Пьезополупроводниковый стабилизатор напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания. Цель - расширение области использования стабилизатора путем обеспечения возможности работы на емкостную нагрузку. Для этого датчик 10 тока включен во входную цепь пьезотрансформаторного элемента 4. Напряжение, снимаемое с датчика 10, пропорционально току, протекающему через нагрузку 14. Это напряжение через усилительный элемент 9 подается на управляющий вход широтноимпульсного модулятора 2 и вызывает изменение скважности импульсов, поступающих на вход пьезотрансформаторного элемента 4, обратно пропорциональное току, протекающему через нагрузку 14 (наибольшему току соответствует наименьшее значение скважности). Тем самым обеспечивается работа вблизи вершины амплитудно-частотной характеристики пьезотрансформатора независимо от величины нагрузки. Поиск резонансной частоты пьеэотрэнсформатора и ее подстройка осуществляются каналом частотного управления, содержащим частотозадающий генератор 1. управляемый узлом 8 сравнения, отслеживающим изменения выходного напряжения посредством сравнения напряжения на делителе , образованном ограничительным резистором 6 и регулировочным потенциометром 7, с опорным напряжением источника 11. 2 ил. t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з Н 02 М 3/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786726/07 (22) 26,01.90 (46) 23,01,92. Бюл МЗ (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) С,Г.Бочкарев, Д.Г.Воронин и Г.А.Дэнов, В.B,Äðîææåâ и В.Н,Фролов (53) 621.316.722,1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 983689, кл, Н 02 М 3/24, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Q 1644311, кл. G 05 F 1/56, 1989. (54) ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель — расширение области использования стабилизатора путем обеспечения возможности работы на емкостную нагрузку. Для этого датчик 10 тока включен во входную цепь пьезотрансформаторного элемента 4. Напряжение. снимаемое с датчика 10, пропорционально току, „„5U „„1707711 А1 протекающему через нагрузку 14. Это напряжение через усилительный элемент 9 подается на управляющий вход широтноимпульсного модулятора 2 и вызывает изменение скважности импульсов, пдступающих на вход пьеэотрансформаторного элемента

4, обратно пропорциональное току, протекающему через нагрузку 14 (наибольшему току соответствует наименьшее значение скважности). Тем самым обеспечивается работа вблизи вершины амплитудно-частотной характеристики пьезотрансформатора независимо от величины нагрузки. Поиск резонансной частоты пьеэотрансформатора и ее подстройка осуществляются каналом частотного управления, содержащим частотозадающий генератор 1. управляемый узлом 8 сравнения, отслеживающим изменения выходного напряжения посредством сравнения напряжения на делителе, образованном ограничительным резистором 6 и регулировочным потенциометром 7, с опорным напряжением источника 11. 2 ил, 1707711

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — расширение области использования путем обеспечения воэможности работы на емкостную нагрузку, На фиг.1 представлена функциональная схема пьезополупроводникового стабилизатора напряжения постоянного тока; на фиг.2 — вариант включения датчика тока в мостовую схему усилителя мощности.

Стабилизатор содержит частотоэадающий генератор 1, широтно-импульсный модулятор 2, усилитель 3 мощности, пьезотрансформаторный элемент 4, узел 5 выпрямления и фильтрации, ограничительный резистор 6, регулировочный потенциометр 7, узел 8 сравнения, усилительный элемент 9, датчик 10 тока, источник 11 опорного напряжения, выводы 12, 13 для подключения нагрузки 14. В силовом канале питающий вход усилителя 3 мощности соединен с выводами для подключения первичного источника питания.

Пьезотрансформаторный элемент 4 и узел 5 выпрямления и фильтрации включены последовательно, при этом с выходом узла 5 непосредственно соединены выводы 12, 13 для подключения нагрузки. В канале управления инвертирующий вход узла 8 сравнения через регулировочный потенциометр 7 и ограничительный резистор 6 подключен к выходу узла 5 выпрямления и фильтрации.

Инвертирующий вход усилительного элемента 9 соединен с выходом датчика 10 тока, через который выход усилителя 3 мощности силового канала подключен к входу пьезотрансформаторного элемента 4. Выход источника 11 опорного напряжения подключен к неинвертирующим входам узла 8 сравнения и усилительного элемента 9.

Вход частотозадающего генератора 1 соединен с выходом узла 8 сравнения, Входы широтно-импульсного модулятора 2 подключены к выходам частотозадающего генератора 1 и усилительного элемента 9, а выход — к управляющему входу усилителя 3

МОЩНОСТИ.

Стабилизатор работает следующим образом, При подаче питающего нЬпряжения, когда выходное напряжение пьеэотрансформаторного элемента 4 минимально и напряжение обратной связи, поступающее через резистор 6 и потенциометр 7 на инвертирующий вход узла 8 сравнения, близко к нулю, последний работает как генератор линейно изменяющегося напряжения. Под действием управляющего на5

55 пряжения. подводящегося с выхода узла 8 сравнения, частотозадающий генератор 1 изменяет частоту следования импульсов в соответствии с крутизной управления от значения с до 1 н.

Импульсы напряжения с изменяющейся частотой (в данном случае убывающей) поступают на вход широтно-импульсного модулятора 2. Напряжение на датчике 10 тока также близко к нулю и на выходе усилительного элемента 9 формируется высокий уровень, который направляется к управляющему входу широтно-импульсного модулятора 2, Под действием этого уровня широтно-импульсный модулятор 2 изменяет скважность импульсов, поступающих на его вход с выхода частотозадающего генератора 1. до максимального значения Омакс.

