Управляющее устройство стабилизированного пъезополупроводникового источника питания Советский патент 1986 года по МПК H02M3/335 G05B11/06 

Изобретение относится к электротенике и предназначено для реализации вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры с жесткими требованиями к весогабаритным показателям

Целью изобретения является повышение надежности в работе, в частности в условиях коммутационных всплесков выходного напряжения.

На фиг,1 представлена функциональная схема предложенного управляющего устройства; на фиг.2 - схема стабилизированного пьезополупроводникового источника питания с данным управляющим устройством.

Управляющее устройство (фиг.1) .содержит блок 2 регулирования, блок 3 опорного напряжения, блок согласования, выполненный в виде согласующего делителя напряжения на резисторах Д и 5, формирователь 6 фазового сигнала, управляемый задающий генератор 7, блок 8 логических ключей, предварительный усилитель 9 мощности, фазовый детектор 10 с анализатором 11 знака и величины фазового сдвига, блоком 12 зарядного и разрядного ключей и защитным диодом 13, фильтрующий конденсатор 14, вспомогательный источник постоянного напряжения с потенциальным выводом 15, зарядньй резистор 16, Клемму 17 для подключения емкостного штыря, клемму 18 для подключения потенциального вывода узла обратной связи, клемму 19 для подключения потенциального вывода B kem- него управляющего узЛа и клеммы 20 и 21 для подключения потенциальных входных, выводов оконечного усилителя мощности.

Один из входов блока 2 регулирования соединен с выходом блока 3 опорного напряжения, другой вход - с клеммой 18 и шиной нулевого потенциала, а выход - с входом блока согласования - согласующего делителя 4-5 напряжения. Парафазные вьгхода задающего генератора 7 через блок 8 логических ключей подключены к входам предварительного усилителя 9 мощности, соединенного выходами с клеммами 20 и 21. Входной потенциальный вывод формирователя 6 фазового сигнала соединен с клеммой 17. Входы анализатора 11 знака и величины фазового сдвига подключены к выходу форми- рователя 6 фазового сигнала и дополнительному выходу задающего генератора 7 , а выходы - к управляющим входам блока I2 зарядного и разрядно- го кхшчей. Дополнительный вход блока 8 логических ключей соединен с клеммой 9 и шиной нулевого потенциала. Первый сигнальный вход блока 12 зарядного и разрядного ключей через зарядньй резистор 16 подключен к вы- ходу вспомогательного источника постоянного напряжения (к выводу 15 и шине нулевого потенциала), второй сигнальный вход соединен с выходом блока согласования - согласующего делителя 4-5 напряжения, а выход - с входом задающего reHejriaTOpa 7. Защитный ;даод 13 включен .между вторым сигнальным входом и выходом блока 12 зарядного и разрядного ключей. Пер- вая обкладка фильтрующего конденсатора 14 соединена с шиной нулевого , потенцисша, а вторая обкладка - с вы- ходньгм потенциальным выводом блока 12 зарядного и разрядного ключей.

Стабилизированный пьезополупровод- никовый источник питания (фиг.2), помимо управляющего устройства , содержит оконечный (двухтактньй) усилитель 22 мощности, пьезотрансформа- тор 23, высоковольтный умножитель 24 напряжения, узел 25 обратной связи, внешний управляющий узел 26. Входы управляющего устройства 1- соединены с выходами пьезотрансформатора 23, узла 25 обратной связи и внешнего управляющего узла 26, а выходы - с входами оконечного усилителя 22 мощности. Пьезотрансформатор 23 включен между выходом оконечного усилителя 22 мощности и входом высоковольтного умножителя 24 напряжения.

Анализатор 11, являющийся логическим блоком, анализирует знак и величину сдвига фаз между передними фронтами импульсов с выхода задающего , генератора 7 и формирователя 6 фазового сигнала и в соответствии с ними управляет работой двух аналоговых -. ключей (зарядного и разрядного): в блоке 12. На-аналоговый вход одного из ключей (разрядного) поступает сигнал с выхода согласующего делителя 4-5j на вход другого ключа (зарядного) через резистор 16 подается напряжение питания. Выходы ключей объединены и образуют выход фазового детектора 10. Логика функционирования анализатора

3

11 такова, что если положительный препад импульсов с выхода генератора 7 опережает по фазе (на угол, меньш 180°) аналогичный перепад с выхода формирователя 6, то на время, рае- ное этому временному сдвигу, замыкается разрядный ключ, подающий сигна Up на управляющий вход задающего генератора 7. В противном случае замыкается зарядньй ключ и вход генерат ра 7.периодически через резистор 16 подключается к вспомогательному источнику постоянного напряжения. Есл оба положительных перепада поступаю на вход анализатора I1 одновремен- но, ,-ТО оба ключа остаются разомкнутыми. .

Подключенньш к выходу фазового дтектора 10 конденсатор 14 выполняет фукнцию запоминания текущего значен управляющего напряжения Uy в промежутках -, когда аналоговые ключи разкнуты. В то время, когда один из ключей замкнут, конденсатор 14 перезаряжается либо через резистор 16, либо через эквивалентное сопротивление, определяемое параллельным соеднением резисторов 4 и 5.

