RU2038656C1 - Secondary power supply source - Google Patents

Secondary power supply source Download PDF

Info

Publication number
RU2038656C1
RU2038656C1 SU5027455A RU2038656C1 RU 2038656 C1 RU2038656 C1 RU 2038656C1 SU 5027455 A SU5027455 A SU 5027455A RU 2038656 C1 RU2038656 C1 RU 2038656C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radius
disk
electrodes
transformer
disc
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.Б. Копелиович
А.И. Сокалло
В.К. Доля
А.Е. Панич
О.Б. Чеботаренко
Original Assignee
Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" при Ростовском государственном университете
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" при Ростовском государственном университете filed Critical Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" при Ростовском государственном университете
Priority to SU5027455 priority Critical patent/RU2038656C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2038656C1 publication Critical patent/RU2038656C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: secondary power supply source has unit 1 generating electric signal of conversion frequency, piezoelectric disc transformer 2 and rectifier 3 connected in series. Electrodes of input section 5 of transformer are applied in center of both flat surfaces of piezodisc 4 in the form of circle with radius equal to 0.34 radius of disc and electrodes of output section 6 are applied on same surfaces of disc 4 in region limited by radii equal to 0.5 and 0.97 radius of disc. Disc 4 of piezotransformer 2 is anchored mechanically in central point where electric connection of generating unit 1 and electrodes of input section 5 is accomplished and in points away from center by 0.7 radius of disc where electric connection of electrodes of section 6 and rectifier 4 is carried out. EFFECT: enhanced operational stability, facilitated manufacture. 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано, в частности, при производстве вторичных источников питания радиоприборов, видео- и аудиомагнитофонов, ЭВМ и т.д. The invention relates to electronics and can be used, in particular, in the production of secondary power supplies for radio devices, video and audio recorders, computers, etc.

Наиболее близким к изобретению является вторичный источник питания, содержащий блок генерации электрического сигнала с частотой преобразования, пьезоэлектрический дисковый трансформатор и выпрямитель. Электрический сигнал, поступающий с выхода блока генерации на вход пьезотрансформатора, возбуждают в нем механические колебания. Это приводит к возникновению электрического переменного сигнала в выходной секции тpансформатора, которое может быть преобразовано в постоянное выходное напряжение с помощью выпрямителя. Closest to the invention is a secondary power source containing an electric signal generating unit with a conversion frequency, a piezoelectric disk transformer and a rectifier. An electrical signal coming from the output of the generation unit to the input of the piezotransformer excites mechanical vibrations in it. This leads to the appearance of an electrical variable signal in the output section of the transformer, which can be converted into a constant output voltage using a rectifier.

Недостатками данного вторичного источника питания являются низкий КПД и, следовательно, невозможность обеспечения передачи большой мощности. The disadvantages of this secondary power source are low efficiency and, therefore, the inability to provide high power transmission.

Задачей изобретения является создание вторичного источника питания, позволяющего повысить КПИД и обеспечить максимум передаваемой энергии при фиксированных размерах пьезотрансформатора. The objective of the invention is the creation of a secondary power source, which allows to increase the efficiency and ensure maximum transmitted energy with a fixed size piezotransformer.

Для этого во вторичном источнике питания, содержащем последовательно соединенные блок генерации электрического сигнала с частотой преобразования, пьезоэлектрический дисковый трансформатор с входной и выходной секциями электродов и выпрямитель, входная секция пьезоэлектрического трансформатора образована электродами, нанесенными в центре обеих плоских поверхностей пьезоэлектрического диска в виде круга с радиусом, равным 0,34 радиуса круга диска, а выходная секция электродами, нанесенными на обеих плоских поверхностях пьезодиска в области, ограниченной окружностями с радиусами, равными 0,5 и 0,97 радиуса диска, пьезоэлектрический диск механически закреплен в центральной точке с обеспечением в ней также электрического соединения блока генерации и входной секции трансформатора и в точках, отстоящих от центральной точки на 0,7 радиуса диска, с обеспечением в них также электрического соединения выходной секции трансформатора и выпрямителя. For this, in a secondary power source containing a series-connected unit for generating an electrical signal with a conversion frequency, a piezoelectric disk transformer with input and output sections of the electrodes and a rectifier, the input section of the piezoelectric transformer is formed by electrodes deposited in the center of both flat surfaces of the piezoelectric disk in the form of a circle with a radius equal to 0.34 of the radius of the disk circle, and the output section by electrodes deposited on both flat surfaces of the piezodisc in the area bounded by circles with radii equal to 0.5 and 0.97 of the radius of the disk, the piezoelectric disk is mechanically fixed at the center point, providing it also with an electrical connection between the generation unit and the input section of the transformer and at points 0.7 from the center point the radius of the disk, providing them with an electrical connection to the output section of the transformer and rectifier.

