SU1241373A1 - Управл ющее устройство стабилизированного пъезополупроводникового источника питани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к стабилизированным источникам питани . Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы управл ющего устройства стабилизированного пьезополупро- водникового источника питани . Устройство содержит формирователь 6 фазового сигнала, осуществл ющий съем сигЧ/1 П S Uen. 15 - йнала с емкостного штыр , При этом фазовый детектор 10 перезар жает конденсатор 14 до напр жени , соответст- .вующего резонансной ч-астоте пьезотранс- форматора (ПТ), т.е. выводит и отслеживает положение рабочей точки на частоте наиболее эффективной работы. При увеличении выходного напр жени  блок 2 регулировани  сравнивает jerp с ным напр жением блока 3. С момента, когда разностньй сигнал превысит значение напр жени  на резонансной частоте ПТ, детектор 10 фиксирует смещение рабочей точки и стремитс  скомпенсировать его, пропуска  на вход генератора 7 разностный сигнал с блока 2. При действии слабых возмущений их обработка производитс  блоком 2. При сильных возмущени х сигнал с блока 2 уменьшаетс  до минимального и детектор 10 принимает управление, стабилизиру  положение -рабочей точки. 2 ил. о (О ив Г5 m у л .2 (Л DO СО ;

Description

Изобретение относитс  к электротенике и предназначено дл  реализации вторичного электропитани  радиоэлектронной аппаратуры с жесткими требовани ми к весогабаритным показател м

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности в работе, в частности в услови х коммутационных всплесков выходного напр жени .

На фиг,1 представлена функциональна  схема предложенного управл ющего устройства; на фиг.2 - схема стабилизированного пьезополупроводникового источника питани  с данным управл ющим устройством.

Управл ющее устройство (фиг.1) .содержит блок 2 регулировани , блок 3 опорного напр жени , блок согласовани , выполненный в виде согласующего делител  напр жени  на резисторах Д и 5, формирователь 6 фазового сигнала, управл емый задающий генератор 7, блок 8 логических ключей, предварительный усилитель 9 мощности, фазовый детектор 10 с анализатором 11 знака и величины фазового сдвига, блоком 12 зар дного и разр дного ключей и защитным диодом 13, фильтрующий конденсатор 14, вспомогательный источник посто нного напр жени  с потенциальным выводом 15, зар дньй резистор 16, Клемму 17 дл  подключени  емкостного штыр , клемму 18 дл  подключени  потенциального вывода узла обратной св зи, клемму 19 дл  подключени  потенциального вывода B kem- него управл ющего узЛа и клеммы 20 и 21 дл  подключени  потенциальных входных, выводов оконечного усилител  мощности.

Один из входов блока 2 регулировани  соединен с выходом блока 3 опорного напр жени , другой вход - с клеммой 18 и шиной нулевого потенциала , а выход - с входом блока согласовани  - согласующего делител  4-5 напр жени . Парафазные вьгхода задающего генератора 7 через блок 8 логических ключей подключены к входам предварительного усилител  9 мощности , соединенного выходами с клеммами 20 и 21. Входной потенциальный вывод формировател  6 фазового сигнала соединен с клеммой 17. Входы анализатора 11 знака и величины фазового сдвига подключены к выходу форми- ровател  6 фазового сигнала и дополнительному выходу задающего генератора 7 , а выходы - к управл ющим входам блока I2 зар дного и разр дно- го кхшчей. Дополнительный вход блока 8 логических ключей соединен с клеммой 9 и шиной нулевого потенциала. Первый сигнальный вход блока 12 зар дного и разр дного ключей через зар дньй резистор 16 подключен к вы- ходу вспомогательного источника посто нного напр жени  (к выводу 15 и шине нулевого потенциала), второй сигнальный вход соединен с выходом блока согласовани  - согласующего делител  4-5 напр жени , а выход - с входом задающего reHejriaTOpa 7. Защитный ;даод 13 включен .между вторым сигнальным входом и выходом блока 12 зар дного и разр дного ключей. Пер- ва  обкладка фильтрующего конденсатора 14 соединена с шиной нулевого , потенцисша, а втора  обкладка - с вы- ходньгм потенциальным выводом блока 12 зар дного и разр дного ключей.

