Пьезоэлектрический преобразователь Советский патент 1992 года по МПК H02M5/04 H02M7/06 

w

L

v|

Ю

сл

CJ

Јь

N5

s

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Известный пьезоэлектрический преоб- разователь, содержащий пьезотрансформа- тор, генератор которого через согласующий LC-контур подключен к мостовому выпрямителю.

Недостатком его является включение дросселя согласующего LC-контура последовательно с нагрузкой, что предполагает применение в качестве выпрямителя диодного моста, усложняющего схему. Необходимость применения диодного моста вызвана тем, что выходное сопротивление пьезотрансформатора (ПТ) носит емкостной характер, следовательно, через ПТ не может протекать постоянный ток. Применение мостового выпрямителя снижает КПД преоб- разователя, так как ток нагрузки каждый полупериод работы выпрямителя протекает через два последовательно включенных диода. При этом прямое падение напряжения на диодах выпрямителя увеличивается в два раза по сравнению с известными схемами выпрямителей, содержащими два диода (с 0,6-1,2 В до 1,2-2,4 В), а снижение КПД при токах нагрузки 0,3-0,5 А и выходной мощности П Н 5 Вт дости гает 12%.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение КПД.

Эта цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем пьезотрансформатор, возбудитель которого образует два входных вывода, а генератор образует два выходных вывода, а также два конденсатора и два дросселя, которые соединены последовательно и включены между двумя выходными вывода- ми, точка их соединения образует третий выходной вывод, а каждый из дросселей шунтирован своим конденсатором.

Кроме того, с дополнительной целью получения выпрямленного напряжения, к указанным двум выходным выводам подключен нулевой выпрямитель, средняя точка которого образована третьим выходным выводом.

С дополнительной целью обеспечения питанием двух нагрузок разнополярным напряжением, к указанным двум выходным выводам подключены разнополярные выводы по одному диоду, каждый из которых свободным выводом соединен с соответствующей нагрузкой, обе нагрузки заземлены и соединены с третьим выходным выводом.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема пьезоэлектрического преобразователя при подключении к его выводам нулевого выпрямителя; на фиг. 2 - то же, при подключении к его выводам разнополярных диодов для питания двух нагрузок.

Преобразователь содержит ПТ 1 с электродами 2-5 возбудителя и генератора соответственно. Электроды 2 и 3 возбудителя образуют два входных вывода, электроды 4 и 5 генератора образуют два выходных вывода. Два дросселя 6 и 7 соединены последовательно. При этом каждый из них шунтирован своим конденсатором: дроссель 6 - конденсатором 8, дроссель 7 - конденсатором 9. Цепочка дросселей 6 и 7 включена между выводами 4 и 5, а точка их соединения образует третий выходной вывод 10. К выводам 4 и 5 подключен нулевой выпрямитель на диодах 11 и 12, средняя точка которого образована третьим выходным выводом 10, Нагрузка 13 включена между выводом 10 и объединенными электродами диодов 11 и 12.

Преобразователь по фиг. 2 отличается тем, что диод 14 подключен к выводу 5 раз- нополярно по отношению к диоду 11 для получения на нагрузках 15 и 16 напряжения различной полярности, при этом свободные выводы нагрузок 15 и 16 соединены с третьим выходным выводом 10 и заземлены.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения на электроды 2 и 3 возбудителя ПТ 1 на электродах 4 и 5 генератора ПТ появляется трансформированное по величине электрическое напряжение. Это переменное напряжение с электродов 4 и 5 генератора ПТ 1 подается на согласующий LC-контур, образованный конденсаторами 8 и 9 и дросселями 6 и 7, и далее - на два диода 11 и 12. При этом, когда на электроде 4 ПТ 1 положительное напряжение, а на электроде 5 - отрицательное, ток протекает от электрода 4 ПТ 1 через открытый диод 11, сопротивление нагрузки 13 и дроссель 7 к электроду 5 ПТ 1. При изменении полярности напряжения на электродах 4 и 5 генератора ПТ 1 ток протекает от электрода 5 ПТ 1 через открытый диод 12, сопротивление нагрузки 13 и дроссель 6 к электроду 4 ПТ 1. После достижения максимума выходного напряжения пьезотрансформатора и до момента прохождения его значения через нуль энергия, запасенная в контуре, передается через открытый диод (11 или 12 - в зависимости от полярности напряжения на электродах 4 и 5 генератора ПТ 1) в нагрузку 13, обеспечивая передачу последней большего тока, чем контур потребляет от ПТ, что равнозначно согласованному режиму работы ПТ.

