Пьезополупроводниковый частотноуправляемый стабилизатор напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.05.78 (21) 261б042/18-25 (51)М. КЛ. с присоединением заявки N (23) Приоритет—

Н 01 1. 41/08

Н 03 Н 9/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.0980 Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 150980

{53) УДК 537. 228. 1 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A.A.Ерофеев, A.А.Ушаков,В.К.Захаров,В.A.Êàëèíã и A.M.Óëüÿíîâ

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. M.È. Калинина (71) Заявитель (54 ) ПБЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ

ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области пьеэопреобразонательной техники, а более конкретно к устройствам стабилизации напряжения на базе пьезоэлектрических трансформаторов (ПЭТ) и может быть использовано, например, для стабилизированных источников питания устройств радиоэлектронной аппаратуры различного назначения. 10

Известны устройства стабилизации напряжения на базе пьеэотрансформаторов $1) .

К недостаткам этих устройств относится низкая точность стабилизации выходного напряжения.

Известен пьезополупроводниковый частотно-управляемый стабилизатор напряжения, содержащий регулятор, задающий генератор, формирующий каскад, усилитель мощности, пьезотрансформатор, выпрямитель, нагрузку и дополнительный источник питания P) .

Недостатками дайного устройства являются низкая точность стабилизации25 выходного напряжения, невысокие КПД и помехоустойчивость.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации выходного напряже- ния, повышение КПД и увеличение помехоустойчивости.

Цель достигается тем, что в предлагаемый стабилизатор введены два импульсных трансформатора, первичные обмотки которых соединены одним концом с выходами формирующего каскада, а другим концом †через регулировочные резисторы с дополнительным источником питания, а задающий генератор выполнен по схеме генератОра прямоугольных импульсов с мостовой времязадающей цепью, в одно плечо которой включена управляемая емкость, соединенная через резистор с выходом регулятора.

На чертеже приведена функциональнопринципцальная схема пьезополупроводнккового частотно-управляемого стабилизатора напряжения.

Пьезополупроводниковый частотноуправляемый 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.

764015

Усилитель 2 мощности управляется двуполярным модулированным по частоте сигналом с выхода системы управления стабилизатора. Система управления со— стоит иэ регулятора 6, соединенного своим входом с выходом выпрямителя 4, а выходом — с входом управляемого задающего генератора (УЗГ) 7.

Регулятор сравнивает текущее значение выходного напряжения стабилизатора с задающим значением U>, преобразует полученный сигнал рассогласования в соответствии, например, с пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) законом регулирования и своим выходным напряжением в виде сигнала управления U> устанавливает частоту генерации УЗГ 7. Рабочая точка стабилизатора выбрана на правом склоне 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, не превышает 0,5 кГц при f>= 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 иэбежан>.е 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-иперехода варикапа, соединенного чере . разделительные емкости 15 и 16 с емкостью 12 моста. Управляющее напряжение U c выхода регулятора 6 подается на управляемую емкость 14 через резистор 17. Выходные импульсы УЗГ

7 удвоенной рабочей частоты 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 которого через реэистор 24 (2 соединен с дополнительным источником питания и через емкость 26 (27)с об-. щим 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 ð 18, триггер 19 и логические ключи 20 и 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 (33 )

20 последний 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 вход

Т 3.

Работа пьезополупронодниконого частотно-управляемого стабилизатора напряжения осуществляется следующим образом.

При отклонении выходного напряжения от заданного значения на выходе регулятора 6 формируется сигнал управления U н соответствии с возникшим сигналом ошибки на входе регулятора (U - Ug).Под действием сигнала управления изменяется величина управляемой емкости 14 и, следовательно, изменяЩ ется частота генерации УЗГ 7. Рабочая точка на АЧХ ПЭТ смещается в сторону компенсации нозникшего отклонения выходного напряжения от заданного значения. Например, если выходное напряжение увеличилось, на выходе регулятора б напряжение управления также увеличивается. При этом емкость варикапа уменьшается, а частота генератора увеличивается. Рабочая точка смещается по АЧХ ПЭТ н сторону увеличе30 ния частоты до тех пор>пока U »,„íå будет равно заданному значению. В случае, если выходное напряжение уменьшилось, работа схемы осуществляется обратным образом. При этом введение

55 регулятора с ПИД-законом управления обеспечивает высокую статическую и динамическую точность стабилизации выходного напряжения. Введение УЗГ с мостовой времязддающей цепью обЕсщ печивает достаточно точное нахождени рабочей точки на АЧХ ПЭТ в заданной области, т.е. обеспечивает надежность запуска схемы и исключает случайный переход рабочей точки на левый склон

АЧХ ПЭТ, который приводит к срыву

76,4015

ВНИИПИ Заказ 6295/46 Тираж 844 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 режима стабилизации выходного напряжения из-за изменения знака обратной связи. Выполнение УЗГ как генератора прямоугольных импульсов увеличивает помехоустойчивость схемы стабилизатора. Введение раздельного управления выходными транзисторами с помощью двух импульсных трансформаторов позволяет обеспечить форсированное включение и выключение транзисторов и их надежное эапирание, а также простоту настройки и симметрирование 1О режима работы транзисторов усилителя 2 мощности с помощью резисторов 24 и

25. Это позволяет уменьшить потери

У в усилителе мощности и тем самым повысить КПД работы стабилизатора на- 15 пряжения.

Пьезополупроводниковый частотноуправляемый стабилизатор напряжения обеспечивает высокую точность стабилизации напряжения с коэффициентами 2О стабилизации по напряжению 400, по току 200, широкий диапазон регулирования выходного напряжения, доста- точно высокую помехоустойчивость схемы; достаточно высокую надежность работы схемы.

Формула изобретения

Пьезополупроводниковый частотноуправляемый стабилизатор напряжения содержащий регулятор, задающий генератор, формирующий каскад, усилитель мощности, пьезотрансформатор, выпря митель, нагрузку и дополнительный источник питания, о т л и ч а ю щ и с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации выходного напряжения, повышения КПД и увеличений помехоустойчивости, в него введены цва импульсных трансформатора, первичные обмотки которых соединены од" ним концом с выходами формирующего каскада, а другим концом — через регулировочные резисторы с дополнительным источником питания, а задающий генератор выполнен по схеме генератора прямоугольных импульсов с Моатовой времяэадающей цепью, в одно плечо которой включена управляемая емкость, соединенная через резистор с выходом регулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Плужников В.M., 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. M., МДНТП, 1976, .221-225 (прототип).