Стабилизатор постоянного тока

Стабилизатор постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕИЛЬСТВУ

Союз Севетсннк

Социайнстичаскяв

Республик

S51377 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 0 1079 (21) 2858456/24-07 (51)М. Кл З

6 05 F 1/56 с присоединением заявкм Нов

Гоеударствеиный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 300781. Бюллетень Hо 28

Дата опубликования описания 30.0781 (53) УДК621. 316. .722.1(088 ° 82 (73) Заявитель (54 ) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯН НОГО ТОКА

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания. различных устройств и нэ5 мерительных схем.

Известен стабилизатор постоянного тока, содержащий два регулируемых элемента, эталонный резистор, источник опорного напряжения, два источника питания и два измернтельно-усилительных элемента 1

Недостатком известного стабилизатора постоянноГо тока является низкий

КПД, из-за того, что большая мощность рассеивается на регулирукщнх злемен- 15 тах, отсутствие возможности формирования тока разной полярности, отсутствие регулировки величины выходного тока и невозможность заземления нагрузки. 20

Известен также стабилизатор постоянного тока, содержащий регулирующий элемент, датчик тока, усилитель постоянного тока и два цифроаналоговых преобразователя $2j.

Недостатками данного стабилизатора постоянного тока является низкий

КПД, отсутствие возможности формирования тока разной полярности и невозможность заземпения нагрузки. 30

Наиболее близкий к предлагаемому стабилизатор постоянного тока, содержащий источник питания со средней точкой, двухтактный регулирующий эле-. мент, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, источником опорного напряжения, соединенный между собой через потенциометр, резистивный делитель и эталонный резистор ЕЗ, Недостатками данного преобразова" теля являются низкий КПД, иэ;за того, что большая мощность рассеивается на регулирующих элементах, особенно при малом напряжении иа нагрузке и большом выходном токе, невозможность цифрового управления велияиной тока, что затрудняет его применение совместно со стандартными цифровыми каналами передачи информации, невоэвкякность заземления нагрузки, что накладывает определенные трудности при дистанционном подключении нагрузки.

Цель изобретения - повышение КПД и расширение функциональных воэможностей стабилизатора путем обеспечения регулировки выходного тока цифровым кодск, обеспечения воэможности заземления нагрузки, расширения диапазона значений регулируемого выходного тока и диапазона напряжений на нагр уэке.

851377

Поставленная цель достигается за счет того, что во-первых, стабилиза,тор постоянного тока, содержащий опе.рационный усилитель, выход которого соединен со входом двухтактного регулирующего элемента, два источника питания, первый из выходов которых соединен с общей шиной, а второй выход - с соответствующей шиной операционного усилителя, первый эталонный резистор, потенциоьк тр, введены два регулируемых источника напряжения, второй эталонный резистор, блок формирования полярности напряжения, циф10 роаналоговый преобразователь и регистр, один из выходов которого соединен с первым входом блока формирования по- 35 лярности напряжения, а остальные - co входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом блока формирования полярности напряжения, выхОд блока формы- зл рования полярности напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, первый выход обоих регулируемых источников напряжения соединен с первым выводом нагрузки, второй вывод которой соединен

5 с общей шиной, второй выход первого регулируемого источника напряжения соединен с его первым управляющим входом и первой шиной питания двухтактного регулирующего элемента, а второй его управляющий вход соединен с первым выходом двухтакт ного регулирующего элемента, второй выход второго регулируемого источника соединен с его первым управлякщим входом и со второй шиной питания двухтактного регулирующего элемента, а второй его управлякщий вход соединен со вторым выходом двухтактного регулирующего элемента через первый и второй эталонный резисторы соединены с общей шиной, а между собой — через потенциометр, средняя точка которого соединена с инвертирукщим входом операционного усилителя, третья и четвертая шины питания двухтактного регулирукщего элемента соединены со вторыми выходами соответствующих источников питания, шины питания блока формирования полярности напряжения соеди. иены со вторыми выходами соответствующих источников питания.

