SU1064393A1

SU1064393A1 - A.c. voltage generator

Info

Publication number: SU1064393A1
Application number: SU823392219A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Васильевич Игумнов; Игорь Степанович Громов; Андрей Александрович Шишков
Original assignee: Московский Институт Радиотехники,Электроники И Автоматики
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1982-02-08
Publication date: 1983-12-30

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий пьезоэлектрический трансформатор, электроды генераторной секции которого образуют выходные выводы дл подключени сопротивлени нагрузки, и управл емый ключ, один, из коммутирующих выводов которого присоединен с одной из обкладок секции возбуждени пьезоэлектрического трансформатора , отличающийс тем, что, с целью уменьшени массы и габаритов, преобразовател путем обеспечени его работы непосредственно от сети переменного напр жени , в него введен резистивный делитель напр жени , включенный между входными выводами преобразовател , служащими дл подключени к сети переменного тока, к выходу делител подключен управл ющий вход указанного ключа, соедин ющего секцию возбуждени пьезоэлектрического транс форматора с входными выводами преобразовател , причем указанный пьезоэлектрический трансформатор имеет резонансную частоту, в целое число раз больщую частоты внешнего питающего напр жени , а ключ выполнен с двусторонней проводимостью и имеет пороговую характеристику включени . 2.Преобразователь по п. , отличающийi с тем, что ключ выполнен в виде двух встречно-параллельНо включенных тринис (Л торов, управл ющие электроды которых объединены. 3.Преобразователь по п. , отличающийс тем, что ключ выполнен в виде двух параллельно включенных МОП-транзисторов с индуцированным каналом противоположного типа проводимости и изолированной подложкой. О5 4ik 4.Преобразователь по п. I, отличающийс тем, что электронный ключ выполнен в виде двух встречно-параллельно включеноо со оо ных цепочек, образованных динистором и последовательно включенным диодом.1. AC VOLTAGE CONVERTER containing a piezoelectric transformer, the electrodes of the generator section of which form output terminals for connecting the load resistance, and a control key, one of which switching terminals is connected to one of the plates of the excitation section of the piezoelectric transformer, characterized in that reducing the weight and size of the converter, by ensuring its operation directly from the alternating voltage network, a resistive divider is introduced into it A voltage connected between the input terminals of the converter serving to connect to the AC network, a control input of the specified switch connecting the excitation section of the piezoelectric transformer to the input terminals of the converter, is connected to the output of the divider, and the specified piezoelectric transformer has an resonant frequency, an integer Since the frequency of the external supply voltage is greater, and the switch is made with two-sided conductivity and has a threshold switch-on characteristic. 2. A converter according to claim. Distinguishing with the fact that the key is made in the form of two anti-parallel Trinis (L tori, control electrodes of which are combined.) 3. The converter according to claim 2, characterized in that the key is made in two parallel-connected MOS transistors with an induced channel of the opposite conductivity type and an isolated substrate. O5 4ik 4. A transducer according to claim I, characterized in that the electronic key is made in the form of two counter-parallel connected with oooh chains formed by a dynistor and after quently switched diode.

