Способ управления выходным напряжением в пьезополупроводниковом преобразователе

 

<>720575 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 060477 (21) 2470930/18-23 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 050380. Бюллетень № 9 (1) щ )(2

Н 01 L 41/00

Н 03 Н 7/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий ($g) УД 6 2 1, 38 3 . 8:

:621,314.631 (088. 8) Дата опубликования описания 080380 (72) Автор изобретения

A,А. Ерофеев (71) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина, политехнический институт имени М.И.Калинина (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

В ПЪЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в пьеэополупроводниковых преобразователях.

Известны амплитудный и частотный способы управления напояжением преобразователей на базе пьезотрансформаторов (1) .

Известен также способ управления выходным напряжением в пьеэополупроводниковых преобразователях, основан— ный на воздействии на частоту и амплитуду напряжения возбуждения частотнокорректирующих и амплитудно корректирующих сигналов (2). 15

Однако известные способы не обеспечивают высокие надежность работы и стабильность выходного напряжения.

Это связано с возможностью при больших токах нагрузки значительного уве-20 личения амплитуды входного напряжения, что может привести к нарушению условия нормального функционирования устройств а, Кроме того, при больших изменениях тока нагрузки возможна инверсия управления, связанная с переходом рабочей точки н а проти воположный склон амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), что приводит к срыву режима стабилизации вы- ЗО ходного напряжения преобразователя.

В известных способах отсутствуют операции, обеспечивающие при увеличении напряжения надежную работу преобразователя при край них предел ьно допустимых режимах.

Целью изобретения является повышение надежности работы пьеэопроводникового преобразователя и стабильности выходнorо напряжения.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу осуществляют взаимосвязанное частотно-амплитуднотоковое управление напряжением воз— буждения, при этом частоту напряжения изменяют с помощью форсированного амплитудно-токового корректирующего сигнала, амплитуду изменяют по статическому закону в функции резонансной частоты, тока нагрузки и выходного напряжения, а в динамических режимах воздействуют на амплитуЛу менее форсированным . частотнотоковым корректирующим сигналом.

На чертеже приведена схема стабили зированн ого пье зополупроводни ково го преобразователя, реализующего предлагаемый способ управления напряжением.

Пьеэополупроводниковый преобразователь стабилизированного напряжен<ия содержит регулятор частоты 1 (управляемый задающий генератор), час ..отный формирователь-ограничитель 2 диапазона изменения частоты, схемы сравнения 3 и 4, Формирователь-ограничитель обеспечивает требуемые диапазоны изменения частоты (ограничение Осуществляется, например, посредством стабилитронов) и устраняет инверсию управления из-эа воэможности перехода рабочей точки на противоположный склон

АЧХ пьезотрансформатора (ПТ), На схему сравнения 4 поступает опорное напряжение, соответствуюшее выбранной рабочей точке на правом склоне АЧХ, и напряжение обратной связи по выходному напряжению нагрузки, снимаемое с датчика напряжения 5.

Оно несет в себе информацию сб изменении частоты напряжения на выходе ПТ при действии разнообразных возмущений-изменениях то",à нагрузки, воздействии электромагнитных палей, механических воздействий, 25 изменении температуры и др. На схему сравнения 3 поступает сигнал токовой отсечки с порогового формирователя

6 от схемы сравнения 7 и амплитуднотоковый корректирующий сигнал с формирователя 8. На схему сравнения 7 поступают сигналы допустимого тока агруз ки и текущего значения тека нагрузки от датчика тока 9. Сигнал с выхода схемы сравнения 7 поступает на формирователь 6 и схему сравнения

3 при превышении тока нагрузки допустимого значения. Регулятор частоты

1 управляет по частоте режимом работы выходного усилителя мощности 10,нагру.—,, женного через компенсирующую ивдук— тивность на электроды возбуждения ПТ 1

11. Изменение амплитуды входного напряжения возбуждения ПТ осущес.гвляется с помощью амплитудно-токового регулятора 12. На входе регулятора

12 установлены схема сравнения 13 и функциональный преобразователь 14.

