ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

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.