Description

Изобретение отйоситс к электротехнике и может быть использовано в маломощных вторичных источниках, питани , преобразующих сетевое переменное напр жение, например в источниках питани электронно лучевых трубок, электрооптических затворов и т. д. . Известны преобразователи напр жени на основе пьезоэлектрических трансформаторов (ПЭТ), питающиес от промышленной сети переменного тока частотой f сети равной 1000, 400 и 50 Гц, которые содер кат выпр митель , преобразующий переменное сетевое напр жение в посто нное, сглаживающий фильтр, задающий генератор, вырабатывающий переменное напр жение с частотой, равной резонансной частоте ПЭТ, и ключевой усилитель мощности, управл емый задающим генератором. В состав преобразовател также входит пьезоэлектрический трансформатор, к секции возбуждени которого подключен выход усилител мощноети , а электроды генераторной секции служат дл подключени сопротивлени нагрузки {1J. Недостатками таких преобразователей вл ютс большие масса и габариты, обусловленные наличием сглаживающего фильтра - самого крупногабаритного элемента преобразовател , сложность схемы, обусловленна необходимостью промежуточного преобразовани переменного напр жени в стабилизированное посто нное дл обеспечени работы задающего генератора. Известны также преобразователи переменного напр жени на основе ПЭТ, работающие на частотах промышленного сетевого напр жени 1000, 400 и 50 Гц. Секци возбуждени ПЭТ подсоединена к сети переменного тока, а электроды генераторной секции ПЭТ служат дл подключени сопротивлени нагрузки. Резонансна частота ПЭТ, используемых в таких преобразовател х , равна частоте питающего сетевого напр жени (1000, 400 , 50 Гц) 2. ПЭТ с такой резонансной частотой имеют большие габариты, сложную конструкцию, например в виде камертона. При этом чем ниже частота питающего напр жени , тем большие размеры имеет ПЭТ. Преобразователи переменного напр жеНи на основе данных ПЭТ имеют значительные габариты и массу, сложны в изготовлении и характеризуютс низкой механической прочностью и, следовательно, низкой надежностью . Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности преобразователь, содержащий пьезоэлектрический трансформатор , электроды генераторной секции которого образуют выходные выходы дл подключени нагрузки, а одна из обкладок секции возбуждени подключена к коммутирующему выводу управл емого ключа. Управл ющий вход ключа подключен к выходу за дающего генератора. Вход ключа присоединен к выходу сглаживающего фильтра, вход которого соединен с выходом выпр мител . Входные выводы выпр мител вл ютс входными выводами преобразовател в целом , служащими дл подключени ко внешней сети переменного тока. Питание задающего генератора осуществл етс от стабилизатора Напр жени , подключенного к сглаживающего фильтра 3. Недостатком указанного преобразовател вл етс необходимость промежуточного выпр млени и сглаживани питающегонапр жени дл обеспечени работы задающего генератора и управл емого ключа. Сглаживающий фильтр обладает большими габаритами и массой, определ ющими массу и габариты всего преобразовател . Задающий генератор, выпр митель и стабилизатор содержат большое число элементов, что определ ет надежность и стоимость преобразовател . Цель изобретени - уменьшение массы и габаритов преобразовател путем обеспечени его работы непосредственно от сети переменного напр жени . Поставленна цель достигаетс тем, что в преобразователь переменного напр жени , содержащий пьезоэлектрический трансформатор , электроды генераторной секции которого образуют выходные выводы дл подключени сопротивлени нагрузки и управл емый ключ, один из коммутирующих выводов которого присоединен к одной из обкладок секций возбуждени пьезоэлектрического трансформатора введен резистивный делитель напр жени , включенный между входными выводами преобразовател , служащими дл подключени к сети переменного тока, к выходу делител подключен управл ющий вход указанного ключа, соедин ющего секцию возбуждени пьезоэлектрического трансформатора с входными выводами преобразовател , причем пьезоэлектрический- трансформатор имеет резонансную час- . тоту- в целое число раз большую частоты внешнего питающего напр жени , а ключ выполнен с двусторонней проводимостью и имеет пороговую характеристику включени . Ключ может быть выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тринисторов , управл ющие электроды которых объединены , или в виде двух параллельно включенных МОП-транзисторов с индуцированным каналом противоположного типа проводимости и изолированной подложкой. Ключ может быть выполнен также в виде двух встречно-параллельно включенных цепочек , образованных динистором и последовательно включенным диодом. Ключи преобразуют сетевое питающее напр жение в переменное напр жение сложной