Способ управления выходным напряжением пьезополупроводникового источника питания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частности, для питания радиоэлектронной аппаратуры в условиях жестких требований к массогабаритным показателям . Цель изобретения - повьшение надежности управления. Узел 7 управления изменяет свою структуру в зависимости от стробирующего сигнала. Обеспечивается опережающее форсированное формирование фазового сигнала рассогласования по отношению к выход-i ному сигналу узла 7. Это необходимо из-за особенностей дрейфа амплитудночастотной характеристики пьезотрансформатора 9. Имеет место нелинейное многомерное управление, взаимосвязанное по трем параметрам напряжения возбуждения пьезотрансформатора 9. : При сильных возмущениях-В управлении участвует фазовый детектор 3, который выходным сигналом поддерживает рабочую точку на уровне резонансной частоты пьезотрансформатора 9. Обеспечивается максимальная скорость восстановления .выходного напряжения. 2: ЙЛ. i (Л с to 4:3 со О) фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„! 24967!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g.ë р» т1

lli

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 38583й/24-07 (22) 15.02.85 (46) 07.08.86. Бюл. В 29 (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И. Калинина (72) А. А. Ерофеев и А. А. Ушаков (53) 621.314.57(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 799052, кл. Н 01 L 41/08, 1976, Авторское свидетельство СССР

9 851687, кл. Н 02 М 3/335, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частности, для питания радиоэлектронной аппаратуры в условиях жестких требований к массогабаритным показателям. Цель изобретения — повышение (gg H 02 M 3/335, G 05 B 11/06 надежности управления. Узел 7 управления изменяет свою структуру в зависимости от стробирующего сигнала.

Обеспечивается опережающее форсированное формирование фазового сигнала рассогласования по отношению к выход ному сигналу узла 7. Это необходимо из -за особенностей дрейфа амплитудночастотной характеристики пьезотрансформатора 9. Имеет место нелинейное многомерное управление, взаимосвязанное по трем параметрам напряжения возбуждения пьезотрансформатора 9.

При сильных возмущениях.в управлении участвует фазовый детектор 3, который выходным сигналом поддерживает рабочую точку на уровне резонансной частоты пьезотрансформатора 9. Обеспечивается максимальная скорость восстановления выходного напряжения.

2. ил.

l 249671

35 щий работой узла 7, I

Совокупность операций предлагаемого способа и работа устройства с данным способом управления заключаются в следующем, При включении устройства выходное напряжение U b

45 и соответственно сигнал 1«равны нулю. Вследствие этого блок 1 регулирования вырабатывает минимальный по уровню сигнал U, . Формирователь 6 строба обладает пороговыми свойствами, т.е. формирует строб U

50 с только при превышении сигналом U

v некоторого порога U > U . В отР мин сутствии строба U узел 7 вне зависимости от информационного фазового . сигнала ошибки U вырабатывает сиг55 нал U„, соответствующий номинальному значению Ы„,„. Ввиду неопределенности исходного состояния рабочая точка, определяемая частотой f

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры в условиях жестких требований к массогабаритным показателям.

Целью изобретения является повышение надежности управления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления выходным напряжением пьезополупроводникового источника питания; на фиг. 2 — график, поясняющий спосбб.

Устройство содержит блок 1 регулирования, блок 2 опорного напряжения, фазовый детектор 3, задающий генератор 4, формирователь 5 фазового сигнала, формирователь 6 строба и стробирующий узел 7 управления по ампли-. туде, На схеме показаны также усилитель 8 мощности, пьезотрансформатор

9, блок 10 выпрямления и фильтрации, узел ll обратной связи, входящие в состав управляемого источника. Один из входов блока 1 регулирования соединен с выходом блока 2 опорного напряжения, другой вход — с клеммами для подключения узла 11 обратной связи, а выход — с первым входом фазового детектора 3. Вход задающего генератора 4 соединен с первым выходом фазового детектора 3, один из выходов — с вторым входом фазового детектора 3, а другой выход — с клеммами для подключения первого управляющего входа усилителя 8 мощности.

Вход формирователя 5 фазового сигнала соединен с клеммами для подключения вспомогательного выхода пьезотрансформатора 9, а выход — с третьим входом фазового детектора 3, Вход формирователя 6 строба подключен к выходу блока 1 регулирования. Один из входов .стробирующего узла 7 управления по амплитуде соединен с выходом формирователя 6 строба, другой вход — с вторым выходом фазового детектора 3, а выход — с клеммами для подключения второго управляющего входа усилителя

8 мощности, включенного последовательно с пьезотрансформатором 9 и блоком .1О выпрямления и фильтрации.

