Стабилизированный источник питания Советский патент 1989 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повьшение надежности и стабильности выходного напряжения.

На фиг. 1 и 2 представлена функционально-принципиальная схема стабилизированного источника питания.

Стабилизированный источник питания содержит включенный параллельно входным выводам 1 и 2 узел 3 вспомогательных напряжений, имеющий два вывода: потенциальный и общий, генератор 4 прямоугольных импульсов, выполненный, например, на операционном усилителе (ОУ) 5 с делителем, образованным резисторами 6 и 7 в цепи положительной обратной связи, и конденсатором 8 в отрицательной обратной связи, которьй является времязадающим. В него включены встречно светопринимающие элементы оптронов, например диоды 9, последовательно с ними включен резистор 10 и параллельно им резистор 11. Выводы питания ,генератора 4 подключены к потенциальной шине узла 3 и входному выводу 2.

Для заиц1ты ОУ 5 от короткого замыкания включен резистор 12. К выходу генератора 4 подключен первый вход второго блока 13 дифференцирования, образованный конденсатором 14 и резистором 15, которьй средине с общей шиной узла 3. Второй вход блока 13 дифференцирования соединен через узел 16 коррекции, вьшолненньй например, на резисторе, с входным выводом 1, а третий вход через вспо могательньй источник 17 постоянного напряжения, вьшолненньй, например , на диодах 18, подключен к общей шин узла 3. Выход блока 13 подключен к управляющему входу регулирующего элемента 19, выход которого соединен с входом выходного фильтра 20. К выходу выходного фильтра 20 подключена нагрузка 21. Выход д елител 22 выходного напряжения соединен с входом первого сумматора 23, выполненного, например, на ОУ 24, другой вход которого подключен к источнику 25 эталонного напряжения, выполненному, например, на стабилитроне 26 и генераторе тока на полевом транзисторе 27. Выход сумматора 23 соединен с входом усилителя 28, интег

5

0

5

0

5

0

45

50

55

ратора 29, первого блока 30 диффе- рен11 1ронания, выходы которых подключены к входам второго сумматора 31, выкодом соединенного с входом усилителя 32 мощности.

В интеграторе 29 и первом блоке 30 дифференцирования предусмотрены конденсаторы 33 и 34, а также резисторы 35-38. Выходом усилителя 32 являются светоизлучающие элементы оптронов, например диоды 39, светопринимающие элементы оптронов являются входами генератора 4. Выводы питания усилителя 32 мощности и источника 25 эталонного напряжения, подключены к выходу выходного фильтра 20.

Стабилизированньй источник питания работает следующим образом.

При подаче питания на входные выводы 1 и 2 источника узел 3 вспомогательных напряжений вьфабатыва- ет стабилизированные напряжения для питания генератора 4 и других элементов источника. После подачи питания к ОУ 5 генератор 4 начинает вырабатывать прямоугольные колебания постоянной амплитуды. Так как в начальньй момент времени на выходе выходного фильтра 20 напряжения нет, то диоды 39 не излучают и соответственно светопринимающие диоды 9 заперты. Поэтому частота колебаний генератора 4 определяется величиной резистора 11, включенного параллельно диодам 9. При запертых светопри- нимаюЩих диодах 9 она выбирается из двух условий:- при коротком замыкании на выходе фильтра 20 частота . включений должна быть безопасна для источника; при расчетной нагрузке источника на выходе фильтра 20 должно появляться напряжение, достаточное для создания светоизлучающими диодами 39 светового потока, при котором начинают открываться свето- принимаюш:ие диоды 9.

Так как диоды 39 начинают излучать при малом напряжении (не более 1,5-2,0 В), то выполнение второго условия обеспечивает и выполнение первого условия. Как только диоды 39 начинают излучать, начинают открываться диоды 9, и частота колебаний генератора 4 увеличивается. Это вызывает увеличение выходного напряжения фильтра 20 и соответственно большего открытия диодов 9.

1

Происходит саморазгон источника. Согласование полярностей диодов 39, источника 25 эталонного напряжения и ОУ 24 осуществляется следующим образом.

Источник 25 эталонного напряжени подключается к выходу фильтра 20 так, чтобы пока стабилитрон 26 не пробился, напряжение на выходе ис- точника 25 было близко к выходному напряжению. Тем самым достигается начальное условие: задание больше чем переменная, так как выходное напряжение делится делителем 22. По- лярности ОУ 24 и диодов 39 выбираются так, чтобы, когда задание (т.е. напряжение источника 25) больше переменной (т.е. регулируемой величины выходного напряжения фильтра 20, снимаемого с потенциометра 22) выходной сигнал сумматора 31 увеличивал ток через диоды 39. Тем самым обеспечивается плавный запуск источника без специальных средств за- пуска.

Коэффициент пропорциональности усилителя 28, время интегрирования интегратора 29, время дифференци- рования первого блока 30 дифференцирования, выбор соответствующих величин конденсаторов 33 и 34 и резисторов 35-38 выполняются такими,чтобы переходньй процесс выхода источника на заданньй уровень напряжения, а также переходные процессы при сбросе и набросе нагрузки имели заданное качество. В дальнейшем благодаря наличию интегратора 29 при отклонении

ВЫХОДНОГО напряжения источника от

заданного уровня ток через диоды 39 и соответственно освещенность диодов 9 и частота колебаний генератора 4 меняются так, чтобы отклонение было

равно нулю, т.е. статистическая ошибка источника равна нулю. Поэтому по- грешность источника, определяется I только погрешностью источника 25 эталонного напряжения и величиной напряжения смещения нуля ОУ 24.