С выхода широтно-импульсного модулятора 2 последовательность импульсов подается на вход усилителя 3 мощности. Под действием импульсного входного напряжения на выходе пьезотрансформаторного элемента 4 генерируется напряжение, амплитуда которого увеличивается по мере приближения частоты входной последовательности импульсов к резонансной частоте пьезотрансформаторного элемента 4, соответствующей данной нагрузке. Одновременно увеличивается ток через нагрузку 14, а следовательно, и ток во входной цепи пьезотрансформаторного элемента 4. Увеличение этого тока вызывает падение напряжения на датчике 10 тока. Это напряжение подводится к инвертирующему входу усилительного элемента 9, вызывая снижение напряжения на его выходе и, как следствие, уменьшение скважности импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 2. Указанное явление, в свою очередь, способствует быстрому нарастанию напряжения на выводах 12, 13, Когда уровень выходного напряжения достигает номинального значения 0н0, задаваемого регулировочным потенциометром 7, напряжение на инвертирующем входе узла 8 сравнения становится равным напряжению на его неинвертирующем входе и период колебаний напряжения на выходе узла 8 сравнения стремится к бесконечности. Узел 8 сравнения переходит в стационарный режим с линейным законом регулирования и частота импульсов частотозадающего генератора 1 устанавливается вблизи частоты резонанса пьезотрансформаторного элемента 4, соответствующей данной нагрузке. Одновременно останавливается дальнейший рост тока через нагрузку

14. а следовательно, и рост тока во входной цепи пьезотрансформаторного элемента 4.

1707711

Падение напряжения на датчике 10 становится постоянным, Это напряжение через усилительный элемент 9 фиксирует скважность последовательности импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 2, что приводит к стабилизации напряжения на нагрузке 14.

При изменении сопротивления нагрузки 14 изменяется напряжение на выводах

12, 13. Это изменение через резистор 6 и потенциометр 7 передается на инвертирующий вход узла 8 сравнения, что вызывает соответствующее изменение напряжения на его выходе, под действием которого происходит изменение частоты частотозадающего генератора 1 до значения, соответствующего резонансной частоте пьезотрансформаторного элемента 4 для новой нагрузки. Одновременно происходит изменение скважности до значения, соответствующего новой нагрузке.

При работе стабилизатора на емкостную нагрузку имеют место два случая.

Допустим. емкость нагрузки 14 невелига и стабилизатор успевает зарядить ее до напряжения Upp+ за время выхода на режим (за воемя одного пеоиопа колебаний линейно изменяющегося напряжения на выходе узла 8 сравнения). 8 этом случае работа стабилизатора аналогична работе на ак-ивную нагрузку. Следует только отметить, что емкость в процессе заряда представляет собой изменяющуюся нагрузку от максимального значения (разряженная емкость) до минимального. определяемого током утечки. Соответственно скважность будет изменяться от максимального значения в момент включения устройства до мин имал ьного. соответствующего начальной стадии процесса заряда, и затем до некоторого значения Q, (близкого к максимальному), соответствующего теку утечки, т.е. рабочему току стабилизатора. К этому случаю относится применение стабилизатора в качестве высоковольтного, высокостабильного источника питания электронно-лучевых трубок, фотоэлектронных умножителей и т,п.

Пусть теперь емкость нагрузки велика и стабилизатор работает в режиме емкостного накопителя. 8 этом случае тока стабилизатора не хватает, чтобы зарядить емкость до напряжения U «aa время одного периода колебаний линейно изменяющегося на20

50 пряжения на выходе узла 8 сравнения. Поэтому потребуется несколько периодов этих колебаний, в течение которого емкость нагрузки будет ступенчато подэаряжаться (при проходе частоты частотозадающего генератора 1 через частоту пьеэотрансформаторного элемента 4) по некоторого значения напряжения U . с которого стано- вится возможным заряд емкости до напряжения Оном, эа один период. Далее стабилизатор работает так же, как и в первом случае. Следует отметить, что при работе данного стабилизатора в режиме емкостного накопителя не требуется токоограничительного резистора, включаемого последовательно с нагрузкой, что исключает потери мощности на этом резисторе.

Формула изобретения

Пьезополупроводниковый стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий силовой канал, включающий в себя усилитель мощности, питающий вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника питания, последовательно соединенные пьезотрансформаторный элемент и узел выпрямления и фильтрации, датчик тока, выводы для подключения нагрузки, канал управления, включающий в себя узел сравнения, инвертирующий вход которого через регулировочный потенциометр и ограничительный резистор подключен к выходу узла выпрямления и фильтрации, усилительный элемент, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика тока, источник опорного напряжения, выход которого подключен к неинвертирующим входам узла сравнения и усилительного элемента, частотозадающий генератор, вход которого соединен с выходом узла сравнения. широтно-импульсный модулятор, входы которого подключены к выходам частотозадающего генератора и усилительного элемента, а выход — к управляющему входу усилителя мощности, о т л ич а ю шийся тем, что. с целью расширения области использования путем обеспечения работы на емкостную нагрузку, в силовом канале выход усилителя мощности подключен к входу пьезотрансформаторного элемента через датчик тока, а выводы для подключения нагрузки соединены непосредственно с выходом узла выпрямления и фильтрации.

1701711

Составитель Л. Морозов

Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик

Редактор В. Данко

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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