Способ управления выходным напряжением в пьезополупроводниковом преобразователе

(22) Заявлено 060477 (21) 2470930/18-23с присоединением заявки Мо(51) М )( 2 Н 01 1. 41/ОО Н 03 Н 7/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 080 380(71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина, политехнический институт имени М,И.Калинина(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ В ПЪЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться впьеэополупроводниковых преобразователях.5Известны амплитудный и частотныйспособы управления напояжением преобразователей на базе пьезотрансформаторов 1,Известен также способ управлениявыходным напряжением в пьеэополупроводниковых преобразователях, основан -ный на воздействии на частоту и амплитуду напряжения возбуждения частотнокорректирующих и амплитудно корректирующих сигналов 2, 15Однако известные способы не обеспечивают высокие надежность работыи стабильность выходного напряжения.Это связано с возможностью при больших токах нагрузки значительного увеличения амплитуды входного напряжения,что может привести к нарушению условия нормального функционирования устройства, Кроме того, при большихизменениях тока нагрузки возможнаинверсия управления, связанная с переходом рабочей точки на противоположный склон амплитудно-частотнойхарактеристики (АЧХ), что приводитк срыву режима стабилизации вы- ЗО ходного напряжения преобразователя. В известных способах отсутствуют операции, обеспечивающие при увеличении напряжения надежную работу преобразователя при крайних предельно допустимых режимах.Целью изобретения является повышение надежности работы пьеэопроводникового преобразователя и стабильностии в ыходн ого н апряжени я. Это достигается тем, что по предлагаемому способу осуществляют взаимосвязанное частотно-амплитудно- токовое управление напряжением возбуждения, при этом частоту напряжения изменяют с помощью форсированного амплитудно-токового корректирующего сигнала, амплитуду изменяют по статическому закону в функции резонансной частоты, тока нагрузки и выходного напряжения, а в динамических режимах воздействуют на амплитуду менее форсированным частотно- токовым корректирующим сигналом.На чертеже приведена схема стабилизированного пьезополупроводникового преобразователя, реализующего предлагаемый способ управления напряжением, Пьеэополупроводниковый преобразователь стабилизированного напряжениясодержит регулятор частоты 1 (управляемый задающий генератор), частотный формирователь-ограничитель 2диапазона изменения частоты, схемысравнения 3 и 4,Формирователь-ограничитель обеспечивает требуемые диапазоны изменения частоты (ограничение Осуществляется, например, посредством стабилитронов) и устраняет инверсию управления из-эа воэможности перехода рабочей точки на противоположный склонАЖ пьезотрансформатора (ПТ),На схему сравнения 4 поступаетопорное напряжение, соответствующеевыбранной рабочей точке на правомсклоне АЧХ, и напряжение обратнойсвязи по выходному напряжению нагрузки, снимаемое с датчика напряжения 5,Оно несет в себе информацию сбизменении частоты напряжения навыходе ПТ при действии разнообразных в Оз мущений-изменениях тока на груз.ки, воздействии электромагнитныхполей, механических воздействий, 25изменении температуры и др. На схемусравнения 3 поступает сигнал токовойотсечки с порогового формирователяб от схемы сравнения 7 и амплитуднотоковый корректирующий сигнал с Фор Змирователя 8, На схему сравнения 7поступают сигналы допустимого токанагрузки и текущего значения теканагрузки от датчика тока 9. Сигналс Выхода схемы сравнения 7 поступаетна Формирователь б и схему сравнения3 при превышении тока нагрузки допустимого значения. Регулятор частоты1 управляет по частоте режимом работывыходного усилителя мощности 10,нагру.в ,женного через компенсирующую ивдук -тивность на электроды возбуждения ПТ 111. Изменение амплитуды входногонапряжения возбуждения ПТ осуществляется с пОмОщью амплитудно токОВОГОрегулятора 12. На входе регулятора ц"12 установлены схема сравнения 13 ифункциональный преобразователь 14.На схему сравнения 13 поступаютчастотно-токовый корректирующий сиг-.