Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 H02M3/28 

(54) ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах вторичного электропитания ра диоэлектронной аппаратуры.

Известен пьезополугф оводниковый стабилизатсф постоянного напряжения, содержащий силовой канал с последовательно соединенными частотозадающим генераторром, усилителем мощности, пьезокерамическим трансформатором, выпрямителем )о и фильтром, канал обратной связи, состоsaoKu из включенного между выводом для подключения нагрузки и шиной нулевого потенциала резистивного измерительного элемента, автономного источника опорно- is го на15)яжения и блока управления, входы которого соединены с выходами измерительного элемента и источника опорного напряжения, а выход - с управляющим входом частотозадаюшего генератора ij. 0

Недостатки известного устройства определяются возможностью срыва режима стабилизации при работе в широком диапазоне изменения температуры окрузкающей среды, неполным использованием энер-. гетических возможностей пьезокерамичерлого трансформатора, а также необходимостью дополнительной подстройки частоты при смене последнего.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является пье- зополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой канал с последовательно включенными частогозааающим генератором, усилителем мощности, пьезокерамическим трансформа- тором, выпрямителем и фильтром, канал обратной связи, состоящий из соединенного с выводом для подключения нагрузки резистивногЪ измерительного элемента, выполненного с регулировочным потенциометром, автономного источника опорного нагфяжения, снабженного делителем опорного напряжения, основного блока утфав- ления с усилителем сигнала рассогласования, входы которого соединены со средни- МИ Выводами регулировочного потенциомет ра и делителя оперного нагряжения, а выход - с одним из управляющих входов частотнозадающего генератора, дополнительно го частотнопоискового управляющего органа, вход которого подключен к потенциометрическому выходу измерительного элемента, а выход - к другому управляющему входу частотнозадающего генератора 2j. Недостатки указанного устройства связавы с низкой эксплуатационной надежностью, обусловленной сложностью .тивной реализации частотнопоискового управляющего органа, а также с невысоким быстродействием, объясняющимся использованием двух Скоростей перестройки частоты частотно-задающего генератора и проявл5пощимся, в частности, в значительном Времени установления выходного напряжения при работе пьезокерамического трансформатяра в режиме максимальных коэффиииентов трансформации и полезного действия. Цель изобретения - повышение надежности работы и быстродействия подобного стабилизатфа путем обеспечения функционального (оптимального) закона воздействия на частотозадающий генератор и отказа от дополнительного частотопоискового ухфавляющего органа. Поставленная цель достигается тем, что в пьезополущэоводниковом стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем силовой канал с последовательно включенными частотно-задающим генератором.усилителеммощности.пьезокерамическимгранс ф матором, выпрямителем и фильтром, ка нал обратной связи, состоящий из соединен ного с выводом для подключения нагрузки рвзистивного измерительного элемента, вы полненного с регулировочным потенциометром, автономного источника опорного напряжения, снабженного делителем опорного ва15зяжения, и блока у1фавлеиия с усилителем сигнала рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом частотнозадагощего венератора,- в блок управ ления введены ключ и пороговый с фиксированным уровнем срабатывания, а усилитель сигнала рассогласования выполней с интегрирующим конденсатором, црияем ковденсатор включен между инвертирующим входом и выходом усилителя сиг нала рассогласования, ключ - между инвертирующим входом и щиной нулевого потенципла, ущ)авляющий вход ключа через пороговый элемент соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а инвентирующий и неинвертирующий входы последнего подключены один к другому через регулировочный потенциометр и делитель опорного напряжения. На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного пьезопроводникового стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - семейство амплитудочастотных характеристик (АЧХ) пьезокерамического трансформатора, начиная от характеристики, соответствующей короткому замыканию, с резонансной частотой р , и кончая характеристикой, соответствующей холостому ходу, с резонансной частотой р ; на фкг. 3 - хфиМерный вид используемого закона воздействий на частотозадающий генератор в функции времени поиска t от величины выходного нахфяжения Ua,|y стабилизатора. Устройство состотит из силового канала 1 и канала обратной связи 2 (фиг. 1). Силовой канал 1 содержит последовательно включенные частотозадающий генератор 3, усилитель мощности 4, пьезокерамический трансформатор 5, вьrпpямиteль и фильтр, условно объединенные в узел 6. Канал обратной связи 2 содержит измерительный элемент, Состоящий из деезистора 7, соединенного с выводом для подключения нагрузки, и регулировочного потенциометра 8, автономный источник 9 опорного напряжения с делителем опорного напряжения, состоящим из резисторов 10 и 11, блок управления с усилителем сигнала рассогласования 12, двухкаскадным транзисторным ключом 13 и пороговым элементом 14, имеющим фиксированный уровень срабатывания. Инвертирующий и неинвертирующий входы усилителя 12 подключены друг к другу через регулировочный потенциометр 8 и делитель 10-11 оперного напряжения, а его выход соЗДинен с управляющим входом частотрзадающего генератора 3. Между инвертирующим входом и выходом усилйРгеля 12 включен интегрирующий конденсатор 15, так что в целом данный усилитель можно квалифицировать как интегратор