Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике,в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повы шение КПД и расширение диапазона рабочей температуры. Силовой канал 1 ста билизатора состоит из последовательно включенных частотно-задающего генератора 3, формирователя 16 скваж- ; : ности импульсов, усилителя 4 мощности , пьезокерамического трансформатора 5 и блока 6 выпрямления и фильтрации . Канал 2 обратной связи включает в себя измерительный узел, состоящий из резистора 7, регулировочного потенциометра 8, источника 9 опорного напряжения и резистивного делителя 10- 11 напряжения, усилитель 12 сигнала рассогласования, двухкаскадный транзисторный ключ 13, пороговый элемент 14 и интегрирующий конденса-. тор 15. В процессе стабилизации выходного напряжения усилитель 2 сигнала рассогласования работает в режиме линейного регулятора с частотным регулированием. Благодаря использованию в устройстве формирователя 16 скважности импульсов с температурной зависимостью формируемой скважности , обратной по отношение к .температурной зависимости входной емкости пьезокерамического трансформатора 5, т«е. реализации формирователя 16 в виде релаксатора с температурно-зависимой времязадающё КС-цепью 17,18, обеспечивается постоянство результирующей скважности косинусоидальных импульсных сигналов на выходе усилителя 4 мощности и снижаются потери в его выходном каскаде. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. € сл с 00 01 о О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О1.@ „

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 983689 (21) 4198604/24-07 (22) 24.02.87 (46) 07.07.88. Бюл. N - 25 (72) Г.А.Данов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 983689, кл. Н 02 М 3/24, 1981, ! (54) ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВЫИ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике,в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектрон" ной аппаратуры. Цель изобретения — повы шение КПД и расширение диапазона рабочей температуры. Силовой канал 1 ста билизатора состоит из последовательно включенных частотно-задающего генератора 3, формирователя 16 скваж-;. ности импульсов, усилителя 4 мощности, пьезокерамического трансформатора 5 и блока 6 выпрямления и фильтрации. Канал 2 обратной связи включает в себя измерительный узел, состоящий из резистора 7, регулировочного по„„SU„„1408506 А 2 тенциометра 8, источника 9 опорного напряжения и резистивного делителя 10"

11 напряжения, усилитель 12 сигнала рассогласования, двухкаскадный транэисторный ключ 13, пороговый элемент 14 и интегрирующий конденса". тор 15. В процессе стабилизации выходного напряжения усилитель 1 2 сигнала рассогласования работает в режиме линейного регулятора с частотным регулированием. Благодаря использованию в устройстве формирователя 16 скважности импульсов с температурной зависимостью формируемой скважности, обратной по отношенм0 к .температурной зависимости входной емкости пьеэокерамического трансформатора 5, т.е. реализации формирователя 16 в виде релаксатора с температурно-зависимой времяэадающеЪ RC-цепью 17,18, обеспечивается постоянство результирующей скважности косинусоидальных импульсных сигналов на выходе усилителя 4 мощности и снижаются потери в его выходном каскаде. 1 s,ï,ô-лы, 3 ил.

1408506

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для использоВания в системах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры и является усовершенствованием стабилизатора по авт.св. N 983689.

Цель изобретения — повышение КПД расширение диапазона рабочей темпе1 атуры. f0

На фиг.1 представлена функциональная схема пьезополупроводникового стабилизатора постоянного напряжения; а фиг.2 - примеры реализации формиователя скважности импульсов; на f5 иг.3 — графики температурных завиимостей входной емкости пьезокерами° еского трансформатора и скважности мпульсов на выходе формирователя, Стабилизатор состоит из силового )p канала 1 (фиг..1) и канала 2 обратной вязи. Силовой канал 1 содержит частотно-задающий генератор 3, усилич,ель 4 мощности, пьезокерамический трансформатор 5, блок б выпрямления 25

1 фильтрации. Канал 2 обратной связи одержит измерительный узел, состоя ий из резистора 7, регулировочного отенциометра 8, источника 9 опорного напряжения и резистивного делите- 3О я 10-1l напряжения, усилитель 12 сиг ала рассогласования, двухкаскадный ранзисторный ключ 13, пороговый элеент 14 и интегрирующий конденса" ор 15. Дополнительно в силовой каал 1 введен формирователь 16 скважь1ости импульсов с температурной завя имостью формируемой скважности, обратной по отношению к температурной ! зависимости входной емкости пъезоке- 40 рамического трансформатора 5, Час атно-задающий генератор 3, формирователь 16 скважности, усилитель 4

Мощности, пъезокерамический транс"

Форматор 5 и блок 6 выпрямления и 45

Фильтрации включены последовательно.

Инвертирующий вход усилителя 12 сигнала рассогласования через резистор 7 и регулировочный потенциометр 8 соединен с общей выходной цепью блока 6

Выпрямления и фильтрации и источника 9 опорного напряжения, а через транзисторный ключ 13 — с шиной нуЛевого потенциала. Неинвертируюшдй вход усилителя 12 сигнала рассогласования через делитель 10-ll напряжения подключен к выходу источника 9 опорного напряжения. Выход усилитег я 12 сигнала рассогласования соединен с управляющим входом частотнозадающего генератора 3, через пороговый элемент 14 — с управляющим входом транзисторного ключ )3 и через интегрирующий конденсатор — со своим инвертирующим входом.