формы, имеющее крутые фронты. Резкие перепады напр жени возбуждают в ПЭТThe invention is responsive to electrical engineering and can be used in low-power secondary sources, power supplies that convert network AC voltages, such as power supplies for cathode-ray tubes, electro-optical gates, etc. Voltage converters based on piezoelectric transformers (PET) are known, which are supplied from an industrial AC network with a frequency f of 1000, 400, and 50 Hz, which contain a rectifier that converts an alternating network voltage into a constant smoothing filter that sets the generator, generating a variable voltage with a frequency equal to the resonant frequency of the PET, and a key power amplifier controlled by the master oscillator. The converter also includes a piezoelectric transformer, to the excitation section of which the output of the power amplifier is connected, and the electrodes of the generator section serve to connect the load resistance {1J. The disadvantages of such converters are the large mass and dimensions, due to the presence of a smoothing filter - the largest element of the converter, the complexity of the circuit, due to the need for intermediate conversion of alternating voltage to stabilized constant to provide the master oscillator. PET-based AC voltage converters operating at industrial mains voltage of 1000, 400, and 50 Hz are also known. The PET excitation section is connected to the AC mains, and the electrodes of the PET generating section serve to connect the load impedance. The resonant frequency of PET used in such converters is equal to the frequency of the supply mains voltage (1000, 400, 50 Hz) 2. PET with such a resonant frequency have large dimensions, a complex structure, for example, in the form of a tuning fork. Moreover, the lower the frequency of the supply voltage, the larger the PET has. Variable voltage transducers based on PET data are of considerable size and weight, are difficult to manufacture and are characterized by low mechanical strength and, consequently, low reliability. Closest to the proposed by the technical entity converter, which contains a piezoelectric transformer, the electrodes of the generator section of which form the output outputs for connecting the load, and one of the plates of the excitation section is connected to the switching terminal of the controlled key. The control input of the key is connected to the output of the giving generator. The key input is connected to the output of a smoothing filter, the input of which is connected to the output of the rectifier. The input pins of the rectifier are the input pins of the converter as a whole, serving to connect to an external AC network. The power of the master oscillator is supplied from a voltage regulator connected to a smoothing filter 3. A disadvantage of this converter is the need for intermediate straightening and smoothing of the power supply voltage to ensure the operation of the master oscillator and the control key. The smoothing filter has large dimensions and mass, which determine the mass and dimensions of the entire converter. The master oscillator, rectifier and stabilizer contain a large number of elements, which determines the reliability and cost of the converter. The purpose of the invention is to reduce the weight and size of the converter by ensuring its operation directly from the alternating voltage network. The goal is achieved in that an alternating voltage converter containing a piezoelectric transformer whose generator section electrodes form output terminals for connecting a load resistance and a control key, one of the switching terminals of which is connected to one of the plates of the piezoelectric transformer excitation sections between the input terminals of the converter, serving for connection to the AC network, to the output Ithel connected a control input of said switch connecting the piezoelectric transformer drive section to input terminals of the converter, the transformer has a resonant pezoelektricheskiy- chas-. This is an integer number of times the frequency of the external supply voltage, and the key is made with double-sided conductivity and has a switching threshold. The key can be made in the form of two opposite-connected trinistors, the control electrodes of which are combined, or in the form of two parallel-connected MOS transistors with an induced channel of opposite conductivity type and an isolated substrate. The key can also be made in the form of two opposite-parallel-connected chains formed by a dynistor and a series-connected diode. The keys convert the mains supply voltage into a complex form of alternating voltage with steep fronts. Sudden voltage drops excite in PET

