразователя сигнала, З5 выход соединен с одним входом сравнивающего элемента с двумя выходами, являющимися выходами входного преобразователя сигнала, а также и переключающих каскадов, каждый из ко- 4О торых содержит источник напряжения и переключатель, один вход которого соединен с первым выводом источника напряжения, другой вход — с другим выводом источника напряжения, а вход управления переключателя является входом управления переключающего каскада, причем выход каждого предыдущего переключающего каскада соединен с первым выводом источника напряжения последующего переключающего каскада,,первый вывод источника напряжения первого переключающего каскада и выход переключателя о -ro переключающего каскада подключены соответственно к первому и второму выводам нагрузки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения надежности sa счет уменьшения частоты коммутации отдельных переключающих каскадов, в него введен коммутатор, вход "На подключение" и вход "На отключение" которого соединены с соответствующими выходами входного преобразователя сигнала, при этом выходы коммутатора образуют

} -пар выходов, каждая пара из которых представляет собой выход "На подключение" и выход "На отключение", и соединены с входом управления соот ветствующего переключающего каскада, между выходом аналого-цифрового преобразователя и другим входом сравнивающего элемента входного преобразователя сигнала включен накопительный элемент, а также введен генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами управления аналого-цифрового преобразователя сравнивающего элемента и накопительного элемента входного преобразователя сит нала.!

$t

1264850 фиа 5

Составитель Н.Дубровская

Редактор И.Недолуженко Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Заказ 5579/60 Тираж 816 Подписное

BHHHITH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул. Проектная, 4