Во-вторых, в стабилизаторе постоянного тока с цифровым управлением двухтактный регулирукщий элемент выполнен в виде первого транзистора 55 р-и-р типа и первого транзистора п-р-.п типа,,коллекторы которых соединены с. первой и второй. шинами питания двухтактного регулирующего элемента, соответственно, причем введены резисторы, транзисторы р-и-р типа и и-р-и типа, базы вторых транзисторов р-и-р и и-р-и типов соединены со входом двухтактного регулирукщего элемента, их эмиттеры соединены через 5 первый и второй резисторы с третьей и четвертой шинами питания двухтактного регулирукщего элемента соответственно, а коллекторы с базами третьих транзисторов n-p-и и р-и"р типов соответственно и через т Ятий и четвертый резисторы с четвертой и третьей шинами питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, эмиттеры третьих транзисторов и-р-и и р-и-р типов соединены с четвертой и третьей шинами питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, а их коллекторы с базами первых транзисторов р-и-р и и-р-и типов соответственно, а через пятый и шестой резисторы соединены с общей шиной, эмиттеры вторых транзисторов р-и--р и и-р-и типов соединены через седьмой и восьмой разисторы эмиттерамн транзисторов р — и-р и и-р-и типов соответственно, змиттеры первых транзисторов р-п-р и и-р-и типов соединены с первым н вторым выходсм двухтактного регулирукщего элемента соот. ветственно.

В-третьих, в стабилизаторе постоянного тока с цифровым управлением блок формирования полярности напряжения выполнен из операционного усилителя, переключателей резисторов и блока формирования сигнала управления переключателями, вход которого соединен с нервым входом блока формирования полярности напряжения, а выход с управлякщим входом первого и второго переключателей, вход первого переключателя соединен со вторым входом блока формирования полярности напряжения, первый выход соединен через первый резистор с неинвертирукщим входом операционного усилителя, который соединен через переменный резистор с общей шиной, а второй выход — с первым выходом второго переключателя, второй вход которого соединен с общей шиной, а вход через второй резистор с инвертирукщим входом операционного усилителя, выход которого соединен через третий резистор с его инвертирующим входом и через потен- циометр с Общей шиной, средняя точка которого соединена с выходом блока формирования полярности напряжения, а шины питания операционного усилителя соединены соответствующими шинами питания блока формирования полярности напряжения.

На чертеже изображена схема предлагаемого стабилизатора постоянного тока.

Стабилизатор постоянного тока с цифровым управлением состоит из регистра 1, соединенного с цифроаналоговым преобразователем 2 и блоком 3 формирования полярности напряжения, который состоит из блока 4 формироsaws сигнала управления, переключателей 5 и б, резисторов 7, 8 и 9, 851377 операционного усилителя 10, перемен ного резистора 11 и потенциоьетра 12, ° выход блока 3 формирования полярнос ти напряжения соединен с неинверткрующим входом операционного усилителя

13, инвертирукщий вход которого соединен со средней точкой лотенциометра 14, а выход со входом двухтактного .Регулирующего элемента 15, который сос тоит мз транзистора 16 р l1-р типа, транзистора 17 n - -p- и типа, эмиттеры которых соединены через резисторы 18 и 19 с шина ми 20 и 21 литания соответственно, нх . коллекторы через резисторы 22 и 23 с шинами 21 и 20 питания, соответственно, коллекторы транзисторов 16 и 17 соединены с базами транзисторов 24 и

25 и-р-и и р-и-р типов, эмиттеры ко.торых соединены с шинами 21 и 20 питания, соответственно, а их коллекторы соединены с базами транзисторов

26 и 27 р-и-р и и-р-и типов, соот-- 20 ветственно, а через резисторы 28 и

29 с общей шиной, коллекторы транзисторов 26 и 27 соединены с шинами 30 и 31 питания, а их эмиттеры соединены через резисторы 32 к 33 с 25 эмкттерами транзисторов 16 и 17, соответственно, и с выходами 34, 35 двухтактного регулирующего элемента 15, регулируемые источники 36 и 37 rioстоянного напряжения, первые выходы 30 которых соединены с первым выводом нагрузки 38, второй вывод которой соединен с общей шиной, вторые выходы регулируеьаах источников 36 и 37 постоянного напряжения соединены с первым мх управляющим входом и с шинами 30 и 31 питания двухтактного регулирующего элемента 15, а вторые управляющие входы соединены с выходами 34 и 35 двухтактного регулиру1ощего элемента 15, эталонные резисто- 40

Ры 39 и 40, которые включены между выходами 34 и 35 и общей шиной, потенциометр 14 включен между выходами

34 и . 35 двухтактного регулирующего элемвнта 15, источников 41 и 42 пи- 45 такая, nepiaaR выход которых соединен с общей шиной, а второй выход с соответствующими шинами питания блока 3 формирования полярности напряжения, операционного усилителя 13 и двух- : тактного регулмрунхего элемента 15.