. Таким образом, в предлагаемом ПН в оба полупериода работы ток через нагрузку протекает в одном направлении, следовательно, осуществляется двухполупериод- ное выпрямление выходного напряжения ПТ. Конденсаторы 8 и 9 согласующего LC- конутра применяются для подстройки этого контура под рабочую частоту ПТ, так как возможности подстройки дросселями 6 и 7 ограничены узким диапазоном индуктивно- стей серийно выпускаемых дросселей.

Использование в заявляемом ПН в качестве выпрямителя двух встречно включенных диодов, подсоединенных параллельно согласующему LC-контуру, в сочетании с его последовательно соединенными дросселями, включенными параллельно электродам генератора ПТ, а также включение нагрузки между общей точкой соединения упомянутых частей дросселя и общей точкой соеди- нения диодов выпрямителя, позволило осуществить двухполупериодное выпрямление выходного напряжения ПТ только двумя диодами, чем достигнута цель предполагаемого изобретения - упрощение схе- мы ПН и повышение его КПД.

Работа преобразователя по фиг. 2 отличается тем, что при подаче переменного напряжения на электроды 2 и 3 возбудителя ПТ 1 на электродах 4 и 5 генератора ПТ 1 появляется трансформирование по величине электрическое напряжение. Это переменное напряжение с электродов 4 и 5 генератора ПТ 1 подается на согласующий LC-контур, образованный конденсаторами 8 и 9 и дросселями 6 и 7, и далее - на два последовательно включенныхдиода 11 и 14. При этом, когда на электроде 4 ПТ 1 положительное напряжение, а на электроде 5 ПТ 1 - отрицательное, ток протекает через от- крытый диод 11, обе нагрузки 15 и 16 и далее через открытый диод 14 - к электроду 5 ПТ 1. При этом выходное напряжение на нагрузках 15 и 16 относительно их общей точки соединения имеет противоположную полярность (+ивых).

При изменении полярности напряжения на электродах 4 и 5 генератора ПТ 1 на обратную диоды 11 и 14 оказываются закрытыми и ток через нагрузки 15 и 16 не проте- кает. В этот полупериод работы схемы происходит накопление энергии в согласующем LC-контуре.

Следует отметить, что в преобразователе по фиг. 2 возможно обеспечить согласованный для ПТ режим при работе на неодинаковые нагрузки 15 и 16 или, что равнозначно, получать несимметричные напряжения относительно общей (заземленной) точки, В этом случае режим работы ПТ для каждой из нагрузок 15 или 16 обеспечивается соответствующим выбором частей LC- контура: дросселей 6 и 7 и конденсаторов 8 и 9. В рабочем цикле каждая часть этого контура оказывается подключенной через открытые диоды 11 и 14 к своей нагрузке 15 и 16, соответственно.

Выходное напряжение относительно общей точки соединения неодинаковых нагрузок 15 и 16 оказывается несимметричным (т.е. абсолютные значения напряжения +Квых и -ивых различны), что часто необходимо в радиоэлектронной аппаратуре.

Изобретение может найти применение в маломощных (3-10 Вт) низковольтных источниках питания с двухполярным выходным напряжением в диапазоне 5-12 В.

Формула изобретения

1.Пьезоэлектрический преобразователь, содержащий пьезотрансформатор, возбудитель которого образует два входных вывода, а генератор образует два выходных вывода, а также два конденсатора и два дросселя, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД, два дросселя соединены последовательно и включены между двумя выходными выводами, точка их соединения образует третий выходной вывод, а каждый из дросселей шунтирован своим конденсатором,

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч a torn, и и с я тем, что, с целью получения выпрямленного напряжения, к указанным двум выходным выводам подключен нулевой выпрямитель, средняя точка которого образована третьим выходным выводом.

3.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью обеспечения питанием двух нагрузок разнополярным напряжением, к указанным двум выходным выводам подключены разнополярными выводами по одному диоду, каждый из которых свободным выводом соединен с соответствующей нагрузкой, обе нагрузки заземлены и соединены с третьим выходным выводом.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной тех- нике,и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель изобретения - упрощение и повышение КПД. Эффект обусловлен возможностью подключения к электродам 4 и 5 возбудителя генератора пьезотрансформатора 1 нулевого выпрямителя на диодах. Для создания нулевой точки использовано включение LC-контура между выходными выводами. В контуре дроссели 6 и 7 соединены последовательно, их точка соединения образует нулевой вывод для подключения нагрузки. Каждый из дросселей 6 и 7 зашунтирован своим конденсатором 8 и 9. Кроме того; предлагается вариант устройства для питания двух нагрузок 15 и 16 разнополярным напряжением. Для этого диоды 11 и 14 по отноше- нию к электродам 4 и 5 включены разнополярно. Данная схема позволяет также получать напряжение на нагрузках 15 и 16 не только различных полярностей, но и различных величин. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.