Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/56 

00 со N ю

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым источникам питания высокой точности.

Цель изобретения - обеспечение

pcryjn-ipoBaHHH выходного на- пряже1шя в jujipоком. дз,иапазоне возмущающих воздействий, обеспечение регу- Л51роикн выходного напряжения, начиная от нуля и в противоположной зна- KOBoil области, а таюке повышение по- мекоза11цпцен шстн и улучшение эксплуа- ташюппых характеристик.

На фиг. 1 представлена функцио- схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с ,() пpo eжyтoчиыми усилителыш:- ми каскадами, кажд1 и на основе эффекта бесконечного усиления; на фиг. 2 - функхцюнальная схема стабилизатора с блоком стабилизации, выполненного на основе эффектов бесконечного усиления; на фиг. 3 - функциоиальная схема стабилизатора с раскрытием схемы дийх|)еренц11ального усилительно- го каскадаS выполненного по снимет- схеме; на фиг. 4 - функциональ нгля схема етабшшз.атора, вариант.

Компенсационный стабилизатор постоянного напряжеиня содерлшт (фиг,1) включенный в одну из силовых шин ре- 1 улируют.ци11 элемент 1 упраьишющий вход которого подкл оче.н к выходу выходного усилительного каскада 2 блока управления, в состав которого вко- дагг та1сже входной дифферешдааЛьный усилительньн каскад 3, охваченный. единичной безынерционной многоканальной положительной обратной связью (НОС) 5 и q- (q /2) промежуточных

усилительных каскадов 4 и 5 Стабилизатор содержит также согласующие кас- б и 7, включенные между выхода- MJ предыдущих и входами последующих усилительных каскадов, а также резо- иансиые : контуры в виде ковденсато- ров 8 и 9, подключенных к выходным выводам, к которым подключена таюке нагрузка 10. На фиг. 2 стабилизатор содержит также блок- 11 стабилизации напряжехшЯз выполненный на основе эффектов бесконечного усргления (ЗБУ) It включенный мелсду гашами нитания блока управления и общей никой ста- бнлизатора, делитель 12 блока стаби- лизации, а также два. резистора 13 и 14t первый из которых включен между выходным выводом стабилизатора и 5 нверсным входом усилителя 3, а второй - между инверсным входом усилителя 3 и выходным выводом блока I1 стабилизации. Дифференциальный усилительный каскад 3 стабилизатора (фиг. 3) может быть выполнен по симметричной схеме и состоять из дифференциального усилителя 15, охваченного единичной безынерционной четы- рехканальной ПОС (два канала образую резисторы 16 и 17), входа которого через резисторы 18 и 19 подключены к одним выходам делителя 12 выходного напряже шя блока 11 и делителя 20 выходного напряжения стабилизатора, другие выходы которых через резисторы 21 и 22 подключены к входам первого промежуточного усилительного каскада 4, при этом его входы соединены также с выходными электродами активных элементов согласующих каскадов, входы которых соединены с выходами усилителя 15. На фиг. 4 представлена схема стабилизатора, у которого на выходе регулирукщего элемента 1 подкл1бчена последовательная цепочка из ограничительного резистора

23и нестабилизированного источника

24питания.

Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения (фиг. 1) работае следующим образом.

Предположим, выключены все каналы ПОС. В этом случае на выходе возникает сигнал ошибки .из-за ограниченности глубины отрицательной обратной связи, воздействия возмущений, изменений параметров элементов схемы и их нелинейностей. При включении каналов ПОС в дифференциальном усилительном каскаде 3 и увеличении глубины ПОС увеличивается коэффициент усиления этого блока и, следовательно, уменьшается величина сигнала ошибки иа выходе. При определенной глубине ПОС коэффициент усиления каскада 3 приближается к бесконечности, а величина сигнала ошибки - к нулю при воздействии всех возмущений, кроме параметрических изменений и дрейфа параметров элементов схемы каскада 3. При определенном соотношении глу- бин ПОС в каскаде 3 можно полностью подавить дрейф параметров активных элементов или подобных возмущений. При этом общая ПОС каскада 3 остается полной, т.е. единичной, и тогда каскад 3 полностью настроен на ЭБУ. Так как устройство работает по прин-

