SU754391A1 - Стабилизированный пьезотрансформаторный источник питания постоянного напряжения 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрорадиотехнике, а именно к источникам питания и может быть использовано в системах питания устройств автоматики и вычислительной техники.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения, выполненные на пьезотрансфор- ⁵ маторах, усилителе мощности, задающем генераторе и цепи обратной связи [1].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является стабилизированный пьезотрансформаторный источник ю питания постоянного напряжения, содержащий включенные последовательно входной выпрямитель с фильтром, усилитель мощности, пьезоэлектрический трансформатор

(ПЭТ), выходной выпрямитель с фильтром, пассивную фазосдвигающую цепочку, вхо- ¹⁵ дом подключенную к выходу ПЭТ, а выходом — к задающему генератору и подключенный к выходным выводам блок сравнения, выход которого подсоединен через первый развязывающий диодный оптрон к входу широтно-импульсного модулятора,, состоящего из входного каскада с генератором тока, пороговой и логической схем ИЛИ, каскада формирования ступени и триггера,

2

блок защиты, воздействующий на широтноимпульсный модулятор, входом подключенный к усилителю мощности, блок управления усилителем мощности с моточными разделительными трансформаторами, вход которого соединен с выходами широтно-импульсного модулятора и задающего генератора [2].

Недостатками устройства являются использование пассивных фазосдвигающих цепочек, обуславливающих ограниченный диапазон изменения фазы при настройке схемы, что затрудняет обеспечение требуемого баланса фаз и может вызвать самовозбуждение схемы на паразитной резонансной частоте; низкая помехоустойчивость схемы; наличие моточных разделительных трансформаторов, возможность возникновения «сквоз ных» токов в выходном усилителе мощности, отсутствие защиты от «сквозных» токов.

Цель изобретения — повышение точности настройки на рабочую резонансную частоту, увеличение помехоустойчивости и расширение диапазона регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что

в стабилизированном пьезотрансформатор3

754391

ном источнике питания постоянного напряжения, содержащем включенные последовательно входной выпрямитель с фильтром, усилитель мощности, пьезоэлектрический трансформатор, выходной выпрямитель с фильтром и подключенный к выходным выводам блок сравнения, выход которого подсоединен через первый развязывающий диодный оптрон к входу широтно-импульсного модулятора, состоящего из входного каскада с генератором тока, пороговой и логической схем ИЛИ, каскада формирования ступени и триггера, блок защиты, воздействующий на широтно-импульсный модулятор, входом подключенный к усилителю мощности, блок управления усилителем мощности, вход которого соединен с выходами широтно-импусльного модулятора и задающего генератора, введен блок активной фазовой задержки, выполненный в виде подсоединенного параллельно выходу пьезоэлектрического трансформатора блока формирования коротких импульсов, выход которого подсоединен к первому входу дополнительно введенного триггера, неинвертирующий выход которого через последовательно соединенные конденсатор и дифференциальную ячейку подключен к входу задающего генератора, а инвертирующий — через последовательно соединенные резистор и цепь база-коллектор вновь введенного транзистора подсоединен ко входу логической ячейки, выход которой подключен ко второму выходу дополнительно введенного триггера, причем эмиттер вновь введенного транзистора непосредственно, а его коллектор через конденсатор подсоединен к общей шине.

Кроме того, с целью упрощения схемы широтно-импульсного модулятора, генератор тока входного каскада широтно-импульсного модулятора выполнен на диоде первого диодного оптрона.

С целью повышения надежности и уменьшения потерь в усилителе мощности, указанная связь выхода блока управления усилителем мощности с его входом осуществлена через дополнительные второй и третий развязывающие диодные оптроны.

С целью упрощения блока защиты, выход его подключен ко входу триггера широтно-импульсного модулятора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизированного пьезотрансформаторного источника питания постоянного напряжения.