Стабилизированный пьезополупровод- никовый источник питани  (фиг.2), помимо управл ющего устройства , содержит оконечный (двухтактньй) усилитель 22 мощности, пьезотрансформа- тор 23, высоковольтный умножитель 24 напр жени , узел 25 обратной св зи, внешний управл ющий узел 26. Входы управл ющего устройства 1- соединены с выходами пьезотрансформатора 23, узла 25 обратной св зи и внешнего управл ющего узла 26, а выходы - с входами оконечного усилител  22 мощности . Пьезотрансформатор 23 включен между выходом оконечного усилител  22 мощности и входом высоковольтного умножител  24 напр жени .

Анализатор 11,  вл ющийс  логическим блоком, анализирует знак и величину сдвига фаз между передними фронтами импульсов с выхода задающего , генератора 7 и формировател  6 фазового сигнала и в соответствии с ними управл ет работой двух аналоговых -. ключей (зар дного и разр дного): в блоке 12. На-аналоговый вход одного из ключей (разр дного) поступает сигнал с выхода согласующего делител  4-5j на вход другого ключа (зар дного) через резистор 16 подаетс  напр жение питани . Выходы ключей объединены и образуют выход фазового детектора 10. Логика функционировани  анализатора

3

11 такова, что если положительный препад импульсов с выхода генератора 7 опережает по фазе (на угол, меньш 180°) аналогичный перепад с выхода формировател  6, то на врем , рае- ное этому временному сдвигу, замыкаетс  разр дный ключ, подающий сигна Up на управл ющий вход задающего генератора 7. В противном случае замыкаетс  зар дньй ключ и вход генерат ра 7.периодически через резистор 16 подключаетс  к вспомогательному источнику посто нного напр жени . Есл оба положительных перепада поступаю на вход анализатора I1 одновремен- но, ,-ТО оба ключа остаютс  разомкнутыми . .

Подключенньш к выходу фазового дтектора 10 конденсатор 14 выполн ет фукнцию запоминани  текущего значен управл ющего напр жени  Uy в промежутках -, когда аналоговые ключи разкнуты . В то врем , когда один из ключей замкнут, конденсатор 14 перезар жаетс  либо через резистор 16, либо через эквивалентное сопротивление , определ емое параллельным соеднением резисторов 4 и 5.

При использовании задающего генера

тора 7 с высокоомным входом фазовый детектор 10 оказываетс  астатическим . -Управл емый задающий генератор 7 вырабатывает три последовательности импульсов, две из которых  вл ютс  парафазным и обесп ечивают нор- мальную работу двухтактных усилителей мощности, а треть  по отнощению к ним сдвинута на фазовый угол ±90. Формирователь 6 фазового сигнала включает в себ  собственно формиро- ватель пр моугольных импульсов (усилитель-ограничитель ) и регулируемый узел задержки импульсов по фазе. Диапазон регулировани  задержки соответствует углу, несколько меньшему

ISO. Известно, что фазовьй сдвиг между входным и выходным напр жени ми высоковольтного пьезотрансформа- тора поперечно-продольного типа по частоте резонанса f. в составе источ- ника питани  зависит от формы входного напр жени  (начальной фазы первой гармоники) и дп  разных усилителей мощности колеблетс  около нулевого значени . Использование в зада- ющем генераторе 7 дополнительного

(третьего) выхода, а также регулируемого узла задержки позвол ет обеспе 5

0 5

0

5

0

чить регулирование положени  рабочей точки фазового канала на резонансной fp или, если это необходимо, близкой к ней частоте практически дп  всех типов усилителей мощности, примен емых в пьезополупроводниковых источниках питани . В .предложенном устройстве (микромодуле) между задающим генератором 7 и промежуточным усилителем 9 мощности введен блок 8 логических ключей, позвол ющий подачей стробирующих импульсов на их вход измен ть скважность выходных импульсов и . Подобное построение оконечной ступени управл ющего устройства существенно увеличивает

степень его универсальности. I.