Стабилизатор постоянного тока с. цифровым. управлением работает следующим образом.

Из интерфейса на регистр 1 поступает информация в цифровом коде о величине требуемого тока и о его полярности. Эта информация хранится до следукщего поступления информации. С выхода регистра 1 информация о величине тока s виде цифрового кода по- 40 ступает на цифроаналоговый преобразователь, где она преобразуется в величину напряжения определенной полярности и падается на вход блока 3 формкров ания полярности напряжения, 65 кроме того с регистра 1 на другой вход блока 3 формирования полярности напряжения поступает информация о полярности тока, по которой выходное напряжение с цифроаналогового,преобразователя с помсщью переключателей

5 и 6 подключается либо к неинверти» рующему входу операционного усилителя

10, в результате чего на выходе блока.

3 формирования полярности напряжения

° появляется напряжение соответствукщей полярностИ и пропорциональное велмчи.не требуемого тока.

В зависимости от полярности напряжения на выходе операционного усилителя 13 работает первая половина двухтактного регулирующего элемента

15, состоящая кз транзисторов 16, 24, и 26, либо вторая его половина, состоящая из. транзисторов 17, 25 и 27.

Пусть на выходе операционного уеилителя 13 установлено отрицательное напряжение, тогда работает первая половина двухтактмого регулирукщего элемента 15. Это.напряжение усиливается транзисторами 16 и 24, а транзистор 26 работает как усилитель мощности и на выходе 34 двухтактного регулмрукщего элеМента устанавливается напряжение, пропорциональное напряжению на его выходе, кроме того, напряжение на выходе 34 строго пропорционально напряжению на неинверткрующем входе операционного усилителя 13, из-за наличия отрицательной обратной связи, которая реализована с помощью потенциометра 14.

В результате этого ток, протекающий через эталонный резистор 39, пропорционален напряжению на неинвертирующем входе операционного усилителя 13.

Ток протекает также через резис-. тор 39, через транзистор 26 от регулируемого источника 36 постоянного напряжения, а также через нагрузку

38, так как при отрицательном входном напряжении на входе двухтактного регулирукщего элемента 15 транзистор

27 закрыт.

Напряжение на транзксторе 26 поддерживается постоянным, так как уп« равлякщие входы регулируейого источника 36 подключены между змиттером и коллектором транзистора 26.

Этот узел работает следующим образом.

Прк увеличеник сопротивления нагрузки 38 для обеспечения постоянного тока в резисторе 39 уменьшается напряжение на транзистор.26, а уменьшение напряжения на транзисторе 26 приводит к увеличению напряжения на выхсМ в регулируемого источника 36 постоянного напряжения, которое увелкчмвается до тех пор, пока- напряжение между эмиттером и коллектором транзистора 26 не установится равным первоначальному значению, а добавка

«апряжекия иа выходе регулируемого источника 36 будет приложена к нагрузке 38. Таким образом, напряжение на ныходе регулируемого источникj 36 зависит от величины сопротивления нагрузки 38 при заданном токе, в то время как напряжение на транзисторе

26 не зависит От Величины тока и От сопротивления нагрузки 38.

При этом яапряжение на выходе регулируемого источника 37 постоянного напряжения разно нулю и к закрытому транзистору 27 прикладывается только напряжение на нагрузке, в то время как к закрытому транзистору днухтактного регулируемого элемента прототипа прикладывается напряжение на нагрузке и напряжение питания этой половины 1 днухтактяого регулирукщего элемента.

Это позволяет вдвое увеличить диапазон получаеьих на нагрузке напряжений.

При положительном напряжении íа входе двухтактного регулирующего эле- 20 мента 15 работает вторая его половина точно также, как и первая половина при отрицательном напряжении яа его входе.

Наиболее эффективно применение предлагаемого стабилизатора постоянного тока с цифровым управлением н автоматизированных информационно-из-. мерительных системах для исследования параметров испытываемых приборов. Он позволяет автоматизиронать процесс измерения параметров.. По сравнению с известными стабилизаторами постоянного тока он позноляет увеличить ток в нагрузке. При этом КПД у предлагаемого стабилизатора в среднем больше, чем у известных.