Источник питания содержит включенные последовательно входной выпрямитель 1 с фильтром, усилитель 2 мощности с предварительными усилителями, пьезоэлектрический трансформатор 3, выходной выпрямитель 4 с фильтром, блок 5 сравнения, первый развязывающий оптрон 6, широтно-импульсный модулятор 7, состоящий из входного каскада 8 с генератором тока, пороговой 9 и

логической 10 схем ИЛИ, каскада формирования ступени 11, триггера 12, блок 13 защиты, выполненный на пороговой схеме 14, триггере 15 и кнопке 16, блок 17 управления усилителем мощности, задающий генератор 18, блок 19 фазовой задержки, выполненный на блоке 20 формирования коротких импульсов, дополнительно введенном триггере 21, конденсаторе 22 и дифференцирующей ячейке, состоящей из конденсатора 22, логической ячейки 23, резисторе 24, транзисторе 25, логической ячейке 26, конденсаторе 27, регулировочном резисторе 28, резисторе 29, генератор тока входного каскада 8 широтно-импульсного модулятора 7, выполненный на диоде 30 первого диодного оптрона 6, второй 31 и третий 32 диодные оптроны, переключающий триггер 33, входящий в состав блока 17 управления усилителем мощности, конденсатор 34, датчик напряжения 35, конденсаторы 36 и 37, транзисторы 38 и 39 и резистор 40 входного каскада 8, схему логических ключей 41.

Работа стабилизатора напряжения осуществляется следующим образом.

Короткие импульсы положительной полярности, соответствующие по времени моментам перехода выходного напряжения ПЭТ через нуль, со схемы 20 включают триггер 21. При этом закрывается транзистор 25 и через резистор 28 начинает заряжаться конденсатор 27. Заряд конденсатора 27 происходит до порогового значения напряжения срабатывания ячейки 26, которая перепадом своего выходного напряжения возвращает триггер 21 в исходное состояние. Блок 19 обеспечивает активную фазовую задержку; регулировка фазы осуществляется в широких пределах (0—360°) изменением сопротивления резистора 28, что позволяет осуществить точную настройку автогенераторного контура стабилизатора на резонансную частоту ПЭТ и исключить работу схемы на паразитных резонансных частотах. Поскольку фазовая задержка осуществляется линейно импульсной схемой с сигналами достаточно большого уровня, то помехоустойчивость ее выше, чем у пассивных фазосдвигающих цепей, которые при больших сдвигах фазы значительно ослабляют уровень сигнала. Применение линейно-импульсной фазовой задержки в автогенераторном контуре стабилизатора обеспечивает устойчивую его работу при значительных изменениях уровня входного напряжения ПЭТ. Это позволяет расширить диапазон изменения выходного напряжения стабилизатора. Задний фронт выходного импульса триггера 21 дифференцируется элементами 22, 23 и 29, короткий импульс положительной полярности с этой схемы синхронизирует работу задающего генератора 18. Выходные импульсы с генератора 18 переключают триггер 33, запускают схему 11 и воздействуют на один из входов схемы 10. В схеме 11 выходные

754391

импульсы задерживаются относительно входных на время, равное минимальной длительности ступеньки и поступают на вход триггера 12, обеспечивая тем самым запуск ШИМ 7, если на другом входе этого триггера — логическая единица. ШИМ выключается либо положительным перепадом выходного напряжения с пороговой схемы 9, либо при выходе ШИМ за границы рабочей области (по длительности вырабатываемых импульсов) выходными импульсами задающего генератора 18. Это осуществляется подачей упомянутых сигналов на входы схемы 10 ИЛИ, выход которой подключен к входу триггера 12. На неинвертирующем выходе триггера 12 появляются модулированные по ширине положительные импульсы, которые поступают на вход а логических ключей 41. На входы вис поступают парафазные прямоугольные (типа меандр) импульсы с плеч переключающегося триггера 33. Логические ключи реализуют функцию И, они попеременно с удвоенной резонансной частотой подают логическую единицу на время, равное длительности выходного импульса триггера 12 на оптронные «трансформаторы» 31 и 32. Сигналы, снимаемые с оптронных «трансформаторов», усиливаются усилителями и поступают на соответствующие плечи полумостового усилителя 2 мощности.. Усилители осуществляют форсированное включение и запирание мощных выходных транзисторов, что позволяет снизить потери энергии и в совокупности с раздельным управлением повышает надежность работы усилителя 2 мощности.