сигнала рассогласования. Ключ 13 включен между инвертирующим входом усилителя 12 и щиной нулевого потенциала, а его ущ)авляющий вход соединен с выходом усилителя 12. Работа устройства 15)оисходит следующим образом. При подаче питающего напряжения, когffla на15)яжение обратной связи Vo О, функциональный блок у1фавления работает в режиме автогенератора линейнопадающего напряжения с постоянным периодом следования импульсов пилообразной формы. Период колебаний определяется величинами емкости интегрирующего конденсатора 15 и сотфотивления регулировочного потенцйометра 8. Амплитуда импульсов пилообразной формы ограничена как по верхнему, так и по нижнему уровню и определяется уровнем срабатывания порогового элемента 14 и величиной опорного напряжения UOH выходе делителя 10-11 опорного нахфяжения. При поступлении на управляющий вход частотнозадающего генератора 3 импульсов пилообразной фермы частота его выходных импульсов изменяется. С убыванием амплитуды пилообразных импульсс в частота генератора 3 пропорционально, уменьшается, а с ростом амплитуды, нао6opoTj увеличивается. При этом частота { напряжения возбуждения, поступающего с выхода усилителя мощности 4 на вход пье зокерамического трансформатс а 5, также изменяется, уменыиаясь от заданной величины у (фиг. 2) до некоторой величиВ режиме поиска резонансного участка АЧХ пьезокерамического трансформатора 5 1ФИ .jy, когда и(у. возрастает по абсолютному значению, длительность пилообразного напряжения увеличивается по за.кону близкому, например, к параболическому (фиг. З). Соответственно по этому же закону изменяется частота генератора 3 и поиск; нужного участка характеристики 1ЧЭОИСХОДИТ, таким образом, с переменной скоростью в условиях оптимального ее изменения. При включении стабилизатора или при ав ийном режиме короткого замыкания, когдаУ У - О и UQC UOY напряжение на неинвертирующем входе усилителя рассогласования 12 оказывается равным Урр UQC- в этот момент конденсатор 15 быстро заряжается от источника питания через выходной каскад усилителя 12 до максимального возможного значения нагфя жения. Постоянная времени заряда при этом мала, реакция пьезокерамического тоанс({крматора 5 .отсутствует и частота колебаний генератора 3 становится максимальной. Значение f.g соответствует обычно полуторакратной величине резонансной частоты трансформатора 5. По мере заряда конденсатора 15 напряжение на выходе усилителя 12 возрастает до уровня пробоя порогового элемента 14. На этом временном интервале входной транзистор ключа 13 закрыт, выходной транзистор, наоборот открыт и UQC После щюбоя порогового элемента 14 транзисторы ключа 13 изменяют свое состояние. С этого момента начинается разряд конденсатора 15 постоянным током. На1ф51жение в& выходе усилителя 12 падает до значения, меньшего пробивного, уровня порогового элемента. 14, и ключ 13 возвращается в исходное положение. Период автоколебаний такого генератора пилообразного напряжения определя. ется постоянной времени Т ЩС, где С -. емкость интегрирующего койденсатора 15, Б - сопротивление регулировочного потвоциометра 8. Минимальное время повска резонансной характеристики соответствует DHWIIHПри прохождении по частоте правого склона АЧХ пьезокерамнческого трансфс рматора 5 выходное напряжение У ыхстабилизатора начинает возрастать. При этом частота автоколебаний увеличивается. Сле дует отметить, что чем меньше разность и - UOP меныией оказывается скорость перестройки частоты возбуждающего трансформатор 5 напряжения. При , UQn время поиска принимает максимальное значение и усилитель сигнала-; рассогласования 12 переходит в стационарный режим линейного регулятор1а с частотным регулированием, т.е. в нем в этом случае имеют место те же процессы, что и в обычном пьезополупровоцкиковом стабилизаторе налркокения с частотным Щ)ннципом управления. Простота конструкции хфедлодеенного устройства положительно сказывается на надежности его работы, а использование функционального {оптимального) закона управления предощюделяет ловьшенное быстродействие подобного стабилизатора. В результате, независимо от типа используемого пьезрк рамическо1Х трансформатора, режима его работы, качества пьеао керамического материала нпи .технологического разброса при его изготовлении, обеспечивается надежный, быстрый и точный поиск с захватом резонансного участка АЧХ. Формула изобретения Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой канал с последовательно включе ными частотнозадающим генератором, усилителем мощности, пьезокерамическим трансформатором, выгфямителем и фильтром, канал обратной связи, состоящий из

соединенного с выводом для подключения нагрузки реёистивного измерительного элемента, выполненного с регул1фовочным потенциометром, автономного источника опор-, ного напряжения, снабженного делителем 5 onqpHoro напряжения, и блока управления с усилителем сигнала рассогласования, выход ксггарого соединен с управляющим вхо. дом частотнозадающего генератора, о т- личающийся тем, что, с целью О повьпиения надежности работы и быстродействия путем обеспечения функционального закона воздействия на частотозадаю- щий генератор, в блок управления введены ключ и пороговый элемент с фиксировйшым L 15 уровнем срабатывания, а усилитель сигнала рассогласования вьтолнен с интегр1фу«« юшям конденсатором, причем конденсатор

включен инвертирующим входом и Выходом усилителя сигнала рассогласования, ключ - между инвертирующим входом и шиной нулевого потенциала, управляющий вход ключа через пороговый элемент соединен с выходом усилк епя сигнала рассогласования, а инвертирующий и неинвертирующий входы последнего подключены один к другому через регулировочный потенциометр .и делитель опорного нащ)яжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. Q 05 F 1/65, 1980.

вм

men

У9ы)(.тп