Управл ющее устройство в составе

стабилизированного пьезополупровод- никового источника питани  работает следующим образом.

При включении источника выходное напр жение блока 2 регулировани   вл етс  минимальным, а величина Un , определ юща  положение рабочей точки пьезотрансформатора 23 на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ), может быть произвольной. Однако если границы зоны регулировани  ПО частоте задающего генератора 7 укладываютс  в диапазон 0,85 - fp (резонансна  частота пьезотрансформатора 23), то выходное переменное напр жение пьезотрансфор- матора 23 составл ет не менее несколь- ких сотен вольт, что достаточно дл  нормальной работы усилител -ограничител  формировател  6 фазового сигнала , осуществл ющего съем сигнала с емкостного штыр . В этих услови х фазовый детектор 10 путем периодического открывани  того или иного аналогового ключа в блоке 12 перезар жает конденсатор 14 до напр жени , соответствующего резонансной частоте fp пьезотрансформатора 23, т.е. выводит и отслеживает положение рабочей точки на частоте наиболее эффективной работы пьезотрансформатора 23, обеспечива  тем самым рост выходного напр жени  с максимальной скоростью. По мере увеличени  выходного напр же ни  оно становитс  сравнимым с опорным напр жением U блока 3. Блок 2 регулировани , фиксиру  этот факт, увеличивает выходное напр жение Up. С момента, когда Up превышает значение Uy , соответст); тощее резонансной

частоте f пьезотрансформатора 23, фазовый деч ектор 10, фиксиру  смещение рабочей точки от резонансной частоты fp пьезотрансформатора 23 в сторону ее увеличени  -(рабочий склон АЧХ выбран правым) и -стрем сь ском- пенсировать это смещение, периодически замыкает только ключ разр дной цепи , через который на управл ющий вход задающего генератора 7 поступает сиг- нал Up с выхода блока 2 регулировани . Тем самым фазовый детектор 10 в этом режиме фактически прекращает стабилизацию положени  рабочей точки на частоте fp и передает управление блоку 2 регулировани , пропуска  на вход генератора 7 сигнал Up с выхода согласующего делител  4-5. При действии слабых возмущений их отработка производитс  блоком 2 регулировани .

При действии сильных внешних возмущений (короткое замыкание на выходе , момент включени  и т.д.) выходное напр жение блока 2 регулировани  уменьшаетс  до минимального значени  и фазовый детектор 10, подхватыва  .управление, как этр описано вьше, стабилизирует положение рабочей точки на уровне резонансной частоты fp. По окончании внешнего возмущени  управление вновь подхватывает блок 2 регулировани ,

Особенность предложенного устройсва св зана также с переменным значением эквивалентной посто нной вре- мени перезар да конденсатора 14 в режиме отработки слабых внешних возмущний . Действительно, чем ближе рабоча точка к резонансной частоте fо пьезотрансформатора 23, тем меньше, фазово рассогласование между входным и выходным напр жени ми последнего и тем меньше относительное врем  открытого состо ни  аналогового ключа. Конденсатор 14 при этом перезар жаетс  за большее число периодов, что равносильно увеличению посто нной време- ни цепи. В предельном случае на резонансной частоте fp оба аналоговых Ключа разомкнуты и Up не измен ет величину UM.

