Стабилизатор постоянного напряжения

Союз Советских Социалистических республикОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 Ц 800974(51)М. Кл. О 05 Р 1/56 с присоединением заявки МоГосударственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий:йт,-сь 1й Ленинградский ордена Ленина политехническ институт им. М,И, Калинина(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вовторичных источниках устройств судовой радиоэлектронной аппаратуры,Известно устройство, содержащеепьезоэлектрический трансформатор,усилитель мощности, автогенератори схему управления с цепью обратнойсвязи (1.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство, содержащее регулятор, один вход которого связанс выходными .выводами, другой входподключен к источнику опорногонапряжения, а выход - к управляемомувходу задающего генератора, который через формирующий узел соединен совходом усилителя мощности, выходомчерез конденсатор соединенного свходными электродами пьезотрансформатора, вывод которого через выпрямитель с фильтром подключен к выходным выводам (2).Недостатком известных устройствявляется низкий КПД и ненадежность,Цель иаобретения - повышение .КПД и надежности.Поставленная цез.ь достигаешься тем, что в известный стабилизатор постоянного напряжения введены катушка индуктивности, подключеннаяпараллельно входным электродам., иузел выявления фазового сдвига,состоящий иэ фазового детектора,последовательно соединенного сусилителем-регулятором, причем одинвход этого узла соединен с входнымэлектродом пьезотрансформатора,1 О другой - с одним из выходных выво"дов, а выход через введенный диодсоединен с управляющим входом задающего генератора, выполненногонапример, по схеме несимметричногомультивибратора,На фиг, 1 приведена Функционально-принципиальная схема пьеаополу-проводникового фазо-частотноуправляемого стабилиаатора напряжения)на Фиг. 2 - характеристики, иллюст 2 О рирующие работу стабилизатора; нафиг. 3 - схемы входной цепи ПЭТ.Стабилизатор постоянного напряжения содержит усилитель 1 мощности, который через конденсатор 2 наг.ружен на цепь, состоящую из параллельно соединенных катушки 3 индуктивности и пьезоэлектрическоготрансформатора (ПЭТ) 4, Последнийчерез вып 1:ямитель сфильтром 5 соединен с нагрузкой 6 и делителем 7.800974 35 узостью полосы пропускания ПЭТ, так и дрейфом АЧХ ЛЭТ при сильных воздействиях4 О Эффективней является фазочастотное управлениеВ стабилизатор ввеУсилитель 1 мощности управляетсядвуполярным, модулированным по частоте сигналом с выхода системы управления стабилизатора. Система управления состоит иэ регулятора 8,соединенного одним входом с делителем 7 (сигнал 0 0), другим входомс опорным сигналом Ооя, а выходомчерез резистор (диод) 9 с входомзадающего генератора (ЗГ) 10. Регулятор сравнивает текущее значениеОос с Ооя преобразует полученный сигнал рассогласования в соответст вии, например, с пропорциональноинтегро-дифференциальным (ПИД) законом регулирования, и своим выход,ным напряжением в виде сигнала управления ОР устанавливает частотугенерации ЗГ 10. ЗГ 10 выполнен посхеме несимметричного мультивибра"тора и генерирует прямоугольныеимпульсы удвоенной рабочей частоты,которые поступают на Формирующийузел 11. Узел 11 содержит триггер12, работающий в режиме счетноготриггера, и две логические схемыИ-НЕ 13 и 14. Образуемые .Узлом 11две последовательности положительных прямоугольных импульсов рабочей частоты, сдвинутых друг относительно друга на половину периодаРабочей частоты и меньших половины периода на величину ступеньки-паузы поступают на полумостовой импульсный усилитель мощности УМ 1, Этиимпульсы включают попеременно транзисторы 15 и 16 УМТ, которые эашунтированы диодами обратного тока17 и 18, Ко входу ЗГ 10 через диод 19 подключен выход узла 20 выявления Фазового сдвига, содержащегофазовый детектор 21 и .