Пьезополупроводниковый частотноуправляемый стабилизатор напряжения — SU 764015 (original) (raw)

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет -Н 01 1. 41/08Н 03 Н 9/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А.А.Ерофеев, А.А.Ушаков,В.К,Захаров,В.А.Калинг и А.М.Ульянов Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М,И. КалининаИзобретение относится к областипьеэопреобразонательной техники, аболее конкретно к устройствам стабилизации напряжения на базе пьезоэлектрических трансформаторов (ПЭТ)и может быть использовано, например,для стабилизированных источников питания устройств радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, 10Известны устройства стабилизациинапряжения на базе пьеэотрансформаторов 11 .К недостаткам этих устройств относится низкая точность стабилизациивыходного напряжения,Известен пьезополупроводниковыйчастотно-управляемый стабилизатор напряжения, содержащий регулятор, задающий генератор, Формирующий каскадусилитель мощности, пьезотрансформатор, выпрямитель, нагрузку и дополнительный источник питания (2.Недостатками дайного устройстваявляются низкая точность стабилизации 5выходного напряжения, невысокие КПДи помехоустойчивость.Цель изобретения - повышение точности стабилизации выходного напряжения, повышение КПД и увеличение помехоустойчивости. Цель достигается тем, что в пред- лагаемый стабилизатор введены два импульсных трансформатора, первичные обмотки которых соединены одним концом с выходами формирующего каскада, а другим концом в через регулировочные резисторы с дополнительным источником питания, а задающий генератор выполнен по схеме генератОра прямоугольных импульсов с мостовой время- задающей цепью, в одно плечо которой включена управляемая емкость, соединенная через резистор с выходом регулятора.На чертеже приведена функционально- принципиальная схема пьезополупроводнккового частотно-управляемого стабилизатора напряжения.Пьезополупроводниковый частотно- управляемый стабилизатор напряжения содержит блок 1 питания, состоящий иэ сетевого выпрямителя, с фильтром для пИтания выходного двухтактного усилителя 2 мощности и .дополнительного низковольтного источника питания, предназначенного для питания элементов системы управления стабилизатора.Усилитель 2 мощности нагружен на вход ПЭТ 3. Последний через выпрямитель 4 с Фильтром соединен с нагрузкой 5,Работа пьезополупронодниконогочастотно-управляемого стабилизаторанапряжения осуществляется. следующимобразом.При отклонении выходного напряжения от заданного значения на выходерегулятора 6 формируется сигнал управления О н соответствии с возникшимсигналом ошибки на входе регулятора(ОЭ- О),Под действием сигнала управления изменяется величина управляемойемкости 14 и, следовательно, изменя ется частота генерации УЗГ 7, Рабочаяточка на АЧХ ПЭТ смещается в сторонукомпенсации нозникшего отклонениявыходного напряжения от заданного значения. Например, если выходное напряжение увеличилось, на выходе регулятора б напряжение управления такжеувеличивается, При этом емкость варикапа уменьшается, а частота генератора увеличивается. Рабочая точка смещается по АЧХ ПЭТ н сторону увеличения частоты до тех порпока Оьыхнебудет равно заданному значению. Вслучае, если выходное напряжение уменьшилось, рабОта схемы осуществляетсяобратным образом. При этом введение 55 регулятора с ПИД-законом управленияобеспечивает высокую статическуюидинамическую точность стабилизациивыходного напряжения. Введение УЗГс мостовой времязадающей цепью обЕсщ печивает достаточно точное нахождени .рабочей точки на АЧХ ПЭТ в заданнойобласти, т.е, обеспечивает надежностьзапуска схемы и исключает случайныйпереход рабочей точки на левый склон д АЧХ ПЭТ, который приводит к срыву Усилитель 2 мощности управляется двуполярным модулированным по частотесигналом с выхода системы управлениястабилизатора. Система управления состоит иэ регулятора 6, соединенногосвоим входом с выходом выпрямителя 4,а выходом - с входом управляемого задающего генератора (УЗГ) 7.Регулятор сравнивает текущее значение выходного напряжения стабилизатора с задающим значением Оэ , преобразует полученный сигнал рассогласования в соответствии, например, спропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) законом регулированияи своим выходным напряжением в видесигнала управления О устанавливаетчастоту генерации УЗГ 7. Рабочая точка стабилизатора выбрана на правомсклоне амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ПЭТ. Диапазон изменения рабочей частоты при стабилизации выходного напряжения в связи с высокой добротностью ПЭТ янляется узким(например, для ПЭТ типа ТПЭН, непревышает 0,5 кГц при р= 47 кГц),Поэтому задающий генератор должен быть достаточно стабильным - с нестабильностью по частоте,не превышающей 1, Это необходимо для обеспечения устойчиного положения рабочей точки на правом склоне АЧХ ПЭТ во иэбежане ее перехода на левый склон АЧХ иээа большой нестабильности УЗГ. Задающий генератор:7 представляет собс" управляемый по частоте генератор прямоугольных импульсов, построенный на базе операционного усилителя 8 с мостовой времязадающей цепью (резисторы 9,10 и емкости 11,12) и корректи" рующей емкостью 13.