Стабилизированный источник постоянного напряжения и тока

Стабилизированный источник постоянного напряжения и тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА, содержавши регулирующий элеменг , два усилителя, датчики рассогласования по току и нах ряжению, буферный узел, входные клеммы, клалмы для подкпюченвя нагрузки, причем первый вход регулирующего элемента соединен с первой входной клеммой, второй вход - с выходом буферного yanaf а выход - с первым входом датчика рассогласования по току, выходы которого соединены с шсодами nepBoiX) усилителя, а. второй Вход - с первой клеммой для подключения нагрузки, соединенной с Входом датчика рассогласовашя по напряжению , выходы которого соединены с родами второго усилителя, выходы усилителей раздельно соединены с первым и вторым входами буферного уапа, а вторая входная клемма соепинена с второй кпвммоЛ для подключения нагрузки, о тличаюшийся г&л, что, с цепью улучшения динамических характер)стик с сохранением высокой точности работы, в него введен блок зсщанияограничения выходного, сигнала, а усилители выполнены в виде усилителейограничителей , выходы которых раздель (Л но соединены с первым и вторым входами бл ока задания-ограничения выходс ного снпшла, выход которого соединав с введенным третьим входом буферного узла, выполненного в виде суммато.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

6 А

3(5D 5 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3556854/24-07 (22) 06.01.83 (46) 15.04.84. Бюл. № 14 (72) Г. М. Шамхалов, В. С. Васильев и И. Т. Золототрубов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторсюе свидетельство СССР № 726514, кл. Я 05 F 1/56, 1980.

2. Патент США ¹ 3414803, кл. 323-4, 1973. (54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОЮ НАПРЯЖЕНИЯ

И ТОКА, содержаший регулирукклий элемент, два усилителя, датчики рассогласования по току и нш.ряжению, буферный узел, входные клеммы, клеммы для подключения нагрузки, причем первый вход регулирукецего элемента соединен с первой входной клеммой, второй вход - с выходом буферного узла, а выход - с первым ьходом датчика рассогласования по току, выходы которого соедииены с входами первого усилителя, а. второй вход - с первой клеммой для подключения нагрузки, соединенной с входом датчика рассогласования по напряжению, выходы которого соединены с входами второго усилителя, выходы усилителей раздельно соединены с первым и вторым входами буферного узла, а вторая входная клемма соединена с вто- . рой клеммой для подключения нагрузки, о тличаюшнйся тем, что,с целью улучшения динамических характеристик с сохранением высоюй точности работы, в него введен блок заданияограничения выходного сигнала, а усилители выполнены в виде усилителейограничителей, выходы которых раздельно соединены с первым и вторым входами блока задания-ограничения выходного сигнала, выход которого соединен С с введенным третьим входом буферного узла, выложенного в виде сумматора. Е

1 10884

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано к контрольно-измерительном оборудовании в качестве режимных источников при испы твниях полупроводниковых приборов, К источникам питания указанного назначения предъявпяются повышенные требования. в отношении точности поддержания выходного напряжения и тока, стабильности работы, быстродействия, ди- 10 намических характеристик и т.д. Одновременное получение перечисленных ка :. честв затруднительно.

Известен стабилизированный источник питания, содержащий стабилизатор тока, стабилизатор напряжения и электрический вентиль Г13.

Недостатками известного устройства являются низкая точность задания и ограничения выходного напряжения, обуслов-р0 ленная неидеальносхью прямой ветви вольтвмперной характеристики электрического вентиля; отсутствие воаможности ограничения малых выходных напряжений ((0,7 В), поскольку минимальная величина ограничения нанр определяется суммой падений напряжения нв вентиле и регулирующем транзисторе стабилизатора напряжения; ограниченный диапазон задания токов в сторону малых значений, что обусловпено обратными токами вентиля; низкий КПД, обусловлен.. ный наличием двух регулирующих элементов.

