Стабилизирующий источник напряжения постоянного тока с изменяющейся полярностью Советский патент 1988 года по МПК G05F1/56 

00

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания систем автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - расширение функциональных Возможностей за счет обеспечения оперативного контроля тока нагрузки в режиме стабилизации напряжения и автоматического переключения в режим стабилизации тока при достижении заданного значения тока нагрузки. Устройство содержит два непрерывных стабилизатора напряжения с регулирующими элементами 8,9, включенными последовательно в выходные цепи источников 1,2 питающего напряжения |)

со

13

соогнетственно положите/иной и отрицательной полярностей и управляемыми от обшего усилителя 7 сигнала ошибки. Задание двухполярных значений напряжения на нагрузке 17 осуществляется подачей цифрового кода на выводы 8.1 -18.(t+n), связанные с информационными входами управляющего цифро- аналогового преобразователя 4 и задающего цифроаналогового преобразователя 5. Задание допустимого тока нагрузки производится подачей соответствующего цифрового кода на выводы 19.1-19.2, связанные с информацион

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания систем автоматики и вычислительной техники с требованиями по изменению полярности питаюшет о напряжения.

Цель изобрет : ния - расгаирение функциональных ао «можностей путем обеспечения оператт вного контроля тока нагрузки в ргжш- стабилизации напряжения и автоматического переключения а pe.KHt ibi стабилизации тока при достижении заданного значения тока нагруяки.

На фиг . 1р пдст авлена функциональная схема пред-П 4raf.Moro стабьшизирую- щего ис очника кайряжения постоянного ока с изменяющейся полярностью; на фиг. 2-4 - ijiaf-ib; п 1равляющего, первого и второго ад. цифроаналого- выл преобрязователей (ЦДЛ) соответственно .

Устройс -во содержит источники I и 2 питающего напряжения соответстве ;- чо положительной и отрицательной по- лягностей, источник 3 опорного напряжения, управляющий ЦАП 4, первый задающий ПЛП 5, измерительный резистор 6, усилитель 7 сигнс1ла ошибки, регулирующие элементы 8 и 9, дифференциальный усилитель 10, второй задающий ПАП П, компяраторы 12 и 13, разделительные диоды 14 и 15 и токоогра- ничивающий рези .тор 16. На схеме поными входами задающего цифроаналогового преобразователя 1I. Переход ич режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока происходит по сигналу дифференциального усилителя 10, контролирующего падение напряжения на измерительном резисторе 6. Этим сигналом изменяется состояние одного из компараторов 12,13, открывается один из разделительных диодов 14,15 и уменьшается напряжение на неинвертирующем входе усилителя 7 сигнала ощибки, что предопределяет снижение тока нагрузки. 4 ил.

казаны также нагрузка 17, выводы 18.1 , 18.2,...,18., 18(Н1), 18. ( + 2),...,18.(+п) для подключения первой цифровой магистрали и выводы 19.1, 19.2,...,9:Р для подключения второй цифровой магистрали. Регулирующие элементы 8 и 9 включены последовательно в выходные цепи соответственно источников i и 2 питающего напряжения и соединены друг с другом выходными силовьми вьтяодами.

Управляющий 4 1 5 1|АП включены последовательно и соединены информационными входами с выводами 18.1- 18.(f+n). Выход источника 3 опорного напряжения подключен к опорным входам управляющего 5 и задаюигего I 1 ЦДЛ. Инвертирующий вход усмлителя 7 сигнала ошибки соединен с выводами для подключения нагрузки 17. Цифровые входы задающего IWI i 1 соединены с выводами 19.1-19,Е, а прямой и инверсный выходы - с НСинпертирующими входами компараторов 12 и 13 соответственно. Иеинверт т-) тощий вход усилителя 7 сигнспа отпибки через тгкоог- раничипающий речистс.1р 16 подключен к выходу застающего ЦЛП 5, а через противоположно включенШ)е разделительные, диоды 14 и I5 - к выходам компараторов 12 и (3. Измер 1тельный резистор 6 j- ключен между выходными силовыми выводами регулирующггх элементов 8 и 9 и выходным потенциальным выао- дом для подключения нагрузки 17. Вход

ные выводь; дифференциального усилителя 10 Соединены с выводами измерительного ре --(стора 6, а выход - с инвертирующими входами компараторов 2 и 13.

