Пьезополупроводниковый преобразователь с регулировкой выходного напряжения Советский патент 1990 года по МПК G05F1/56 

Вход

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высоковольт1Ш1х источников питания, предназначенных, напри- мер, для управления датчиками потоков заряженных частиц, таких как ионные ловушки, спектрометры.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет расширения динамического дрг апазона регулировки выходного напряжения, облегчения запуска и повьше- ние устойчивости работы при возбуждающих воздействиях и на краях дина- мического диапазона.

На чертеже представлена структурная схема пьёзополупроводникового преобразователя с регулировкой выходного напряжения.

Преобразователь содержит последовательно соединенные регулятор 1, усилитель 2, второй усилитель 3, пьезо- трансформатор 4, выпрямитель 5, цепь 6 обратной связи, соединенную с уп- равляющим входом регулятора, выход которого подключен к входному выводу устройства, причем выход вьтрямите,пя подключен к выходному выводу устройства, а между выходом электрода обра ной связи пьезотрансформатора 4 и вторым входом второго усилителя 3 включены последовательно.соединенные перестраиваемый колебательный контур с частотным дискриминатором 7 и компаратор 8, причем выход частотного дискриминатора соединен с усилителем 9 автоматической подстройки частоты, а выход последнего - с часто- тозадаюащм элементом колебательного контура.

Устройство работает следутощим образом

Автогенератор, содержащий компаратор 8, второй усилитель 3, пьезотран форматор 4, перестраиваемый колебательный контур с частотным дискриминатором 7 и усилитель 9 автоматической подстройки частоты, возбуждается на резонансной частоте пьезотранс- форматора после включения питания. Цепь положительной обратной связи с эл ектрода обратной связи пьезотрансформатора 4 на вход второго усилителя 3 содержит перестраиваемый колебательный контур с частотным дискриминатором 7 и компаратор В, имеющий усиление по постоянног-ог току, измеряемое сотнями тысяч единиц в худшем

5

0

5 о 0

5 Q

5

случае. Благодаря нaJШчию компаратора 8 с достаточно большим коэффициентом усиления, малейшие механические воздействия на пьезотрансформатор 4 или плавное изменение напряжения питания второго усилителя 3, которое возника ет при всяком изменении выходного напряжения устройства благодаря действию регулятора 1 с усилителем 2, вызывает переключение компаратора 8, Этот скачок напряжения с компаратора 8 поступает на вход, второго усилителя 3 и далее на пьезотрансформатор 4,

В пьезотрансформаторе возникают свободные колебания с его резонансной частотой, через цепь положитапькой обратной связи поступают на второй усилитель, работающий всегда в импульсном режиме, что повьщ1ает его коэффициент полезного действия. Таким образом, автогенератор возбуждается не только благодаря импульсу после включения питания, но и в случае, если его колебания по какой-либо причине прекратятся, запуск устройства происходит после устранения причины срыва. Перестраивае1-1ый колебательный контур за счет того, что при отсутствии сигнала с пьезотрансформатора автоматическая подстройка частоты не действует, в момент после включения питания устройства или в случае срыва колебавши настроен вблизи резонансной частоты пьезотрансформатора и отфильтровывает рабочую гармонику, предотвращая возбуждение схемы на паразитнь Х гармониках. Полоса пропускания колебательного контура (за счет его более низкой добротности) намного шире, чем диапазон возможных изменений резонансной частоты неработающего пьезотрансформатора под действием температурных факторов, поэтому колебательный контур Не вносит затухания в цепь положительной обратной связи и это также облегчает запуск устройства

Компаратор 8 формирует прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, фронты которых соответствуют моментам времени, когда напряжение с электрода обратной связи пьезотрансформатора становится равным нулю, для случая, если колебательный контур настроен на частоту резонанса пьезотрансформатора, чем. и обеспечивается необходимое условие баланса фаз. Благодаря наличию ко шаратора с достаточно большим коэффициентом усиления и посто

янной амплитудой выходного напряжени необходимый баланс амплитуд обеспечивается и в случае достаточно низг кого напряжения возбуждения пьеэо- трансформатора, что соответствует и достаточно низкому выходному напряжению устройства. Значительные температурные изменения резонансной .частоты пьезотрансформатора при этом не способны привести к нарушению баланса фаз в автогенераторной схеме, что объясняется достаточно низкой добротностью перестраиваемого колебательного контура по сравнению с добротностью пьезотрансформатора.

