Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/24 

Изобретение относится к электро- texHHKe, предназначено для использо- Эания в системах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры Н является усовершенствованием стабилизатора по-авт,св. № 983689. i Цель изобретения - повышение КПД И расширение диапазона рабочей темпе {|атуры.

На фиг.1 представлена функциональ Йая схема пьезополупроводникового ртабилизатора постоянного напряжения t.a фиг.2 - примеры реализации формирователя скважности импульсов; на 4 ИГ.З - графиней температурных зависимостей входной емкости пьезокерами еского трансформатора и скважности импульсов на выходе формирователя.

Стабилизатор состоит из силового Ианала 1 (фиг..1) и канала 2 обратно с(вязи. Силовой канал 1 содержит час- : отно-зада1ощий генератор 3, усилитель 4 мощности, пьезокерамический 1 рансформатор 5, блок 6 вьтрямления к Фильтрации. Канал 2 обратной связи содержит измерительный узел, состоя- ц;ий из резистора 7, регулировочного потенциометра 8, источника 9 опорного напряжения и резистивного делите- ля 10-1 напряжения, усилитель 12 синала рассогласования, двухкаскадный транзисторный ключ 13, пороговый эле кент 14 и интегрирующий конденсатор 35. Дополнительно в силовой ка- нал 1 эведен формирователь 6скваж- iijocTH импульсов с температурной зави с|имостью формируемой скважности, об- Г атной по отношению к температурной :3ависимости входной емкости пъезоке- рамическото трансформатора 5. Частотно-задающий генератор 3, формирователь 16 скважности, усилитель 4 йощности, пъезокерамический трансформатор 5 и блок 6 выпрямления и фильтрации включены последовательно, Инвертирующий вход усилителя 2 сигнала рассогласования через резистор И регулировочный потенциометр 8 соединен с общей выходной цепью блока 6 аыпрямления и фильтрации и источника 9 опорного напряжения, а через рранзисторный ключ 13 - с шиной нулевого потенциала. Неинвертирующий аход усилителя 12 сигнала рассогла- сования через делитель 10-J напряжения подключен к выходу источника 9 опорного напряжения. Выход усилите- Ля 12 сигнала рассогласования соединен с управляющим входом частотно- задающего генератора 3, через пороговый элемент 14 - с управляющим входом транзисторного ключ 13 и через интегрирующий конденсатор - со своим инвертирующим входом.

Формирователь 16 скважности импульсов выполнен в виде релаксатора с температурно-зависимой времязадаю- щей КС-цепью, состоящей из резистора 17 и конденсатора 18. Первая из возможных модификаций релаксатора содержит, кроме того, элемент 2И-НЕ 19 (фиг.2а), а вторая - элементы 2И -НЕ J9-21 (Фиг.26) и диод 22. Третья модификация, построенная по структуре ждущего мультивибратора,имеет в своем составе диод 22 и 1)-триггер 23 (фиг.2в), а четвертая, реализованная на основе таймера - дополнительный конденсатор 24 (фиг.2г) и логический блок 25.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения, когда напряжение обратной связи - О , в канале 2 обратной связи имеет место автогенерация линейно падающего напряжения с постоянным периодом следования импульсс)В пилообразной формы. Период колебаний определяется величинами емкости интегрирующего : конденсатора 15 и сопротивления рет гулировочного потенциометра 8. Амплитуда импульсов п mooбpaзнoй формы ограничена как по верхнему, так и по нижнему уровню и определяется уровнем срабатывания порогового элемента 14 и величиной опорного напряжения Upf, на выходе делителя 10-11 опорного напряжения. При поступлении на управляющий вход частотно-задающего генератора 3 импульсов пилообразной формы частота его выходных импульсов изменяется. С убыванием амплитуды пилообразных импульсов частота генератора 3 пропорционально уменьшается а с ростом амплитуды, .наоборот, увеличивается. При этом частота f напряжения возбуждения, поступающего с выхода усилителя 4 мощности на вход пьезокерамического трансформатора 5 также изменяется, уменьшаясь от заданной величины ДО некоторой ве :личины „„.

В режиме поиска резонансного учаска амплитудно-частотной характеристики пьезокерамического трансформатоpa 5 при f мякс 5когда напряжение и возрастает по абсолютному значению, длительность пилообразного напряжений увеличивается по закону, близкому, например, к параболическому. Соответственно по этому же закону изменяется частота генератора 3 и поиск нужного участка характеристики происходит, таким образом, с переменной скоростью в условиях оптимального ее-изменения. При 11, U усилитель 12 сигнала рассогласования работает в стационарном режиме линейного регулятора с частотным регулировани- ем, т.е. в нем имеют место процессы, характерные для пьезополупроводнико- вого стабилизатора напряжения с частотным принципом управления.

