Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалксткческкк

Реслублнк

< 1983689

Г. А. Данов и А. А. Ерофеев (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах вторичного электропитания ра. диоэлектронной аппаратуры.

Известен пьеэополупроводниковый ста5 билизатор постоянного напряжения, содержащий силовой канал с последовательно соединенными частотозадающим генерато„ром, усилителем мощности, пьезокерамическим трансформатором, выпрямителем и фильтром, канал обратной связи, состоящий из включенного между выводом для подключения нагрузки и шиной нулевого потенциала резистивного измерительного элемента, автономного источника опорно- >s го напряжения и блока управления, входы которого соединены с выходами измерительного элемента и источника опорного напряжения, а выход — с управляющим входом частотозадающего генератора I 1).

Недостатки известного устройства определяются воэможностью срыва режима стабилизации при работе в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, неполным. использованием энер, гетических возможностей пьезокерамичесКо го трансформатора, а также необходимостью дополнительной подстройки частоты при смене последнего.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой канал с последовательно включенными частотозапающим генератором, усилителем мощности, пьезокерамическим трансформатором, выпрямителем и фильтром, канал обратной связи, состоящий иэ соединенного с выводом для подключения нагрузки ре зистивного измерительного элемента, выполненного с регулировочным потенциометром, автономного источника опорного напряжения, снабженного делителем опорного напряжения, основного блока управления с усилителем сигнала рассогласования, входы которого соединены со средни983 ми выводами регулировочного потенциометра и делителя опорного напряжения, а выход - с одним из управляющих входов частотноэадающего генератора, дополнительного частотнопоискового управляющего орга- g на, вход которого подключен к потенциометрическому выходу измерительного элемента, а выход - к другому управляющему входу частотнозадающего генератора (2).

Недостатки указанного устройства свя-.10 эаны с низкой эксплуатационной надежностью, обусловленной сложностью конструк.тивной реализации частотнопоискового управляющего органа, а также с невысоким быстродействием, объясняющимся использованием двух скоростей перестройки частоты частотно-задающего генератора и проявляющимся, в частности, в значитель ном времени установления выходного напряжения при работе пьезокерамического 20 трансформатора в режиме максимальных коэффициентов трансформации и полезного действия.

Цель изобретения - повышение надеж2$ ности работы и быстродействия подобного . стабилизатора путем обеспечения функцио« нального (оптимального) закона воздействия на частотозадаюший генератор и отка» за от дополнительного частотопоискового управляющего органа.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезополупроводниковом стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем силовой канал с последовательно включенными частотно-задающим генератором,уси- З> лителем мощности,пьеэокерамическим трансформатором, выпрямителем и фильтром, канал обратной связи, состоящий из соединен» ного с выводом для подхлючения нагрузки резистивного измерительного элемента, вы.

40 полненного с регулировочным потенциометром, автономного источника опорного нап« ряжения, снабженного делителем опорного напряжения, и блоха управления с усилителем сигнала рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом частотнозадаюшего иенератора,- в блок управления введены ключ и пороговый элемент с фиксированным уровнем срабатывания, а усилитель сигнала рассогласования выполнен с интегрирующим конденсатором, причем конденсатор включен между инвертирующим входом и выходом усилителя сиг нала рассогласования, ключ - между инвертирующим входом и шиной нулевого потенциала, управляющий вход ключа через пороговый элемент соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а ин689 4 вентирующий и неинвертирующий входы последнего подключены один к цругому через регулировочный потенциометр и делитель опорного напряжения, На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного пьезопроводникового стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - семейство амплитудочастотных характеристик (АЧХ) пьезокерамического трансформатора, начиная от характеристики, соответствующей короткому замыканию, с резонансной частотой о, и конь чая характеристикой, соответствующей холостому ходу, с резонансной частотой р, ХХ, на фиг. 3 — примерный вид используемого закона воздействий на частотоэадающий генератор в функции времени поиска 1„ от величины выходного напряжения U „ стабилизатора.

Устройство состотит из силового канала 1 и канала обратной связи 2 (фиг. 1 ).

Силовой канал 1 содержит последовательно включенные частотозадающий генератор

3, усилитель мощности 4, пьезокерамический трансформатор 5, выпрямитель и фильтр, условно объединенные в узел 6. Канал обратной связи 2 содержит измерительный элемент, состоящий из резистора 7, соединенного с выводом для подключения нагрузки, и регулировочного потенциометра 8, автономный источник 9 опорного напряжения с делителем опорного напряжения, состояшим иэ резисторов 10 и 11, блок управления с усилителем сигнала рассогласования 12, двухкаскадным транзисторным ключом 13 и пороговым элементом 14, имеющим фиксированный уровень срабатывания. Инвертирующий и неинвертирующий входы усилителя 12 подключены друг к другу через регулировочный потенциометр

8 и делитель 10 - ll опорного напряжения, а его выход соединен с управляющим входом частотозадаюшего генератора 3.

Между инвертируюшим входом н выходом усилителя 12 включен интегрирующий конденсатор 15, так что в целом данный усилитель можно квалифицировать как интегратор сигнала рассогласования. Ключ 13 включен между инвертирующим входом усилителя 12 и шиной нулевого потенциала, а его управляющий вход соединен с выходом усилителя 124

Работа устройства происходит следующим образом.