нал с формирователя 15 и сигнал от- .,)0рчцательной обратной связи по входному току ПТ с датчйка входного тока16, На один вход функционального преобразователя 14 поступает сигнал свыхода схемы сравнения 17, на которую в свою очередь поступают сигналыположительной обратной связи по токунагрузки с инвертора 18 и отрицательной обратной связи по выходномунапряжению нагрузки с датчика напряжения 19. На другой вход Функционального преобразователя 14 поступаетсигнал с выхода частотного формирователя-ограничителя 2. Функциональныйпреобразователь обеспечивает требуемое амплитудное соотношение, в котором в качестве исходногопараметра преобразования принята резонансная частота ПТ. Закон преобразования определяется типом ПТ, его конструктивными данными и материалом, из ко - торого он Выполнен. Пьеэотрансформатор 11 через выпрямитель 20 (или схему умножения) соединен с нагрузкой 21 (на входе нагрузки может быть установлен Фильтр).Данньй способ управления напряжением реализуется следующим образом.При действии сильных возмущений у ПТ происходит дрейф его АЧХ, что сопровождается уменьшением резонансной частоты )р и уменьшением напряжения Оь,х на резонансной частоте, При этом АЧХ ПТ характеризуются при разных токах нагрузки З переменной эквивалентной добротности Озхь, причем О;х, падает по мере увеличения 3 и АЧХ ПТ из острорезонансных становятся более широкополосными, Изменение 3 происходит в несколько раэ (порядка 4-5) при изменении тока нагрузки примерно от холостого хода до короткого замыкания. При требовании высокой точности стабилизации выходного напряжения при сильных изменениях тока нагрузки 3 система управления пьезополупроводникового преобразователя должна в определенных гределах осуществлять автомати - ческое изменение "астоты на входетак, чтобь при любом 7 1 вх(р ПТ и изменять 6=( р З,и) так, чтобы обеспечивалссь выполнение чслови я о, -оЕЬи , ых рх -вых ртР Ы О - "- ):СОО 51вью.,п 1 ах где )р(1 и соответствует положению рабочей точки на правом:клоне АЧХ ПТ В согласованном режиме его работы ( 1 р = О, 1-0, 25) ., Задача стабилизацииии напряжения сводится к реализации В системе управления стабильного отношения 1 р = сопь 1 или ) = сопМ ( ) .= 0,9-0, 75), Дрейф Ачх пт ОсущестВляется ВлеВО и Вправо От согла - сованного режима работы ПТ при сильных изменениях тока нагрузкипри увеличении нагрузки дрейф АЧХ происхо.дит влево, при уменьшении нагрузки вправо, Изменения амплитуды Аьху ПТ вызывают также некоторые изменения Следовательно, си стем а управлени я должна также отслеживать и эти изменения (р соответствующим изменением 1 , Таким образом, при увеличении тока нагрузки сиСтема угравления должна увеличивать А по сравнению с А., а при уменьшении Э-действовать обратным образом,. т.е, уменьшать Ах. При увеличении тока нагрузки Э, В ПТ одновременно происходит уменьшение мощности рассеивания. Значения допустимых параметров ПТ определяются до 720575Формула и э о брет ени я Способ управления выходным напряжением в пьезополупроводниковом преобразователе, основанный на воздействии на частоту и амплитуду напряжения возбуждения частотнокорректирую щих и амплитудно корректирующих сигналов, о т л и ч а ю щ и й с н тем,пустимыми значениями напряженностипо перегреву и по разрушению ПТ,которые зависят от э . Сигнал с.выхода схемы 3 управляет работойгенератора 1, компенсируя незначитель.ные отклонения О, по АЧХ ПТ, связан.ные с дрейфом рабочей точки, обусловленные воздействием слабых возмущений. Аналогично, слабые возмущения компенсируются регулятором 12посредством отработки сигнала рассоглассования на его входе, При действиисильных возмущений стабилизациювыходного напряжения можно с достаточно высокой статической и динамической точностью осуществить введениемчастотно- и амплитудно корректирующих сигналов, перекрестно воздействующих соответственно на каналы регулирования амплитуды и частоты.