Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть испоЛьзовано Ba , вторичных источниках устройств судовой радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство, содержащее пьезоэлектрический трансформатор, усилитель мощности, автогенератор и схему управления с цепью обратной связи 1.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее регулятор, один вход которого связан с выходными выводами, другой вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход - к управляемом входу задающего генератора, который через формирующий узел соединен со входом усилителя мощности, выходом через конденсатор соединенного с входными электродами пьезотрансформатора, вывод которого через выпрямитель с фильтром подключен к выходным выводам (2}.

Недостатком известных устройств является низкий КПД и ненадежность.

Цель изобретения - повышение .КПД и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в известный стабилизатор постоянного напряжения введены катушка индуктивности, подключенная параллельно входным электродам, и узел выявления фазового сдвига, состоящий из фазового дете тора, последовательно соединенного с усилителем-регулятором, причем один вход этого узла соединен с входным электродом пьезотрансформатора, другой - с одним из выходных выво0дов, а выход через введенный диод соединен с управляющим входом задающего генератора, выполненного , например, по схеме несимметричного мультивибратора.

5

На фиг. 1 приведена функциональ- но-принципиальная схема пьезополупроводникового фазо-частотноуправляемого стабилизатора напряжения; на фиг. 2 - характеристики, иллюст0рир тощие работу стабилизатора; на фиг. 3 - схемы входной цепи ПЭТ.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит усилитель 1 мощности, который через конденсатор 2 наг5ружен на цепь, состоящую из параллельно соединенных катушки 3 индуктивности и пьезоэлектрического трансформатора (ПЭТ) 4. Последний через выпрямитель сфильтром 5 сое

0 динен с нагрузкой 6 и делителем 7, Усилитель 1 мощности управляется .двуполярным, модулированным по час тоте сигналом с выхода системы управления стабилизатора. Система уп равления состоит из регулятора 8, соединенного одним входом с делите лем 7 (сигнал и ос) другим входом с опорным сих-налом Ид,,, а выходом через резистор (диод) 9 с входом задающего генератора (ЗГ) 10. Регу лятор сравнивает текущее значение Ос с Upf, преобразует полученный сигнал рассогласования в соответст ВИИ, например, с пропорционапьноинтегро-Дифференциальным (ПИД) законом регулирования, и своим Ъых6д ным напряжением в виде сигнала управления U-J3 устанавливает частоту генерации ЗГ 10. ЗГ 10 выполнен по схеме несимметричного мультивибратора и генерирует прямоугольные импульсы удвоенной рабочей частоты которые поступают на формирующий узел 11, Узел 11 содержит тригге|)( 12, работающий в режиме счетного триггера, и две логические схемы и-НЕ 13 и 14. Образуемые узлом 11 две последовательности положительных прямоугольных импульсов рабочей частоты, сдвинутых друг относи тельно друга на половину периода рабочей частоты и меньших половины периода на величину ступеньки-пауз поступают на полумостовой импульсный усилитель мощности УМ 1, Эти импульсы включают попеременно тран зисторы 15 и 16 УМТ, которые зашунтированы диодами обратного тока 17 и 18. Ко входу ЗГ 10 через диод 19 подключен выход узла 20 выявления фазового сдвига, содержгодего фазовый детектор 21 и .усилитель-ре гулятар 22, который своими входами подключен соответственно к одному из входных электродов ПЭТ 4 и чере емкость 23 .- к резистору делителя 7, Делитель 7 состоит из резисторо 24 - 26. С нижнего плеча дели телярезистора 26, зашунтированного емкостью 27, напряжение в виде сигнала обратной связи UQQ , соответствующего уровню Uofi , поступав на вход регулятора 8. Фазовый детектор 21 вырабатывает напряжение, соответствующее сдвигу фаз двух напряжений Ugx и ПЭТ, с резистора 24 снимается часть Uвых, в котором всегда присутствуют пульса ции переменного выходного напряжения ПЭТ, постоянная составляющая отделяется емкостью 23. Узел выявления фазовохо сдвига 20 построен так, что при переходе с правого склона АЧХ ПЕТ на левый выходное напряжение Ujp усилителя-регу лятора 22 рс1стет. При. этом сдвиг фаз меящуТТа и ивычПЕТ меняет знак в точке резонансной частоты ПЕТ. Работа стабилизатора напряжени, осуществляется следующим образом. Рабочая точка стабилизатора выби рается на правом склоне АЧХ ПЭТ (фиг. 2, точка 0). В режиме стабилизации и щ,)( при действии слабых возмущений (изменений тока нагрузки температуры окружающей среды и т.п.) их.компенсация производится регулятором 8, который сигналом рассогласования 11 ос изменяет частоту генераций ЗГ 10 и, следовательно, смещает рабочую точку на АЧХ ПЭТ до тех ПОР, пока в станет равным задайному значению. При действии сильных возмущений рабочая точка может перейти на левый склон АЧХ, при этом знак обрат ной связи меняется на противоположный, стабилизация нарушается, а частота ЗГ 10 становится минимальной. В известном стабилизаторе используется высокостабильный ЗГ, у которого нижняя граница генерации жестко фиксируется вблизи резонансной частоты ПЭТ. Однако в широком диапазоне изменения температуры поддерживать эту границу неизменной из-за собственной температурной нестабильности УЗГ оказывается практически невозможным и граница смещается либо на рабочий правый склон АЧХ ПЭТ (при этом резко снижается диапазон регулирования), либо уходит на левый склон (при этом происходят срывы режима стабилизации при сильных возмущениях, ненадежен запуск схемы при ее включении). Это обусловлено как высокой добротностью и узостью полосы пропускания ПЭТ, так и дрейфом АЧХ ПЭТ при сильных воздействиях. Эффективней является фазочастотное управление. В стабилизатор введена схема выявления фазового сдвига, фиксирующая моменты нахождения рабочей точки на левом склоне АЧХ ПЭТ и выводящая ее на рабочий правый склон АЧХ ПЭТ. При переходе рабочей точки с правого склона на левый АЧХ ПЭТ выходное напряжение Цф усилителя 22 (при достаточно большом коэффициенте усилителя) скачком изменяется отифп,п 1(см. фиг. 2). С мощностью диода 19 и резистора (диода) 9 на леном склоне АЧХ частотой ЗГ 10 управляет только сигнал U(p , а на правом - сигнал Up с регулятора 8. Пусть частота f генерации ЗГ 10 находится левее частоты jjp , соответствующей заданному значению U j выходного напряжения, но на левом склоне АЧХ ПЭТ (в отличие от fpas , находящейся на правом склоне). В отсутствие фазового канала в частности канапе стабилизации знак обратной связи (положительный) и регулятор 8 уменьшает частоту до значениями , соответствующего нижней границе /генерации ЗГ, выходное напряжение регулятора 8 минимально. Для того, чтобы в , этих условиях (без фазового канала) стабилизатор нормально функциониро вал, необходимо, чтобы для заданного вых эдного напряжения U3 нижняя граница {ц не выходила из полосы частот i„р - 1раБ Однако для больших заданных значений выходного напряжения (например 032) эта полоса сужается. Для максимального выходного напряжения полоса вырождается в точку, соответствуннйую редонансной частоте f р . Следовательно в этом случае нижнюю границу i нужно поддерживать равной р , что Ьри изменении температуры окружаюадай среда сделать практически невозможно . Введение фазового канала позволяет сместить нижнюю границу ц значительно левее i «р по частотной оси. Тогда, например, если частота ЗГ 10 f стала ниже f (,„ , выходное напряжение регулятора U р минимально, а .выходное напряжение усилителя 22 максимально (частота i - 1 р ) . Частота ЗГ i под действием сигнала Up начинает увеличиваться