ципу регулирования по отключению, то каскад 3 обеспечивает реализацию поставленных целей, но в ограниченном диапазоне изменения выходного напряжения и всех возмущающих воздействий. Если еще больше увеличить общую глубину ПОС в каскаде 3, то устройство будет работать в режиме перекомпенсации, т.е. отрицательной ошибки, при этом устойчивость устройства не нарушится. На входах и выходах всех каскадов 3-5 (кроме выхода каскада 5) в режиме ЭБУ в каждом из каскадов величина сигнала близка к нулю, при этом каждый из каскадов 3-5 может установлен в режим перекомпенсаций, и в этом случае устой-t чивость устройства не нарушится На выходе каскада 5 имеется сигнал определенной величины, фаза которого неизменна относительно возмущающего воздействия. Количество каскадов на основе ЭБУ может быть любым, но

ментом 1. Поскольку главная выходная координата может быть больше и меньше блока 11, то на нагрузке может быть установлено напряжение любого знака, начиная -е нуля8 и тогда блок 11 должен иметь выходную мощность, обеспечивающую работу нагрузки«Если же устройство предназначено для рабо-

0 ты только от главной выходной координаты, то тогда блок 11 может иметь незначительную мощность, обеспечивающую работу усилительных каскадов. Устройство может также управляться

5 от внешнего напряжения путем подачи его на инверсный или синфазный вход каскада 3,

При описании работы устройства (фиг. З) в будем исходить

0 из того, что выключены все каналы ПОС во всех усилительных каскадах, включая каскад 3. И тогда устройство совершает ошибки при воздейст- ВИИ возмущений. Теперь введем резис-

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым источникам питания высокой точности. Цель изобретения - обеспечение точного регулирования выходного напряже ния в широком диапазоне возмущакяцих воздействий,регулирования выходного напряжения, начиная отну,т1Я ив противоположной знаковой области при сохранении том« ности воспроизведения заданного на- пряжения, а также повышение помехозащищенности и улучшение эксплуатационных характеристик. В блок управления введено q() промежуточных усилительных каскадов, охваченных единичной безынерционной многоканальной положительной обратной связью. В устр-во введен блок стабилизации напряжения, выполненный на основе эффектов бесконечного усиления. Дифференциальный усилительный каскад выполнен по симметричной схеме. В устр-во может быть введена последовательная цепочка из ограничительного резистора и нестабилизированного источника питания, подключенная к вы-- ходу регулирующего элемента. 3 . ф-лы, 4 ил. с ffi

не мен.ее двух, оно определяется конк- 25 торы 16 и 17 с достаточно большой

ретным незначением устройства и управляющей характеристикой регулирующего элемента 1, Каскады 4 и 5 предназначены для обеспечения статического режима для координат каскада 3, что обеспечивает условия для обеспечения полного подйвления всех параметрических возмущений внутри каскада 3. Таким образом, описана работа устройства при подавлении пульсаций питающего напряжения. Аналогично работает устройство при подавлени любых возмущений.

Устройство по фиг. 2 работает аналогичным образом, только уставку выходной координаты устройства осуществляют резистором 14, при уменьшении неличины сопротивления которого уменьшается величина выходного напряжения устройства,и наоборот. Регулировка уставки с помощью резистора 14 никак не влияет на режим работы каскада 3, т«е. он не нарушает статического режима активных элементов этого каскада, создаваемо- то каскадами 4 и 5. Блок 11 стабилизации через резисторы 13 и 14 соединен с выходным выводом устройства, но этом не влияет на качество выходных параметров, так как этотгблок имеет практически нулевое выходное сопротивлениео Описана работа устройства с главной выхадной коррдина- той, связанной с регулирующим элевеличиной их.сопротивлений и начнем их уменьшать, полагая, что усилитель 15 содержит генератор тока по прос- тейшей схеме, при этом будет уменьшаться величина напряжения пульсаций на выходе устройства и величина напряжения на выходах усилителя 15 от поданного на синфазный вход пере- манного напряжения (например, от ге-

нератора через конденсатор) для осуществления регулировки каскада 3. При определенной велнч1-1не сопротив- лений 16 и 17 на вь ходах усилителя 15 отсутствует синфазный сигнал от ret.

