Способ частотно-амплитудного управления напряжением в пьезополупроводниковых преобразователях
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!
11! 600640
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к аьт. свид-ву (22) Заявлено 25.05.76 (21) 2367634/25 (51) М. Кл в Н 01L 41/00 с присоединением заявки №
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 13.04.78 (53) УДК 537 228 1 (088.8) (72) Автор изобретения
А. А. Ерофеев (71) Заявитель
Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. Калинина (54) СПОСОБ ЧАСТОТНО-АМПЛИТУДНОГО УПРАВЛЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЕМ В ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ
Изобретение относится к области преобразовательной техники (в частности, к способа и устройствам управления напряжением преобразователей на базе пьезотрансформаторов) и может быть использовано, например, для вторичных источников питания устройств радиоэлектронной аппаратуры.
Известны амплитудный и частотный способы управления напряжением преобразователейй на базе пьезотрансформаторов (1). К недостаткам указанных способов относятся невысокие статическая и динамическая точность стабилизации выходного напряжения при сильных изменениях нагрузки.
Известен способ частотно-амплитудного управления напряжением в пьезополупроводниковых преобразователях, включающий возбуждение пьезотрансформатора (ПТ) на частоте, близкой к его электромеханическому резонансу, сдвиг частоты или амплитуды от номинального режима в сторону компенсации сигнала ошибки (2). Недостатки указанного способа — невысокие статическая и динамическая точность стабилизации выходного напряжения при сильных изменениях нагрузки.
Целью изобретения является увеличение статической и динамической точности стабилизации выходного напряжения прн сильных изменениях нагрузки. Указанная цель достигается тем, что амплитуду !!апря>ксния пзмсняют с помощью частотно-корректирующего сигнала, а частоту — с помощью амплитуднокорректирующего сигнала.
На фиг. 1 дана схема пьезополупроводнико5 вого преобразователя стабилизированного напря>кенпя; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие предложенный способ.
Преобразователь содержит регулятор часзоты — задающий генератор 1 со схемой cpJR1О нснпя 2 на его входе, где сравниваются опорное напряжение Up! (с прецизионного стабнлитрона 3), соответствующее выбранной рабочей частоте ПТ-рабочей точке на амплитудпочастотной характеристике (АЧХ) ПТ (рабо15 чую точку целесообразно выбирать на правом с! ;лопе АЧX в то !кc, xãðàêòcð!!31 c. 1!!)й 31 lкс!! мальным КПД ПТ прн согласованном сопротивлении нагрузки; по условиям схемной реализации часто предпочтителен выбор рабочей
2р точки на левом склоне АЧХ), и напряжение обратной связи по напряжению с выхода нагрузки ПТ вЂ” !/4„,. Напряжение U!pq снимаемое с датчика 4, несет в себе информацию об изменении частоты и напряжения па выхо25 де ПТ при действии возмущений (изменениях тока нагрузки температурного режпма и т. п.).
Регулятор частоты управляет по частоте режимом работы выходного усилителя мощности
5 (по цепям управления), нагружe»»o1o»a зз электроды возбуждения ПТ. Усилитель мощ600640 ности lio цепи йитаяия управляется по амплитуде питания от регулятора амплитуды 6 (через регулирующий транзистор 7). На входе регулятора амплитуды установлен элемент сравнения 8, на который поступают опорный сигнал U «(c прецизионного стабилитрона
9), соответствующий номинальному напряжению возбуждения (при номинальной нагрузке на выходе преобразователя), и напряжения обратной связи U по напряжению нагрузки (с датчика напряжения 10). Посредством элемента сравнения 11 в канал управления 11Т по частоте вводится с датчика амплитуды 12 через динамический формирователь 13 амплитудно-корректирующий сигнал U«. Посредством элемента сравнения 14 в канал управления ПТ по амплитуде вводится частотно-корректирующий сигнал U с датчика (преобразователя) «частота — напряжение» 15 через динамический формирователь сигнала 16. Регулятор амплитуды b представляет собой регулятор на базе интегрального операционного усилителя с пропорционально-интегральнодифференциальным (11ИД) законом регулирования. Регулятор частоты 1 является генератором, амплитуда напряжения на выходе которого линейно зависит от частоты (характерная особенность, обычно присущая задающим генераторам частоты). Усилитель мощности по полумостовой или мостовой схеме нагружен через разделительный конденсатор и компенсирующую индуктивность на возоудитель
П! 17, который через выпрямитель (или схему умножения) 18 соединен с нагрузкой 19, Работа пьезополупроводникового преобразователя напряжения при предлагаемом способе взаимосвязанного частотно-амплитудного управления сводится к следующему. 1ри действии сильных возмущений (значительное изменение тока нагрузки) у ПТ имеет место дрейф АЧХ: при резком уменьшении нагрузки (режим, близкий к.х.х.) АЧХ уходит вправо по резонансной частоте и вверх по амплитуде, при резком увеличении нагрузки (режим, близкий к.к.з.) ЛЧХ уходит влево по резонансной частоте и впиз по амплитуде имеется в виду дрейф АЧХ в разные стороны от согласованного номинального режима работы
ПТ (см. фиг. 2). Дрейф АЧХ влево сопровождается уменьшением резонансной частоты (f»(f „) иуменьшением напряжения на выходе нагрузки (U, U„».„); дрейф АЧХ вправо сопровождается увеличением резонансной частоты ()р2 > /р,) и увеличением выходного напряжения (живых,2) 17вых,„) . Сигнал с выхода схемы 2 в отсутствии амплитудно-корректирующего сигнала U„< управляет работой генератора 1, компенсируя незначительные отклонения U по АЧХ ilT, связанные с дрейфом рабочей точки (слабые возмущения, например температурные или нагрузочные).