Выходные колебания генератора 4 дифференцируются блоком 13. Импульс при переходе выходного сигнала генератора 4, например, с минуса на плюс гасится источником 17, т.е. диодом 18. При переходе выходного сигнала с плюса на минус на резисторе 15 появляется отрицательньй импульс.

15 -,, 25

о

40

АК

35

0

5

164

Так как напряжение питания ОУ 5 стабилизировано посредством узла 3, то при отсутствии резистора 16 или при постоянном входном напряжении форма и длительность импульса- постоянны. Соответственно постоянна и длительность импульса срабатывания регулирующего элемента 19.

Длительность импульса постоянна и не зависит от частоты, поэтому при изменении частоты колебаний генератора 4 происходит изменение соотношения времени длительности импульса и паузы внутри периода и соответственно количества энергии, отдаваемой источником в нагрузку. Максимально допустимая частота коле- баний при полном открытии диодов 9 устанавливается резистором 10.

При изменении входного напряже- ния изменяется ток через резистор 16. Вследствие этого изменяется форма . импульса на резисторе 15 и соответственно длительность импульса блока 13, т.е. изменение выходного напряжения непосредственно, без всяких промежуточных звеньев воздействует на длительность каждого импульса.

Так как при отсутствии входного напряжения диоды 39 не .могут излучать, то при коротком замыкании на выходе фильтра 20 диоды 9 заперты, генератор 4 переходит на минимальную частоту колебаний, а источник - на безопасньй режим работы.

Так как максимально возможная частота колебаний генератора 4 устанавливается резистором 10, то при увеличении нагрузки сверх максимальной частота колебаний увеличиться не может, поэтому выходное напряжение фильтра 20 уменьшается. Поскольку максимальный ток через диоды 39 зависит от этого напряжения, выбором сопряженных с диодами элементов, например величиной балластных резисторов и резистора 11, можно обеспечить нужную перегрузочную характеристику источника.

Тем самьм без специальных средств обеспечивается защита источника от коротких замыканий и перегрузок, а также его плавный запуск. Исключение специальных элементов защиты и запуска упрощает источник в целом и повышает его надежность.

В источнике действуют две цепи стабилизации выходного напряжения:

прецизионньй инерционный контур управления по отклонению, включающий интегратор 29 и дифференциатор 30, которьй на статических режимах устраняет влияние всех факторов и обеспечивает строгое соответствие выходного напряжения заданному уровню;

цепь управления по возмущению через резистор 16, безинерционно воздействуюпрй на каждый отдельный импульс, устраняющая влияние колебаний и всплесков входного напря- . жения, которые первый контур из-за инерционности не может устранить;

Тем самым достигается высокая стабильность выходного напряжения источника, заданное качество переходных процессов при включении ис- точника и .при изменении нагрузки и глубокая фильтрация изменений входного напряжения.

Формула изо б р е т е н и

1. Стабилизированный источник питания, содержащий регулирующий элемент, выходом подключенный к входу выходного фильтра, первьй сумматор, один вход которого соединен с выходом делителя выходного напряжения, другой - с выходом источника эталонного напряжения, а выход соединен с входом усилителя, узел коррекции по возмзгщению, одним входом соединенный с входным выводом, и второй сумматор, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и стабильности выходного напряжения, в него введены узел вспомогательных напряжений, пе вьм и второй блоки дифференцирования, интегратор, генератор прямо4607166

угольных импульсов с изменяемой частотой колебаний, усилитель мощности и вспомогательный источник пос- g тоянного напряжения, причем выводы питания генератора прямоугольных импульсов подключены к потенциальной и общей шинам узла вспомогательных напряжений, включенного параллельно

10 входным выводам, входы интегратора и первого блока дифференцирования подключены к выходу первого сумматора, а их выходы и выход усилителя соединены с входами второго суммато15 Ра, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выходом которого являются светоизлучакнцие элементы оптронов, светопринимающие элементы которых служат входом гене20 Ратора прямоугольных импульсов, выход которого соединен с первым входом второго блока дифференцирования, второй вход которого соединен с другим выводом узла коррекции, а третий

25 вход через вспомогательный источник постоянного напряжения подключен к общей шине узла вспомогательных напряжений, к которой подключен питающий вывод второго блока дифференци30 рования, выход которого подключен к управлякхцему входу регулирующего элемента, выводы питания усилителя мощности и источника эталонного на-, пряжения подключены к выходу выход р. ного фильтра.

2.Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что све- тоизлучающие и светопринимающие эле4Q менты оптронов выполнены на диодах.

3.Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что узел коррекции по возмущению выполнен на резисторе.

ФигЛ

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повьшение надежности и стабильности выходного напряжения. При подаче питания на входные выводы источника узел вспомогательных напряжений вырабатывает напряжения для питания генератора и других элементов источника. После подачи питания к операционному усилителю (У) генератор начинает вырабатывать прямоугольные колебания постоянной амплитуды. Так как в начальный момент времени на выходе вь ходного фильтра 20 напряжения нет, то диоды 39 не излучают и соответственно светопри- нимающие диоды заперты. Как только диоды 39 начинают излучать, начинают открываться светопринимаюпще диоды и частота колебаний генератора увеличивается. Это вызьшает увеличение выходного напряжения фильтра 20 и соответственно открытг-ш светопринимающих диодов. Происходит саморазгон источника. Полярность У 24 и диодов 39 выбирается так, чтобы в случае превышения заданием (напряжения источника 25) переменной, т.е. регулируемой величины выходного напряжения фильтра 20, снимаемого с потенциометра 22, выходной сигнал сумматора 31 увеличивал ток через диоды 39. Тем самым обеспечивается плавньй запуск источника без специальных средств запуска. 2 з.п. ф-лы. 2 ил. с 3 (Л 4i СГ)