Наиболее близким к изобретению явля-, ется стабилизированный источник посто-: 35 янного напряжения и тока, содержащий регулирующий элемент, два усилителя, датчики рассогласования по току и напряжению, буферный узел, входные клеммы 40 клеммы для подключения нагрузки, причем первый вход регулирующего элемента соединен с первой Входной клеммой, второй вход - с выходом буферного узла, а Выход - с первым Входом датчика рвс

45 согласования по току, выходы которого соединены со Входами первого усилителя, в Второй вход - с первой клеммой для подключения нагрузки, соединенный со

Входом датчика рассогласования Ito на. пряжению, выходы которого соединены со Входами второго усилителя, Выходы усилителей раздельно соединены с первыми и вторым входами буферного узла, а вторая Входная клемма соединена со второй клеммой для подключения нагруз- 55 ки, Это устройство имеет лучшие резуль таты в отношении точности задания и ограничения Выходных токоВ и нвщяжений диапазона задаваемых токов (в сторону меньших значений), поскольку в его схеме отсутствует электрический вентиль. По этой же причине в нем обспеобеспечивается oI ðaíè÷åíèå малых напряжений. Поскольку в устройстве имеется лишь один регулирующий элемент, то его КПД выше, КПД известного устройства (23.

Недостатками известного устройства являются низкие динамические харак- теристики, большие выбросы напряжения и тока при импульсном изменении сопротивления нагрузки. Это объясняется тем, что в режиме задания тока усилитель, подключенный к датчику рассогласования по напряжению (усилитель рассогласования по напряжению) находится в насыщении и наоборот. При переходе из одного режима в другой на выходе источникавоэникают значительные выбросы. Действительно, если устройство работает в рекиме стабилизации тока, то на выходе усилителя рассогласования по напряжению максимальное положительное напражение. При импульсном увеличении сопротивления нагрузки напряжение на выходе устройства увеличивается. При достижении выходным напряжением величины ограничения сигнал на выходе усилителя рассогласования изменяется от максимального положительного значения до уровня напряжения ограничения, что приводит к появлению выброса на нагрузке. Величина выброса напряжения определяется скоростью изменения сопротивления нагрузки и скоростью установления выходного напряжения на выходе усилителя рассогласования по напряжению.

То обс рятельство, что буферный узел в известном устройстве выполнен в виде аналоговых ключей, пропускаюппаг нв Вход регулирующего элемента лишь минимальный положительный сигнал, не позволяет применить средства ограничения Выходных сигналов усилителей рассоглвсования. Иэ двух сигналов, поступающих с выходов рассогласования на вналоговые ключи буферного узла, максимальный сигнал запирает соответ стВующий аналоговый ключ, а минимальный - проходит через другой ключ на выход буферного узла. Чтобы ограничить напр жение на выходе стабилизатора, выходной сигнал усилителя рассогласования по напряжению должен стать меньше выходного сигнала усилителя рассогласования по току, т,е. имеется зона нечув416

3 1086 ствительности, которую необходимо преодолеть, прежде чем выходной сигнал буферного узла начнет участвовать в ограничении выходной величины стабилизатора тока и напряжения. Выполнение 5 буферного уэпа в известном устройстве в виде аналоговых ключей не позволяет начинать отслеживание выходной величины с момента превьштения ее уровня огра- ничения. fo .В режиме стабилизации напряжения и при импульсном уменыпении сопротивления нагрузки работа устройства протекает аналогичным образом с той лишь разницей, что в максимальном режиме нахо-дится усилитель, подклточенный к датчику рассогласования по току..

При использовании в качестве усилителей интегральных микросхем К 1401Д6 длительность выбросов составляет 1015 мкс, а амплитуда. выбросов колебпется в зависимости от значения напряжения на нагрузке и составляет 10-300%

or установившегося значения. Например, при установке напряжения зашиты +2В, тока нагрузки 10 NA, импульсном изме-. нении сопротивления нагрузки or 10 Ом до 1 кОм выброс выходного напряжения составляет 4 В, т.е. 200% от установившегося значения напряжения на нагрузке. ЗО

Наличие таких выбросов не позволяет использовать известное устройство в контрольно-измерительном и испытательном оборудовании для полупроводниковых приборов, поскольку не исключена воэ- 35 можность выхода последних иэ строя. под действием выбросов выходного на пряжения.