При использовании задающего генера

тора 7 с высокоомным входом фазовый детектор 10 оказывается астатическим. -Управляемый задающий генератор 7 вырабатывает три последовательности импульсов, две из которых являются парафазным и обесп ечивают нор- мальную работу двухтактных усилителей мощности, а третья по отнощению к ним сдвинута на фазовый угол ±90. Формирователь 6 фазового сигнала включает в себя собственно формиро- ватель прямоугольных импульсов (усилитель-ограничитель) и регулируемый узел задержки импульсов по фазе. Диапазон регулирования задержки соответствует углу, несколько меньшему

ISO. Известно, что фазовьй сдвиг между входным и выходным напряжениями высоковольтного пьезотрансформа- тора поперечно-продольного типа по частоте резонанса f. в составе источ- ника питания зависит от формы входного напряжения (начальной фазы первой гармоники) и дпя разных усилителей мощности колеблется около нулевого значения. Использование в зада- ющем генераторе 7 дополнительного

(третьего) выхода, а также регулируемого узла задержки позволяет обеспе5

0 5

0

5

0

чить регулирование положения рабочей точки фазового канала на резонансной fp или, если это необходимо, близкой к ней частоте практически дпя всех типов усилителей мощности, применяемых в пьезополупроводниковых источниках питания. В .предложенном устройстве (микромодуле) между задающим генератором 7 и промежуточным усилителем 9 мощности введен блок 8 логических ключей, позволяющий подачей стробирующих импульсов на их вход изменять скважность выходных импульсов и . Подобное построение оконечной ступени управляющего устройства существенно увеличивает

степень его универсальности. I.

Управляющее устройство в составе

стабилизированного пьезополупровод- никового источника питания работает следующим образом.

При включении источника выходное напряжение блока 2 регулирования является минимальным, а величина Un , определяющая положение рабочей точки пьезотрансформатора 23 на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ), может быть произвольной. Однако если границы зоны регулирования ПО частоте задающего генератора 7 укладываются в диапазон 0,85 - fp (резонансная частота пьезотрансформатора 23), то выходное переменное напряжение пьезотрансфор- матора 23 составляет не менее несколь- ких сотен вольт, что достаточно для нормальной работы усилителя-ограничителя формирователя 6 фазового сигнала, осуществляющего съем сигнала с емкостного штыря. В этих условиях фазовый детектор 10 путем периодического открывания того или иного аналогового ключа в блоке 12 перезаряжает конденсатор 14 до напряжения, соответствующего резонансной частоте fp пьезотрансформатора 23, т.е. выводит и отслеживает положение рабочей точки на частоте наиболее эффективной работы пьезотрансформатора 23, обеспечивая тем самым рост выходного напряжения с максимальной скоростью. По мере увеличения выходного напряже ния оно становится сравнимым с опорным напряжением U блока 3. Блок 2 регулирования, фиксируя этот факт, увеличивает выходное напряжение Up. С момента, когда Up превышает значение Uy , соответст); тощее резонансной

частоте f пьезотрансформатора 23, фазовый деч ектор 10, фиксируя смещение рабочей точки от резонансной частоты fp пьезотрансформатора 23 в сторону ее увеличения -(рабочий склон АЧХ выбран правым) и -стремясь ском- пенсировать это смещение, периодически замыкает только ключ разрядной цепи, через который на управляющий вход задающего генератора 7 поступает сиг- нал Up с выхода блока 2 регулирования. Тем самым фазовый детектор 10 в этом режиме фактически прекращает стабилизацию положения рабочей точки на частоте fp и передает управление блоку 2 регулирования, пропуская на вход генератора 7 сигнал Up с выхода согласующего делителя 4-5. При действии слабых возмущений их отработка производится блоком 2 регулирования.

При действии сильных внешних возмущений (короткое замыкание на выходе, момент включения и т.д.) выходное напряжение блока 2 регулирования уменьшается до минимального значения и фазовый детектор 10, подхватывая .управление, как этр описано вьше, стабилизирует положение рабочей точки на уровне резонансной частоты fp. По окончании внешнего возмущения управление вновь подхватывает блок 2 регулирования,

Особенность предложенного устройсва связана также с переменным значением эквивалентной постоянной вре- мени перезаряда конденсатора 14 в режиме отработки слабых внешних возмущний. Действительно, чем ближе рабоча точка к резонансной частоте fо пьезотрансформатора 23, тем меньше, фазово рассогласование между входным и выходным напряжениями последнего и тем меньше относительное время открытого состояния аналогового ключа. Конденсатор 14 при этом перезаряжается за большее число периодов, что равносильно увеличению постоянной време- ни цепи. В предельном случае на резонансной частоте fp оба аналоговых Ключа разомкнуты и Up не изменяет величину UM.