Эти сигналы обеспечивают компенсациюотклонения выходного напряжения от 2 Озаданного, Использование дополнительного регулирования по току нагрузки,выходному току и взаимосвязанноечастотно-амплитудно-токовое управление с воздействием амплитудно-токовым 25корректирующим сигналом на форсированное статическое и динамическое изменение частоты 1 ь , изменение амплитуды в функции А = 1,1 р,ЗнОвь)/по статическому закону и воздействие цна нее в динамических режимах менеефорсированным частотно-токовым корректирующим сигналом позволяет, содной стороны, обеспечить высокуюстатическую и динамическую точностьстабилизации выходного напряженияпри сильных возмущениях, а с другойстороны, увеличить надежность работы преобразователя за счет исключенияпредельно-допустимых режимов работыПТ. При этом выбор рабочей точкиосуществляют на правом склоне АЧХПТ и задают режим работы частотногоформирователя-ограничителя 2 так,чтобы он обеспечивал ограниченныепределы изменения 1и стабилизацию 45рабочей точки на правом склоне АЧХПТ выбором соотношения 11 рприразличных значениях Эн. Информацию,на основе анализа которой формирователь-ограничитель 2 работает ука Оозанным выше образом, он получает свыхода схемы сравнения 3 и за счетвоздействия на него непосредственносигнала обратной связи по выходномунапряжению. Нижний предел частоты 1ууправляемого задающего генератораограничен и примерно соответствуетЗноп , верхний предел частоты примерно соответствует З, гдеимеет максимальное значение, Выбори фиксация рабочей точки на правомсклоне АЧХ ПТ является оптимальнойс точки зрения организации управления,напряжением стабилизированного преобразователя, так как при этом существенно уменьшается диапазон перенас тройки 1, при сильных возмущениях со стороны нагрузки по сравнению с выбором рабочей точки на левом склоне АЧХ ПТ и, кроме того, возникает однозначность управления как при дрейфе рабочей точки по склону АЧХ ПТ, так и при дрейфе АЧХ ПТ. Ограничение тока нагрузки допустимым его значением Ээосуществляется посредством задержанной (пороговым формирователем 6) отрицательной обратной связи, действующей также на схему 3. При этом при Э 3 , задержанная обратная связь начинает работать и снимает действие амплитудно-токового корректирующего сигнала. Изменение амплитуды Аьх.обеспечивается посредством функционального преобразователя 14 действием сигнала отрицательной обратной связи по входному току ПТ и действием частотно-токового корректирующего сигнала О, . При этом функциональный преобразователь 14 осуществляет управление Ьв функции 1 ь ч. Овык Воздействие Оцт, осуществляет динамическую коррекцию амплитуды А. в функции частотыПТ при сильных возмущениях, При этом сигнал Ок обеспечивает менее форсированное изменение амплитуды 4 по срав. нению с более форсированным изменением входной частоты ПТ, что позволяет уменьшить диапазон изменения "вх. так как определяющим параметром для Опреобразователя является в первую очередь изменение резонансной частоты 1 р. ПТ. Формирование требуемого сигнала Очп, осуществляет динамический преобразователь 15 соответствующим динамическим воздействием на входной сигнал.Использование данного способа взаимосвязанного амплитудно-частотно- токового управления напряжением в пьеэополупроводниковых преобразователях обеспечивает по сравнению с существующими способами высокую статическую и динамическую точность стабилизации выходного напряжения при сильных возмущениях, надежную работу и нормальное функционирование пьезотрансформатора; ограничение режимов работы пьезотрансформатора предельно допустимыми при изменении нагрузки в широких пределах, устранение инверсии управления, хорошую помехозащищенность.720575 Составитель В,Банкоедактор Т,Гохфельд Техред Н,Бабурка Корректор Я,В вс Подписи омитета СС открытий кая наб.,д Филиал ППП Патентфф г,ужгород, ул,Проектн что,. с целью повыаения надежностиработы и стабильности выходного напряжения, осуществляют взаимосвязанноечастотно-амплитудно-токовое управление напряжением возбуждения при этомчастоту напряжения изменяют с помощьюфорсированного амплитудно-токовогокорректирующего сигнала, амплитудуизменяют по статическому закону вфункции резонансной частоты, токанагрузки и выходного напряжения а вдинамических режимах воздействуют аэ 102 34/42 Тираж 84 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Баушна амплитуду менее Форсированным частотно-токовым корректирующим сигналом.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Плужников В.М. и др. Пьеэокерамические твердые схемы. М., Энергия, 1971, 141-145,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2367634/25,кл.Н 01 ).- 41/ОО, 1976 прототип).,