Вторичный источник электропитания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„210188 (51) 4 Н 02 М 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3767917/24-07 (22) 18.07.84 (46) 07.02.86. Бюл. ¹ 5 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) Г.А.Данов, А.А.Сорокин, Ю.Л.Спирин и В.Н.Фролов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 754391, кл. Н 01 ? 41/08, 1980.

Ерофеев А.А. Льезоэлектронные устройства автоматики, — Л.: Машиностроение, 1982, с. 70-73. (54)(57) ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий пьезотрансформаторный преобразователь напряжения, питающий вход и первый выход которого соединены с клеммами для подключения соответственно первичного источника электропитания и нагрузки, тактовый генератор, шаговый искатель, регулятор, один из входов которого подключен к выходу блока опорного напряжения, а другой вход через резистивный делитель напряжения — к первому выходу пьезотрансформаторного преобразователя напряжения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности в работе, в него введены два делителя частоты, широтно-импульсный модулятор, формирователь строба и анализатор фазового сдвига, причем первый де.литель частоты включен между выходом тактового генератора и сигнальным входом шагового искателя, а второй делитель частоты — между выходом широтно-импульсного модулятора и управляющими входами формирователя строба и анализатора фазового сдвига, сигнальный вход широтно-импульсного модулятора подключен к выходу шагового искателя, управляющий вход — к выходу регулятора, а выход — к управляющему входу пьезотрансформаторного преобразователя напряжения, тактовый вход формирователя строба соединен с выходом тактового генератора, сигнальные входы анализатора фазового сдвига подключены к выходу формирователя строба и второму выходу пьезотрансформаторного преобразователя напряжения, пусковой вход — к выходу резистивного де лителя напряжения, режимный вход— к входу настройки режима источника, а выход — к управляющему входу шагового искателя.

1210188

+ sfì

2 " Р 2

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации электроснабжения электронно †лучев трубок фотоэлектронных умножителей, ла 3PPoB И T Д

Цель изобретения — повышение КПД и надежности в работе за счет обеспечения экономичности пьезотрансформаторного преобразователя напряжения и устойчивого выхода устройства на рабочий режим.

На чертеже представлена функцио— нальная схема предлагаемого вторичного источника электропитания.

Устройство содержит тактовый генератор 1, делитель 2 частоты, шаговый искатель 3, широтно-импульсный модулятор 4, пьезотрансформаторный преобразователь 5 напряжения, резистивный делитель 6 напряжения, регулятор 7, целитель 8 частоты, формирователь 9 строба, анализатор

10 фазового сдвига, блок 11 предварительного преобразования напряжения. Устройство имеет также шину

12 первичного питания, выходную шину 13, шину 14 опорного напряжения и шину !5 настройки режима.

Питающий вход и первый выход пьезотрансформаторного преобразователя

5 напряжения соединены с клеммами для подключения соответственно первичного источника (по шине 12) и нагрузки (по шине 13). Один и:з входов регулятора 7 подключен к выходу не показанного на схема блока опорного напряжения (по шине 14),а другой вход через резистивный делитель

6 напряжения — к первому выходу пьезотрансформаторного преобразователя напряжения. Делитель 2 частоты включен между выходом тактового генератора и сигн;пьным входом шаго33oro искателя 3, а делитель 8 ча— стоты — между выходом широтно-импульсного модулятора 4 и управляющими входами формирователя 9 строба и анализатора 10 фазового сдвига. Сиг— нальный вход широтно-импульсного модулятора 4 подключен к выходу шагового искателя 3, управляющий вход— к выходу регулятора 7, а выход — к управляющему входу пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения.

Тактовый вход формирователя 9 строба соединен с выходом тактового генератора 1. Сигнапьные входы анализа30

55 тора 1О фазового сдвига подключены к выходу формирователя 9 строба и второму выходу пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения, пусковой вход — к выходу реэистивного делителя 6 напряжения, режимный вход — к входу настройки режима источника, а выход — к управляющему входу шагового искателя 3.

Устройство работает следующим образом.

В начальном состоянии устройства частота Г„ пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения не соответствует его резонансному режиму. В зависимости от варианта исполнения устройства частота f может быть выбрана меньшей, либо большей частоты Г основной моды резонансных колебаний пьезотрансформаторного преобразователя 5 на пряжения. При этом учитывается соотношение где 111 — разность между частотами соседних мод резонансных колебаний трансформаторного пьезоэлемента, входящего в состав пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения; бà — максимальный уход резонансной частоты трансформаторного пьезоэлемента при изменении внешних факторов и сопротивления нагрузки, а также вследствие разброса параметров.