когда станет i i

выходное

«.

напряжение регулятора 8 Up резко : изменится до максимального значения, частота УЗГ будет продолжать расти. При f - ip выходное напряжение усилителя 22 быстро уменьшиться до минимального значения диод 19 закроется и фазовый канал перестанет влиять на процессы в схеме. После прохождения точки i f- i p знак обратной связи в частотном канале стабилизации стано-, вится отрицательным и процессы далее протекают в схеме как при действии слабых возмущений. Обычно усилитель мощности УМ 1 нагружают на ПЭТ либо через компенсирующую индуктивность L ( , либо через разделительную емкость Ср (фиг. 3a,S ). При питании стабилизатора выпрямленным сетевым напряжением схема (фиг. За) неприемлема из-за значительного превышения U gjc ПЭТ (до 600-600 В) на частоте резонанса контура Ь (4 ПЭТ, Вторая схема (фиг. 38) наиболее часто употребляется, энергетически неэкономична. Так, в момент открывания, например, нижнего по схеме (фиг. 35) транзистора (до этого был открыт и уже закрылся верхний транзистор), входная емкость ПЭТ заряжена и происходит ее разряд через открывающийся транзистор. В результате мгновенна мощность на транзисторах УМ 1 може достигать больиих значений (300600 Вт), хотя на транзисторах рассеивается и не очень значительная средняя мощность. Это приводит к частым выходам из строя мощных транзисторов УМД. В предлагаемой схеме (фиг. 1) параллельно входу ПЭТ 4 подключена индуктивность Ь . Емкость конденсатора 2 С р в несколько раз больше входной га- баритной. емкости ПЭТ. Резонансный контур ( ПЭТ) настраивается на резонансную частоту, несколько меньшую рабочей частоты ПЭТ.

Формула изобретения

1.Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулятор, один вход которого связан с выходныи;и выводами, другой вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход - к управляемому входу задающего генератора, который через формирующий узел соединен со входс 1 усилителя мощности, выходом через конденсатор соединенного с входными электродсши пьезотрансфорй матора, вывод которого через выпрямитель с фильтром подключен к выходным выводам, отличающийс я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в него введены катушка индуктивности, подключенная параллельно входным электродам, и узел выявления фазового сдвига, СОСТОЯЩИЙ изфазового детектора/ последовательно соединенного с уси-. ителем-регулятором, причем один вход этого узла соединен с входным электродом пьезотрансформатора, ругой - с 9ДНИМ из выходных вывоов, а выход через введенный диод, соединен с управляющим входом задащего генератора.

2.Стабилизатор по п,1 о т ичающийся тем, что задающий генератор выполнен в вцде несимметричного мультивибратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Карташев И.А. и Марченко Н.Б, Пьезоэлектрические трансформаторы. К., Техника, 1978, с. 140-163.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2616042/25,

кл. Н 01 b 41/10, 1978.