Управляющий ЦАП Д состоит из последовательно включенных преобразователя 20 код - ток и преобразователя 21 ток - напряжение. Задающий четы- рехквадрантный ЦАП 5 образован последовательно включенными преобразователем 22 код - ток и преобразователем 23 ток - напряжение и, кроме того, содержит размещенные во вспомогатель ных цепях усилитель 24 и резисторы 25 - 27. Задающий двухквадрантный ЦАП 11 состоит из последовательно включенных преобразователя 28 код - ток, преобразователя 29 ток - напряжение и подключенного к его выходу инвертора 30.

Устройство работает следующим образом.

Задание стабилизированных двухпо- лярных значений напряжения и значения допустимого тока нагрузки осуществляется установкой на входных цифровых магистралях соответствующих цифровых кодов. ,Пля задания двухпо- лярных значений напряжения на нагрузке I7 информация в цифровом коде подается на информационные входы управляющего 4 и задающего 5 ЦАП по выводам le.l-ieCE-t-n), для задания допустимого тока наг рузки информация в цифровом коде подается на информационные входы задающего ЦАП 11 по выводам 19.1-19.5.

Уровень напряжения с выхода задающего ЦАП 5 через резистор 16 поступает на неинвертирующий вход усилителя 7 сигнала ошибки. Отрицательная обратная связь по напряжению замкнута между нагрузкой 17 и инвертирующим входом усилителя 7, что обеспечивает соответствие выходного напряжения устройства напряжению на неинверти- ругощем входе усилителя 7. Регулирующие элементы 8 и 9 обеспечивают усиление выходного тока усилителя 7.

Формирование выходного напряжения устройства в положительной или отрицательной области задается установкой на входе 18(1+1) высокого или низкого логического уровней соответственно, что следует из свойств задающего ЦАП 5, являющегося четырех10

15

0

квадрантным преобразователем код - напряжение.

Значение выходного напряжения устройства определяется величиной опорного напряжения источника 3 опорного напряжения и цифровым словом на первой цифровой магистрали, т.е. на выводах 18.1-18(Е+п).

Устройство в режиме ограничения тока работает за счет изменения напряжения на неинвертирующем входе усилителя 7 сигнала ошибки и, соответственно, на нагрузке 17.

Пусть на выводах I 8. 1-1 8() установлено цифровое слово, соответствующее определенному напряжению на нагрузке 17, а на второй цифровой магистрали, т.е. на выводах 19.1- 19., - цифровое слово, соответствующее допустимому току нагрузки. Ток, потребляемый нагрузкой 17, вызывает падение напряжения на измерительном резисторе 6, которое после усиления 5 дифференциальным усилителем 10 поступает на инвертирующие входы компараторов 12 и 13. Уровни напряжений, поступающие на неинвертирующие входы компараторов 12 и 13 определяются выходными напряжениями на прямом и инверсном выходах задающего ЦАП I1. Указанные напряжения задаются цифровыми словами, передаваемыми на информационные входы задающего ЦАП I1. Напряжение на прямом выходе последнего всегда имеет положительное значение, а на инверсном - отрицательное, причем их абсолютные значения равны.

При формировании устройством положительных напряжений на нагрузке 17 напряжение, поступающее на инвертирующий вход компаратора 13, всегда больще уровня напряжения, снимаемого с инверсного выхода задающего ЦАП 1 1 , поэтому на выходе компаратора 13 в этом случае имеется отрицательное напряжение, при котором диод 15 закрыт и не влияет на работу устройства.

Напряжения, поступающие на входы компаратора 12, имеют одинаковую полярность и могут отличаться только абсолюными значениями. Если уровень напряжения, поступающего на неинвертирующий вход компаратора 12 от задающего ЦАП 11, выше уровня напряжения, поступающего на инвертирующий вход с выхода дифференциального усилителя 10, то напряжение на выходе компаратора 12 стремится к напряже0

5

0

5

0

5

НИК положительного питания, при этом диод 1ч и напряжение на выходе : омпаратира 2 не оказывает влияния на работу устройства.