Применение в устройстве защитного диода 13 обусловлено возможностью появления коммутационных всплесков при передаче управления фазовым кана лом частотному. При действии сильного внешнего возмущения фазовый детектор стабилизирует положение рабочей точки в зоне разонансной частоты fp. Под действием токов утеч- |ки конденсатор 14 постепенно разряжается,, Для компенсации уменьшения U(. в фазовом детекторе 10 периодически замыкается зарядный аналоговый ключ. Разрядный же ключ замыкается только дпя компенсации различного рода флуктуации (т.е.- значительно реже). Поэтому по окончании действия сильного возмущения возрастающее напряжение Up вследствие того, что разрядный ключ разомкнут может оказатьс больше UH. При этом замыкание разрядного ключа вызывает скачкообразное увеличение U,, и, как следствие, колебания выходного напряжения. Диод 13 устраняет этот недостаток, так как он открывается при Up U(..

Указанный )ект можно устранить и использованием вместо диода 13 резистора, соединяющего выход фазового детектора 10 со вспомогательным точником постоянного напряжения. Ток через этот резистор должен с некоторым. избытком Koi meHCHpoBaTb разрядный ток утечки конденсатора 14. При зтом под действием результирующего тока напряжение (при разомкнутых ключах) увеличивается. Для разряда конденсатора 14 периодически замыкается только разрядньп аналоговый ключ. В этом случае с момента, когда Up и сигнал U(. начинает следить за сигналом Up .

Таким образом, в данном устройств динамический коэффициент передачи зависит-от фазового рассогласования (нелинейное управление), передча управления частотным каналом фазовому происходит плавно, без скачков, коммутационные всплески выходного напряжения отсутствуют, врем переходных процессов оказывается минимально возможным. Использование блока 8 логических ключей обеспечивает универсальность применения предложенного устройства. Воспринимая сигнал и от внешнего управляющего узла 26, блок 8 уменьшает длитель- ность либо вовсе исключает прохождение импульсов с выхода генератора 7 на входы предварительного усилителя 9 мощности.

Формула изобретения

Управляющее устройство стабилизированного пьезополупроводникового ис71

точника питания, содержащее блок регулирования, одни из входов которого соединен с выходом блока опорного напряжения, другой - с клеммами для подключения узла обратной связи, а выход - с входом блока согласования, задающий генератор, пара- фазные выходы которого через блок логических ключей подключены к входам предварительного усилителя мощности, соединенного выходами с клеммами для подключения входов оконечного усилителя мощности, формирователь фазового сигнала, входной .потенциальный выход KOTQporo соединен с клеммой для подключения емкостного штыря, фазовый детектор с анализатором знака и величины фазового сдвига и защитным диодом, фильтрующий конденсатор, соединенный первой обкладкой с шиной Нулевого потенциала, вспомогательный источник постоянного напряжения, зарядный резистор, отлич ающе е- с я тем, что, с целью повьш1ения надежности в работе,в фазовый детектор введен блок зарядного и разрядного

Редактор И.Рыбченко

Составитель Л.Морозов

Техред Л.Олейник Корректор А.Обручар

Заказ 3608/51Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

738

ключей, задающий генератор выполнен с дополнительным выходом, а блок логических ключей - с дополнительным входом, причем входы анализатора знака и величины фазового сдвига подключены к выходу формирователя фазового сигнала и дополнительному выходу задающего генератора, а выходы - к управляющим входам блока зарядного и , разрядного ключей,дополнительный вход блока логических ключей соединен с клеммами дпя подключения внешнего управляющего узла, первый сигнальный вход блока зарядного и разрядного

ключей через зарядный резистор под- . ключен к выходу вспомогательного источника постоянного напряжения, второй сигнальный вход соединен с выходом блока согласования, а выход - с входом задающего генератора, защитный диод включен между вторым сигнальным входом и выходом блока зарядного и разрядного ключей, выходной .потен-, циальный вывод которого соединен с второй обкладкой фильтрующего конденсатора.

физ.2

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является повышение надежности работы управляющего устройства стабилизированного пьезополупро- водникового источника питания. Устройство содержит формирователь 6 фазового сигнала, осуществляющий съем сигЧ/1 П S Uen. 15 - йнала с емкостного штыря, При этом фазовый детектор 10 перезаряжает конденсатор 14 до напряжения, соответст- .вующего резонансной ч-астоте пьезотранс- форматора (ПТ), т.е. выводит и отслеживает положение рабочей точки на частоте наиболее эффективной работы. При увеличении выходного напряжения блок 2 регулирования сравнивает jerp с ным напряжением блока 3. С момента, когда разностньй сигнал превысит значение напряжения на резонансной частоте ПТ, детектор 10 фиксирует смещение рабочей точки и стремится скомпенсировать его, пропуская на вход генератора 7 разностный сигнал с блока 2. При действии слабых возмущений их обработка производится блоком 2. При сильных возмущениях сигнал с блока 2 уменьшается до минимального и детектор 10 принимает управление, стабилизируя положение -рабочей точки. 2 ил. о (О ив Г5 m у л .2 (Л DO СО ;