Рассмотрим процесс функционирования устройства, когда начальное положение шагового искателя 3 соот ветствует частоте, большей частоты т.е. автопоиск резонансной частоты производится, начиная с высоких частот (с правого склона амплитудно-частотной характеристики трансформаторного пьезоэлемента). Тогда в начальном положении шагового искателя 3 сдвиг фаз у пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения превышает 90 . B этом слу0 чае на управляющий вход шагового искателя 3 с выхода анализатора 10 фа.зового сдвига подается сигнал логической "1". В режиме поиска оптимальных фазовых соотношений пьезотрансформаторного элемента, харак1210188 терных для его резонансного режима, на выходе анализатора 10 фазового сдвига действует логическая "1".

Ее установка в начальный момент времени, когда сигнал с второго выхода пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения отсутствует, обеспечивается сигналом начального пуска, подаваемым с выхода резистивного делителя 6. Иными словами, пока амплитуда сигнала с выхода резистивного делителя 6 меньше некоторого порогового значения, анализатор

10 фазового сдвига автоматически устанавливается в состояние логической "1". В результате увеличивается эксплуатационная надежность источника, т.е. обеспечивается его надежный выход на рабочий режим. При этом на.сигнальный вход шагового искателя 3 подаются тактовые импульсы с выхода делителя 2 частоты. Частота следования тактовых импульсов с выхода делителя 2 частоты соответствует постоянной времени цепи шаговый искатель 3 — широтно-импульсный модулятор 4 — пьезотрансформаторный преобразователь 5 напряжения — анализатор 10 фазового сдвига — цепь запрета поступления тактовых импульсов в шаговом искателе 3. Укаэанные тактовые импульсы частоты шагового искателя 3 dfÄÄ должны быть меньше одной четвертой полосы пропускания по уровню 0,707 пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения, Кроме того, указанный шаг изменения не должен превышать частотного диапазОна дГ, при котором имеет месРс то согласованный режим пьезотрансформаторного элемента (необходимо учитывать соотношение gf» (0,20,25) hf . Тактовые импульсы уменьшают частоту до тех пор, пока сдвиг фаз трансформаторного пьезоэлемента

dq не соответствует условию

90 — aiaq<90 +к, где о — максимальный разброс по фазовым сдвигам, который соответствует резонансному режиму и .зависит

-от параметров пьезопластин и схем электронного обрамления (усилителей и выпрямителей).

Экспериментально определено, что величина максимального сдвига фаз (для пьезотрансформаторных преобразователей напряжения, содержа5

15

Момент времени, при котором фиксируется передний фронт сигнала, поступающего с второго выхода пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения, фиксируется по

45 моменту совпадения амплитуды этого сигнала с пороговой величиной, за50

35 щих трансформаторные пьезоэлементы на основе материалов системы ЦТС, ЦТБС (цирконат — титанат свинца либо цирконат-титанат свинца бария), о в резонансном режиме равна 8-10

При выполнении указанного условия анализатор 10 фазового сдвига переходит в режим анализа режима согласования. Необходимость перехода к режиму анализа режима рассогласования диктуется разбросом пара-, метров трансформаторного пьезоэлемента по фазовым сдвигам сигналов, поступающих с вто oro выхода пьезотрансформаторного преобразователя

5 напряжения по отношению к входному сигналу, что препятствует точной установке пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения в акустически согласованный режим работы трансформаторного пьезоэлемента, т.е. в режим, при котором в трансформаторном пьезоэлементе отсутствуют ударные акустические процессы, приводящие к генерации в пьезопластине высших гармонических составляющих или искажению формы гармонических сигналов.

Переход в режим анализа режима рассогласования, т ° е. фиксация усо о ловия 90 — a ьц 90 +, производится при совпадении переднего фронта полезного сигнала основной моды, поступающего с управляющего входа пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения на соответствующий сигнальный вход анализатора

10 фазовых сдвигов со стробом,форми. руемым формирователем 9 строба. даваемой с шины 15 настройки режима, что необходимо для обеспечения работоспособности устройства при изменении выходных напряжений, питающих напряжений, шумов. Кроме того, напряжение на шине 15 настройки режима определяет точность определения режима рассогласования, поскольку высшие гармонические составляющие в трансформаторном пьезоэлементе, характерные для рассогласованного режима, имеют меньшую по срав1210188 нению с полезным сигналом амплитуду. IIyTeM изменениЯ напРЯжениЯ на указанной шине оказывается возможным управление точностью определения режима рассогласования. Длитель-; ность строба соответствует величине, оС равной 1, задержка строба от1801, носительно переднего фронта сигнала, поступающего с выхода широтно-им- 10 пульсного модулятора 4, соответствует величине, равной

3605 где f — частота тактового генерато1 ра 1;

t>8 в задержка делителя 8 частоты.