слабо затухающие от фронта к фронту синусоидальные колебани , привод щие к по влению переменного напр { ени на выходе ПЭТ.sinusoidal oscillations weakly attenuating from front to front, leading to the appearance of alternating stress {PET output.

На фиг. изображена схема предлагаемого преобразовател переменного напр жени ; на фиг. 2 и 3 - эпюры напр жений в предлагаемом преобразователе; на фиг. 4-преобразователь , примеры выполнени .FIG. the circuit of the proposed variable voltage converter is depicted; in fig. 2 and 3 are the voltage plots in the proposed converter; in fig. 4-converter, examples of execution.

Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) содержит пьезоэлектрический трансформатор 1, управл емый ключ 2 и резистивный делитель 3 напр жени . Пьезоэлектрический трансформатор содержит генераторную секцию с электродами 4 и 5, секцию возбуждени с электродами 6 и 7, а управл емый ключ имеет коммутирующие выводы 8 и 9 и управл ющий вход 10.The proposed transducer (Fig. 1) contains a piezoelectric transformer 1, a control key 2, and a resistive voltage divider 3. The piezoelectric transformer contains a generator section with electrodes 4 and 5, an excitation section with electrodes 6 and 7, and a control key has switching outputs 8 and 9 and a control input 10.

Управл ющий вывод ключа 10 соединен с выходом резистивного делител II напр жени .The control terminal of the switch 10 is connected to the output of the resistive voltage divider II.

Входные выводы 12 и 13 делител подключены к входным выводам 14 и 15 преобразовател . Коммутирунэщий электрод 9 подключен к общему выводу 13 делител , а коммутирующий электрод 8 подключен; к электроду секции 7 возбуждени .Input pins 12 and 13 of the divider are connected to input pins 14 and 15 of the converter. The switching electrode 9 is connected to the common terminal 13 of the divider, and the switching electrode 8 is connected; to the electrode of excitation section 7.

Электрод секции 6 вс збуждени подключен к входу 12 делител . Сопротивление нагрузки 16 включено между электродами 4 и 5 генераторной секции.The electrode of the excitation section 6 is connected to the input 12 of the divider. The load resistance 16 is connected between the electrodes 4 and 5 of the generator section.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

Сетевое питающее напр жение Un частотой fceiH. например 1000, 400 или 50 Га, подаетс на вход преобразовател . Эпюра напр жени Unw приведена на фиг. 2а и За (где Unw - амплитуда сетевого питающего напр жени , Т 1/Гсети- период колебаний сетевого питающего напр жени ). Эпюра напр жени на выходе делител напр жени Uff приведена на фиг. 26 и 36. Пунктирной линией отмечено пороговое напр жение отпирани ключа Uo. С выхода делитеЛ напр жение поступает на управл ющий вход ключа. В .течение каждого полупериода, в момент to, когда напр жение на входе ключа превышает по абсолЕОтной величине Uo, ключ открываетс . Если ключ имеет пороговую характеристику с порогом включени ±Uo и порогом выключени , близким к нулю, то напр жение UB между электродами секции 6 и 7 возбуждени имеет вид, представленный на эпюре фиг. 20. В случае если ключ имеет пороговую характеристику с порогами включени и выключени равными ± Uo, Напр жение между электродами секции 6 и 7 возбуждени имеет вид, представленный на эпюре фиг. 30. Резкие перепады Напр жени между электродами секции возбуждени ПЭТ пр вод т к по влению в ПЭТ слабо затухающих механических колебаний с частотой fpei, равной резонансной частоте ПЭТ. На медленные изменени напр жени (с частотой fceiv) ПЭТ практически не реагирует. Возбуждение ПЭТ на более высоких гармониках можно подавить , выбира соответствующим образомMains supply voltage Un with frequency fceiH. for example, 1000, 400 or 50 ha, is fed to the input of the converter. The plot of the voltage Unw is shown in FIG. 2a and za (where Unw is the amplitude of the mains supply voltage, T 1 / Gseti is the period of oscillations of the mains supply voltage). The voltage plot at the output of the voltage divider Uff is shown in FIG. 26 and 36. The dotted line indicates the threshold voltage for unlocking the key Uo. From the output of the divider, the voltage goes to the control input of the key. At the time of each half-period, at the moment to, when the voltage at the input of the key exceeds the absolute value Uo, the key opens. If the key has a threshold characteristic with a switch-on threshold ± Uo and a switch-off threshold close to zero, then the voltage UB between the electrodes of the excitation section 6 and 7 has the form shown in FIG. 20. In case the key has a threshold characteristic with on and off thresholds equal to ± Uo, the voltage between the electrodes of the excitation section 6 and 7 is as shown in the diagram of FIG. 30. Sharp voltage drops between the electrodes of the PET excitation section lead to the appearance in PET of weakly damped mechanical vibrations with a frequency fpei equal to the resonant frequency of PET. PET does not react to slow voltage changes (with a frequency of fceiv). PET excitation at higher harmonics can be suppressed by choosing appropriately

конфигурацию. Крутизна перепадов напр жени определ етс входной емкостью ПЭТ и внутренними сопротивлени ми ключа и внещнего сетевого источника питани . Совпадение фазы квлебаний ПЭТ и перепадов напр жени на секции возбуждени обеспечиваетс .тем, что резонансна частота ПЭТ выбрана кратной частоте fcerH - Механические колебани в ПЭТ привод т к по влению напр жени между входными электродами 4 и 5, имеющего вид, представленный на фиг. 2г и 3г. В качестве примера приведены схемы преобразователей, показанные на фиг. 4 а-в.configuration. The steepness of the voltage drops is determined by the input capacitance of the PET and the internal resistances of the key and the external mains power source. The coincidence of the phase of the PET scoops and the voltage drops on the excitation section is ensured. The resonant frequency of the PET is chosen to be multiple of the frequency fcerH. Mechanical oscillations in the PET lead to the appearance of voltage between the input electrodes 4 and 5, having the form shown in FIG. 2g and 3g. As an example, the converter circuits shown in FIG. 4 a-in.