Усилитель 4 мощности выполняют в виде ключевого транзистора с согласующим дросселем в коллекторе, соединенным с входной секцией пьезокерамичес- кого трансформатора 5, Индуктивность дроселля L др служит для согласования и компенсации входной емкости С jg последнего. Величины Ьдр выби- рают из условий настройки резонансного контура на рабо чей частоте пьезо- керамического трансформатора 5, Вы- ходными сигналами усилителя А мощности являются косинусоидальные импульсы напряжения,

Поскольку скважность импульсов, поступающих от частотно-задающего генератора 3 на вход усилителя. 4 мощности, обычно равна двум и не меняется во время работы устройства, амплитуда и скважность выходных косинусои- дальных импульсов, поступающих на вход пьезокерамического трансформатора 5, определяются, в частности, ве,-ч личинами Ьдр и Сг. , При нагреве (охлаждении) пьезопластины величина С g j увеличивается (уменьшается) до 20% относительно своегЬ номинального значения, что предопределяет такое же расширение длительности косинусои- дального импульса напряжения, т.е. увеличение скважности импульсов в кол лекторе выходного транзистора. Это приводит к дополнительным потерям в усилителе 4 мощности. При. начальной установке скважности частотно-задающего генератора 3 больше двух единиц можно снизить потери выходного каскада в области повьшенной температуры, однако при работе в области пониженной температуры ( и. ниже) ,

. JQ 5

20 25 . ,Q дс -,

08506

когда

35

50

55

С... пьезокерамического трансформа- вх

5 в диапазоне рабочей температу- чо,

С уменьшается, эффективное на- 5Вж пряжение, поступающее на вход пьезокерам гческого трансформатора 5, снижается и заданная мощность не обеспечивается.

Введение в устройство формирователя 16 скважности импульсов с времяза- дающей RC-цепью позволяет установить необходимую величину скважности последовательности импульсов на входе усилителя 4 мощности независимо от частоты их следования, а установка в КС-цепи конденсатора или резистора с определенной температурной зависимостью позволяет нужным образом модулировать скважность в широком диапазоне емператур.

График зависимости входной емкости

тора

ры минус 60-100°С имеет возрастающий характер (фиг.З). В соответствии с этим выбирается ТКЕ хронирующего конденсатора 18 релаксатора.. Наилучшим образом решен1по поставленной задачи удовлетворяет использование конденсатора из пьезокерамического ма териала трансформатора 5, Номинал . конденсатора 18 выбирают в соответствии с постоянной времени RC-цепи, а скважность Q импульсов на выходе формирователя 16 задают в пределах 1,9-2 при нормальных условиях. Тогда при нижней предельной температуре скважность Q 2,2-2,3 ед,,что . компенсирует снижение выходной мощности стабилизатора, обусловленное уменьшением коэффициента передачи транзистора усилителя 4, При верхней рабочей температуре скважность Q сни- жается до 1,5, при Зтом результирующая скважность косинусоидальных импульсов, поступающих на вход пьезокерамического трансформатора 5, оказывается практически постоянной. Таким образом, температурная модуляция скважности Q импульсов на входе усилителя 4 мощности снижает потери в коллекторной цепи выходного транзистора, повышает КПД стабилизатора в целом на 15-20%.

Формула изобретения

1, Пьезополупроводниковьй стабилизатор постоянного напряжения по авт.св. N 983689, отличают и й- с я ;Тем, что, с целью повьпиения КПД

524085066

и расширения диапазона рабочей темпе- ратурной зависимости входной емкости }| атуры, между выходом частотно-задаю-. пьезокерамического трансформатора, liero генератора и возбуждающим входом усилителя мощности введен формирова- teль скважности импульсов с температурной зависимостью формируемой скваж- обратной по отношению, к темпе .п

2, Стабилизатор по п,1, о т л и - чающийся тем, что формирователь скважности импульсов выполнен в виде релаксатора с температурно-зави симой времязадающей RC-цепью,

ратурной зависимости входной емкости пьезокерамического трансформатора,

2, Стабилизатор по п,1, о т л и - чающийся тем, что формирователь скважности импульсов выполнен в виде релаксатора с температурно-зави- симой времязадающей RC-цепью,

Изобретение относится к элект- ротехнике,в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повы шение КПД и расширение диапазона рабочей температуры. Силовой канал 1 ста билизатора состоит из последовательно включенных частотно-задающего генератора 3, формирователя 16 скваж- ; : ности импульсов, усилителя 4 мощности, пьезокерамического трансформатора 5 и блока 6 выпрямления и фильтрации. Канал 2 обратной связи включает в себя измерительный узел, состоящий из резистора 7, регулировочного потенциометра 8, источника 9 опорного напряжения и резистивного делителя 10- 11 напряжения, усилитель 12 сигнала рассогласования, двухкаскадный транзисторный ключ 13, пороговый элемент 14 и интегрирующий конденса-. тор 15. В процессе стабилизации выходного напряжения усилитель 2 сигнала рассогласования работает в режиме линейного регулятора с частотным регулированием. Благодаря использованию в устройстве формирователя 16 скважности импульсов с температурной зависимостью формируемой скважности, обратной по отношение к .температурной зависимости входной емкости пьезокерамического трансформатора 5, т«е. реализации формирователя 16 в виде релаксатора с температурно-зави- симой времязадающё КС-цепью 17,18, обеспечивается постоянство результирующей скважности косинусоидальных импульсных сигналов на выходе усилителя 4 мощности и снижаются потери в его выходном каскаде. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. € сл с 00 01 о О)

-f-.

Редактор Н.Тупица Заказ 3359/55

-BQ -28 О 20 60 80 .100 °С

. 3

Составитель Л.Морозов

Техред А.Кравчук Корректор М. Шароши

Тираж 665 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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