Управляющее устройство стабилизированного пъезополупроводникового источника питания

 

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является повышение надежности работы управляющего устройства стабилизированного пьезополупроводникового источника питания. Устройство содержит формирователь 6 фазового сигнала, осуществляющий съем сигЧ/1 П S Uen. 15 - йнала с емкостного штыря, При этом фазовый детектор 10 перезаряжает конденсатор 14 до напряжения, соответст- .вующего резонансной ч-астоте пьезотрансформатора (ПТ), т.е. выводит и отслеживает положение рабочей точки на частоте наиболее эффективной работы. При увеличении выходного напряжения блок 2 регулирования сравнивает jerp с ным напряжением блока 3. С момента, когда разностньй сигнал превысит значение напряжения на резонансной частоте ПТ, детектор 10 фиксирует смещение рабочей точки и стремится скомпенсировать его, пропуская на вход генератора 7 разностный сигнал с блока 2. При действии слабых возмущений их обработка производится блоком 2. При сильных возмущениях сигнал с блока 2 уменьшается до минимального и детектор 10 принимает управление, стабилизируя положение -рабочей точки. 2 ил. о (О ив Г5 m у л .2 (Л DO СО ;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А3 (19) (111

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ Н А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3857545/24-07 л (22) 21.12.84 (46) 30.06.86. Бюл. Р 24 (72) А.А.Ерофеев, А.А.Ушаков, В.И.Орехов, Г.А.Данов и Б.Г.Парфенов (53) 621.314,57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 983689, кл. G 05 F 1/64, 1981.

Авторское свидетельство СССР

9 851687, кл. Н 02 М 3/335, 1979. (54) УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО CTABHJIHЗИРОВАННОГО ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является повышение надежности работы управляющего устройства стабилизированного пьезополупроводникового источника питания. Устройство содержит формирователь 6 фазового сигнала, осуществляющий съем сиг(ц4 H02МЗ 335 G05 В 11 06 а r --" ":-" ".:

1„Ф

) Бч нала с емкостного штыря. При этом фазовый детектор 10 перезаряжает конденсатор 14 до напряжения, соответствующего резонансной частоте пьезотрансформатора (ПТ), т.е. выводит и отсле" живает положение рабочей точки на частоте наиболее эффективной работы. При увеличении выходного напряжения блок

2 регулирования сравнивает ego с опорным напряжением блока 3. С момента, когда разностный сигнал превысит значение напряжения на резонансной частоте ПТ, детектор 10 фиксирует смещение рабочей точки и стремится скомпенсировать его, пропуская на вход генератора 7 разностный сигнал с блока 2.

При действии слабых возмущений их обработка производится блоком 2. При сильных возмущениях сигнал с блока 2 уменьшается до минимального и детектор 10 принимает управление, стабилизируя положение рабочей точки. 2 ил.

1241373

Изобретение относится K электротехнике и предназначено для реализации вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры с жесткими требованиями к весогабаритным показателям.

Целью иэобретения является повышение надежности в работе, в частности в условиях коммутационных всплесков выходного напряжения.

На фиг.l представлена функциональ- 10 ная схема предложенного управляющего устройства; на фиг.2 — схема стабилизированного пьеэополупроводникового источника питания с данным управляющим устройством.

Управляющее устройство 1 {фиг.1) содержит блок 2 регулирования, блок 3 опорного напряжения, блок согласования, выполненный в виде согласующего делителя напряжения ка резисторах 4 к 5, формирователь 6 фазового сигнала, управляемый задающий генератор 7,. блок 8 логических ключей, предварительный усилитель 9 мощности, фазовый детектор 10 с анализатором 11 знака и величины фазового сдвига, блоком 12 зарядного и разрядного ключей и защитным диодом 13, фильтрующкй конденсатор 14, вспомогательный источ- З0 нкк постоянного напряжения с потенциальным выводом 15, зарядный резистор 16, клемму )7 для подключения емкостного штыря, клемму 18 для подключения потенциального вывода узла 35 обратной связи, клемму 19 для подключения потенциального вывода внешнего управляющего узла и клеммы 20 и 21 для подключения потенциальных входных выводов оконечного усилителя 40 мощности.

