Стабилизированный источник постоянного напряжения и тока Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Изобретение огносигся к электротехнике и может быть использовано к конгрольно измерительном оборудовании в качестве режимных источников при кспьн таниях полупроводниковых приборов. К источникам питания указанного назначения предъявляются повьпиенные требования, в отношении точности поддержания вькодного напряжения и тока, стабильности работы, быстродействия, динамических характеристик и т.д. Одновременное получение перечисленных честв затруднительно. Известен стабилизированный источник питания, содержащий стабилизатор тока, стабилизатор напряжения и электрнч&с кий вентиль TI. Недостатками известного устройства являются низкая т:4 чность задания и ограничения выходного напряжения, обуслов ленная неидеальностью прямой ветви вольтамперной характеристики электриче ского вентиля; отсутствие возможности ограничения малых выходных напряжений ( . 0,7 В), поскольку минимальная величина ограничения напряжения определяется суммой падений напряжения на Вентиле и регулирующем транзисторе стабилизатора напряжения; ограниченный диапазон задания токов в сторону малых значений, что обусловлено обратными токами вентйля; низкий КПД, обз ловле ный наличием двух регулирующих элемен тов. Наиболее близким к изобретению явля ется стйбилизированный источник постоянного напряжения и тока, содержащий регулиротощий элемент, два усилителя, датчики рассогласования по току и напря жению, буферный узел, входные клеммы, клеммы для подключения нагрузки, причем первый вход регулирующего элетлента соединен с пердой входной клеммой, второй вход - с выходом буферного узла а ШхЕход - с первым ЕКОДОМ датчика pac согласования по току, выходы которого соединены со входами первого усилителя а второй вкод - с первой клеммой для подключения нагрузки, соединенный со Входом датчика рассогласования по напряжению, выхода которого соединены со Входами второго усилителя, выходы усшштеией раздельно соединены с первы ми и вторым входами буферного узла, а вторая вхооная клемма соединена со второй клеммой для подкпючешя нагруэ ки. Это устройство имеет лучшие резуль таты в отношении точности задания и ограничения гыходнык токов в дарряж&НИИ диапазона задаваемых токов (в сторону меньших значений), поскольку в его схеме отсутствует электрический вентиль. По этой же причине в нем обспеобеспечивается ограничение малых напряжений. Поскольку в устройстве имеется лицш один регулирующий элемент, то его КПД выще. КПД известного устройства t2. Недостатками известного устройс ;Ва являются низкие динамические харак- теристики, большие выбросы напряжения и тока при импульсном изменении сопротивления нагрузки. Это обьяс1юется тем, что в режиме задания тока усилитель, подключенный к датчику рассогласования по Н1апряжё1юю (усилитель рассогласования по напряжению) находится в насыщении и наоборот. При переходе из одного режима в другой на выходе источника Возникают значительные выбросы Действительно, если устройство работает в режиме стабилизашга тока, то на выходе усилителя рассогласования по напряжению максимальное положительное напряжение. 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 ятельство, что буферный узел в известном устройстве выполнен в виде аналоговых ключей, пропускающих на вход регулирующего элемента лишь минимальный положительный сигнал, не позволяет применить средства ограничения выходных сигналов усилителей рассогласования. Из двух сигналов, поступающих с выходов рассогласования на аналоговые ключи буферного узла, максимальный сигнал запирает соответ« ствукяций аналоговый ключ, а минимальный - проходит через другой ключ на выход буферного узла. Чтобы ограничить напряженна на выходе стабилизатора, выходной сигнал усилителя рассогласования по напряжению должен стать меньше выходного сигнала усилителя рассогласования по току, т.е. имеется зона нечувсгвигельности, которую необходимо преодолеть, прежде чем выходной сигнал буферного узла начнет участвовать в ограниченш выходной величины стабилизатора тока и напряжения. Вьтолнение буферного узла в известном устройстве в виде аналоговых ключей не позволяет начинать отслеживание выходной велич ны с момента превьппения ее уровня огр ничений. В рекиме стабилизации напряжения и при импульсном уменыиении сопротивлен нагрузки работа устройства протекает аналогичным образом с той лишь разницей, что в максик альном режиме нахо двтся усилитель, подключенный к датчику рассогласования по току, При использовании в качестве усилитетей интегральных ми1фосхем К 1401Д длительность выбросов составляет Ю15 МКС, а амплитуда, выбросов колеблет ся в зависимости от значения напряжения на нагрузке и составляет 10-300% от установившегося значения. Например, при установке напряжения зашиты +2В, тока нагрузки 10 МА, импульсном иэме нении сопротивления нагрузки от 1О Ом до 1 кОм выброс Jвыxpднoгo напряжения составтиег 4 В, т.