Стабилизатор постоянного напряжения

 

Союз Советских

Социалистических республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»500974 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 020479 (21)274 7252/24-07 (51)М. Кл.

G 0S F 1/56 с присоединением заявки ¹Государственный комитет

СССР по дедам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300181. Бюллетень №4

Дата опубликования описания 300181 (53) УДК 6211. 316. .722.1 (088.8) А. А. Ерофеев, A. A. Ушаков, Г. A. Данрэ и Б. Г. Парфенов - -0В-. -..::,. ( (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Ленина политехническ институт им. М.И. Калинина (73) Зая витель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во„ вторичных источниках устройств судовой радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство, содержащее пьезоэлектрический трансформатор, усилитель мощности, автогенератор и схему управления с цепью обратной связи (1).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее регулятор, один вход которого связан с выходными .выводами, другой вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход — к управляемому входу задающего генератора, который через формирующий узел соединен со входом усилителя мощности, выходом через. конденсатор соединенного с входными электродами пьезотрансформатора, вывод которого через выпрямитель с фильтром подключен к выходным выводам (2).

Недостатком известных устройств является низкий КПД и ненадежность.

Цель иаобретения — повышение .КПД и надежности.

Поставленная цепль достигается тем, что в известный стабилизатор постоянного напряжения введены катушка индуктивности, подключенная параллельно входным электродам., и узел выявления фазового сдвига, состоящий иэ фазового детектора, последовательно соединенного с усилителем-регулятором, причем один вход этого узла соединен с входным электродом пьезотрансформатора, 1О другой — с одним из выходных выводов, а выход через введенный диод соединен с управляющим входом задающего генератора, выполненного например, по схеме несимметричного мультивибратора.

На фиг. 1 приведена функциональ" но-принципиальная схема пьеаополу- проводникового фазо-частотноуправляемого стабилиаатора напряжения) на фиг. 2 - характеристики, иллюст2О рирующие работу стабилизатора; на фиг. 3 - схемы входной цепи ПЭТ.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит усилитель 1 мощности, который через конденсатор 2 нагружен на цепь, состоящую из параллельно соединенных катушки 3 индуктивности и пьезоэлектрического трансформатора (ПЭТ) 4. Последний через вып1:ямитель.с фильтром 5 сое» динен с нагрузкой 6 и делителем 7.

800974

Усилитель l мощности управляется двуполярным, модулированным по час. тоте сигналом с выхода системы уп-! равления стабилизатора. Система управления состоит иэ регулятора 8, соединенного одним входом с делите. лем 7 (сигнал 0 ос) другим входом с опорным сигналом 0оя, а выходом через резистор (диод) 9 с входом задающего генератора (ЗГ) 10. Регулятор сравнивает текущее значение

Upñ с Uon преобразует полученный сигнал рассогласования в соответст вии, например, с пропорциональноинтегро-дифференциальным (ПИД) законом регулирования, и своим выход, ным напряжением в виде сигнала управления U.Р устанавливает частоту генерации ЗГ 10. ЗГ 10 выполнен по схеме несимметричного мультивибратора и генерирует прямоугольные импульсы удвоенной рабочей частоты, которые поступают на формирующий узел 11. Узел 11 содержит триггер

12, работающий в режиме счетного триггера, и две логические схемы

И-НЕ 13 и 14. Образуемые .Узлом 11 две последовательности положительных прямоугольных импульсов рабочей частоты, сдвинутых друг относительно друга на половину периода

Рабочей частоты и меньших половины периода на величину ступеньки-паузы поступают на полумостовой импульсный усилитель мощности УМ 1, Эти импульсы включают попеременно транзисторы 15 и 16 УМТ, которые эашунтированы диодами обратного тока

17 и 18. Ко входу ЗГ 10 через диод

19 подключен выход узла 20 выявления фазового сдвига, содержащего фазовый детектор 21 и .усилитель-ре гулятцр 22, который своими входами подключен соответственно к одному из входных электродов ПЭТ 4 и череэ емкость 23 .- к резистору делителя