Аналогично слаоые возмущения компенсируются регулятором амплитуды 6 посредством отработки сигнала рассогласования с элемента сравнения 8 (при отсутствии частотно-кор5
1О
ЗО
65 ректирующего сигнала U, При действии сильных возмущений (значительные колебания тока нагрузки в широком диапазоне) стабилизацию выходного напряжения обеспечить не удается посредством автономного регулирования частоты и напряжения возбуждения
ПТ, что приводит либо к срыву режима стабилизации (из-за изменения знака обратной связи по каналу частоты, невозможности отработки значительного сигнала рассогласования), либо к низкой статической и динамической точности стабилизации выходного напряжения. Введение частотно-корректирующего и амплитудно-корректирующего сигналов позволяет обеспечить благодаря взаимосвязанному направленному воздействию каналов на компенсацию отклонения выходного напряжения от заданного высокую точность стабилизации выходного напряжения в широком диапазоне изменения нагрузки при сильных возмущениях. Например, при резком увеличении нагрузки (АЧХ смещается влево и вниз), под действием сигнала ошибки со схемы 2 регулятор частоты — задающий генератор 1 начинает уменьшать входную частоту возбуждения ПТ
/, (предполагается, что рабочая точка выбрана на правом склопе АЧХ и обеспечивается положительная обратная связь по каналу частоты от датчика напряжения 4). Одновременно сигнал рассогласования с элемента 8 (обратная связь по напряжению нагрузки, поступающая с датчика 1О, является отрицательной) воздействует на регулятор амплитуды б таким образом, что транзистор 7 увеличивает амплитуду напряжения А,, поступающего на усилитель 5 и, следовательно, на пьезотрансформатор 17. Амплитудно-корректирующий сигнал, соответствующий увеличенному значению А», обеспечивает статическую и динамическую форсировку уменьшения fez и смещения частоты на новую резонансную частоту (/, =7р1) . Частотно-корректирующий сигнал, соответствующий уменьшенному значению f, i- =новой резонансной частоте, обеспечивает статическую и динамическую форсировку увеличения амплитуды напряжения возбуждения А,, = А,,ь Формирователи динамических сигналов 13, 16 обеспечивают упреждающие воздействия корректирующих связей с выходов соответствующих каналов (содержат пропорционально-дифференцирующие
RC-цепи). Использование корректирующих связей с перекрестных каналов регулирования соответственно амплитуды и частоты, несущих в себе информацию о действующих возмущениях, позволяет существенно уменьшить реакцию пьезополупроводнпкового преобразователя на изменение нагрузки в широком диапазоне.
Таким образом, реализация предлагаемого способа взаимосвязанного частотно-амплитудного управления напряжения в пьезополупроводниковых преобразователях обеспечивает высокую статическую и динамическую точность стабилизации выходного напряжения
600640 при изменении нагрузки в значительных пределах, т. е. при больших возмущениях, высокое качество отработки внешних возмущающих воздействий в динамических режимах.
Формула изобретени я
Способ частотно-амплитудного управления напряжением в пьезополупроводниковых преобразователях, включающий возбуждение пьезотрансформатора на частоте, близкой к его электромеханическому резонансу, сдвиг частоты для амплитуды от номинального режима в сторону компенсации сигнала ошибки, отличающийся тем, что, с целью увеличения статической и динамической точности стабилизации выходного напряжения при сильных изменениях нагрузки, амплитуду напряжения изменяют с помощью частотно-корректирующего сигнала, а частоту — с помощью амплитудно-корректирующего сигнала.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Плужников В. М., Семенов В. С. Пьезо1р керамические инверсные схемы. М., «Энергия», 1971, с. 69 — 122.
2. Лавриненко В. В. Пьезоэлектрические трансформаторы. М., «Энергия», 1975, с. 80—
93.
600640
- а 2
Подписное
Заказ 363/19 Изд. № 341 Тираж 964
НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушскзя паб., д. Э5
Типогрз(1)ип, пр. Cillly II013r 2
Составитель В. Вавер
Редактор 3. Старикова Тсхрсд Л. Гладкова Корректоры А Степанова и Л. Брахнин