С выхода усилителя 2 мощности на вход ПЭТ 3 поступают двуполярные, модулированные по ширине прямоугольные импульсы. Переменное напряжение с выхода ПЭТ выпрямляется, сглаживается схемой 4 и поступает в нагрузку. Выходное напряжение снимается с нагрузки и поступает в блок 18 сравнения, который сравнивает часть его с заданным напряжением, разницу преобразует в соответствии с законом регулирования и усиливает. Блок сравнения нагружен на светодиод диодного оптрона 6. С целью упрощения схемы ЩИМ оптрон 6 выполняет двойную роль: осуществляет развязку выходного напряжения стабилизатора входным сетевым и выполняет функцию управляемого генератора тока входного каскада. Ток фотодиода оптрона б усиливается усилителем, собранном на транзисторе 39 и подается на зарядную емкость 37 ШИМ. В момент прихода со схемы 11 запускающего импульса на вход триггера 12 ШИМ 7 запускается. На инвертирующем выходе этого триггера появляется логический нуль, транзистор 38 закрывается и емкость 37 начинает заряжаться током транзистора 39. При превышении напряжения на емкости 37 значения порогового напряжения пороговой схемы 9 на выходе последней появляется

положительный перепад напряжения, перекидывающий триггер 12 в исходное состояние. При этом транзистор 39 открывается и через него разряжается емкость 37. Ширина выходного импульса ШИМ прямо пропорциональна управляющему напряжению блока 5 сравнения. Защита усилителя 2 мощности от «сквозных» токов осуществляется в стабилизаторе посредством специальной схемы быстродействующей защиты. При превышении на датчике 35 напряжения выше порогового значения напряжения срабатывания схемы 14, на выходе последней появляется отрицательный перепад напряжения, перебрасывающий триггер 15 в единичное состояние. На инвертирующем выходе его появляется низкий уровень напряжения, переводящий триггер 12 по входу в нулевое состояние и тем самым запрещающий работу ШИМ. Такое построение защиты позволяет исключить специальное коммутирующее устройство, силовой ключ и т. п., за счет того, что при срабатывании блок 13 защиты, транзисторы выходного усилителя 2 мощности запираются. Нажатием на кнопку 16, триггер 15 вновь перебрасывается в нулевое состояние, на входе триггера 12 появляется высокий потенциал и работоспособность схемы восстанавливается.

Claims (4)

1. Формула изобретения

   1. Стабилизированный пьезотрансформаторный источник питания постоянного напряжения, содержащий включенные последовательно входной выпрямитель с фильтром, усилитель мощности, пьезоэлектрический трансформатор, выходной выпрямитель с фильтром и подключенный к выходным выводам блок сравнения, выход которого подсоединен через первый развязывающий диодный оптрон к входу широтно-импульсного модулятора, состоящего из входного каскада с генератором тока, пороговой и логической схем ИЛИ, каскада формирования ступени и триггера, блок защиты, воздействующий на широтно-импульсный модулятор, входом подключенный к усилителю мощности, блок управления усилителем мощности, вход которого соединен с выходами широтно-импульсного модулятора и задающего генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности настройки на рабочую резонансную частоту, увеличения помехоустойчивости и расширения диапазона регулирования выходного напряжения, введен блок активной фазовой задержки, выполненный в виде подсоединенного параллельно выходу пьезоэлектрического трансформатора блока формирования коротких импульсов, выход которого подсоединен к первому входу дополнительно введенного триггера, неинвертирующий выход которого через последовательно соединенные

   7

   754391

   8

   конденсатор и дифференциальную ячейку подключен ко входу задающего генератора, а инвертирующий — через последовательно соединенные резистор и цепь база-коллектор вновь введенного транзистора подсоеди- ₅ нен ко входу логической ячейки, выход которой подключен ко второму выходу дополнительно введенного триггера, причем эмиттер вновь введенного транзистора непосредственно, а его коллектор через конденсатор подсоединен к общей шине. ю
2. 2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы широтно-импульсного модулятора, генератор тока входного каскада широтно-импульсного модулятора выполнен на диоде первого диодного оптрона.
3. 3. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения потерь в усилителе мощности, указанная связь выхода блока управления усилителем мощности с его входом осуществлена через дополнительные второй и третий развязывающие диодные оптроны.
4. 4. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения блока защиты, выход его подключен ко входу триггера широтно-импульсного модулятора.