способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора
Классы МПК: | G05F1/14 с использованием в качестве оконечных управляющих устройств трансформаторов с ответвлениями или секционированных катушек индуктивности H01L41/107 с электрическим вводом и электрическим выводом |
Автор(ы): | Доля В.К., Копелиович М.Б. |
Патентообладатель(и): | Научное конструкторско-технологическое бюро "Пьезоприбор" при Ростовском государственном университете |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-07-07 публикация патента:
27.08.1996 |
Использование: во вторичных источниках питания для различной радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, содержит управляемый на частоте генератор 1, пьезотрансформатор 2, имеющий входную 3 и выходную 4 секции электродов, блок 5 управления, блок 6 формирования управляющего напряжения и источник 7 опорного напряжения. Предложенный способ стабилизации позволяет обеспечить высокую скорость отработки импульсных возмущений. Использование изобретения позволит создать компактные и экономичные стабилизированные источники питания. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, входная секция электродов которого включена в выходную цепь управляемого по частоте генератора, а выходная секция электродов соединена с выводами для подключения нагрузки, заключающийся в том, что измеряют напряжение на выходе пьезотрансформатора, сравнивают его с напряжением опорного источника, выявляют сигнал рассогласования и в функции этого сигнала формируют управляющее напряжение, с помощью которого управляют частотой управляемого генератора, и изменяют таким образом рабочую частоту пьезотрансформатора, отличающийся тем, что частоту управляемого генератора изменяют до совпадения с резонансной частотой пьезотрансформатора, измеренной со стороны входной или выходной секции электродов пьезотрансформатора при закороченной соответственно выходной или входной секции электродов, и поддерживают ее постоянной независимо от изменения величины нагрузки, при этом пьезотрансформатор выполнен с параметрами, удовлетворяющими соотношению![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-13t.gif)
где Свх, Свых емкости входной и выходной секций электродов пьезотрансформатора соответственно;
Uвх, Uвых напряжение на входе и выходе пьезотрансформатора соответственно;
Квх, Квых эффективные коэффициенты связи пьезотрансформатора по его входу и выходу соответственно,
а управляющее напряжение формируют в течение времени, соизмеримого с характерным временем изменения скорости звука материала пьезотрансформаторе в зависимости от внешних условий.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при производстве вторичных источников питания для телерадиоприборов, ЭВМ и т.д. Известны способы стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора (ПТ) [1, 2, 3]Основной недостаток известных способов заключается в малом диапазоне регулирования при быстрых изменениях сопротивления нагрузки. Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является способ регулирования выходного напряжения пьезотрансформатора, описанный в [4]
Известный способ регулирования заключается в следующем. Известно, что АЧХ ПТ имеет резонансный характер. Поэтому, регулируя рабочую частоту источника, выбирают требуемую точку АЧХ, соответствующую заданной величине выходного напряжения. При изменении сопротивления нагрузки или внутренних параметров пьезотрансформатора (из-за температуры, времени и т.д.) выходное напряжение изменяется и рабочую частоту заново подстраивают, обеспечивая постоянство выходного напряжения. Поиск рабочей частоты осуществляется автоматически с помощью устройства, состоящего из управляемого генератора, пьезотрансформатора с входной и выходной секциями электродов, источника опорного напряжения, блока управления и блока формирования управляющего напряжения (см. там же, с. 91). Известный способ реализуется следующим образом. В блоке управления происходит сравнение опорного напряжения, генерируемого источником опорного напряжения, и напряжения на выходе ПТ. В случае, если эти напряжения не равны друг другу блок управления вырабатывает сигнал, по которому блок формирования управляющего напряжения генерирует управляющий сигнал, поступающий на управляющий вход генератора, и последний начинает изменять свою частоту (т.е. осуществляется режим поиска). Поиск частоты реализуется в области частот, расположенных на правой ветви АЧХ [4, с. 59, 93] Изменение частоты заканчивается при достижении равенства опорного и выходного напряжений и система управления переходит в режим слежения (режим поиска прекращается). Основной недостаток известного способа [4, с. 95] заключается в ухудшении стабилизации выходного напряжения при действии сильных систематических импульсных возмущений, срывающих режим слежения из-за недостаточного быстродействия системы и вызывающих необходимость осуществления режима поиска после каждого такого возмущения. К таким возмущениям относятся скачки яркости (следовательно, сопротивления нагрузки) в кинескопах, скачки потребляемого тока в цифровой технике. Конечное