На схему сравнения 13 поступают частотно-токовый корректирующий <"иг= нал с формирователя 15 и сигнал от- . .>О рчцательной обратной связи по входному току ПТ с датчйка входного тока

16. На один вход функционального преобразователя 14 поступает сигнал с выхода схемы сравнения 17, на которую в свою очередь поступают сигналы положительной обратной связи по току нагрузки с инвертора 18 и отрицательной обратной связи по выходному напряжению нагрузки с датчика -апражения 19. На другой вход Функционального преобразователя 14 поступает сигнал с выхода частотного формирователя-ограничителя 2. Функциональный преобразователь обеспечивает требуемое амплитудное соотношение, в котором в качестве исходного параметра преобр азов ани я принята резонанс н ая частота ПТ. Закон преобразования определяется типом ПТ, его конструктивными данными и материалом, из ко— торого он выполнен. Пьеэотрансформатор 11 через выпрямитель 20 (или схему умножения) соединен с нагрузкой

21 (на входе на груз ки может быть установлен фильтр).

Данный способ управления напряжением реализуется следующим образом.

При действии сильных возмущений у ПТ происходит дрейф его АЧХ, что сопровождается уменьшением резонансной частоты Ь. и уменьшением напряжения u „„ на резонансной частоте,.

При этом АЧХ ПТ характеризую.гся при разных токах нагрузки З« перемен— ной эквивалентной добротности Оз ь, причем 9: падает по мере увеличения О„ и АЧХ ПТ из острорезонансных становятся более широкополосными.

Изменение З,„происходит в несколько раэ (порядка 4-5) при изменении тока нагрузки примерно от холостого хода до короткого э амык ани я . При требов анни высокой точности ст аб илиэ ации выходного напряжения при силь— ных изменениях тока нагрузки З„система управления пьезополупроводникового преобразователя должна в определенных гределах осуществлять автомати— чес кое изменение "астоты на входе

f, так, чтобь< при любом О, (<-. (,.

ПТ и изменять A „=) ((р з,„и,.„) ггак, чтобы обеспе ивалссь выполнение с-c:лови я

u, -u < .< rood. Ь<,«< Р . 0

u " Π— 1- ) =го 1, аык. «<<„,.

1«< где )<(1 и соответствует положению рабочей точки на правом =клоне АЧХ ПТ в согласованном режиме его работы (1р = О, 1-0,25) . Задача стабилизации напряжения сводится к реализации в системе уггравления стабильного отношения )< = con&i или )--cunt< (<) =- 0,9-0, 75). Дрейф АЧХ ПТ осуществляется влево и вправо от согла— сованного режима работы ПТ при сильных изменениях тока нагрузки .. при увеличении нагрузки дрейф АЧХ происходит влево, при уменьшении нагрузки вправо. Изменения амплитуды > ь„у ПТ вызывают также некоторые изменения

Следовательно, си с.гема управлени я должpà также отслеживать и эти изменения р соответствующим изменением i „, Таким образом, при увеличении тока нагрузки сиСтема угравления должна увеличивать А „ по сравнению c A.„ а при умен ьшении J „-действовать обратным образом,. т.е. уменьшать Аех. При увеличении тока нагрузки Э, в ПТ одновременно происходит умен ьшени е мошности рассеивания. Значения допустимых параметров ПТ определ яют ся до720575

Формула и э о брет ени я

Способ управления выходным напряжением в пьезополупроводниковом преобразователе, основанный на воздействииии на частоту и амплитуду напряженияя воз буждени я част отнок орре ктирую.

Qg1х и амплитудно корректирующих сигналов, о т л и ч а ю щ и и с н тем, пустимыми значениями напряженности по перегреву и по разрушению ПТ, которые зависят от з„. Сигнал с выхода схемы 3 управляет работой генератора 1, компенсируя незначительные отклонения U „, по АЧХ ПТ, связанные с дрейфом рабочей точки, обусловленные воздействием слабых возмущений. Аналогично, слабые возмущения компенсируются регулятором 12 посредством отработки сигнала рассоглассования на его входе. При действии сильных возмущений стабилизацию выходного напряжения можно с достаточно высокой статической и динамической точностью осуществить введением частотно- и амплитудно корректирующих сигналов, перекрестно воздействующих соответственно на каналы регулирования амплитуды и частоты.