На фиг. 1 приведена схема вторичного источника питания; на фиг.2 эквивалентная электромеханическая схема пьезотрансформатора; на фиг.3 зависимость коэффициента К1 электромеханической связи трансформатора по входу от размеров входной секции; на фиг.4 зависимость коэффициента К2электромеханической связи трансформатора по выходу от места расположения выходной секции.In FIG. 1 shows a diagram of a secondary power source; figure 2 equivalent electromechanical circuit of a piezotransformer; figure 3 the dependence of the coefficient K 1 electromechanical connection of the transformer inlet from the size of the input section; figure 4 the dependence of the coefficient K 2 electromechanical connection of the transformer in the output from the location of the output section.

Вторичный источник питания состоит из последовательно соединенных блока 1 генерации электрического сигнала, пьезоэлектрического дискового трансформатора 2 и выпрямителя 3. The secondary power source consists of a series-connected unit 1 generating an electrical signal, a piezoelectric disk transformer 2 and a rectifier 3.

Пьезоэлектрический трансформатор 2 выполнен в виде пьезоэлектрического диска 4, на который нанесены электроды входной и выходной секций 5 и 6 соответственно. The piezoelectric transformer 2 is made in the form of a piezoelectric disk 4, on which are applied the electrodes of the input and output sections 5 and 6, respectively.

Контакты 7 и 8, предназначенные для механического крепления электрического пьезодиска 4, являются также электрическими контактами. При помощи центрального контакта 7 осуществляется электрическое соединение блока 1 генерации и электродов входной секции 5 пьезотрансформатора 2. Электрическое соединение электродов выходной секции 6 пьезотрансформатора 2 с входом выпрямителя 3 осуществляется с помощью периферийных контактов 8. Contacts 7 and 8, intended for mechanical fastening of the electric piezo disk 4, are also electrical contacts. Using the central contact 7, an electrical connection is made between the generation unit 1 and the electrodes of the input section 5 of the piezotransformer 2. The electrodes of the output section 6 of the piezotransformer 2 are electrically connected to the input of the rectifier 3 using peripheral contacts 8.

Электроды входной секции 5 дискового пьезотрансформатора 2 нанесены в центре обеих плоскостей пьезоэлектрического диска 4 на площади, ограниченной окружностью с радиусом 0,34 радиуса R диска, а электроды выходной секции 6 нанесены на тех же поверхностях диска на площади, ограниченной окружностями с радиусами 0,5 и 0,97 радиуса R диска. The electrodes of the input section 5 of the disk piezotransformer 2 are deposited in the center of both planes of the piezoelectric disk 4 in an area bounded by a circle with a radius of 0.34 radius R of the disk, and the electrodes of the output section 6 are deposited on the same surfaces of the disk in an area bounded by circles with radii of 0.5 and 0.97 of the radius R of the disk.

Периферийные контакты 8 обеспечивают крепление пьезоэлектрического диска 4 в точках, отстоящих от центра на 0,7 его радиуса (R). The peripheral contacts 8 ensure the fastening of the piezoelectric disk 4 at points spaced 0.7 from its center by its radius (R).

Вторичный источник питания работает следующим образом. The secondary power source operates as follows.

Электрический сигнал, поступающий с выхода блока 1 генерации электрического сигнала на электроды входной секции 5 пьезотрансформатора 2, возбуждает в нем механические колебания, что приводит к возникновению электрического переменного сигнала на электродах и выходной секции 6 пьезотрансформатора 2, преобразуемого с помощью выпрямителя 3 в постоянное электрическое напряжение. The electric signal coming from the output of the electric signal generating unit 1 to the electrodes of the input section 5 of the piezotransformer 2 excites mechanical vibrations in it, which leads to the appearance of an electric alternating signal at the electrodes and the output section 6 of the piezotransformer 2, which is converted by a rectifier 3 into a constant electric voltage .

Выбор точек крепления диска пьезотрансформатора 2 с помощью контактов 7 и 8, а также размеры и расположение электродов входной и выходной секций 5 и 6 обеспечивают максимальные значения КПД и передаваемой мощности при фиксированных значениях пьезокерамического диска. The choice of the mounting points of the piezotransformer transformer disk 2 using contacts 7 and 8, as well as the size and arrangement of the electrodes of the input and output sections 5 and 6, provide maximum values of efficiency and transmitted power at fixed values of the piezoceramic disk.