Выбор указанных временных соотношений для строба осуществляется

20 путем подсчета формирователем 9 строба количества тактовых импульсов, поступающих на его тактовый вход.

Делитель 8 частоты введен в устрой25 ство для обеспечения анализа режима рассогласования в течение всего периода основной моды резонансных колебаний трансформаторного пьезоэлемента, что увеличивает точность определения режима рассогласования.

Формирователь 9 строба и анализатор

10 фазового сдвига работают только в течение положительного (единичного) полупериода сигнала, .поступающего с выхода депителя 8 частоты 35 на их управляющие входы. Таким образом, исключается ложная остановка шагового искателя 3 и соответственно обеспечивается общая работоспособность устройства ° В режиме 4О анализа режима рассогласования на выходе анализатора 10 фазового сдвига действует сигнал логической единицы, разрешающий шаговому искате— лю 3 дальнейшее изменение частоты (дальнейший поиск согласованного режима). Это вызвано тем, что фазы сигналов высших гармонических составляющих, характерных для рассогласованного режима, не соответству- 50 о о ют условию 90 - aq 90 +<, и поэтому не попадают в стр о б ° Т аким о бр аз ом, в рассогласованном режиме только часть передних фронтов сигналов (полезного и паразитных), поступа- 55, ющих с второго выхода пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения, попадает в строб, в то время как фазовые с.зотношения осталь— ных сигналов не позволяют им находиться в зоне действия строба, что обусловливает наличие разрешающего сигнала на выходе анализатора 10 фазовых сдвигов на просчет шагового искателя 3.

В режиме рассогласования иксет место дальнейшее изменение частоты на выходе шагового искателя .3 до тех пор, пока анализатор 10 фазового сдвига не зафиксирует согласованный, энергетически выгодный режим работы трансформаторного пьезоэлемента и не выдаст запрещающий сигнал на управляющий вход шагового искателя 3. При поступлении на управляющий вход шагового искателя

3 запрещающего сигнала просчет частоты прекращается и на выходе шагового искателя 3 в этом случае -. имеют место импульсные сигналы с частотой, соответствующей частоте на момент поступления запрещающего сигнала. Запрещающий сигнал с выхода анализатора 10 фазовых сдвигов выдается только в том случае, когда передний фронт полезного. сигнала, соответствующего основной моде резонансных колебаний трансформаторного пьезоэлемента, попадает в строб, а паразитные высшие гармонические составляющие отсутствуют.

Поиск оптимальной частоты возбуждения трансформаторного пьезоэлемента, соответствующий энергетически выгодному согласованию трансформаторного пьезоэлемента, заканчивается.

Одновременно с поиском согласованного режима устройство производит стабилизацию выходного напряжения по цепи широтно-импульсный модулятор 4 — пьезотрансформаторный преобразователь 5 напряжения — резист вный делитель 6 напряжения — регулятор 7. При превышении напряжени на выходной шине 13 относительно заданного на выходе регулятора 7 появляется сигнал рассогласования, который подается на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 4 и уменьшает скважность импульсной последовательности, поступающей на управляющий вход пьезотрансформаторного преобразователя 5 напряжения. При отсутствии сигнала рассогласования с выхода

1210188

Составитель JI,Морозов

Редактор Е.Папп Техред"М.Пароцай Корректор С.Шекмар

Заказ 529/58 Тираж 632 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 регулятора 7 скважность импульсной последовательности, напротив, увеличивается.

Одновременность осуществления поиска резонансной частоты (основной моды) и стабилизации выходного напряжения существенно уменьшает время выхода источника на рабочий режим.

Блок ll предварительного преобразования напряжения производит предварительное преобразование напряжения, подаваемого от первичного источника электропитания (по шине 12), необходимого для питания составных блоков устройства.

Повышение КГЩ устройства и обеспечение его надежного выхода на рабочий режим связаны также с тем, что в данном случае работа пьезо10 грансформаторного элемента в согла=ованном режиме не зависит от уровня внешнего сигнала возбуждения,