Усилитель-регулятяр 22, который своими входамиподключен соответственно к одномуиз входных электродов ПЭТ 4 и череэ емкость 23,- к резистору делителя7. Делитель 7 состоит иэ резисторов 24 - 26, С нижнего плеча делителя- резистора 26 зашунтированного емкостью 27, напряжение в виде сигнала обратной связи 00 С, соответствующего уровню 00, поступае на вход регулятора 8. Фазовый де-. тектор 21 вырабатывает напряжение, соответствующее сдвигу фаэ двух напряжений О 8 и 08, ПЭТ, с резистора 24 снимается часть .О йык, в котором всегда присутствуют пульсации переменного выходного напряже-. ния ПЭТ, постоянная составляющая отделяется емкостью 23. Узел выяв ления фазового сдвига 20 построен так, что при переходе с правого склона АЧХ ПЕТ на левый выходное напряжение Ц усилителя-регуЖлятора 22 растет. При. этом сдвиг фаз между Уби Цэи,ПЕТ меняет знак в точке резонансной частоты ПЕТ. 45 50 55 60 65 Работа стабилизатора напряжени . осуществляется следующим образом.Рабочая точка стабилизатора выби. рается на правом склоне АЧХ ПЭТ (Фиг. 2, точка О). В режиме стабилизацииЗЫ при действии слабых возмущений (изменений тока нагрузки температуры окружающей среды и т.п.) их,компенсация производится регулятором 8, который сигналом рассогласования Ор - О э ос изменяет частоту генераций 1 ЗГ О и, следовательно, смещает рабочую точку на АЧХ ПЭТ до тех пОР, Пока О Вы не станет равным задайному .значению. При действии сильных возмущений рабочая точка может перейти на левый склон АЧХ, при этом знак обрат.-. ной связи меняется на противополож- . ный, стабилизация нарушается, а частота ЗГ 10 становится минимальной. В известном стабилизаторе используется высокостабильный ЗГ, у которого нижняя граница генерации жестко фиксируется вблизи резонансной частоты ПЭТ. Однако в широком диапазоне изменения температуры поддерживать эту границу неизменнойиз-за собственной температурнойнестабильности УЗГ оказывается практически невозможным и граница смещается либо на рабочий правый склонАЧХ ПЭТ (при этом резко снижается диапазон регулирования), либо уходит на левый склон (прй этом происходят срывы режима стабилизации при сильных возмущениях, ненадежен запуск схемы при ее включении). Это обусловлено как высокой добротностью и дена схема выявления фазового сдвига, фиксирующая моменты нахождения рабочей точки на левом склоне АЧХ ПЭТ и выводящая ее на рабочий правый склон АЧХ ПЭТ. При переходе рабочей точки с правого склона на левый АЧХ ПЭТ выходное напряжение 0 усилителя 22 (при достаточно большом коэффициенте усилителя) скачком изменяется от Оп,до ,р 1(см.фиг. 2). С мощностью диода 19 и резистора (диода) 9 на левом склоне АЧХ частотой ЗГ 10 управляет только сигнал 0 , а на правом - сигналО р с регулятора 8. Пусть частотагенерации ЗГ 10 находится левее частотыкр, ссответствующей заданному эначейию 0 З выходного напряжения, но на лево склоне АЧХ ПЭТ (в отличие от 1 роз , находящейся на правом склоне). В отсутствие фазового канала в частности канаде стабилизации знак обратной связи (положительный) и регулятор 8 уменьшаетчастоту дс значения 1 д, соответствующего нижней границе, генерации ЗГ, выходное напряжение регулятора 8 минимально. Для того, чтобы в этих условиях (без фазового канала) стабилизатор нормально функциониро" вал, необходимо, чтобы для заданного вых)диого напряжения 09 нижняя граница 1 д не выходила из полосы частот 1 - 1 пз . Однако для больших заданных значений выходного напряжения (например Оз 2 ) эта полоса сужается. Для максимального выходного напряжения полоса вырождается в точку, соответствующую реЗоиансной частоте 1 , Следовательно, в