Один из входов блока 2 регулирования соединен с выходом блока 3 опорного напряжения, другой вход — с клеммой 18 и шиной нулевого потенциала, а выход — с входом блока согласования — согласующего делителя 4-5 напряжения. Парафазные выходы задающего генератора 7 через блок 8 логических ключей подключены к входам 50 предварительного усилителя 9 мощности, соединенного выходамк с клеммами 20 и 21. Входной потенциальный вывод формирователя 6 фазового сигнала соединен с клеммой 17. Входы ака— лиэатора ll знака и величины фазового сдвига подключены к выходу форми-, рователя 6 фазового сигнала и дополнителькому выходу задающего генератора 7, а выходы — к управляющим входам блока 12 зарядного и разрядного ключей. Дополнительный вход блока

8 логических ключей соединен с клеммой 19 к шиной нулевого потенциала.

Первый сигнальный вход блока 12 зарядного и разрядного ключей через зарядный резистор 16 подключен к выI ходу вспомогательного источника постоянного напряжения (к выводу 15 и шине нулевого потенциала), второй сигнальный вход соединен с выходом блока согласования — согласующего делителя 4-5 напряжения, а выход — с входом задающего генератора 7. Защитный диод 13 включен между вторым сигнальным входом к выходом блока 12 зарядного и разрядного ключей. Первая обкладка фильтрующего конденсатора 14 соединена с шиной нулевого, потенциала, а вторая обкладка — с выходным потенциальным выводом блока

l2 зарядного и разрядного ключей.

Стабилизированный пьеэополупроводкиковый источник питания (фкг.2), помимо управляющего устройства 1, содержит оконечный (двухтактный) усилитель 22 мощности, пьезотрансформатор 23, высоковольтный умножитель 24 напряжения, узел 25 обратной связи, внешний управляющий узел 26. Входы управляющего устройства 1 соединены с выходами пьеэотрансформатора 23, узла 25 обратной связи и внешнего управляющего узла 26, а выходы — с входами оконечного усилителя 22 мощности. Пьезотрансформатор 23 включен между выходом оконечного усилителя 22 мощности и входом высоковольтного умножктеля 24 напряжения.

Анализатор 11, являющийся логическим блоком, анализирует знак и величину сдвига фаэ между передними фронтами импульсов с выхода задающего, генератора 7 и формирователя 6 фазового сигнала к в соответствии с ними управляет работой двух аналоговых -. ключей (эарядкого к разрядного) в блоке 1?. На аналоговый вход одного иэ ключей (разрядного) поступает сигнал с выхода согласующего делителя 4-5 ка вход другого ключа (эарядного) через резистор 16 подается напряжение питания. Выходы ключей объединены к образуют выход фазового детектора 10.

Логика функционирования анализатора

)241373

11 такова, что если положительный перепад импульсов с выхода генератора

7 опережает по фазе (на угол, меньший

180 ) аналогичный перепад с выхода формирователя 6, то на время, равное этому временному сдвигу, замыкается разрядный ключ, подающий сигнал

U на управляющий вход задающего ге1 нератора 7. В противном случае замыкается зарядный ключ и вход генератора 7 периодически через резистор 16 подключается к вспомогательному источнику постоянного напряжения. Если оба положительных перепада поступают на вход анализатора ll одновременно, ro оба ключа остаются разомкнутыми.

Подключенный к выходу фазового детектора 10 конденсатор 14 выполняет фукнцию запоминания текущего значения управляющего напряжения U в проме3 жутках-, когда аналоговые ключи разомкнуты. В то время, когда один из ключей замкнут, конденсатор 14 перезаряжается либо через резистор 16, либо через эквивалентное сопротивление, определяемое параллельным соединением резисторов 4 и 5.

При использовании задающего генератора 7 с высокоомным входом фазовый детектор 10 оказывается астатическим.-Управляемый задающий генератор

7 вырабатывает три последовательности импульсов, две из которых являются парафазным и обеспечивают нормальную работу двухтактных усилителей мощности, а третья по отношению

0 к ним сдвинута на фазовый угол 90. формирователь 6 фазового сигнала включает в себя собственно формирователь прямоугольных импульсов (усилитель-ограничитель) и регулируемый узел задержки импульсов по фазе.