нератора, а если его выключить, то на выходе устройства возникнут :сиг- нал ошибки, и напряжение пульсаций. Теперь включим каналы ПОС и будем увеличивать глубину ПОС вплоть до

достижения полной ПОС в каскаде 3, тогда при определенном соотношении глубин ПОС во всех четырех каналах в рамках полной ПОС будет достигнуто в каскаде 3 усиление, близкое к бесконечности, полное подавление всех параметрических возмущений, полное подавление синфазного сигнала в заданной полосе частот. При этом на выходе устройства отсутствуют пульсация напряжения и подавлены все возмущения в заданных пределах их величины, а на выходах каскада 3 отсутствует синфазный сигнал от упоянутого настроечного генератора.

Устройство можно перевести в режим перекомпенсацпи относительно возмущающих факторов, а каскад 3 - относительно синфазного сигнала, при этом устойчивость устройства не нарушится. В,реальных условиях, если помеха ассиметрнчна относительно синфазного и .инверсного входов, она будет полностью подавлена на выходе устройства. Если усилитель 15 шшолнен как обьганый сиьметричный дифференциальный каскад, т.е без генератора тока, то тогда резистор 21 должен быттз соединен с делителем 12, а резистор 22 - с делителем 20, т.е, в этом в.арианте каналы, создаваемые согласующими каскадами, создают отрицательную обратную связь вокруг усилителя 15. Это происходит вследствие недостаточной величшш сопротивления резистора обратной связи в усилителе 15, когда для но- давленик синфазного сигнала (ломе- xir) необходима более глубокая, чем единичнаяр ПОС в первых двух каналах и тогда согласующие каскада должны скомпенсировать избыточную НОС. В остальном работа устройства в рас- ci- атриваеком варианте ке отличается от описанного

Б схеме на фиг/ 4 источник 24 и огралшчнтельнкй резистор 23 создают нестабнлнзированное смещение для регулиру ощего элемента 1, что поз- вотшет выставить уставку выходного напряжения устройства с любым знаком выходного вывода относительно общей 1П1шы„ Нестабильные факторы, который вносят НСТОЧ1ШК 24 и резистор 23, полностью подавляются регулирующим элементом-1 и всеми усилитель :шгми каскадами 3, 5 н 6, В остальном работа устройства на фиг„ 4 В динамике не отличается от работы cxej-jb на фиг, 3.

Формула изобретения

1„ Компенсационный стабилизатор постоянного напряже1шя, содержащий включен111.1Й Б одну тш силовых шин ре- гу)П1ругощий элемент, управляющим входом соединенный с выходом выходного усилительного каскада блока управле- 1ШЯ5 Б состав которого входит TaicKe ,щи141ерен.циальиый усилительный каскад охваченный единичной безынерционной многоканальной положительной обрат

0

5

0

5

0

5

0

5

ной связью, подключенные к выходным выводам резонансные контуры в виде конденсаторов различной емкости, отличающийся тем, что, с целью обеспечения точного регулирования выходного напряжения в широком диапазоне возмущакщих воздействий, в блок управления введено q-l (где ) промежуточных усили- телый1х каскЕЩОв, каждый из которых охвачен единичной безынерционной многокальной положительной обратной связью и включен между выходом ди4 ференциального усилительного каскада и входом выходного каскада блока управления .

и улучшения эксплуатационных характеристик, дифференциальный усилитель- ньш каскад выполнен по симметричной схеме и состоит из / охваченного единичной безынерционной четырехканаль- но й положительной обратной связью дифференциального усилителя, причем указанная обратная связь обеспечена третьим и четвертым резисторами, включенными между входами усилителя и его противоположными выходами, соединенными с входами согласующих каска« дов, пятым и шестым резисторами, включенными между выходами согласунщих каскадов, соединенными с входами первого промежуточного усилительного : каскада, и резисторами делителей напряжения, примыкающими к общей шине, седьмым и восьмым резисторами, один из которых включен между одним

7139

входом дифференциального усилите.гш и резистором делителя, выходного на-

пряжения, примькающим к второму ре зистору, а другой - между другим входом дифференциального усилителя и точкой соединения первого и второго резисторов. .

л

i. Стабилизатор по пп. 1-3, о т - ли ч а ю щ и и с. я тем, что в него введена последовательная цепочка из ограничительного резистора и нестабилизированного источника питания, подключенная к выходу регулирутоцего элемента.

-Ь

«