Таким образом, недостаток извесгньтх устройств выражается в трудности 40 одновременного обеспечения хороших динамических характеристик и высокой точности задания выходного тока и напряжения.

Цель изобретения — улучшение динами-45 ческих характеристик с сохранением высокой точности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источник постоянного напряжения и тока, содержащий 50 регулирующий элемент, двв усилителя, датчики рассогласования по току и напряжению, буферный узел, выходные клеммы, клеммы для подключения нагрузки, причем первый вход регулирующего 55 элемента соединен с первой входной клеммой, второй вход - с выходом буфер- ного узла, а выход - с первым входом датчика рассогласования по току, выходы которого соединены с входами первого усилителя, а второй вход — с первой клеммой для подключения нагрузки, соединенной с входом датчика рассогласо ванйя по напряжению, выходы которого соединены с входами второго усилителя, выходы усилителей раздельно соединены с первым и вторым входами буферного узла, а вторая входная клемма соединена с второй клеммой для подкпючения нагрузки, введен блок задания-ограничения выходного сигнала, а усилители выполнены в виде усилителей-ограничи)телей, выходы которых раздельно соединены с первым и вторым входами блока задания-ограничения выходного сигнала, выход которого соединен с введенным третьим входом буферного узла, выполненного в виде сумматора.

На чертеже изображена функциональ-. ная схема предлагаемого сгабилизированНОГО источника постоянноГО тока и напряжения.

Источник содержит регулирующий элемент 1, усилители-ограничители 2 и 3, датчик 4 рассогласования по току, дат чик 5 рассогласования по напряжению, блок 6 задания-ограничения выходного сигнала, сумматор 7, входные клеммы

Вх" и клеммы "Вых» для подключения нагрузки.

Датчик 4 рассогласования по току, в свою очередь, состоит из резисторного датчика 8 тока, включенного между одними входами инвертирующего операционного усилителя 9 и сумматора 10, между другими входами которых включен источник 11 эталонного напряжения, датчик 5 рассогласования по напряжению состоит из последовательно включенных датчика 12 напряжения на резисторах и источника 13 эталонного напряжения; блок 6 задания-ограничения выходного сигнала состоит из дифферен т циального усилителя 14, к одному иэ одов которого (инвертирующему) подюпочен источник 15 эталонного напряжения, а к другому - через резисторывыходы усилителей-ограничителей 2 и 3, Элементы режимного обеспечения иа чертеже не .Указаны.

Регулирутощий элемент 1 слу кит для поддержания постоянного уровня сигнала (тока ипи напряжения) на выходе устрейства и выполнен на составных транзиcropax. Коллектор транзистора подключен к входной клемме Вх стабилиЭаТо.S 10864 ра, эмиттер — к датчику 4 рассогласоBassa по току (к общей точке датчика 8 тока и первого входа сумматора 10) а база - к выходу резисторного сумматора 7.

Усилители-ограничители 2 и 3 предназначены для усиления сигналов рассогласования, поступающих с выходов соответствующих датчиков 4 и 5 рассогласования по току и напряжению, и имеют 10 однополярный выход за счет ограничения другой полярности. Усилители-ограничители 2 и 3 выполнены на базе операционных усилителей с диодами в цепях обратной связи. Входы усилителя- ограни- 15 чителя 2 подключены к выходам датчика

4 рассогласования по току, причем инвертируюший вход усилителя 2 соединен с выходом резисторного сумматора 10, входящего в состав датчика 4 рассогласования, и неинвертируюший вход - с источником 11 эталонного напряжения и неинвертирукяцим входом инвертируюшего операпионного усилителя 9, инвест тируюший вход которого соединен с датчиком 8 тока и клеммой Вых для подкпючения нагрузки.

Входы усилителя-ограничителя 3 подключены к выходам датчика 5 рассогпасования по напряжению, причем инвертируюший вход усилителя 3 соединен с, точкой соединения резисторов датчика 12 тока, а неинвертируюший — с источником

13 эталонного напряжения. Выходы усилителей-ограничителей 2 и 3 и выход

35 блока 6 задания-ограничения выходного сигнала раздельно соепиненыс резисторами сумматора 7.