Распределение колебательных скоростей v в теле пьезоэлектрического диска для второй моды колебаний может быть представлено в виде
v A·I

Figure 00000002
r
Figure 00000003
, (1) где А константа, зависящая от размеров диска и величины возбуждающего напряжения;
I1 функция Бесселя;
ωр частота резонанса;
С скорость звука;
r текущая координата по радиусу.The distribution of vibrational velocities v in the body of the piezoelectric disk for the second vibrational mode can be represented as
v A · I
Figure 00000002
r
Figure 00000003
, (1) where A is a constant depending on the size of the disk and the magnitude of the exciting voltage;
I 1 Bessel function;
ω p resonance frequency;
With the speed of sound;
r current coordinate along the radius.

Известно, что для второй моды

Figure 00000004
5,39, а функция Бесселя I(x) проходит через нуль в точках Х 0, Х 3,75 и т.д.It is known that for the second fashion
Figure 00000004
5.39, and the Bessel function I (x) passes through zero at points X 0, X 3.75, etc.

Колебательная скорость обращается в нуль при r 0 и r R

Figure 00000005
0,7R.Vibration velocity vanishes at r 0 and r R
Figure 00000005
0.7R.

Следовательно, пьезоэлектрический диск, возбуждаемый на второй гармонике, не колеблется в точках с координатами r 0 и r 0,7 R. Поэтому механический контакт в этих точках не приводит к отводу механических колебаний от диска, т.е. "паразитный" отвод энергии в данной конструкции отсутствует. Therefore, the piezoelectric disk excited at the second harmonic does not oscillate at points with coordinates r 0 and r 0.7 R. Therefore, mechanical contact at these points does not lead to the removal of mechanical vibrations from the disk, i.e. There is no “parasitic" energy removal in this design.

Для эквивалентной электромеханической схемы пьезотрансформатора, представленной на фиг. 2, приняты следующие обозначения: C01 и С02 электрическая емкость входной и выходной секций соответственно при отсутствии механических колебаний диска; А1 и А2 идеальные электромеханические трансформаторы с соответствующими коэффициентами трансформации; С1, L1 и R1 механические гибкость, масса и сопротивление внутреннего трения диска соответственно; R1 сопротивление нагрузки.For the equivalent electromechanical circuit of the piezotransformer shown in FIG. 2, the following designations are adopted: C 01 and C 02 the electrical capacitance of the input and output sections, respectively, in the absence of mechanical vibrations of the disk; A 1 and A 2 are ideal electromechanical transformers with appropriate transformation ratios; With 1 , L 1 and R 1 mechanical flexibility, mass and resistance to internal friction of the disk, respectively; R 1 load resistance.

Коэффициенты электромеханической связи трансформатора по входу и выходу соответственно могут быть представлены в виде
K 2 1

Figure 00000006
и K 2 2
Figure 00000007
.The coefficients of the electromechanical coupling of the transformer at the input and output, respectively, can be represented in the form
K 2 1
Figure 00000006
and K 2 2
Figure 00000007
.

Анализ представленной на фиг.2 схемы показывает, что максимум передаваемой энергии и КПД достигаются при условии
R

Figure 00000008
и K1 ˙ K2 max.Analysis of the scheme shown in figure 2 shows that the maximum transmitted energy and efficiency are achieved under the condition
R
Figure 00000008
and K 1 ˙ K 2 max.

Решение электромеханической задачи для колеблющегося на второй моде пьезоэлектрического диска с различными областями электродов представлены на фиг.3, 4. Здесь же показаны и экспериментальные значения (х). The solution of the electromechanical problem for a piezoelectric disk oscillating in the second mode with different regions of the electrodes is shown in Figs. 3 and 4. The experimental values (x) are also shown here.

Для представленной на фиг.4 зависимости К2 от места расположения выходной секции переменной координатой является внутренний (меньший) радиус выходной секции при фиксированном внешнем радиусе, равном r/R 0,97. Точные расчеты показывают, что К1 достигает максимума r 0,34 R, а К2 при расположении электрода в области r1 0,5 R и r2 0,97 R.For the dependence of K 2 shown in FIG. 4 on the location of the output section, the variable coordinate is the internal (smaller) radius of the output section with a fixed external radius equal to r / R 0.97. Exact calculations show that K 1 reaches a maximum of r 0.34 R, and K 2 when the electrode is located in the region of r 1 0.5 R and r 2 0.97 R.