7. Делитель 7 состоит иэ резисторов

24 - 26. С нижнего плеча делителярезистора 26,. зашунтированного емкостью 27, напряжение в виде сигнала обратной связи Ц0с, соответствующего уровню Upg поступаеъ на вход регулятора 8. Фазовый де-. тектор 21 вырабатывает напряжение, соответствующее сдвигу фаэ двух напряжений 0 8„ и Оя » ПЭТ, с резистора 24 снимается часть Ойь», в котором всегда присутствуют пульсации переменного выходного напряже-. ния ПЭТ, постоянная составляющая отделяется емкостью 23. Узел выяв. ления фазового сдвига 20 построен так, что при переходе с правого склона АЧХ .ПЕТ на левый выходное напряжение U усилителя-peryЖ лятора 22 растет. При. этом сдвиг фаз между U „è Иэ »ПЕТ меняет знак в точке резонансной частоты

IIET.

И

d0

Работа стабилизатора напряжени ., осуществляется следующим образом.

Рабочая точка стабилизатора выби . рается на правом склоне АЧХ ПЭТ (фиг. 2, точка О). В режиме стабилизации 0 З д при действии слабых возмущений (изменений тока нагрузки температуры окружающей среды и т.n.) их.компенсация производится регулятором 8, который сигналом рассогласования О р - U g- 0 рс изменяет частоту генераций(ЗГ 10 и, следовательно, смещает рабочую точку на

АЧХ ПЭТ до тех пОр, пока 08ы не станет равным задайному значению.

При действии сильных возмущений рабочая точка может перейти на левый склон АЧХ, при этом знак обрат= ной связи меняется на противополож- . ный, стабилизация нарушается, а частота ЗГ 10 становится минимальной. В известном стабилизаторе используется высокостабильный 31, у которого нижняя граница генерации жестко фиксируется вблизи резонансной частоты ПЭТ. Однако в широком диапазоне изменения температуры поддерживать эту границу неизменной из-за собственной температурной нестабильности УЭГ оказывается практически невозможным и граница смещается либо на рабочий правый склон

АЧХ ПЭТ (при этом резко снижается диапазон регулирования), либо уходит на левый склон (прй этом происходят срывы режима стабилизации при сильных возмущениях, ненадежен запуск схемы при ее включении). Это обусловлено как высокой добротностью и узостью полосы пропускания ПЭТ, так и дрейфом АЧХ ЛЭТ при сильных воздействиях °

Эффективней является фазочастотное управление ° В стабилизатор введена схема выявления фазового сдвига, фиксирующая моменты нахождения рабочей точки на левом склоне АЧХ ПЭТ и выводящая ее на рабочий правый склон АЧХ ПЭТ. При переходе рабочей точки с правого склона на левый

АЧХ ПЭТ выходное напряжение () усилителя 22 (при достаточно большом коэффициенте усилителя) скачком изменяется От 0(p р1я до U(p g 1(см, фиг. 2). С мощностью диода 19 и резистора (диода) 9 на левом склоне

АЧХ частотой ЗГ 10 управляет только сигнал U, а на правом — сигнал ° >

U p с регулятора 8. Пусть частота генерации ЗГ 10 находится левее частоты 1 р, ссответствующей заданному эначейию U < выходного напряжения, но на лево склоне АЧХ ПЭТ (в отличие от 1 роз, находящейся на правом склоне). В отсутствие фазового канала в частности канаде стабилизации знак обратной связи (положительный) и регулятор 8 уменьшает частоту дс значения 1д, соответст800974 вующего нижней границе, генерации