Формирователь 16 скважности импульсов выполнен в виде релаксатора с температурно-зависимой времязадающей RC-цепью, состоящей из резистора 17 и конденсатора 18. Первая из возможных модификаций релаксатора со- держит, кроме того, элемент 2И-НЕ 19 (фиг.2а), а вторая - элементы 2И-НЕ

1 9-21 (фнг,2б) и диод 22, Третья модификация, построенная по структуре ждущего мультивибратора,имеет в своем составе диод 22 и I)-триггер 23 (фиг.2в), а четвертая, реализованная на основе таймера — дополнительный конденсатор 24 (фиг.2г) и логический блок 25, Стабилизатор работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения, когда напряжение обратной связи U =

= О, в канале 2 обратной связи имеет место автогенерация линейно падающего напряжения с постоянным периодом следования импульсов пилообразной формы, Период колебаний определяется величинами емкости интегрирующего конденсатора 15 и сопротивления рет гулировочного потенциометра 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 Uoä на выходе делителя 10-11 опорного напряжения. При поступлении на управляющий вход частотно-задающего генератора 3 импульсов пилообразной формы частота его выходных импульсов изменяется. С убыванием амплитуды пилообразных импульсов частота генератора 3 пропорционально уменьшается, а с ростом амплитуды, .наоборот, увеличивается. При этом частота f напряжения возбуждения, поступающего с выхода усилителя 4 мощности на вход пьезокерамического трансформатора 5, также изменяется, уменьшаясь от за" данной величины f®ä„ до некоторой веЛ, я

В режиме поиска резонансного участка амплитудно-частотной характеристики пьезокерамического трансформато14085 ра 5 при f (f „,когда напряжение возрастает по абсолютному значеtt C нию, длительность пилообразного напряжения увеличивается по закону, близкому, например, к параболическому. Соответственно по этому же закону изменяется частота генератора 3 и поиск нужного участка характеристики происходит, таким образом, с перемен- 10 ной скоростью в условиях оптимального ее изменения. При UOc = Б „ усилитель 12 сигнала рассогласования работает в стационарном режиме линейного регулятора с частотным регулированием, т.е. в нем имеют место процессы, характерные для пьезополупроводникового стабилизатора напряжения с частотным принципом управления.

Усилитель 4 мощности выполняют в виде ключевого транзистора с согласующим дросселем в коллекторе, соединенным с входной секцией пьезокерамического трансформатора 5, Индуктивность дроселля L

Поскольку скважность импульсов, поступающих от частотно-задающего генератора 3 на вход усилнтеля 4 мощности, обычно равна двум и не меняется во время работы устройства, амплитуда и скважность выходных косинусоидальных импульсов, поступающих на вход пьезокерамического трансформатора 5, определяются, в частности, ве . личинами L„ H C>>„ . При нагреве (охлаждении) пьеэопластины величина С 5&„ увеличивается (уменьшается) до 207. относительно своегЬ номинального значения, что предопределяет такое же расширение длительности косинусоидального импульса напряжения, т.е. увеличение скважности импульсов в коллекторе выходного транзистора, Это

50 приводит к дополнительным потерям в усилителе 4 мощности. При начальной установке скважности частотно-задающего генератора 3 больше двух единиц можно снизить потери выходного каскада в области повышенной температуры, однако при работе в области пониженной температуры (-30 С и ниже), 06 4 когда С уменьшается, эффективное на58х пряжение, поступающее на вход пьезокерамического трансформатора 5, снижается и заданная мощность не обеспечивается.

Введение в устройство формирователя 16 скважности импульсов с времяэадающей RC-цепью позволяет установить необходимую величину скважности последовательности импульсов на входе усилителя 4 мощности независимо от частоты их следования, а установка в

RC-цепи конденсатора или резистора с определенной температурной зависимостью позволяет нужным образом модулировать скважность в широком диапазоне температур.

График зависимости входной емкости С пьезокерамического трансформа58х тора 5 в диапазоне рабочей температуры минус 60-100 С имеет возрастающий характер (фиг.З). В соответствии с этим выбирается ТКЕ хронирующего конденсатора 18 релаксатора., Наилучшим образом решению поставленной задачи удовлетворяет использование конденсатора из пьезокерамического ма" териала трансформатора 5 ° Номинал .. конденсатора 18 выбирают в соответствии с постоянной времени RC-цепи, а скважность Q импульсов на выходе формирователя 16 задают в пределах

1,9-2 при нормальных условиях. Тогда при нижней предельной температуре

-60 С скважность Q = 2,2-2,3 ед.,что компенсирует снижение выходной мощности стабилизатора, обусловленное уменьшением коэффициента передачи транзистора усилителя 4. При верхней

Ф рабочей температуре скважность Я снижается до 1, 5, при этом результирую- щая скважность косинусоидальных импульсов, поступающих на вход пьезокерамического трансформатора 5, окаэы" вается практически постоянной. Таким образом, температурная модуляция скважности Q импульсов на входе усили" теля 4 мощности снижает потери в коллекторной цепи выходного транзистора, повышает КПД стабилизатора в целом на 15-203.

Формула изобретения

1. Пьеэополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения по авт.св. Р 983689, о т л и ч а ю щ и йс я -тем, что, с целью повышения КПД

5 )408506 6 и расширения диапазона рабочей темпе" ратурной зависимости входной емкости ратуры, между выходом частотно-задаю"-, пьезокерамического трансформатора.

Щего генератора и возбуждающим входом 2. Стабилизатор по п,1, о т л и— усилителя, мощности введен формирова- ч а ю шийся тем что формирова5

У тель скважности импульсов с темпера" тель скважности импульсов выполнен в турной зависимостью формируемой скваж- виде релаксатора с. температурно-завиности, обратной по отношению. к темпе- симой времязадающей RC-цепью. (Составитель Л,Морозов

Техред А. Кравчук Корректор М. Шароши

Редактор Н.Тупица

Ф»

Заказ 3359/55 Тираж 665 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4