Фо рмул а и з об ре те ни я

1. Стабилизатор постоянного тока„ содержащий операционный усилитель, выход которого соединен со входом двухтактного регулирующего элемента, два источника питания, первый иэ выходов которых соединен с общей шиной, а второй выход — с соответствующей шиной питания операционного усилителя, первый эталонный резистор и потейциометр о т л и ч а ю щ и и с я $Q тем, что, с целью повышения КПД и расширения функциональных возможностей, в него введены два регулируемых источника напряжения, второй эталонный резистор, блок формирования полярности напряжения, цифроаналоговый преобразо- ватель и регистр, один из выходов которого соединен.с первым входом блока формирования полярности напряжения, а остальные - со входами цифроаналогового преобразователя, выход которо- 6() го соединен со вторым выходом блока формирования пОлярности напряжения, выход блока формирования полярности напряжения соединен с неиннертирующим входом операционного усилителя, первый выход обоих регулируемых источникон напряжения соединен с первым выводом нагрузки второй вывод которой соединен с общей шиной, второй выход первого регулирукщего источника напряжения соединен с его первым управляющим входом и первой шиной питания двухтактного регулирукщего элемента, а второй его управляющий вход соединен с первым выходом двухтактного регулирующего элемента, второй выход второго регулируемого источника соединен с его первым управляющим входом и со второй шиной питания двухтактного регулирующего,элемента, а второй его уп1 равляющий вход соединен со вторым выходом двухтактного регулирующего элемента, первый и второй выходы двухт акт ного ре гули рующе го элемент а через первый и второй эталонные резисторы соединены с общей шиной, а между собой через потенциометр, средняя точка которого соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, третья и четвертая шины питания двухтактного регулирующего элемента соединены со вторыми выходами соответствующих источникон питания, шины питания блока формирования полярности напряжения соединены со вторыми выходами соответствующих источников питания.

2. Стабилизатор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что двухтактный регулирующий элемент выполнен в виде. первого транзистора .р-и-р типа и первого транзистора и-р-и типа, коллекторы которых соединены с первой и второй шиной питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, причем введе.ны резисторы, транзисторы р-и-р типа и транзисторы и-р-и типа, базы вторых транзисторов р-и-р и и-р-п типов соединены со входом двухтактного регулирукщего элемента, их эмиттеры соединены через первый и второй резисторы с третьей и четвертой шиной питания днухтактного регулирующего элемента соответственно, а коллекторы с базами третьих транзисторов и-р-п и р-п-р типов соответственно и через третий и четвертый резисторы с четвертой и третьей шйиой питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, эмиттеры третьих транзисторов и-р-и и р»п-р типов соединены с четвертой и третьей шиной питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, а их коллекторы с базами первых транэисторон р-и-р и и-р-и типов соответственно, а через пятый и шестой резисторы соединены с общей шиной, эмиттеры вторых транзисторов р-и-р и и-р-и типов соединены через седьмой и восьмой резисторы с эмиттерами транзисторов p-n-р и и-р-и типон соответственно, эмиттеры первых

851377

10 транзисторов р-и-р и п-р-.п типов соединены с первым и вторьм выходом, двухтактного регулирующего элемента соответственно.

3 ° Стабилизатор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок формирования полярности напряжения выполнен иэ операционного усилителя, переключателей резисторов н блока фор.мирования сигнала управления переклю-. иателямн, вход которого соединен с первым входом блока формирования полярности напряжения, а выход с управляющим входом первого и второго переключателей, вход первого переключателя соединен со вторым входом блока формирования полярности напряжения, первый выход соединен через первый резистор с неинвертирующим входом операционного усилителя, который соединен через переменный резистор с общей шиной, а второй выход - с первьи выходом второго переключателя, второй вход которого соединен с об,щей шиной, а через второй резистор ,:с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен через третий резистор и его инвертирукщим входом и с общей шиной через потенциометр, средняя точка которого соединена с выходом блока формирования полярности напряжения, а шины питания операционного усилителя соединены с соответс-вукщими шинами питания блока формирования полярности напряжения.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР.

В 514281 кл. 6 05 F 1/56, 1972.2. Авторское свидетельство СССР

В 546869, кл. G 05 F 1/56, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

20 9 584298, кл. G 05 F 1 /56, 1974.

851377

Заказ 6356/68

Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л. Стрелкин

Редактор Е. Спиридонова Техред А. Савка Корректор С. Щомак .