При подаче питающего напряжения, ког,да напряжение обратной связи Vg = О, функциональный блок управления работает в режиме автогенератора линейнопадающего

983689 6 напряжения с постоянным периодом следо. вания импульсов пилообразной формы. Период колебаний определяется величинами емкости интегрирующего конденсатора 15 и сопротивления регулировочного потенцио- S метра 8. Амплитуда импульсов пилообразной формы ограничена как по верхнему, так и по нижнему уровню и определяется урсвнем срабатывания порогового элемента 14 и величиной опорного напряжения

Цопна выходе делителя 10-11 опорного напряжения. При поступлении на управляющий вход частотноэадающего генератора 3 импульсов пилообразной формы частота его выходных импульсов изменяется. С убыва-15 нием амплитуды пилообразных импульсов частота генератора 3 пропорционально, уменьшается, а с ростом амплитуды, наоборот, увеличивается. При этом частота напряжения возбуждения, поступающего с 20 выхода усилителя мощности 4 на вход пьеэокерамического трансформатора 5, также изменяется, уменьшаясь от заданной величины „пС Х(фиг. 2) до некотоРой величины и„, д.

В режиме поиска резонансного участка

АЧХ пьезокерамического трансформатора

5 при (,„С Х,когда 0 возрастает по . абсолютному значению, длительность пилообразного напряжения увеличивается по за-. 30 кону близкому, например, к параболическому (фиг. 3). Соответственно по этому же закону изменяется частота генератора 3 и поиск: нужного участка характеристики происходит, таким образом, с переменной З5 скоростью в условиях оптимального ее изменения.

При включении стабилизатора или при аварийном режиме короткого замыкания, е0 когда QЬИХ О и ООс= UÎ пряжение на неинвертирующем входе усилителя рас- согласования 12 оказывается равным

Qo>< U В этот момент конденсатор 15 быстро заряжается от источника питания

45 через выходной каскад усилителя 12 до максимального возможного значения напря жения. Постоянная времени заряда при этом мала, реакция пьезокерамического тоанс юрматора 5 .отсутствует и частота колебаний генератора 3 становится максималь50 ной. Значение f ñooòâåòñòâóåò обычно полуторакратной величине резонансной частоты трансформатора 5. По мере заряда конденсатора 15 напряжение на выходе усилителя 12 возрастает до уровня пробоя55 порогового элемента 14. На этом временном интервале входной транзистор ключа

13 закрыт, выходной транзистор, наоборот, открыт и Ooz = О. После пробоя порогового элемента 14 транзисторы ключа 13 изменяют свое состояние. С .этого момента начинается разряд конденсатора 15 постоянным током. Напряжение на выходе усилителя 12 падает до значения, меньшего пробивного,, уровня порогового элемента 14, и «люч 13 возвращается в исходное положение. Период автоколебаний такого генератора пилообразного напряжения определяется постоянной времени Т RC, где С -. емкость интегрирующего конденсатора 1 5, R — сопротивление регулировочного ames циометра 8. Минимальное время поиска резонансной характеристики соответствует

4рmiw

При прохождении по частоте правого склона АЧХ пьеэокерамического трансформатора 5 выходное напряжение Ощдстабилизатора начинает возрастать. При этой частота автоколебаний увеличивается. Сле дует отметить, что чем меньше разность

ДО, — ОО, тем меньшей оказывается скорость перестройки частоты возбуждающего трансформатор 5 напряжения. При Язс

=U „время поиска принимает максималное значение 1, о,„и усилитель сигиала -. рассогласования 12 переходит в стационарный режим линейного регулятора с частотным регулированием, т.е. в нем в этом случае имеют место те же процессы, что и в обычном пьезополупроводниковом стабилизаторе напряжения с частотным принципом управления.

Простота конструкции предложенного устройства положительно сказывается иа надежности его работы, а использование функционального (оптимального) закона . управления предопределяет довышеииое быстродействие подобного стабилизатора.

В результате, независимо от типа используемого пьезокерамического трансформатора, режима его работы, качества пьезо. керамического материала или технологи ческого разброса при его изготовлении, обеспечивается надежный, быстрый и точный поиск с захватом резонансного участка АЧХ.

Формула изобретения

Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой канал с последовательно включен ными частотнозадающим генератором, усалителем мощности, пьезокерамическим трансформатором, выпрямителем и фильтром, канал обратной связи, состоящий из

7 983689 8 соединенного с выводом для подключения включен мужду инвертирующим входом и натрузки резистивного измерительного эле- выходом усилителя сигнала рассогласовамента, выполненного с регулировочным по- -ния, ключ - между инвертируюшим входом тенциометром, автономного источника опор-. и шиной нулевого потенциала, управляющий ного напряжения, снабженного делителем 5 вход ключа через пороговый элемент соеопорного напряжения, и блока управления динен с выходом усилителя сигнала рассоюс усилителем сигнала рассогласования, вы«ласования, а инвертирукнций и неинвертируход которого соединен с управляющим вхо. юший входы последнего подключены один дом частотнозадаюшего генератора, о ъ- к другому через регулировочный потенциол и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью 1э метр,и делитель опорного напряжения. повышения надежности работы и быстродействия путем обеспечения функциональ- Источники информации, ного закона воздействия на частотозадаю- принятые во внимание при экспертизе щий генератор, в блок управления введены 1. Авторское свидетельство СССР ключипороговыйэлементсфиксировальным. 1S N. 764015, кл. Н 01 4 41/10, 1977. уровнем срабатывания, а усилитель сигна 2. Авторское свидетельство СССР по ла рассогласования выполнен с интегрирую заявке М 2940476/24-07,. ющим конденсатором, причем конденсатор кл. G 05 F 1/65, 1980.

983689 dare.а(и

Ьгмл

Vgtt 3ЬХ

Фиг. 3

Фи8. 2

Составитель Л. Морозов

Редактор А. Козориз Техред Т.Маточка Корректор.Г. Решетник

Заказ 9923/58, Тираж 914 Подпис юе

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Паж, г. Ужгород, ул. Проектная, 4