Эти сигналы обеспечивают компенсацию отклонения выходного напряжения от 20 заданного, Использование дополнительного регулирования по току нагрузки, выходному току и взаимосвязанное частотно-амплитудно-токовое управление с воздействием амплитудно-токовым 25 корректирующим сигналом на форсированное статическое и динамическое изменение частоты 1ь„, изменение амплитуды в функции Asx.= f ifp,Зн,,Usax)

f по статическому закону и воздействие ц на нее в динамических режимах менее форсированным частотно-токовым корректирующим сигналом позволяет, с одной стороны, обеспечить высокую статическую и динамическую точность стабилизации выходного напряжения при сильных возмущениях, а с другой стороны, увеличить надежность работы преобразователя за счет исключения предельно-допустимых режимов работы

ПТ. При этом выбор рабочей точки

4 осуществляют на правом склоне АЧХ

ПТ и задают режим работы частотного формиров ателя-ограничителя 2 так, чтобы он обеспечивал ограниченные пределы изменения f „и стабилизацию 45 рабочей точки на правом склоне АЧХ

ПТ выбором соотношения 1 „)1рпри различных значениях Л . Информацию, на основе анализа которой формирователь-ограничитель 2 работает укао занным выше образом, он получает с выхода схемы сравнения 3 и за счет воздействия на него непосредственно сигнала обратной связи по выходному напряжению. Нижний предел частоты 1 „ управляемого задающего генератора ограничен и примерно соответствует

3„,.„„ ; верхний предел частоты примерно соответствует э„, где имеет максимальное значение. Выбор и фиксация рабочей точки на правом склоне АЧХ ПТ является оптимальной с точки зрения организации управления ,напряжением стабилизированного преобразователя, так как при этом существенно уменьшается диапазон перенастройки 1,„ при сильных возмущениях со стороны нагрузки по сравнению с выбором рабочей -очки на левом склоне АЧХ ПТ и, кроме того, возникает однозначность управления как при дрейфе рабочей точки по склону АЧХ ПТ, так и при дрейфе

АЧХ ПТ. Ограничение тока нагрузки допустимым его значением з .. осуществляется посредством задержанной (пороговым формирователем 6) отрицательной обратной связи, действующей также на схему 3. При этом при

Э„>З„ „, задержанная обратная связь начинает работать и снимает действие амплитудно-токового корректирующего сигнала. Изменение амплитуды обеспечивается посредством функциональногo преобразователя 14 действием сигнала отрицательной обратной связи по входному току ПТ и действием частотно-токового корректирующего сигнала 0„„, . При этом функциональный преобразователь 14 осуществляет управление Л „ в функции f „,,З„,U,„„

Воздействие U4T осуществляет динамическую коррекцию амплитуды А . в функции частоты f ПТ при сильных

v возмущениях, При этом сигнал LJlgtK обеспечивает менее форсированное изменение амплитуды 4 „ пО сравнению с более форсированным изменением входной частоты ПТ, что позволяет уменьшить диапазон изменения А,, 1 так как определяющим параметром для

U „„преобразователя является в первую очередь изменение резонансной частоты 5р ПТ. Формирование требуемого сигнала U, осуществляет динамический преобразователь 15 соответствующим динаьыческим воздействием на входной сигнал.

Использование данного способа взаимосвязанного амплитудно-частотнотокового управления напряжением в пьеэополупроводниковых преобразователях обеспечивает па сравнению с существующими способами высокую статическую и динамическую точность стабилизации выходного напряжения при сильных возмущениях, надежную работу и нормальное функционирование пьезотрансформатора; ограничение режимов работы пьезотрансформатора предельно допустимыми при из— менении нагрузки в широких пределах, устранение инверсии управления, хорошую помехозащищенность.

720575

Составитель В, Банков

Редактор Т Гохфельд Техред Н,Бабурка "<орректор Я.Веселовская

Заказ 102 34/42 Тираж 8 4 4 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент,. г.ужгород, ул, Проектная, что,- с целью повышения надежности работы и стабильности выходного напряжения, осуществляют взаимосвязанное частотно-амплитудно-токовое управление напряжением возбуждения„при этом частоту напряжения изменяют с помощью форсиров анного ампли тудно-токового корректирующего сигнала, амплитуду изменяют по статическому закону в функции резонансной частоты, тока нагрузки и выходного напряжения„ а в динамических режимах воздействуют на амплитуду менее форсированным частотно-токовым корректирующим сигHcU7QM.

Источники информации, 11ринятые во внимание при экспертизе

1. Плужников В.М. и др. Пьеэокерамические твердые схемы. М., Энергия, 1971, 141-145 .

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2367634/25, кл. Н 01 L. 41/ОО, 1976 (прототип) .