Диапазон регулирования задержки соответствует углу, несколько меньшему

180 . Известно, что фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями высоковольтного пьезотрансформатора поперечно-продольного типа по частоте резонанса f в составе источP ника питания зависит от формы входно го напряжения (начальной фазы пер†в гармоники) и для разных усилителей мощности колеблется около нулевого значения. Использование в задающем генераторе 7 дополнительного (третьего) выхода, а также регулируемого узла задержки позволяет обеспе25

55 чить регулирование положения рабочей точки фазового канала на резонансной

f или, если это необходимо,,близкой к ней частоте практически для всех типов усилителей мощности, применяемых в пьезополупроводниковых источниках питания. В .предложенном устройстве (микромодуле) между задающим генератором 7 и промежуточным усилителем 9 мощности введен блок 8 логических ключей, позволяющий подачей стробирующих импульсов на их вход изменять скважность выходных импульсов П,„, и П „„,. Подобное построе— ние оконечной ступени управляющего устройства существенно увеличивает степень его универсальности.

Управляющее устройство в составе, стабилизированного пьезополупроводникового источника питания работает следующим образом.

При включении источника выходное напряжение блока 2 регулирования является минимальным, а величина U, определяющая положение рабочей точки пьезотрансформатора 23 на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ), может быть произвольной.

Однако если границы зоны регулирования по-частоте задающего генератора 7 укладываются в диапазон 0,85—

1,15 f (резонансная частота пьезотрансформатора 23), то выходное переменное напряжение пьезотрансформатора 23 составляет не менее несколь1 их сотен вольт, что достаточно для нормальной работы усилителя-ограничителя формирователя 6 фазового сигнала, осуществляющего съем сигнала

U с емкостного штыря. В этих условиях фазовый детектор 10 путем периодического открывания того или иного аналогового ключа в блоке 12 перезаряжает конденсатор 14 до напряжения, соответствующего резонансной частоте пьеэотрансформатора 23, т.е. выводйт и отслеживает положение рабочей точки на частоте наиболее эффективной работы пьезотрансформатора 23, обеспечивая тем самым рост выходного напряжения с максимальной скоростью.

По мере увеличения выходного напряже." ния оно становится сравнимым с опорным напряжением U „ блока 3. Блок 2 регулирования, фиксируя этот факт, увеличивает выходное напряжение Up.

С момента, когда U превышает значеР ние U>, соответст1:ующее резонансной

12413

S частоте и пьезотрансформатора 23, фазовый де гектор 10, фиксируя смещение рабочей точки от резонансной частоты fP пьезотрансформатора 23 в сторону ее увеличения (рабочий склон

АЧХ выбран правым) и стремясь ском-. пенсировать это смещение, периодически замыкает только ключ разрядной цепи, через который на управляющий вход задающего генератора 7 поступает сигнал UP с выхода блока 2 регулирования.

Тем самым фазовый детектор 10 в этом режиме фактически прекращает стабилизацию положения рабочей точки на частоте fp и передает управление блоку 2 регулирования, пропуская на вход генератора 7 сигнал U< с выхода .согласующего делителя 4-5. При дейст вии слабых возмущений их отработка. производится блоком 2 регулирования. 20

При действии сильных внешних возмущений (короткое замыкание на выходе, момент включения и т.д.) выходное напряжение блока 2 регулирования уменьшается до минимального значения 25 и фазовый детектор 10, подхватывая ,управление, как этр описано выше, стабилизирует положение рабочей точкй на уровне резонансной частоты

f, По окончании внешнего возмущения ЗО

P управление вновь подхватывает блок 2 регулирования, Особенность предложенного устройства связана также с переменным значением эквивалентной постоянной времени перезаряда кэнденсатора 14 в режиме отработки слабых внешних возмущений. Действительно, чем ближе рабочая точка к резонансной частоте fP пьезо— трансформатора 23, тем меньше фазовое4О рассогласование между входным и выходным напряжениями последнего и тем меньше относительное время открытого состояния аналогового ключа. Конденсатор 14 при этом перезаряжается 45 за большее число периодов., что равносильно увеличению постоянной време ни цепи. В предельном случае на резонансной частоте fP оба аналоговых йлвча разомкнуты и U не изменяет величину U .

