DE2137249A1 - PROCESS FOR REDUCING POWER LOSS IN POWER AMPLIFIERS - Google Patents
PROCESS FOR REDUCING POWER LOSS IN POWER AMPLIFIERSInfo
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Description
"Verfahren zur Verringerung der Verlustleistung bei Leistungsverstärkern" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Verlustleistung bei Leistungsverstärkern."Method for reducing the power dissipation in power amplifiers" The invention relates to a method for reducing the power loss in power amplifiers.
Ein Verstärker verstärkt entsprechend seiner internen Beschaltung die angelegte Eingangsspannung ue(t); die Leistungsstufe, welche beispielsweise als komplementäre Emitterfolgerstufe im Gegentakt - B - Betrieb mit einer Spannungsverstärkung von ungefähr eins ausgeführt sein kann, erhöht die Strombelastbarkeit des Verstärkers. Die Leistungsstufe wird mit den konstanten Gleichspannungen +UB und UB versorgt.An amplifier amplifies according to its internal wiring the applied input voltage ue (t); the performance level, which for example as a complementary emitter follower stage in push-pull B mode with a voltage gain can be made of approximately one, increases the ampacity of the amplifier. The power stage is supplied with constant DC voltages + UB and UB.
Soll sich die Ausgangsspannung Ua (t) des Verstärkers zwischen den Grenzen +ûa und ~ûa aussteuern lassen, müssen die Versora a gungsspannungen +UB und UB folgende Bedingungen erfüllen: +UB # +ûa + UZ -UB # -ûa - UZ , wobei Uz so zu bemessen ist, daß sich die Transistoren der Leistungsstufe im gesamten zulässigen Aussteuorbereich der Ausgangsspannung auch beim höchsten zulässigen Ausgangs strom im aktiven Bereich befinden, d.h. Uz muß größer sein als die Summe der Sättigungsspannung und der evtl. vom Netzgerät herrührenden Brummspannung.Should the output voltage Ua (t) of the amplifier be between the Limits + ûa and ~ ûa have to be controlled, the supply voltages + UB and UB meet the following conditions: + UB # + ûa + UZ -UB # -ûa - UZ, where Uz so is to be dimensioned that the transistors of the power stage in the total permissible Modulation range of the output voltage even with the highest permissible output current are in the active area, i.e. Uz must be greater than the sum of the saturation voltage and the ripple voltage possibly originating from the power supply unit.
Wenn bei jedem zulässigen positiven Wert der Ausgangsspannung der Ausgangsstrom seinen positiven Maximalwert îa annehmen darf, so beträgt die maximal auftretende Verlustleistung im einen Transistor: Pv = îa . (ûa + UZ), bei einer Aussteuerung im negativen Bereich tritt diese Verlustleistung im anderen Transistor der Leistungsstufe auf.If for every permissible positive value of the output voltage the Output current may assume its positive maximum value îa, the maximum is occurring power loss in one Transistor: Pv = îa. (ûa + UZ), with a modulation in the negative range, this power loss occurs in the another transistor of the power level.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen hohen Wert der maximalen Verlustleistung in den Transistoren, der meist erhebliche Kühlprobleme mit sich bringt, wesentlich zu verringern, ohne die Aussteuerbarkeit des Verstärkers zu beschneiden.The object of the invention is to achieve this high value of the maximum power dissipation in the transistors, which usually entails considerable cooling problems to reduce without reducing the controllability of the amplifier.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Versorgungs spannungen der Leistungsstufe in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung derselben gesteuert und nur so hoch gehalten werden, daß gerade eine ungestörte Aussteuerung möglich ist.This is achieved according to the invention in that the supply voltages the power stage is controlled depending on the output voltage of the same and are only kept so high that an undisturbed level control is possible is.
Das bedeutet, daß die Versorgungsspannungen oUB nun ersetzt werden durch die neuen V.rsorgungsspannungen Ua (t) + Uz. Da die Ausgangsspannung ua (t) des Verstärkers an der angeschlossenen Last abfällt, verbleibt am Transistor der Leistungsstufe nur noch die Spannung Uz, so daß die maximal auftretende Verlustleistung nur noch Pv = îa . UZ ist.This means that the supply voltages oUB are now replaced through the new supply voltages Ua (t) + Uz. Since the output voltage ua (t) of the amplifier drops to the connected load, the remains on the transistor Power stage only the voltage Uz, so that the maximum occurring power loss only Pv = îa. UZ is.
Daß am jeweiligen Transistor der Leistungsstufe die konstante Spannung Uz liegt, wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch erreicht, daß die Versorgungsspannungen der Leistungsstufe in Summierverstärkern, an deren einem Eingang die momentane Ausgangsspannung und an deren anderem Eingang eine konstante Spannung Uz liegt, selbsttätig gesteuert werden.That the constant voltage at the respective transistor of the power stage Uz is achieved according to a further feature of the invention in that the supply voltages the power stage in summing amplifiers, at one input of which the instantaneous output voltage and at the other input of which there is a constant voltage Uz, automatically controlled will.
Anschließend werden erfindungsgemäß die Ausgangsapannungen der Summierverstärker auf die Eingänge von Qleichstromstellern gegeben, welche die Versorgungsspannungen und die benötigten Strdme für die Leistungsstufe liefern.Then, according to the invention, the output voltages of the summing amplifiers are used given to the inputs of DC power converters, which provide the supply voltages and supply the required currents for the power level.