На входные электроды пьезотранс- форматора 9 поступает напряжение возбуждения U > e выхода регулируемого усилителя 8 мощности. Частота напряжения возбуждения f соответствует частоте, выраб1тыввемой управляемым

Э задающим генератором 4, а амплитуда соответствует сигналу U с выхода стробируемого узла 7 управления. Выходное переменное напряжение пьезотрансформатора 9, проходя через формирователь 5 фазового сигнала, поступает в виде сигнала Ц на третий вход фазового детектора 3, На второй вход последнего подается сигнал с соответствующего выхода задающего генератора 4, а на первый вход поступает управляющий сигнал Uð с выхода блока

1 регулирования. Этот же сигнал управляет работой формирователя 6, который, в свою очередь, вырабатывает строб U,, поступающий на стробирующий вход узла 7 управления. Блок 1 регулирования по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону формирует управляющий сигнал U Р в соответствии,с основным сигналом ошиб- ки V„ = +(V. — U., ). Сигнал Ц подается на один из входов блока 1 регулирования с выхода блока 2 опорного напряжения, а сигнал JJ«, пропорциональный выходному напряжению на выходе блока 10 выпрямления и фильтрации, с помощью узла,1 1 обратной связи поступает на другой вход блока

1 регулирования. Фазовый детектор 3

Г имеет два выхода. На первом выходе вырабатывается фазовый сигнал рассогласования U поступающий на вход задающего генератора 4, а на втором выходе формируется информационный фазовый сигнал ошибки Ц,, управляю3 1249 может оказаться в любой области амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) пьезотрансформатора 9. Однако установка границ изменения частоты задающего генератора 4 такова; что выходное переменное напряжение " пьезотрансформатора 9 оказывается достаточным для нормальной работы формирователя 5 фазового сигнала.

Фазовый детектор 3 сравнивает по 10 фазе, сигналы с выходов генератора 4 и формирователя 5. В соответствии с сигналом рассогласования д фазовый детектор 3 вырабатывает сигнал U у Э управляющий работой задающего гене- 15 ратора 4 и выводящий рабочую точку пьезотрансформатора 9 на уровень резонансной частоты. Вследствие того, .,что Уь,,1ном 1 в манс рост напряжения

U8„, происходит с максимальной ско- 20 ростью. Фазовый детектор 3 построен таким образом, что при Б > U сиг 4 р -4 нал с выхода блока 1 регулирования не оказывает влияния на работу частотного контура источника. Таким об- 25 разом, частотный контур стабилизации по цепи обратной связи оказывается разомкнутым, а в работе участвует фа-. зовый контур, обеспечивающий фазочастотное управление. Рост выходного З0 .напряжения U „ источника, происходит до тех пор, пока оно не становится сравнимым с заданным значением (U ос м О,„ ). Фиксируя этот момент, блок 1 регулирования начинает изменять свое 35 выходное напряжение Uð . С момента, когда Ур U„, (U„, сигнал U„, соответствующий положению рабочей точки на резонансной частоте пьезотрансформатора.9), фазовый детектор 3, посто-40 янно определяя Ч и вырабатывая информационный сигнал фазовой ошибки

Ц, начинает формировать U в соотУ ветствии с сигналом U . При этом обеспечивается частотное управление с 45 замкнутым контуром по цепи обратной связи и рабочая точка смещается вдоль рабочего (правого) склона АЧХ в сторону компенсации сигнала ошибки.

В известных источниках питания 50 реальная нагрузка всегда ниже номинального значения, т.е. основное время пьезотрансформатор, нагружен током, равным. приблизительно половине .номи нального значения. Поэтому наиболее 55 вероятным является положение рабочей точки на середине склона АЧХ (при ,фиксированной величине U ). В этом

671 4 режиме КПД источника в целом является пониженным. Кроме того, несмотря на недогрузку пьезотрансформатора по мощности, его надежностные показатели не улучшаются в связи с подачей на вход максимального значения напряжения возбуядения Us . Недостатком является также схемотехническая избыточность, связанная с тем, что в процессе отработки слабых внешних возмущений . фазовый детектор не участвует в работе. В предлагаемом техническом решении эти недостатки устраняются введением нелинейного многомерного взаимосвязанного управления по всем трем параметрам напряжения возбуждения U (амплитуде, частоте и фазе). Для этого в режиме отработки слабых возмущений осуществляется амплитудное управление напряжением U» которое включается в работу лишь при наличии стробирующего сигнала U, .

В фазовом детекторе 3, как уже отмечалось, предусмотрен дополнительный выход, на котором вырабатывается информационный фазовый сигнал ошибки в виде последовательности импульсов, длительность которых и пропорциональна фазовому рассогласованию б р.

В соответствии с сигналом U, при наличии строба U, (когда U > 0р„ ) узел 7 управления формирует сигнал поступающий на усилитель 8 мощности и изменяющий амплитуду 11в„, напряжения возбуждения пьезотраисфор» матора 9 по пропорционально-интеграпьно-дифференциальному. закону. Таким образом, узел 7 управления является звеном переменной структуры, изменяющим свою структуру в зависимости от сигнала У,: в отсутствие U (11 Ъ У „ ), узел 7 через усилитель 8 обеспечивает Uб„„Uá ìîè Ue иткс а при наличии U, (Uð ) У„„ ) структура узла 7 соответствует пропорциональноинтегрально-дифференциальному регуля-. ° тору. Параметры настройки блока 1 регулирования таковы, что узел 7 по отношению .к блоку 1.обеспечивает менее форсированное изменение U по сравв п нению с изменением Г по частотному каналу при их взаимосвязанной работе.

