Стабилизатор постоянного напряженияи TOKA Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различной радиотехнической аппаратуре, в частности для обеспечения стабильным питанием цепей широкодиапазонных транзисторных передатчиков..

Известны стабилизаторы постоянного напряжения и тока, содержащие источник опорного напряжения, схему сравнения, усилитель прстоянчого тока, регулирующий каскад, эталонный резистор, включенный на выходе стабилизатора последовательно с.нагрузкой и измерительно-усилительный орган . В известных стабилизаторах напряжение, которое воздействует на регулирующий орган, является функцией разности между опорным напряжением и напряжением, снимаемым с эталонного резистора, а величина последнего зависит от тока нагрузки 1.

Однако такие стабилизаторы не могут обеспечить устойчивую работу.при значительных пульсациях тока нагрузк

Получение высокого коэффициента стабилизации за счет увеличения коэффициента регулирования приводит к возникновению автоколебаний с частотой пульсаций тока нагрузки. Одновременно для таких стабилизаторов требуется значительная величина сопротивления эталонного резистора, что увеличивает потери мощности в стабилизаторе и ухудшает КПД.

В отдельных.случаях необходимо иметь источник питания, который работает как в режиме стабилизации напряжения , так и в режиме стабилизации тока 2.

0

Однако этот стабилизатор не обеспечивает автоматического перехода из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот,кроме того, он имеет и указанные вьпле

5 Недостатки.

Требования иметь высокую устойчивость работы устройства при больших уровнях пульсаций тока нагрузки с автоматическим переходом из режима

0 стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот предъявляются, например, к источникам питания широкодиапазрнных транзисторных передатчиков .

5

Такие передатчики имеют участки рабочего диапазона с оптимальным согласованием и, соответственно, максимальным током потребления и выходной мощностью, значительно превышающей заданную, а также участки диапазона с неоптимальным согласованием и, соответственно, с минимальным током потребления и минимально допустимой выходной мощностью.

Для обеспечения оптимальной мощности потребления от источника питаяия в первом случае требуется ограни чение по току, во втором - по напряжению.

Кроме того, при работе передатчика в режиме амплитудной модуляции (коллекторная модулйция каскадов передатчика) осуществляется модуляция выходного напряжения стабилизатора, в результате которой невозможно получить информацию о величине тока нагрузки с эталонного резистора/ включенного на выходе стабилизатора последовательно с нагрузкой.

Цель изобретения - повышение устойчивости работы устройства в режиме стабилизации тока при больших уровнях пульсаций тока нагрузки с одновременным увеличением коэффициента стабилизации и КПД и обеспечение автоматического перехода из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот.

Эта цель достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторе эталонный резистор включен между выходной клеммой источника постоянного тока и входом стабилизатора и одновременно в разрыв одной из точек первой диагонали резистивного моста, при этом к противоположной точке этой диагонали подключен источник напряжения противоположной источнику питания полярности, а во вторую диагональ указанного моста включен своим входом операционный усилитель, выход которого через буферный усилитель постоянного тока подключен к базе транзистора схемы сравнения.

Кроме того, мейсду выходом операционного усилителя и входом буферного усилителя постоянного тока включен компаратор.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора.

Стабилизатор содержит эталонный резистор 1, о которого снимается информация о величине тока потребляемого нагрузкой, резисторы 2-5 образуют резистивный мост, между резисторами 2 и 4 которого включен эталонный резистор 1, а к общей точке соединения резисторов 3 и 5 подключен источник напряжения противоположной источнику питания полярности. Стабилитрон б и резистор 7 представляют собой параметрический стабилизатор, который служит источником опорного напряжения и через резистор 8 подключен к базе транзистора схемы 9 сравнения, устройство содержит также фильтрующий конденсатор 10.

Питание на транзистор 9 подается через резистор 11, который совместно с резисторами 12-14 является нагрузкой схемы сравнения, конденсатор 15 - фильтр в цепи питания. С резистора 13 напряжение подается на усилитель 16 постоянного тока, который управляет работой регулирующего каскада 17. Резистор 18 - эквивалентное сопротивление нагрузки, операционный

усилитель 19 своим входом включен во

вторую диагональ моста. Резистор 20 резистор обратной связи, резистор 21 служит для балансировки моста, резистор 22 - для нагрузки операционного усилителя. К инвертирующему входу компаратора 23 подключен делитель на резисторах 24 и 25, с помощью которого задается порог срабатывания компаратора. Неинвертирующий вход компаратора через резистор 26 подключен к выходу операционного усилителя. Резистор 27 - резистор обратной связи. Выход компаратора через резистор 28 подключен к входу буферного усилителя 29,.коллектор транзистора буферного усилителя подключен к базе схемы сравнения. Диод 30 шунтирует выход компаратора, когда на его выходе имеется напряжение отрицательной полярности. Стабилизатор содержит источник

31 опорного напряжения, а также источник 32 модулирующего напряжения, который необходим при использовании стабилизатора в качестве источника питания широкодиапазонного транзисторного пе.редатчика в режиме амплитудной модуляции.

.Стабилизатор работает в режиме стабилизации напряжения и в режиме стабилизации тока.