При увеличении тока нагрузки нап- ряжение на выходе дифференциального усилителя 10 также возрастает и в момент превьшения напряжения, поступающего на неинвертирующий вход компаратора 12, уровень напряжения на выходе компаратора 12 начинает уменьшаться. При определенном уровне этого напряжения открывается диод 14. Это, в свою очередь, уменьшает значение напряжения на неинвертирующем Еходе усилителя 7 сигнала ошибки и, следовательно, напряжение на выходе устройства. Таким образом, ток в нагрузке 17 уменьшается до некоторого уровня, определяемого напряжением на неинвертирующем входе компаратора 12 которое зависит от цифрового слова, переданного по выводам 19.1-19..

Аналогично устройство работает при формировании отрицательных напряжений на нагрузке 17. В этом случае уровень Напряжения на инвертирующих входах компараторов 12 и 13, посту- :. с Ь|лхода диффепр.н/;и 1льного ; сил1 телк 10, имеет отрицательное знг-| 1-:-ни, что приясаит к формированию 1Оло-кИ Г1ьног-:) напряжения на вы- хг;де компаратора 12. При этом диод А закрк г и ,jefu ; нле выходного я ;г1;-)яжени:-. комтратор 1 2 на работу у.тройства исклюмаетгя. Увеличение тока нагру-зли приводит к абсолютному увеличению напряжения на инпертирую- Ц€:м входе когч зратсфя i , При достижении им значения, гоотнп ствую1г,его иг ЛФяжению ча инь-:ер .:ном выходе задаю iuero ПАП 1 , ур ,вг.ь ь напряжения на пыходе компаратор. 3 изменяется, диод i S открывается и отрицательное рапря- ение на неинвертирут-пщем входе уг;1лнтеля 7 сигнала ошибки изменяется в сторону утченьшения абсолютно о значения каиряжо тия, что приводит к умен т-агнию напряжения на нагрузке 17 а следовательно, и нагрузочного тока Устройство переходит из режима стабилизации напряжения в режим стабили зации тока.

Таким образом, значение тока нагрузки в рзжиме стабилизации тока зависит от уровня напряжения на выхода задающего ЦЛЛ I 1 , вел11чинк сопротивления измерительного рез/. Стора 6 и

5

О

коэ(4 ициента усиления дифференциально о усилителя 10.

Формула изобретения

Стабилизирующий источник напряжения постоянного тока с изменяющейся полярностью, содержащий два регулирующих элемента, включенных последовательно в выходные цепи источников питающего напряжения соответственно положительной и отрицательной полярностей и соединенных друг с другом выходными силовыми выводами, управ- ляющий и первый задающий цифроанало- говые преобразователи, включенные между собой последовательно и соединенные информационными входами с выводами для подключения первой цифровой магистрали, источник опорного напряжения, выход которого подключен к опорному входу управляющего цифро- аналогового преобразователя, усилитель сигнала ошибки, цепь инвертирующего ВХОДИ которого соединена с выводами для подключения нагрузки, а выход подключен к цепям управления регулирующих элементов, измерительный резистор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обесг ече- ния оперативного кон1ро Я тока нагрузки в режиме стабилизации напряжения и автоматического пор- кпьзчения в режим стабилизации тока при достижении заданного значения тока нагрузки, Б него введены второй задающий цифро- аналоговый преобразователь, два компаратора, два разделительаъ к . токоограничивающий резистор, дифференциальный усилитель и выводы для подключения второй цифровой магистрали, причем onopJQi вход второго за-- дающего цифроаналогопого преобразователя соединен с выходом источника опорного напряжения, цифровые входы- с выводами для подключения втор-: ; аифровг й магистрали л прямой и инверсный выходы -- с неимнертирую цнми входами соответствующих компараторов, неннвертнрующий вход усилите.пя сигнала о пнбки через токоограчичивающий pe-iHCTOp подключен к выходу аервого э;).лк;1Г,ьго цифричЧналогового преобрззо- иагг:ля, через противоположно включенные разделительные диоды к выходам icOMfiaparopoB, измерительный резистор в дючен между выходными силовымг выводами регулирующих -тементов и вы0

5

0

5

0

ходным потенциальным выводом для подключения нагрузки, входные выводы дифференциального усилителя соедине

20

/а, (

(flus.3

ны с выводами измерительного резистора, а выход - с инвертирующими входами компараторов.

К5

21

фиг. 2

28

фиг, it

К12

Т

23

30

K13