Способ частотно-амплитудного управления напряжением в пьезополупроводниковых преобразователях

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 600640 Со 1 оа Советских Социалистических Республик:,и сударственный колитет овета Министров СССР о делам изобретенийи открытий ПриоритетОпубликова(088.8) 0,03.78. Бюллетень45) Дата опубликования описания 13.04(71) Заявите Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им, М, И, Калинина2 15 Изобретение относится к области преобразовательной техники (в частности, к способам и устройствам управления напряжением преобразователей на базе пьезотрансформаторов) и может быть использовано, например, для вторичных источников питания устройств радиоэлектронной аппаратуры.Известны амплитудный и частотный способы управления напряжением преобразователей на базе пьезотрансформаторов 1), К недостаткам указанных способов относятся невысокие статическая и динамическая точность стабилизации выходного напряжения при сильных изменениях нагрузки.Известен способ частотно-амплитудного управления напряжением в пьезополупроводниковых преобразователях, включающий возбуждение пьезотрансформатора (ПТ) на частоте, близкой к его электромеханическому резонансу, сдвиг частоты или амплитуды от номинального режима в сторону компенсации сигнала ошибки 2. Недостатки указанного способа - невысокие статическая и динамическая точность стабилизации выходцого напряжения при сильных изменениях нагрузки.Целью изобретения является увеличение статической и динамической точности стабилизации выходного напряжения прц сильных изменениях нагрузки. Указанная цель достигается тем, что амплитуду напряжения пзмсняют с помощью частотно-корректирующего сигнала, а частоту - с помощью амплитудно- корректирующего сигнала.На фцг. 1 дана схема пьезополупроводникового преобразователя стабилизированного напрякенця; на фцг. 2 - диаграммы, поясняющие предложенный способ.Преобразователь содержит регулятор частоты - задающиц генератор 1 со схемой сравнения 2 ца его входе, где сравццваотея опорное напряжение 0 П (с прецизионного стабцлитрона 3), соответствующее выбранной рабочей частоте ПТ-рабочей точке ца амплцтудцочастотной характеристике (АЧХ) ПТ (рабочую точку целесообразно выбирать на правом склоне АЧХ в токс, хграктсрцз емой максимальным КПД ПТ прц согласованном сопротивлении нагрузки; по условиям схемцой реализации часто предпочтителен выбор рабочей точки на левом склоне АЧХ), ц напряжение обратной связи по напряжению с выхода нагрузки ПТ - т.10 сн Напряжение Л,сн, снимаемое с датчика 4, несет в себе информацию оо изменении частоты и напряжения па выходе ПТ при децствпп возмущений (цзмсцеццях тока нагрузки температурного режима ц т. п.). Регулятор частоты управляет по частоте режимом работы выходного усилителя мощности 5 (по цепям управления), нагружеццого ца электроды возбуждения ПТ. Усилитель мощ 600640ности йо цепи йитаяия управляется по амплитуде питания от регулятора амплитуды 6 (через регулирующий транзистор ), На входе регулятора амплитуды установлен элемент сравнения 8, на который поступают опорный сигнал Оо (с прецизионного стабилитрона 9), соответствующий номинальному напряжению возбуждения (при номинальной нагрузке на выходе преобразователя), и напряжения обратной связи Ьос, по напряжению нагрузки (с датчика напряжения 10), Посредством элемента сравнения 11 в канал управления 11 Т по частоте вводится с датчика амплитуды 12 через динамический формирователь 13 амплитудно-корректирующий сигнал (/ан Посредством элемента сравнения 14 в канал управления ПТ по амплитуде вводится частотно-корректирующий сигнал Очс датчика (преобразователя) частота - напряжение 15 через динамический формирователь сигнала 16. Регулятор амплитуды Ь представляет собой регулятор на базе интегрального операционного усилителя с пропорционально-интегрально- дифференциальным (11 ИД) законом регулирования. Регулятор частоты 1 является генератором, амплитуда напряжения на выходе которого линейно зависит от частоты (характерная особенность, обычно присущая задающим генераторам частоты). Усилитель мощности по полумостовой или мостовой схеме нагружен через разделительный конденсатор и компенсирующую индуктивность на возоудитель П 1/, который через выпрямитель (или схему умножения) 18 соединен с нагрузкой 19,Работа пьезополупроводникового преобразователя напряжения при предлагаемом способе взаимосвязанного частотно-амплитудного управления сводится к следующему.1 ри действии сильных возмущений (значительное изменение тока нагрузки) у ПТ имеет место дрейф АЧХ: при резком уменьшении нагрузки (режим, близкий к,х.х.) АЧХ уходит вправо по резонансной частоте и вверх по амплитуде, при резком увеличении нагрузки (режим, близкий к.к.