ЗГ, выходное напряжение регулятора

8 минимально. Для того, чтобы в этих условиях (без фазового канала) стабилизатор нормально функциониро" вал, необходимо, чтобы для заданного вы фдного напряжения 09 нижняя граница 1д не выходила из полосы частот 1 „- f па . Однако для больших заданных значений выходного напряжения (например 032 ) эта полоса сужается. Для максимального вы-. ходного напряжения полоса вырождается в точку, соответствующую реЗоиансной частоте 1 . Следовательно, в этом случае нижнюю границу f нужно поддерживать равной 4р, что

Ьри изменении температуры окружающей среды сделать практически невозможно . Введение фазового канала позволяет сместить нижнюю границу значительно левее к по частотной оси. Тогда, например, если частота ЗГ 10 т стала ниже 1„, выходное напряжение регулятора 0 минимально, а выходное напряжение усилителя 22 максимально (частота

1, а 1 Р ). Частота ЗГ под действием сигнала Up начинает увеличиваться и, когда станет f ) f „, выходное напряжение регулятора 8 Ор резко изменится до максимального значения, частота УЗГ будет продолжать расти. При f = тр выходное напряжение усилителя 22 быстро уменьшиться до минимального значения U и,„ я, диод 19 закроется и фазовый канал перестанет влиять на процессы в схеме. После прохождения точки знак обратной связи в частотном канале стабилизации стано-, вится отрицательным и процессы далее протекают в схеме как при действии слабых возмущений. Обычно усилитель мощности УМ 1 нагружают на ПЭТ либо через компенсирующую индуктивность L g, либо через разделительную емкость Gp (фиг. 3 а,6 ) .

При питании стабилизатора выпрямленным сетевым напряжением схема (фиг. Зп) неприемлема иэ-эа значительного превышения U Sy ПЭТ (до

600-800 B) на частоте резонанса контура l „ ПЭТ. Вторая схема (фиг. 33) наиболее часто употребляется, энергетически неэкономична.

Так, в момент открывания, например, нижнего по схеме (фиг. 34 транзистора (до этого был открыт и уже закрылся верхний транзистор), входная емкость ПЭТ заряжена и происходит ее разряд через открывающийся транзистор. В результате мгновенная мощность на транзисторах УМ 1 может достигать болы их значений (300600 Вт), хотя на транзисторах рассеивается и не очень значительная средняя мощность. Это приводит к частым выходам из строя мощных транзисторов УМ .1. В предлагаемой схеме (фиг. 1) параллельно входу

ПЭТ 4 подключена индуктивность ),, Емкость конденсатора 2 С р в несколько раэ больше входной га-" баритной емкости ПЭТ, Резонансный контУР ((,pg i t- > ПЭТ) настраивается на резонансную частоту, несколько меньшую рабочей частоты ПЭТ.

Формула изобретения щ 1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулятор, один вход которого связан с выходными выводами, другой вход подклю° чен к источнику опорного напряжения, а выход — к управляемому входу задающего генератора, который через формирующий узел соединен со входом усилителя мощности, выходом через конденсатор соединенного с

30 входными электродами пьезотрансфор. матора, вывод которого через выпрямитель с фильтром подключен к выходным выводам, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения

КПД и надежности, в него введены

35 катушка индуктивности, подключенная параллельно входным электродам, и узел выявления фазового сдвига, состоящий из фазового детектора, последовательно соединенного с уси-.

40 лителем-регулятором, причем один вход этого узла соединен с входным электродом пьезотрансформатора, другой - с одним из выходных выводов, а выход через введенный диод. соединен с управляющим входом задающего генератора.

2. Стабилизатор по п.l, о тл и ч а ю шийся тем, что задающий генератор выполнен в виде несимметричного мультивибратора. .Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Карташев И.A. и Марченко Н.Б.

Пьезоэлектрические трансформаторы.

55 К., Техника, 1978, с. 140-163 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2616042/28, кл. Н 01 (41/10, 1978.

800974

Риз.1

Iplle. Ю

Тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 итси и щ „

Редактор Н.Кешеля

Заказ 10428/64

Составитель С.Чернышев

Техред М. Голинка .Корректор О.Ковинская