При этом в целом осуществляется многомерное нелинейное взаимосвязанное управление и стабилизация U » в ква-. эиоптимальном режиме. Нелинейная взаимосвязь амплитудного управления в зависимости от сигналов U U исс3 EfO

1249671 ключает необходимость введения сложных перекр стных динамических звеньев, выбора и расчета параметров их оптимальной настройки. При этом в источнике, как уже отмечалось, обеспечивается упреждающее (опережающее) форсированное формирование сигнала по отношению к формированию сигнала Uä. Необходимость такого управления связана с особенностями дрейфа

АЧХ пьезотрансформатора 9 (фиг. 2)

Например, при увеличении нагрузки (АЧХ смещается влево по частотной оси и вниз по оси ординат из тйложения 1 в положение 2) и выборе рабочей точки на правом склоне АЧХ при отсутствии опережающего воздействия по частоте, амплитудный канал в соответствии с алгоритмом его работы, стремясь вернуть точку в область. ре.зонансной частоты, начнет уменьшать

В результате характеристика 1 перейдет в положение 3. Поэтому вследствие уменьшения выходного на- 25 пряжения источник выйдет из режима стабилизации (Us„,„ U„,„ „ ), формирователь 6 строба снимет со стробирующего входа узла 7 стрбб управления

U и только тогда узел 7 вьдаст. сигнал U = U „,„ . При этом общая длительность переходных процессов оказывается существенно завышенной.. .Введение упреждающего воздействия по частоте обеспечивает в упомянутой ситуации смещение рабочей точки вслед за дрейфом АЧХ и последующую коррек- . тировку амплитуды. В результате при обработке относительно слабых внешних воздействий,.например, при уве- 4О личении тока нагрузки, рабочая точка сразу переместится из оптимальной зоны на характеристике 1 в область, более близкую к резонансной частоте, на характеристике 2. Срыва стабилиза-4 ции выходного напряжения U»,„ источника при этом не произойдет. Несколько позже амплитудный канал в соответствии с информационным фазовым сигналом ошибки U, изменит сигнал U с цепью выхода рабочей точки в квазиоптимальную зону. Таким образом, в целом имеет место нелинейное многомерное управление, взаимосвязанное по трем параметрам напряжения возбуждения U пьезотрансформатора 9.

При действйи сильных внешних воэ;мущений, например, при значительном резкОм увеличении тока нагрузки, выходное напряжение Us» начинает уменьшаться. С целью компенсации сигнала ошибки блок 1 регулирования с помощью блоков 3, 4 и 8 форсированным изменением. .смещает рабочую точку в сторону резонансной частоты. Однако изменением только f достигнуть комВ пенсации возмущения не представляется возможным и напряжение U может уменьшиться до минимального значения.

В данном случае управление подхватывает фазовый контур, Фазовый детектор 3 сигналом U„ поддерживает рабочую точку на уровне резонансной частоты пьеэотрансформатора 9. Одновременно формирователь 6 снимает строб

U, . Узел 7 управления формирует сигнал U, соответствующий максимальному значению U . При этом обеспечивается максимальная скорость нарастания выходного напряжения Uz Ä . Совокупность операций в этой ситуации аналогична вышеописанной при вк тюченин источника.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении используется нелинейное взаимосвязанное управление, что позволяет значительно улучшить динамические параметры устройства, т.е. повысить надежность управления.

Кроме того, обеспечиваются исключение схемотехнической избыточности, поскольку во всех основных режимах работы участвуют все функциональные узлы, повышение точности стабилизации и экономичности.

Формула изобретения

Способ управления выходным напряжением пьезополупроводникового источника питания, основанный на выводе рабочей точки пьезотрансформатора в окрестность резонансной частоты фазо- . вым сигналом рассогласования, вьщелении основного сигнала ошибки, отработке внешних возмущений изменением час тоты напряжения возбуждения пьезотрансформатора со стабилизацией положения его рабочей точки, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности управления, формируют информационный фазовый сигнал ошибки, характеризующий положение рабочей точки пьезотрансформатора относительно резонансной частоты на

124967) /Б/Х

Составитель Л. Морозов

Техред Л.Олейник Корректор О. Луговая

Редактор В, Ив анов а

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4337/57

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 рабочем склоне амплитудно-частотной характеристики, и сигнал управления амплитудой напряжения возбуждения пьезотрансформатора в нелинейной .

5 функции основного сигнала ошибки и информационного фазового сигнала ошибки, в процессе вывода рабочей точки пьезотрансформатора на рабочий склон амплитудно-частотной характеристики )О сигнал управления амплитудой напряжения возбуждения устанавливают соответствующим максимальному напряжению возбуждения, при отработке внешних возмущений сигнал управления. частотой напряжения возбуждения устанавливают по основному сигналу ошибки, стабилизацию положения рабочей точки пьезотрансформатора осуществляют сигналом управления амплитудой напряжения возбуждения в соответствии с пропорционально-интегрально-дифференциальным законом, причем обеспечивают форсированное опережающее изменение частоты по отношению к изменению амплитуды.