время осуществления поиска частоты приводит к запаздыванию отработки возмущения и появлению пульсаций (выбросов) выходного напряжения источника. Отмеченные недостатки обусловлены тем, что известный способ имеет низкую скорость отработки импульсных возмущений. Заявляемый в качестве изобретения способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора позволяет обеспечить высокую скорость отработки импульсных возмущений (практически мгновенно) и низкое выходное сопротивление источника. Указанный технический эффект достигается тем, что в способе стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, входная секция электродов которого включена в выходную цепь управляемого по частоте генератора, а выходная секция электродов соединена с выводами для подключения нагрузки, при котором измеряют напряжение на выходе пьезотрансформатора, сравнивают его с напряжением опорного источника, выявляют сигнал рассогласования и в функции этого сигнала формируют управляющее напряжение, с помощью которого управляют частотой управляемого генератора и изменяют таким образом рабочую частоту пьезотрансформатора, частоту управляемого генератора изменяют до совпадения с резонансной частотой пьезотрансформатора, измеренной со стороны входной или выходной секции электродов пьезотрансформатора при закороченной соответственно выходной или входной секции электродов, и поддерживают ее постоянный независимо от изменения величины нагрузки, при этом пьезотрансформатор выполнен с параметрами, удовлетворяющими соотношению:
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-2t.gif)
где Cвх, Cвых емкость входной и выходной секции пьезотрансформатора, соответственно;
Uвх, Uвых напряжение на входе и выходе пьезотрансформатора, соответственно;
Kвх, Uвых эффективные коэффициенты связи пьезотрансформатора по его входу и выходу, соответственно,
а управляющее напряжение формируют в течение времени, соизмеримого с характерным временам изменения скорости звука материала пьезотрансформатора в зависимости от внешних условий. На фиг. 1 приведена эквивалентная электромеханическая схема пьезотрансформатора;
на фиг. 2 структурная схема устройства, реализующего изобретение, где 1 управляемый генератор; 2 пьезотрансформатор, имеющий входную 3 и выходную 4 секции электродов; 5 блок управления; 6 блок формирования управляющего напряжения; 7 источник опорного напряжения. Достижение стабилизации выходного напряжения согласно изобретению обусловлено следующим. Рассмотрим эквивалентную схему [4, с. 24 25] пьезотрансформатора (фиг. 1). На схеме приняты следующие обозначения: Coвх, Coвых емкости входной и выходной секций электродов ПТ при отсутствии его колебаний; Zм механический импеданс ПТ, состоящий из гибкости Г массы m и сопротивления механических потерь r; Rн сопротивление нагрузки ПТ; N1 и N2 коэффициенты электромеханической трансформации по входу и выходу ПТ, соответственно. Коэффициент передачи ПТ соответствует выражению:
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-3t.gif)
Очевидно, что при условии
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-4t.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-5t.gif)
где
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-6t.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-7t.gif)
где Q механическая добротность ПТ (ненагруженного);
C эквивалентная гибкость ПТ;
Cвых Coвых + C емкость выходной секции ПТ;
Kвых коэффициент электромеханической связи ПТ, определенный по выходу. С учетом (3) выражение (2) принимает вид
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-8t.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-9t.gif)
Учитывая, что Сoвых Cвых(1 Kвых2)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066005/8776.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-10t.gif)
Поскольку для современных ПТ используются материалы с высокими характеристиками QK2 > 300 [4, с. 20] то величина А < 1 при условии
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-11t.gif)
Таким образом, приведенные рассуждения показывают, что если ПТ возбуждать на частоте механического резонанса, то импульсные возмущения, имеющие Rн в пределах удовлетворения условия (6) (в современных теле-, и цифровых устройствах колебания нагрузки от Rн=
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/8734.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/2066064-12t.gif)
где Квх, Cвх коэффициент электромеханической связи по входу ПТ и его емкость, соответственно. Как видно, для конкретного ПТ, характеризующегося только одной совокупностью
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/8800.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066043/969.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066064/8734.gif)
![способ стабилизации выходного напряжения пьезотрансформатора, патент № 2066064](/images/patents/406/2066005/8776.gif)
Класс G05F1/14 с использованием в качестве оконечных управляющих устройств трансформаторов с ответвлениями или секционированных катушек индуктивности
Класс H01L41/107 с электрическим вводом и электрическим выводом