Р схеме, приведенной на фиг. 4, в качестве управл емого ключа использованы встречно-параллельно включенные тринисторы 17 и 18, управл ющие электроды которых объединены и присоединены к выходу делител напр жени , выполненного на резисторах 19 и 20. Управл емый ключ, еылолненный таким образом, имеет пороговую характеристику с порогом включени , близким к нулю. В схеме, приведенной на фиг. 46, b качестве управл емого ключа использованы встречно-параллельно включенные МОП-транзисторы 21 и 22 с индуцированными каналами п- и р-типа соответственно . Управл емый ключ данного вида имеет пороговую характеристику с напр жением порога включени и выключени ключа UQ, равным напр жению-отсечки МОП-транзисторов 21 и 22. В схеме, приведенной на фиг. 4, в качестве управл емого ключа используютс две встречно-параллельно включенные цепочки, образованные динисторами 23 и 24, и диодами 25 и 26. Управл емый ключ данного вида имеет пороговую характеристику. Напр жение открывани ключа Uo равном напр жению включени динисторов, а напр жение закрывани - близко к нулю.The P scheme shown in FIG. 4, anti-parallel-connected trinistors 17 and 18 are used as a control key, the control electrodes of which are combined and connected to the output of a voltage divider made on resistors 19 and 20. The control key thus designed has a threshold characteristic with a threshold close to zero. In the circuit shown in FIG. 46, b, anti-parallel-connected MOS transistors 21 and 22 with induced channels of n- and p-type, respectively, are used as the controlled key. A control key of this type has a threshold characteristic with a voltage threshold for turning on and off a key UQ equal to the cut-off voltage of the MOS transistors 21 and 22. In the circuit shown in FIG. 4, as a controllable key, two anti-parallel-connected chains formed by dynistors 23 and 24 and diodes 25 and 26 are used. The controllable key of this type has a threshold characteristic. The opening voltage of the key Uo is equal to the switching voltage of the dynistor, and the closing voltage is close to zero.

Таким образом уменьщены масса и габариты преобразовател путем исключени выпр мител , фильтра и задающего генератора . Thus, the mass and dimensions of the converter are reduced by eliminating the rectifier, the filter and the master oscillator.

пит Pete

пP

t.t.

l-J l-j

er.er.

wywy

(риг, 3(rig, 3

пP

Claims

1. An AC voltage converter containing a piezoelectric transformer, the electrodes of the generator section of which form the output terminals for connecting the load resistance, and a controlled key, one of the switching terminals of which is connected to one of the plates of the excitation section of the piezoelectric transformer, characterized in that, in order to reduce mass and dimensions of the converter by ensuring its operation directly from the AC voltage network, a resistive voltage divider is introduced into it connected between the input terminals of the transducer, which are used to connect to an AC network, the control input of the specified key is connected to the output of the divider, connecting the excitation section of the piezoelectric transformer with the input terminals of the transducer, and the specified piezoelectric transformer has a resonant frequency, an integer number of times higher frequency of the external supply voltage, and the switch is made with two-sided conductivity and has a threshold characteristic of inclusion. ·

2. The converter according to claim 1, characterized in that the key is made in the form of two on-parallel connected trinistors, the control electrodes of which are combined.

3. The converter according to π. 1, characterized in that the key is made in the form of two parallel-connected MOS transistors with an induced channel of the anti-false type of conductivity and an insulated substrate.

4. The converter according to π. 1, characterized in that the 4to electronic key is made in the form of two counter-parallel connected chains formed by a dynistor and a diode connected in series.

SU, 1064393

Fig.)