Применение в устройстве защитного диода 13 обусловлено возможностью по влени  коммутационных всплесков при передаче управлени  фазовым кана лом частотному. При действии сильного внешнего возмущени  фазовый детектор стабилизирует положение рабочей точки в зоне разонансной частоты fp. Под действием токов утеч- |ки конденсатор 14 постепенно разр жаетс ,, Дл  компенсации уменьшени  U(. в фазовом детекторе 10 периодически замыкаетс  зар дный аналоговый ключ. Разр дный же ключ замыкаетс  только дп  компенсации различного рода флуктуации (т.е.- значительно реже). Поэтому по окончании действи  сильного возмущени  возрастающее напр жение Up вследствие того, что разр дный ключ разомкнут может оказатьс больше UH. При этом замыкание разр дного ключа вызывает скачкообразное увеличение U,, и, как следствие, колебани  выходного напр жени . Диод 13 устран ет этот недостаток, так как он открываетс  при Up U(..

Указанный )ект можно устранить и использованием вместо диода 13 резистора , соедин ющего выход фазового детектора 10 со вспомогательным точником посто нного напр жени . Ток через этот резистор должен с некоторым . избытком Koi meHCHpoBaTb разр дный ток утечки конденсатора 14. При зтом под действием результирующего тока напр жение (при разомкнутых ключах ) увеличиваетс . Дл  разр да конденсатора 14 периодически замыкаетс  только разр дньп аналоговый ключ. В этом случае с момента, когда Up и сигнал U(. начинает следить за сигналом Up .

Таким образом, в данном устройств динамический коэффициент передачи зависит-от фазового рассогласовани  (нелинейное управление), передча управлени  частотным каналом фазовому происходит плавно, без скачков, коммутационные всплески выходного напр жени  отсутствуют, врем переходных процессов оказываетс  минимально возможным. Использование блока 8 логических ключей обеспечивает универсальность применени  предложенного устройства. Воспринима  сигнал и от внешнего управл ющего узла 26, блок 8 уменьшает длитель- ность либо вовсе исключает прохождение импульсов с выхода генератора 7 на входы предварительного усилител  9 мощности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Управл ющее устройство стабилизированного пьезополупроводникового ис71

   точника питани , содержащее блок регулировани , одни из входов которого соединен с выходом блока опорного напр жени , другой - с клеммами дл  подключени  узла обратной св зи, а выход - с входом блока согласовани , задающий генератор, пара- фазные выходы которого через блок логических ключей подключены к входам предварительного усилител  мощности, соединенного выходами с клеммами дл  подключени  входов оконечного усилител  мощности, формирователь фазового сигнала, входной .потенциальный выход KOTQporo соединен с клеммой дл  подключени  емкостного штыр , фазовый детектор с анализатором знака и величины фазового сдвига и защитным диодом, фильтрующий конденсатор, соединенный первой обкладкой с шиной Нулевого потенциала, вспомогательный источник посто нного напр жени , зар дный резистор, отлич ающе е- с   тем, что, с целью повьш1ени  надежности в работе,в фазовый детектор введен блок зар дного и разр дного

   Редактор И.Рыбченко

   Составитель Л.Морозов

   Техред Л.Олейник Корректор А.Обручар

   Заказ 3608/51Тираж 631Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна ,4

   738

   ключей, задающий генератор выполнен с дополнительным выходом, а блок логических ключей - с дополнительным входом, причем входы анализатора знака и величины фазового сдвига подключены к выходу формировател  фазового сигнала и дополнительному выходу задающего генератора, а выходы - к управл ющим входам блока зар дного и , разр дного ключей,дополнительный вход блока логических ключей соединен с клеммами дп  подключени  внешнего управл ющего узла, первый сигнальный вход блока зар дного и разр дного

   ключей через зар дный резистор под- . ключен к выходу вспомогательного источника посто нного напр жени , второй сигнальный вход соединен с выходом блока согласовани , а выход - с входом задающего генератора, защитный диод включен между вторым сигнальным входом и выходом блока зар дного и разр дного ключей, выходной .потен-, циальный вывод которого соединен с второй обкладкой фильтрующего конденсатора .

   физ.2