В режиме стабилизации напряжения

буферный усилитель 29 закрыт и устройство работает следующим образом.

Напряжение на эмиттере транзистора 9 схемы сравнения сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне 6,

включенном в его базу, и.таким образом всегда поддерживается постоянным по величине, т.е. через резисторы 12 14 протекает постоянный по величине ток. С резистора 13, с помощью которого задается уровень выходного напряжения стабилизатора, .напряжение подается на усилитель 16 йостоянного тока. Так как напряжение, снимаемое с резистора 13, постоянно по величине

и является опорным для УПТ, то последний воздействует на регулирующий каскад 17 так, что на нагрузке 18 поддерживается постоянное по величине напряжение.

В режиме стабилизации тока устройство работает следунядим образом.

Напряжение с эталонного резистора 1, которое зависит от тока потребляемого нагрузкой, подается в одну из точек первой диагонали резистивного

моста 2-5. Ко второй диагонали этого моста подключен своим входом юпераци онный усилитель 19, включенный по сх ме вычитателя-усилителя. с помощью резистора 21 производится балансиров ка моста таким Образом, чтобы на нагрузке операционного усилителя резисторе 22 было определенной величины положительное напряжение, которое подается на неинвертирующий вход компаратора 23, а. с выхода последнего - на базу транзистора буферного усилителя 29. Степень открьшания транзистора буферного усилителя определяет потенциал базы транзистора схемы 9 сравнения и, в конечном счете, величину выходного напряжения стабилизатора, соответствукядего заданному току стабилизации. Разбаланс моста зависит только от величины тока нагрузки (от изменения напряжения на эталонном резисторе 1) и Не зависит от изменения напряжения источника питания, которое отрабатывается стабилизатором напряжения. Наличие источника напряжения противоположной источнику питания поляр ности, подключенного к общей точке соединения резисторов 3 и 5 моста, дает возможность получить необходимый для нормальной работы операционного усилителя 19 коэффициент деления напряжения источника при малых величинах резисторов 2 и 4 и тем самым улучшить передачу перепада напряжения эталонного резистора 1 на вход операционного усилителя. Так как одним из основных свойств операционных усилителей является высокая степень подавления синфазных сигналов, подаваемых на оба входа, а таковыми являются напряжения, снимае мые с эталонного резистора, то наличие пульсаций источника питания прак тически не сказывается на устойчивос ти работы стабилизатора и позволяет реализовать высокий коэффициент усил НИН операционного усилителя и, как результат, повысить коэффициент стабилизации. Кроме того, указанная выше переда ча перепада напряжения с эталонного резистора на вход операционного усилителя и возможность регшизации высо кого коэффициента усиления последнего позволяют уменьшить величину сопротивления эталонного резистора, а, следовательно, уменьшить потери на нем и, как результат, повысить КПД стабилизатора. Компаратор 23 обеспечивает авхоматический переход работы устройства из режима, стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот. Уровень напряжения опрокидывания компаратора (момент коммутации режимов) устанавливается резисторами 22 и 25. При токах потребления нагрузки, меньших заданного тока стабилизации. величина напряжения на нсинвертирующем входе компаратора меньше, чем на инвертирующем, и на выходе будет напряжение отрицательной полярности, которое гасится резистором 28 и диодом 30. При этом буферный усилитель 29 закрыт и устройство работает в режиме стабилизации напряжения. При увеличении тока потребления нагрузки до величины, превышающей заданный ток стабилизации, напряжение на неинвертирующем входе становится больше, чем на инвертирующем, что приводит к опрокидыванию компаратора и на его выходе появляется напряжение положительной полярности. Это напряжение (после опрокидывания компаратора) изменяется в зависимости от изменения уровня напряжения на неинвертируквдем входе и, в конечном счет те, в зависимости от изменения тока нагрузки. Напряжение с выхода компаратора, как было сказано выше, через буферный усилитель изменяет потенциал базы транзистора схемы сравнения и соответственно выходное напряжение стабилизатора. В этом случае устройство работает в режиме стабилизации тока. При уменьшении тока нагрузки до величины меньшей, чем заданный ток стабилизации, напряжение на неинвертирукидем входе компаратора уменьшается, он опрокидывается и устройство вновь переходит в режим стабилизации напряжения. Наличие петли гистерезиса у компаратора обеспечивает необходимую устойчивость работы при коммутации режимов. Включение эталонного резистора между выходной клеммой источника постоянного тока и входом стабилизатора и одновременно разрыв одной из точек первой диагонали резистивногО моста, подключение к противоположной точке этой диагонали источника напряжения противоположной источнику питания полярности, включение во вторую диагональ моста входа специального усилителя, выход которого через буферный усилитель постоянного тока подключен к базе транзистора схемы сравнения, а также включение между выходом операционного усилителя и входом буферного усилителя постоянного тока компаратора выгодно отличает предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения и тока, так как в нем повышается устойчивость его работы в режиме стабилизации тока при больших условиях пульсаций тока нагрузки с одновременным увеличением коэффициента стабилизации и КПД и обеспечивается автоматический переход из режима стабилизаии напряжения в режим стабилизации тока и наоборот.