Датчики 4 и 5 рассогласования по току и напряжению соответственно служат для выделения сигналов рассогласования, пропорциональных отклонениям выходного сигнала от заданных значений, определяемых источниками 11 и 13 эталонных напряжений и соответствующими

45 регулируемыми резисторами 8 и 12.

Блок 6 задания-ограничения выходного сигнала предназначен для задания смешения на управляющем входе регулирующего элемента 1 и ограничения вы" бросов выходного сигнала в перекодных режимах работы источника. Дифференциальный усилитель 14 блока 6 заданияограничения служит для усиления разности сигналов источника 15 эталонного напряжения и выходных сигналов усилителей-ограничителей 2 и 3.

Стабилизированный источник тока и напряжения работает следующим образом.

При включении устройства, когда ре гулируюший транзистор закрыт, на выходах датчиков 4 и 5 рассогласования по току и напряжению от соответствующих эталонных источников 11 и 13 устанавливаются о трица тельные сигналы, поступающие на входы усилителейограничителей 2 и 3, где происходит усиление, инвертирование и ограничение указанных сигналов до уровня, определяемого падением напряжения на диодах в цепях обратной связи усилителей-ограничителей 2 и 3.

На инвертируюший вход дифференциалт ного усилителя 14 поступает отрицательное напряжение от источника 15 эталонного напряжения. Положительное напряжение с выхода блока 6 задания-ограничения выходного сигнала начинае". нарас- тать с заданной скоростью, определяемой быстродействием усилителей-ограничителей 2 и 3. Это напряжение поступает через сумматор 7 на вход регулирующего элемента 1. На вьжоде стабилизированного источника формируется .фронт положительного напряжения. Если выходной rot устройства превысит заданное значение, то сигнал на выходе датчика

4 рассогласования по току изменит полярность (с танет положительным), на выходе усилителя-ограничителя 2 появится отрицательное напряжение, которое в сумматоре 7 сразу же начнет вычитаться из положительного напряжения блока 6 задания-ограничения выходного сигнала. При этом выходной сигнал сум.-. матора 7 уменьшается. Одновременно сигнал с выхода усилителя-ограничителя

2 воздействует на вход дифференциального усилителя 14 блока 6, в результате чего на выходе последнего также происходит уменьшение напряжения. Напряжение с выхода сумматора 7 поступает на вход регулирующего элемента 1, посредством которого происходит уменьшение выходного тока стабилизированного источника. Таким образом, осуществляет ся стабилизация выходного тока.

При импульсном изменении нагрузки (резком увеличении ее сопротивления) происходит переход источника из режима стабилизации тока в режим стабилазции напряжения, который осуществляется аналогичным образом, с той лишь разницей, что выделение сигнала рассогласования, пропорционального отклонению выходного напряжения от заданного значения, производится датчиком 5, на выходе которого появляется сигнал поло7 1 жительной полярности, поступающий на вход усилителя-ограничителя 3 выход ной сигнал которого (отрицательной полярности), воздействуя на входы сумматора 7 и дифференциального усилителя 14 блока 6, описанным образом уменьшает напряжение на нагрузке. Напряжение на нагрузке поддерживается равным запрограммированному.

Таким образом, изобретение обеспечивает улучшение динамических характеристик источника с сохранением вы086416

8 сокой точности работы. Улучшениединамических характеристик обусловлено сужением диапазона выходных напряжений за счет ограничения одной по5 лярности усилителей, отсутствием инерционности сумматора, выполненного на, резисторах, взаимодействием сигналов с выходов усилителей на регулиру оший .элемент (через введенный блок заданияограничения выходного сигнала и резисторный сумматор). Это позволяет отслеживать выходную величину с момента привыкания ее уровня ограниченж.

Составитель С. Ситко

Редактор Т.ПарфеноваК ТехРед С.МигУнова КоРРектоР М.ШаРоши

Заказ 2241/45 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113635, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4