е. 200% от установив шегося значения напряжения на нагрузке Наличие таких выбросов не позволяет . использовать известное устройство в контрольно-измерительном и испытатель ном оборудовании для полупроводниковых приборов, поскольку не исключена возможность выхода последних из строя йод действием выбросов выходного на пряжения. Таким образом, недостаток известных устройств выражается в трудности одновременного обеспечения хороших динамических характеристик и высокой точности задания выходного тока и напряжения. Цель изобретения - улучшение динам ческих характеристик с сохранением высокой точности работы. Поставленная цель достигаетс:я тем, что в стабилизированный источник посто янного напряжения и тока, содержапшй регулирующий элемент, два усилителя, датчики рассогласования по току и напряжению, буферный узел, выходные клеммы, клеммы для подключения нагру ки, причем первый вход регулирующего элемента соединен с первой входной клеммой, второй вход - с выходом буфе ного узла, а выход - с 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 вания по напряжению, выходы которого соединены с входами второго усилителя, выходы усилителей раздельно соединены с первым и вторым входами буферного узла, а вторая входнеш клемма соединена с второй клеммой для подключения нагрузки, введен блок задания-ограничения выходного сигнала, а усилители выполнены в виде усилителей-о грани чи1 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 функциональная схема предлагаемого стабилизированного источника постоянного тока и напряжения. Источник содержит регулирующий элен мент 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 «леммы. Вх и клеммы Вых для подключения нагрузки. Датчик 4 рассогласования по току, в сВою очередь, состоит из резисторного датчика 8 тока, вкточенного между одними входами инвертирующего операционного усилителя 9 и сумматора 1О, между другими входами Которых ВКЯЕОчен источник 11 эталонного напряжения, датчик 5 рассогласования по напряжению состоит из последовательно вкзпоченйых датчика 12 напряжения на резисторах и источника 13 эталонного напряжения блок 6 задания-ограничения выходного сигнала состоит из дифференциального усилителя 14, к одному из входов которого (инвертирующему) подключен источник 15 эталонного напряжения, а к другому - через резисторы выходы усилителей-ограничителей 2 и 3. Элементы режимного обеспечения на чертеже не указаны. Регулирукяций элемент 1 служит для поддержания постоянного уровня сигнала (тока или напряжения) на выходе устрэйства и выполнен на составных транзиторах. Коллектор транзистора подключен к входной клемме Вх ста6Ш1иаа п pa, эмитгер - к датчику 4 рассогласования по току (к обшей точке 8 тока и первого входа сумматвра Ю) , а баяа - к выходу резне торного суммато ра 7. Усилители-ограничитепи 2 и 3 предназначены дпя усиления сигналов рассогласования, поступающих с выходов соответствующих датчиков 4 и 5 рассогласования по токуй напряжению, и имеют однсяюлярный выход за счет ограничения другой полярности. Усилители-ограничители 2 и 3 выполнены на базе операционных усилителей с диодами в цепях обратной связи. Входы усилителя- ограничителя 2 подключены к выходам датчика 4 рассогласования по току, причем инвертирующий вход усилителя 2 соединен с выходом резисторного cyjvnviaTopalO, входящего в состав датчика 4 рассогласования, и неинвертирующий вход .- с источником 11 эталонного напряжения и неинвертируквщим входом инвертирующего операционного усилителя 9, инвер тирующий вход которого соединен с цатчнкрм 8 тока и клеммой Ъых для подключения нагрузки. Входы усилителя-ограничителя 3 подключены к выходам датчика 5 рассогласования по напряжению, причем инВертируюший вход усилителя 3 соединен с точкой соединения резисторов датчика 1 тока, а неинвергирующий - с источником 13 эталонного напряжения. Выходы усил телей-ограничителей 2 и 3 и выход блока 6 задания-ограничения выходного сигнала раздельно соециненыс резисторами сумматора 7. Датчики 4 и 5 рассогласования по току и напряжению соответственно служат для выделения сигналов рассогласов ния, пропороиональных отклонениям вьгходного сигнала от заданных значений, определязишк источниками 11 и 13 эта лонных, напряжений и соответствующими регулируемыми резисторами 8 и 12. Блок 6 задания-ограничения выходного сигнала предназначен для задания смешения на управпяющетл Бкоде регулирУ1сяцего элемента 1 и ограничения BbJ бросов выходного сигнала в переходных режимах работы источника. Дифференпиальный усилитель 14 блока 6 задания ограничения служит для усиления разности сигналов источника 15 эталонного напряжения и выходньк сигналов усилитепей-ограничителей 2 и 3. Стабилизированный источник тока и напряжения работает следующим образом При включении устройства, .когда ре« гулирующий транзистор закрыт, на выходах датчиков 4 и 5 рассогласования по току и напряжению от соответствующих эталонньк источников 11 и 13 устанавливаются отрицательные сигналы, поступающие на входы усилителейограничителей 2 TJ 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 инвертирующий вход дифференциального усилителя 14 поступает отрицательное напряжение от источника 15 эталонного напряжения. Положительное напряжение с выхода блока 6 задания-ограничения выходного сигнала начинает нарастать с заданной скоростью, определяемой быстродействием усилителей-ограничителей 2 и 3. Это напряжение лоступает через сумматор 7 на вход регулирующего элемента I. На вьосоде стабилизированного источника формируется -фроит положительного напряжения. Если выходной тоЬ устройства превысит заданное значение, то сигнал на выходе датчика 4 рассогласования по току изменит полярность (станет 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 ЕКОД дифференциального усилителя 14 блока 6, в резутгьтате чего на выходе последнего также происходит уменьшение иапряжеиия. Напряжение с выхода сумматора 7 поступает на вход ригулирукщего элемента 1, посредством которого происходит уменыиение выходного тока стай лизированного ИСТОЧНИ1Ш. 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, протюрпионального отклонению выходного напряжения от заданного значения, производится датчиком 5, на выходе которого появляется, сигнал поло

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА, содержавши регулирующий элеменг, два усилителя, датчики рассогласования по току и нах ряжению, буферный узел, входные клеммы, клалмы для под- кпюченвя 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.