Die Zeichnung -zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Gleichstromverstärker mit einer Leistungsstufe, welche als komplementäre Emitterfolgerstufe ausgebildet ist und im Gegentakt - B - Betrieb arbeitet.The drawing shows schematically an exemplary embodiment for one DC amplifier with a power stage, which acts as a complementary emitter follower stage is trained and works in push-pull B mode.
Dargestellt ist ein Verstärker 2 mit seinem Eingang 1 und der Leistun$sstufe 3 sowie dem Ausgang 4, an welchem einerseits die Last L, andererseits zwei Summierverstärker 6 angeschlossen sind, an deren zweitem Eingang jeweils die konstante Spannung Uz liegt.An amplifier 2 is shown with its input 1 and the power stage 3 as well as the output 4, at which on the one hand the load L and on the other hand two summing amplifiers 6 are connected, at the second input of which the constant voltage Uz lies.
Die Ausgänge dieser Summierverstärker 6 führen auf die Eingänge zweier Gleichstromsteller 7, welche von einem Netzgerat 5 mit den Spannungen +Ug bzw. -Ug versorgt werden. Die Ausgänge der Gleichstromsteller führen zu den Kollektoren der Transistoren in der Leistungsstufe.The outputs of these summing amplifiers 6 lead to the inputs of two DC chopper 7, which from a power supply unit 5 with the voltages + Ug or -Ug are supplied. The outputs of the DC choppers lead to the collectors of the Transistors in the power stage.
Die auf den Eingang 1 gegebene Spannung ue(t) wird im Verstärker 2 und dessen Leistungsstufe 3 verstärkt und steht am Ausgang 4 als Ausgangsspannung ua(t) zur Verfügung.The voltage ue (t) applied to input 1 is used in amplifier 2 and its power stage 3 is amplified and is available at output 4 as an output voltage ua (t) available.
In den beiden Summierverstärkern 6 wird zu ua (t) die Spannung Uz addiert bzw. subtrahiert.In the two summing amplifiers 6, the voltage Uz becomes ua (t) added or subtracted.
Am Ausgang des oberen Summierverstärkers steht die Spannung ua (t) + Uz, welche dem oberen Gleichstromsteller zugeführt wird, und am Ausgang des unteren Summierverstärkers steht die Spannung ua(t) - Uz, welche dem unteren Gleichstromsteller zugeführt wird. Diese beiden Spannungen steuern die beiden Gleichstromsteller 7, welche nahezu verlustlos die beiden Ausgangsspannungen in gleicher Größe bei entsprechender Strombelastbarkeit erzeugen, die nun ihrerssits zur Versorgung der Leistungsstufe 3 dienen. Damit ist sichergestellt, daß an jedem Transistor der Leistungsstufe stets nur die zum einwandfreien Betrieb notwendige Spannung Uz abfällt, während na (t) an der Last liegt.The voltage ua (t) is at the output of the upper summing amplifier + Uz, which is fed to the upper DC chopper, and at the output of the lower Summing amplifier is the voltage ua (t) - Uz, which the lower DC chopper is fed. These two voltages control the two DC choppers 7, which almost lossless the two output voltages in the same size with corresponding Generate current carrying capacity, which is now used to supply the power stage 3 serve. This ensures that on each transistor of the power stage always only the voltage Uz required for proper operation drops, while na (t) is due to the burden.
Für einen Ausgangsspannungsbereich von z.B. ua = + 10 V mit a Uz = 3 V und einem maximalen Aussangsstrom ia = 10 A ergibt sich nach der bisherigen Methode eine maximale Verluatleiatung v von 130 W, welche mit diesem Verfahren auf 30 W, also 23% des ursprünglichen Wertes herabgesetzt werden kann.For an output voltage range of e.g. ua = + 10 V with a Uz = 3 V and a maximum output current ia = 10 A results after the previous method a maximum loss v of 130 W, which with this Procedure can be reduced to 30 W, i.e. 23% of the original value.
Dieses Verfahren, gezeigt am Beispiel einer komplementären Emitterfolgerstufe im Gegentakt - B - Betrieb gilt selbstterstündlich für alle anderen Schaltungs- und Betriebsarten ebenso.This method, shown using the example of a complementary emitter follower stage in push-pull - B - operation applies every hour for all other switching and modes as well.
Auch ist es möglich, anstelle der Steuerung über die-Summierverstärker eine Regelung der Spannung an den Transistoren der Leistungsstufe einzusetzen, die huber die Gleichatromsteller die beiden Versorgungaspannungen der Leistungsstufe so regelt, daß die Größe der an den Transistoren abfallenden Spannungen stets Uz beträgt.It is also possible to use the summing amplifier instead of the control to use a regulation of the voltage on the transistors of the power stage, the the two supply voltages of the power stage via the DC power controller regulates so that the size of the voltage drop across the transistors is always Uz amounts to.
Claims (3)
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| DE19712137249 DE2137249C3 (en) | 1971-07-26 | 1971-07-26 | Circuit for reducing the power loss in power output stages of DC amplifiers with limitation of the output current |
Publications (3)
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE2137249C3 (en) |
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