з.) ЛЧХ уходит влево по резонансной частоте и впиз по амплитуде имеется в виду дрейф АЧХ в разные стороны от согласованного номинального режима работы ПТ (см. фиг, 2). Дрейф АЧХ влево сопровождается уменьшением резонансной частоты (1 р 1р) иуменьшением напряжения на выходе нагрузки (С,ы,(У-); дрейф АЧХ вправо сопровождается увеличением резонансной частоты (р 2., р,) и увеличением выходного напряжения (/вых.2) 1.вых.н) . Сигнал с выхода схемы 2 в отсутствии амплитудно-корректирующего сигнала С управляет работой генератора 1, компенсируя незначительные отклонения Ь, по АЧХ 11 Т, связанные с дрейфом рабочей точки (слабые возмущения, например температурные или нагрузочные), Аналогично слаоые возмущения компенсируются регулятором амплитуды 6 посредством отработки сигнала рассогласования с элемента сравнения 8 (при отсутствии частотно-кор 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 ректирующего сигнала Ы, При действии сильных возмущений (значительные колебания тока нагрузки в широком диапазоне) стабилизацию выходного напряжения обеспечить не удается посредством автономного регулирования частоты и напряжения возбуждения ПТ, что приводит либо к срыву режима стабилизации (из-за изменения знака обратной связи по каналу частоты, невозможности отработки значительного сигнала рассогласования), либо к низкой статической и динамической точности стабилизации выходного напряжения. Введение частотно-корректирующего и амплитудно-корректирующего сигналов позволяет обеспечить благодаря взаимосвязанному направленному воздействию каналов на компенсацию отклонения выходного напряжения от заданного высокую точность стабилизации выходного напряжения в широком диапазоне изменения нагрузки при сильных возмущениях. Например, при резком увеличении нагрузки (АЧХ смещается влево и вниз), под действием сигнала ошибки со схемы 2 регулятор частоты - задающий генератор 1 начинает уменьшать входную частоту возбуждения ПТ(предполагается, что рабочая точка выбрана на правом склопе АЧХ и обеспечивается положительная обратная связь по каналу частоты от датчика напряжения 4). Одновременно сигнал рассогласования с элемента 8 (обратная связь по напряжению нагрузки, поступающая с датчика 1 О, является отрицательной) воздействует на регулятор амплитуды б таким образом, что транзисторувеличивает амплитуду напряжения А поступающего на усилитель 5 и, следовательно, на пьезотрансформатор 1. Амплитудно-корректирующий сигнал, соответствующий увеличенному значению А обеспечивает статическую и динамическую форсировку уменьшения ), и смещения частоты на новую резонансную частоту (,=)р,). Частотно-корректирующий сигнал, соответствующий уменьшенному значению )и= новой резонансной частоте, обеспечивает статическую и динамическую форсировку увеличения амплитуды напряжения возбуждения А = А, Формирователи динамических сигналов 13, 16 обеспечивают упреждающие воздействия корректирующих связей с выходов соответствующих каналов (содержат пропорционально-дифференцирующие ЯС-цепи). Использование корректирующих связей с перекрестных каналов регулирования соответственно амплитуды и частоты, несущих в себе информацию о действующих возмущениях, позволяет существенно уменьшить реакцию пьезополупроводнпкового преобразователя на изменение нагрузки в широком диапазоне.Таким образом, реализация предлагаемого способа взаимосвязанного частотно-амплитудного управления напряжения в пьезополупроводниковых преобразователях обеспечивает высокую статическую и динамическую точность стабилизации выходного напряженияпри изменении нагрузки в значительных пре делах, т. е. при больших возмущениях, высо. кое качество отработки внешних возмущающих воздействий в динамических режимах.Формула изобретенияСпособ частотно-амплитудного управления напряжением в пьезополупроводниковых преобразователях, включающий возбуждение пьезотрансформатора на частоте, близкой к его электромеханическому резонансу, сдвиг частоты для амплитуды от номинального режима в сторону компенсации сигнала ошибки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения статической и динамической точности стабилизации выходного напряжения при сильных изменениях нагрузки, амплитуду напряжения изменяют с помощью частотно-кор ректирующего сигнала, а частоту - с помощью амплитудно-корректирующего сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Плужников В. М., Семенов В, С. Пьезо 1 о керамические инверсные схемы. М Энергия, 1971, с. 69 - 122.2. Лавриненко В. В. Пьезоэлектрическиетрансформаторы. М., Энергия, 195, с. 80 - 93.600640 тавитель В. Вавер Тсхрсд Л. Гладко рректоры: А, Степанови Л, Брахнин Редактор 3. Старикова Изд.341 Тираж 964 сударственного комитета Совета Министров СС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская паб., д. Э 5