Применение в устройстве защитного диода 13 обусловлено во з можно стью поянления коммутационных всплесков при передаче управления фазовым кана-55 лом частотному. При действии силь— ного внешнего возмущения фазовый детектор стабилизирует положение ра—

73 6 бочей точки н зоне раэонансной частоты f . Под действием токов утеч—

P ки конденсатор 14 постепенно разря-! жается.. Для компенсации уменьшения

U в фазовом детекторе 10 периодически замыкается зарядный аналоговый ключ. Разрядный же ключ замыкается только для компенсации различного рода флуктуаций (т.е. значительно реже). Поэтому по окончании действия сильного возмущения возрастающее напряжение U вследствие того, что разрядный ключ разомкнут может оказаться

1 больше U . При этом замыкание разряд J ного ключа вызывает скачкообразное увеличение U и, как следствие, колебания выходного напряжения. Диод 13 устраняет этот недостаток, так как он открывается при U р >

Указанный эффект можно устранить и использованием вместо диода 13 резистора, соединяющего выход фазового детектора 10 со вспомогательным ис- точником постоянного напряжения. Ток через этот резистор должен с некоторым избытком компенсировать разрядный ток утечки конденсатора 14. При этом под действием результирующего тока напряжение (при разомкнутых ключах) увеличивается. Для разряда конденсатора 14 периодически замыкается только разрядный аналоговый ключ.

В этом случае с момента, когда UP > U сигнал U начин,ает следить за сигна3 лом U

Таким образом, в данном устройстве динамический коэффициент передачи зависит от фазового рассогласо-. вания (нелинейное управление), передача управления частотным каналом фазовому происходит плавно, без скачков, коммутационные всплески вы-. ходного напряжения отсутствуют, время переходных процессов оказывается минимально возможным. Использование блока 8 логических ключей обеспечивает универсальность применения предложенного устройства. Воспринимая сигнал U от внешнего управляющего узла 26, блок 8 уменьшает длительность либо вовсе исключает прохож-. дение импульсов с выхода генератора 7 на входы предварительного усилителя 9 мощности.

Формула изобретения

Управляющее устройство стабилизированного пьезополупроводникового ис1241

Составитель Л.Морозов

Техред Л.Олейник Корректор А.Обручар

Редактор И.Рыбченко

Заказ 3608/51 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 точника питания. содержащее блок регулирования, один из входов которого соединен с выходом блока опорного напряжения, другой вхог — с клеммами для подключения узла обратной связи, а выход — с входом блока согласования, задающий генератор, парафазные выходы которого через блок логических ключей подключены к входам предварительного усилителя мощности, 1О соединенного выходами с клеммами для подключения входов оконечного усилителя мощности, формирователь фазового сигнала, входной потенциальный выход которого соединен с клеммой для 15 подключения емкостного штыря, фазовый детектор с анализатором знака и величины фазового сдвига и защитным диодом, фильтрующий конденсатор, соединенный первой обкладкой с шиной нулевого потенциала, вспомогательный источник постоянного напряжения, зарядный резистор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности в работе,в фазовый детектор 25 введен блок зарядного и разрядного

373 8 ключей, задающий генератор выполнен с дополнительным выходом, а блок логических ключей — с дополнительным входом, причем входы анализатора знака и величины фазового сдвига подключены к выходу формирователя фазового сигнала и дополнительному выходу задающего генератора, а выходы — к управляющим входам блока зарядного и, разрядного ключей, дополнительный вход блока логических ключей соединен с клеммами для подключения внешнего управляющего узла, первый сигнальный вход блока зарядного и разрядного .ключей через зарядный резистор под-, ключен к выходу вспомогательного источника постоянного напряжения, второй сигнальный вход соединен с выходом блока согласования, а выход — с входом задающего генератора, защитный диод включен между вторым сигнальным входом и выходом блока зарядного и разрядного ключей, выходной .потен-. циальный вывод которого соединен с второй обкладкой фильтрующего конденсатора.