этом случае нижнюю границу 1 к нужно поддерживать равной 1 р, что Мри изменении температуры окружающей среды сделать практически невозможно . Введение фазового канала позволяет сместить нижнюю границузначительно левее 1 к по частотной оси. Тогда, например, если частота ЗГ 10 т стала ниже 1 , выходное напряжение регулятора О минимально, а выходное напряжение усилителя 22 максимально (частота 1, .1 р ). Частота ЗГ з под действием сигналаначинает увеличиваться и, когда станет 1 ь 1, выходное напряжение регулятора 8 Ор резко изменится до максимального значения, частота УЗГ будет продолжать расти, При 1 = тр выходное напряжение усилителя 22 быстро уменьшиться до минимального значения О и,я, диод 19 закроется и фазовый канал перестанет влиять на процессы в схеме. После прохождения точкизнак обратной связи в частотном канале стабилизации стано-, вится отрицательным и процессы далее протекают в схеме как при действии слабых возмущений. Обычно усилитель мощности УМ 1 нагружают на ПЭТ либо через компенсирующую индуктивность 1. К, либо через разделительную емкость Ср (фиг. 3 а,б ) . При питании стабилизатора выпрямленным сетевым напряжением схема (фиг. За) неприемлема иэ-эа значительного превышения 0 ВК ПЭТ (до 600-800 В) на частоте резонанса контура (4 ПЭТ. Вторая схема (фиг, 3) наиболее часто употребляется, энергетически неэкономична. Так, в момент открывания, например, нижнего по схеме (фиг, 35) транзистора (до этого был открыт и уже закрылся верхний транзистор), вход" ная емкость ПЭТ заряжена и происхо дит ее разряд через открывающийсятранзистор. В результате мгновеннаямощность на транзисторах УМ 1 можетдостигать больших значений (300600 Вт), хотя на транзисторах рассеивается и не очень значительнаясредняя мощность. Это приводит кчастым выходам из строя мощныхтранзисторов УМ 1, В предлагаемойсхеме (фиг. 1) параллельно входуПЭТ 4 подключена индуктивность ), з,Емкость конденсатора 2 С р 2 в несколько раэ больше входной га-баритной емкости ПЭТ, Резонансныйконтур (Ср, - З ПЭТ) настраиваетсяна резонансную частоту, несколькоменьшую рабочей частоты ПЭТ. й 35 Формула изобретения щ 1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулятор,один вход которого связан с выходныьи выводами, другой вход подклю"чен к источнику опорного напряжения,а выход - к управляемому входу задающего генератора, который черезформирующий узел соединен со входом усилителя мощности, выходомчерез конденсатор соединенного сЗОвходными электродами пьезотрансфорвматора, вывод которого через выпрямитель с фильтром подключен к выходным выводам, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияКПД и надежности, в него введены35 катушка индуктивности, подключеннаяпараллельно входным электродам, иузел выявления фазового сдвига,состоящий изфазового детектора,последовательно соединенного с уси-.4 О лителем-регулятором, причем одинвход этого узла соединен с входнымэлектродом пьезотрансформатора,другой - с одним из выходных выводов, а выход через введенный диод.соединен с управляющим входом задающего генератора.2, Стабилизатор по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, чтозадающий генератор выполнен в вв(денесимметричного мультивибратора..Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Карташев И.А. и Марченко Н.Б.Пьезоэлектрические трансформаторы.55 К., ффТехникафф, 1978, с, 140-163.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2616042/25,кл. Н 01 Ь 41/10, 1978.800974 Редактор Н,К ев .Корректор О. Ковинс Заказ 10428 Тираж 951 Подпис И Государственного комитета С делам изобретений и открытий 5, Москва, Ж, Раушская наб е Р 113 ПП Патентфф, г, Ужго Фи Втаб й 6 щ,1 Составитель С.Чер Техред М, Голинк д, 4/5ул. Проектная, 4