Использование изобретения обеспечивает создание компактных и экономичных источников питания для различной радиоэлектронной аппаратуры, в частности для видеомагнитофонов. The use of the invention provides the creation of compact and economical power sources for various electronic equipment, in particular for video recorders.

Claims (1)

ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий последовательно соединенные блок генерации электрического сигнала с частотой преобразования, пьезоэлектрический дисковый трансформатор с входной и выходной секциями электродов и выпрямитель, отличающийся тем, что входная секция пьезоэлектрического трансформатора образована электродами, нанесенными в центре обеих плоских поверхностей пьезоэлектрического диска в виде круга радиусом, равным 0,34 радиуса круга диска, а выходная секция электродами, нанесенными на обеих плоских поверхностях пьезоэлектрического диска в области, ограниченной окружностями радиусами, равными 0,5 и 0,97 радиуса диска, пьезоэлектрический диск механически закреплен в центральной точке с обеспечением в ней также электрического соединения блока генерации и входной секции трансформатора и в точках, отстоящих от центральной точки на 0,7 радиуса диска, с обеспечением в них также электрического соединения выходной секции трансформатора и выпрямителя. A SECONDARY POWER SUPPLY comprising a series-connected unit for generating an electrical signal with a conversion frequency, a piezoelectric disk transformer with input and output sections of the electrodes and a rectifier, characterized in that the input section of the piezoelectric transformer is formed by electrodes deposited in the center of both flat surfaces of the piezoelectric disk in the form of a circle of radius equal to 0.34 of the radius of the disk circle, and the output section by electrodes deposited on both flat surfaces of the piezoelectric of the electric disk in the region bounded by circles with radii equal to 0.5 and 0.97 of the radius of the disk, the piezoelectric disk is mechanically fixed at the center point, providing it also with an electrical connection between the generation unit and the input section of the transformer and at points 0 from the center point , 7 of the radius of the disk, providing them with an electrical connection to the output section of the transformer and rectifier.
SU5027455 1992-02-17 1992-02-17 Secondary power supply source RU2038656C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5027455 RU2038656C1 (en) 1992-02-17 1992-02-17 Secondary power supply source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5027455 RU2038656C1 (en) 1992-02-17 1992-02-17 Secondary power supply source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2038656C1 true RU2038656C1 (en) 1995-06-27

Family

ID=21596968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5027455 RU2038656C1 (en) 1992-02-17 1992-02-17 Secondary power supply source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2038656C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ерофеев А.А., Данов Г.А. и Фролов В.Н. Пьезоэлектрические трансформаторы и их применение в радиоэлектронике. М.: Радио и связь, 1988. *
Медвидь В.Р. и Тарасенко Н.Г. Пьезополупроводниковый балласт для сети переменного напряжения. М.: Энергоматоиздат, Светотехника, 1990, N 6, с.7. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100371249B1 (en) Converter with piezoceramic transformer
Yamamoto et al. Step-down piezoelectric transformer for AC-DC converters
Wu et al. Considering losses to enhance circuit model accuracy of ultrasonic wireless power transfer system
Raghavendran et al. Supercapacitor charging from piezoelectric energy harvesters using multi‐input buck–boost converter
JPH02501537A (en) Tartar removal device
RU2038656C1 (en) Secondary power supply source
WO2002027810A2 (en) Piezoelectric transformer and operating method
Imori et al. A photomultiplier high voltage power supply incorporating a piezoelectric ceramic transformer
US20040232806A1 (en) Piezoelectric transformer, power supply circuit and lighting unit using the same
SU995163A1 (en) Device for power supply of load
SU845198A1 (en) Vibromotor
US6573638B1 (en) Piezoelectric ceramic transformer and driving method therefor
RU2726222C1 (en) Electric equivalent of hydroacoustic transducer
US5389852A (en) Ultrasonic signal converter
JPS6225039Y2 (en)
US5986384A (en) Self-oscillation type signal converter
CN217938452U (en) Ultrahigh frequency mute sound wave toothbrush
RU2169965C2 (en) Piezoelectric transformer
CN211027332U (en) Ultrasonic wireless driving device
SU849430A1 (en) Acoustic surface wave transducer
SU832339A1 (en) Arrangement for measuring parameters of vibrodrive
JPH07154982A (en) Ultrasonic actuator
SU799054A1 (en) Vibromotor reversible motor
JPS6023020Y2 (en) Ultrasonic atomization unit
SU1232293A1 (en) Powerful ultrasonic generaor