Таким образом, нали ие колебательного контура и компаратора обеспечивает расширение нижней границы дина1606968

кая подстройка частоты указанного пе- растраиваемого колебательного контура осуществляется следукнцим образом. Частотный дискриминатор выполнен с использованием в качестве частотоза- дающего элемента указанного колебательного контура. При работе устройства на выходе дискриминатора присутствует сигнал ошибки, зависящий от знака и величины расстройки указанного контура от резонансной частоты пьезотрансформатора. Сигнал ошибки усштивается усилителем 9 автоматической подстройки частоты и воздействует на частотозадающий элемент указанного контура, уменьшая расстройку по час- .тоте до приемпемой как угодно малой величины. Пр.1 этом колебател1зный кон

Изобретение относится к вторичным источникам питания и может быть использовано при создании высоковольтных источников, предназначенных, например, для управления датчиками потоков заряженных частиц, таких как ионные ловушки, спектрометры. Цель изобретения - расширение области применения за счет расширения динамического диапазона регулировки выходного напряжения, облегчения запуска и повышение устойчивости работы при возбуждающих воздействиях и на краях диапазона. Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий последовательно соединенные регулятор 1, первый 2 и второй 3 усилители, пьезотрансформатор 4, выпрямитель 5, цепь обратной связи 6, введены перестраиваемый колебательный контур с частотным дискриминатором 7, компаратор 8, усилитель автоматической подстройки частоты 9. 1 ил.

мического диапазона регулировки выход-20 тур не вносит значительного сдвига

ного напряжения, Дпя расширения верхней границы динамического диапазона колебательный контур выполнен перестраиваемым и как одно целое с частотным дискриминатором, образуя элемент 7 структурной схемы. В схему введен усилитель 9 автоматической постройки частоты. При работе пьезотрансформатора с большими амплитудами возбуж,цающего напряжения и при наличии нагрузки проявляется зависимость резонансной частоты пьезотрансформатора от влияния обоих этих факторов. В этом случае при попытке получить от устройства максимальное выходное напряжение без применения автоматической подстройки частоты резонансная частота пьезотрансформатора оказывается достаточно далеко расположенной от резонансной частоты колебательного контура, как и от резонансной частоты пьезотрансформато,- ра, соответствующей моменту запуска устройства, При этом фазовый сдвиг, создаваемый колебательным контуром, оказывает существенное влияние на баланс фаз в автогенераторе и дальнейшего увеличения амплитуды колебаний пьезотрансформатора не происходит в результате нарушения баланса фаз в автогенераторе. Предварите/1ьная настройка контура на частоту, соответствующую резонансной частоте пьезотрансформатора при максимальном напряжении возбуждения, привела бы к нарушению баланса фаз при малых выходных напряжениях и к трудности запуска устройства. Примененная в предлагаемом устройстве автоматичес

фаз в сигнал обратной связи. Таким образом, введение автоматической подстройки частоты колебательного контура на частоту резонанса пьезотрансформатора расширяет верхнюю границу диапазона выходных напряжений устройства.

2$ j,

30 Формула изобретения

Пьезополупроводниковый преобразователь с регулировкой выходного напряжения, содержашлй последовательно сое

диненные регулятор, первый и второй усилители, пьезотрансформатор, выпрямитель и цепь обратной связи, выходом соединенную с управляющим входом регулятора, вход которого подключен к входному выводу, причем выход выпрямителя подключен к выходному выводу, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения преобразователя путем обеспечения расширения динамического диапазона регулировки выходного напряжения, облегчения запуска и повышения устойчивости работы при возбуждающих воздействиях и на краях динамического диапазона, в него введены перестраиваемый колебательный контур с частотным дискриминатором, компаратор и усилитель автоматической подстройки частоты, причем перестраиваемый колебательный контур с частотным дискриминатором входом подключен к электроду обратной связи пьезотрансформатора, первым выходом - к входу компаратора, вторым выходам - к входу усилителя автомати7 16069688

ческой подстройки частоты, выход ко-тура с частотным дискриминатором,

торого соединен с управляющим входомпри этом выход компаратора соединен

перестраиваемого колебательного кон-с вторым входом второго усилителя.