5.7 Перетворювачі з п’єзотрансформаторами

Серед малопотужних перетворювачів, призначених для отримання напруг від одиниць вольт до десятків кіловольт, знаходять застосування перетворювачі з п’єзокерамічними трансформаторами [3, 13]. Такий трансформатор представляє собою п’єзокерамічну пластину, на яку нанесені електроди (рисунок 5.13).

Рисунок 5.13 – Перетворювач напруги з п’єзотрансформатором

Вхідна змінна напруга прикладається до електродів, що напилені на широкі поверхні пластини, і збуджує в ній пружні поперечні коливання (направлення деформації вертикальне). У товщі пластини виникають подовжні коливання. Якщо частота коливань співпадає з частотою механічного резонансу пластини, то на тор­цевих гранях виникає змінна напруга, амплітуда якої може перевищувати вхідну в 100…1000 разів. Напругу можна отримати на першій та більш високих гармоніках (рисунок 5.14).

Рисунок 5.14 – Амплітудно-частотна характеристика п’єзотрансформатора

Після випрямлення, елементи VD1...VD4, та фільтрації, елементи С1, R1, С2, напруга може використовуватися для живлення різноманітних пристроїв.

Якщо частоту генератора, який живить вхідний перетворювач (рисунок 5.13), вибрати такою, що вона буде на схилі амплітудно-частотної характеристики (рисунок 5.14) трансформатора, то використавши від'ємний зворотний зв'язок ВЗЗ, вихідну напругу можна стабілізувати, змінюючи відповідно частоту генератора.

П’єзотрансформатори дозволяють позбавитись від недоліків, які притаманні електромагнітним трансформаторам: погана технологічність; чутливість до несиметричності живлячої напруги в суміжних півперіодах; погана конструктивна сумісність з інтегральними схемами та напівпровідниковими елементами.

Розроблено трансформатори з вихідною напругою від 5 В до 10000 В, потужністю 3…20 Вт, робочою частотою 40-80 кГц, питомою потужністю 300…700 [13].

5.8 Високочастотні перетворювачі модульної структури

Перетворювачі модульної структури складаються з деякого числа однакових перетворювачів, які були розглянуті у попередніх підрозділах. Живляться вони від загального джерела і працюють на загальне навантаження [13].

Причини побудови перетворювачів на базових модулях:

збільшення струму навантаження паралельним з’єд­нан­ням вихідних ланцюгів перетворювачів;

збільшення вихідної напруги шляхом послідовного з’єднання вихідних ланцюгів модулів;

побудова багатофазних перетворювачів, в яких окремі модулі працюють на загальне навантаження, але потужність віддають по черзі (з певним часовим зсу­вом). При різних напругах модулів можна отримати на навантаженні змінну, наприклад синусоїдальну, напругу. Розроблено багатофазне джерело живлення [13] потужністю 1,5 кВт (А,В, частота перетворення 20 кГц,коефіцієнт корисної дії 80 %, маса 5,3 кг), а також перетворювач на потужність 5,4 кВт (А,В) з частотою перетворення 20 кГц та числом модулів 16;

модульні структури використовують для побудови високонадійних джерел живлення зі створенням резерву потужності і вимиканням модулів, що відмовили у процесі роботи. Резервування може бути “гарячим” та “холодним”.

Наведемо деякі характеристики і можливості модульної системи електроживлення ЕURO (розробники: Україна (Київ), Росія (Калуга)) [Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 1998, №1]:

кількість джерел стабілізованої напруги 1…4;

вихідні напруги 5, 12, 15, 24, 27, 40, 48 В;

струми навантаження 1…60 А (60 А при В);

нестабільність вихідної напруги:

а) 0,2 % при зміні вхідної напруги на 20 %;

б) 0,3 % при зміні струму навантаження у діапазоні 0…100 %;

в) 0,02 % при зміні температури в діапазоні 0…50 °С;

величина пульсацій вихідної напруги:

а) 40 мВ при вимірюваннях в діапазоні частот 1 Гц…10 Мгц;

б) 50 мВ при вимірюваннях в діапазоні частот 1 Гц…250 МГц.

гальванічні розв’язки вихідних напруг;

робота на ємнісне навантаження;

контроль вхідної і вихідної напруг з формуванням відповідних службових сигналів; захист при зменшенні і збільшенні вихідної напруги, перевантаженнях, від перегріву; контроль часу знаходження силових елементів в режимах перевантаження;

можливість паралельної роботи модулів;

можливість визначення порядку увімкнення окремих вихідних напруг.