Установка частоты УЗГ 7 осуществляется изменением емкости в одном из плеч моста,В качестве управляемой емкости 14 может быть использована, например, емкость р-и- перехода варикапа, соединенного чере разделительные емкости 15 и 16 с емкостью 12 моста. Управляющее напряжение О с выхода регулятора 6 подается на управляемую емкость 14 через резистор 17. Выходные импульсы УЗГ 7 удвоенной рабочейчастоты поступают на формирователь ступеньки-паузы 18 и на счетный вход триггера 19; который делит частоту УЗГ 7 на два. формирователь 18 вырабатывает прямоугольные отрицательные импульсы, равные по длительности времени рассасывания зарядов неоснонных носителей в базах мощных транзисторов усилителя 2 мощности, которые поступают на . .один из входов логических ключей 20 и 21. Один из выходов триггера соедйнен с входом логического ключа 20, а другой - с входом логического клю ча 21. Логический ключ 20 (21) соединен с одним из. концов первичной обмотки импульсного трансформатора 22 (23) усилителя 2 мощности, другой конец которого через реэистор 24 (25 соединен с дополнительным источником Питания и через емкость 26 (27)с общим проводом блока 1 питания, Логический ключ 20(21)реализует логическую функцию И-НЕ по двум входам,т.е.ток в первичной обмотке трансфор матора 22 (23 ) прерывает при появлении на обоих входах ключа логической "1", Формирователь ступеньки-паузы 0 18, триггер 19 и логические ключи 20и 21 образуют дне последовательности импульсон с периодом рабочей частоты и сдвинутых относительно друг друга на полпериода. Вторичная обмотка импульсного трансформатора 22 (23) усилителя 2 мощности нагружена на переход база-эмиттер выходного транзистора 28 (29) и на включенный в обратном направлении р- и-переход диода 30 ( 31 ) 20последний необходим для защиты перехода база-эмиттер от перенапряжений отрицательной полярности, Резистор 24 (25 ) предназначен для установки тока базы транзистора 28 (29) при настройке схемы. Выходное напряжение 25 усилителя 2 мощности через раэнязынающую емкость 32 поступает на входТ 3.ИП ф режима стабилизации выходного напряжения из-за изменения знака обратнойсвязи, Выполнение УЗГ как генераторапрямоугольных импульсов увеличиваетпомехоустойчивость схемы стабилизатора, Введение раздельного управления выходными транзисторами с помощью двух импульсных трансформаторовпозволяет обеспечить форсированноевключение и выключение транзисторови их надежное эапирание, а также простоту настройки и симметрирование 1 Орежима работы транзисторов усилителя 2мощности с помощью резисторов 24 и25. Это позволяет уменьшить потериУв усилителе мощности и тем самымповысить КПД работы стабилизатора напряжения,Пьезополупроводниковый частотноуправляемый стабилизатор напряженияобеспечивает высокую точность стабилизации напряжения с коэффициентами 2 Остабилизации по напряжению400, потоку200, широкий диапазон регулирования выходного напряжения, доста-точно высокую помехоустойчивость схемы; достаточно высокую надежность работы схемы,Формула изобретенияПьезополупроводниковый частотноуправляемый стабилизатор напряжениясодержащий регулятор, задающий генератор, Формирующий каскад, усилитель мощности, пьезотрансформатор, выпрямитель, нагрузку и дополнительныйисточник питания, о т л и ч а ю щ ис я тем, что, с целью повышенияточности стабилизации выходного напряжения, повышения КПД и увеличенийпомехоустойчивости, в него введеныцва импульсных трансформатора, первичные обмотки которых соединены од"ним концом с выходами Формирующегокаскада, а другим концом - черезрегулировочные резисторы с дополнительным источником питания, а задающий генератор выполнен по схеме генератора прямоугольных импульсов с моатовой времяэадающей цепью, в одноплечо которой включена управляемаяемкость, соединенная через резисторс выходом регулятора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Плужников В.М., Семенов В.С.Пьезокерамические твердые схемы.М.,Энергия, 1971, с,141-145. 2. Злагодух Г.М. и др. Практическая реализация низковольтных ВИП на основе пьезоэлектрических трансформа торов, Сб. "Устройство вторичных исгочников электропитания РЭА." Материалы семинара. М., МДНТП, 1976, .221-225 (прототип).

Смотреть

Пьезополупроводниковый частотноуправляемый стабилизатор напряжения