Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного тока

Предложен пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного тока, содержащий задающий генератор с времязадающим конденсатором, источник опорного напряжения, делитель выходного сигнала, усилитель мощности, пьезоэлектрический трансформатор, выпрямитель-фильтр и отличается тем, что он дополнительно содержит компаратор, два входа которого подключены соответственно к выходу источника опорного напряжения и к делителю выходного сигнала, а выход - к первому входу задающего генератора. При этом между выходом пьезоэлектрического трансформатора (входом выпрямителя-фильтра) и времязадающим конденсатором включена последовательная RC-цепь. Введение дополнительного компаратора и включение последовательной RC-цепи позволяет повысить кпд пьезополупроводникового стабилизатора на 5-10% (в зависимости от его мощности).

Предлагаемое устройство относится к электронике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Известны пьезополупроводниковые стабилизаторы постоянного тока с применением фазовой автоподстройки частоты [1], однако эти устройства сложны и недостаточно быстро реагируют на возмущающие воздействия.

Наиболее близким из известных стабилизаторов по выполняемой функции и схемному решению является пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного тока, представленный на Фиг.1 и содержащий задающий генератор ЗГ с времязадающим конденсатором С, источник опорного напряжения ИОН, делитель выходного сигнала Rд, усилитель мощности УМ, пьезоэлектрический трансформатор ПТ и выпрямитель-фильтр ВФ. Этот стабилизатор, описанный в [2], был выбран за прототип. Недостатком такого стабилизатора является низкий коэффициент полезного действия из-за работы пьезоэлектрического трансформатора на склоне его амплитудно-частотной характеристики, а также ухудшение стабилизации при действии сильных импульсных возмущений, вызывающих инверсию управления и последующий режим поиска, что приводит к замедлению выхода на стационарный режим.

Сущность предлагаемого стабилизатора заключается в том, что он содержит: задающий генератор, времязадающий конденсатор, источник опорного напряжения, делитель выходного сигнала, усилитель мощности, пьезоэлектрический трансформатор, выпрямитель-фильтр, причем выход задающего генератора подключен к усилителю мощности, выходы усилителя мощности к входам пьезоэлектрического трансформатора, выход пьезоэлектрического трансформатора - к выпрямителю-фильтру

выход выпрямителя-фильтра - к делителю выходного сигнала и отличается тем, что содержит дополнительные компаратор и последовательную RC-цепь, причем выход компаратора подключен к входу задающего генератора, входы компаратора -соответственно к делителю выходного сигнала и к источнику опорного напряжения, а между выходом пьезоэлектрического трансформатора и времязадающим конденсатором включена последовательная RC-цепь.

Сущность предлагаемого стабилизатора поясняется чертежом показанном на Фиг.2, где

1 - задающий генератор

2 - времязадающий конденсатор

3 - источник опорного напряжения

4 - делитель выходного сигнала

5 - усилитель мощности

6 - пьезоэлектрический трансформатор

7 - выпрямитель-фильтр

8 - компаратор

9 - последовательная RC-цепь.

Работа стабилизатора заключается в следующем.

При включении стабилизатора возникает колебательный процесс в задающем генераторе 1, который вызывает появление сигнала на выходе пьезоэлектрического трансформатора 6. Этот сигнал, проходя через последовательную RC-цепь 9, изменяет форму напряжения на времязадающем конденсаторе 2 в течение периода колебания так, что период колебания задающего генератора 1 становится равным резонансному периоду колебания пьезоэлектрического трансформатора 6.

В результате будет расти напряжение делителя выходного сигнала 4. Когда оно достигнет величины источника опорного

напряжения 3, сработает компаратор 8 и выключит задающий генератор 1. В результате колебания пьезоэлектрического трансформатора 6 начнут затухать, что вновь переключит компаратор 8 и процесс повторится.

Так происходит стабилизация тока нагрузки.

Эффективность стабилизатора заключается в следующем.

Последовательная RC-цепь 9 позволяет задающему генератору 1 захватывать резонансную частоту пьезоэлектрического трансформатора 6, где его кпд близок к максимуму, а компаратор 8 отключает подачу избыточной энергии на пьезоэлектрический трансформатор 6, обеспечивая стабилизацию выходного тока при минимальных затратах энергии.

Поскольку форма напряжения на времязадающем конденсаторе 2 может быть скорректирована гораздо быстрее, чем частота задающего генератора 1, управляемого напряжением (как в прототипе), то сокращается время выхода на требуемый режим работы.

Экспериментальная проверка пьезополупроводникового стабилизатора показала положительные результаты, по которым он был принят к серийному изготовлению.

Источники информации, использованные при составлении заявки:

1. Sam Ben-Yaakov and Simon Lineykin Frequency Tracking to Maximum Power of Piezoelectric Transformer HV Converters under Load Variations. www.ее.bgu.ac.il/˜pel/pdf-files/jour121.pdf

2. А.А.Ерофеев и др. Пьезоэлектрические трансформаторы и их применение в радиоэлектронике. М., Радио и связь, 1988 г., с.93, рис.3.23.

Пьезополупроводниковый стабилизатор постоянного тока, содержащий задающий генератор, времязадающий конденсатор, источник опорного напряжения, делитель выходного сигнала, усилитель мощности, пьезоэлектрический трансформатор и выпрямитель-фильтр, отличающийся тем, что он дополнительно содержит компаратор, два входа которого подключены соответственно к выходу источника опорного напряжения и к выходу делителя выходного сигнала, а выход - к входу задающего генератора, при этом между выходом пьезоэлектрического трансформатора и времязадающим конденсатором включена последовательная RC-цепь.