Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

: Изобретение относится к системам автоматического регулирования, в частности к источникам питания прецизионной точности. Известны стабилизаторы постоянного напряжения l. Наиболее близким к предложенному является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, по цепи управления соединенный с выходом блока управления, входноч каскад которого выполнен по дифференциальной схеме, один вход которой соединен с источником эта- . лонного напряжения, другой - с выхо дом делителя выходного напряжения 2 Недостатком данного устройства является невысокая точность стабилизации . Цель изобретения - повышение точ ности стабилизации. Указанная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем регулирующий элемент, по цепи управления соединен ный с выходом блока управления,входной каскад которого выполнен по дифференциальной схеме, один вход которой соединен с источником эталонного напряжения, другой - с выходом де.чителя выходного г;аг:ряжения, между управляющим выходом дифференциальHOi- o усилителя и делителем выходного напряжения вк-пючен введенный резистор, К другому выходу дифференциального усилителя подсоединен вход введенного согласу;ощегр каскада, выход которого соединен с участком делителя выходного напряжер1ия. Для коррекции стабилизатора к вь;ходным выводам подключены резоьшнсные контуры на основе конденсаторов различной е .1кости . Не фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения; на фиг.2 - схема стабилизатора напряжения с улучшенными параметрами; на фиг. 3 - структурная схема в виде aтeмaтичecкoй модели устройства. Стабилизатор постоянного напряжения (фиг.1) содержит регулирующий элемент 1 (составной транзистор), по цепи управления соединенный с выходом блока 2 управления, входной каскад которого выполнен по дифференциальной схеме на транзисторах 3,4, а выход через соглггсующий каскад 5 соединен с транзистором 6 выходного каскада усилителя. Схема

включает также vesucTop 7 настроики на инвариантное регулирование (введсм1нии резистор) в нагрузке 3, источник эталонного напряжения на стабилитроне 9 и резисторе 10,.делитель выходного напряжения на резисторах 11-13. Резисторы 14-20, а также конденсаторы 21,22 и стабилитрон 23 обеспечивают нормальное функционирование схемы. Устройство содержит также )ференциальный каскад 24 , и источник 25 эталонного напряжения. Дополнительно в схему стабилизатора введен согласующий каскад 26, (фиг.2 включенный между вторым выходом дифференциального каскада и участком делителя выходного, напряжения, а также резисторы 27,28 и конденсаторы 29-33 Резисторы 34,35 необходимы для нормального функционирования схемы.

Когда из устройства исключен резистор 7, схема работает как обычный компенсационный стабилизатор напряжения, причем его ошибка определяется глубиной отрицательной обратной связи, которая всегда ограничена устойчивостью и динамикой. введение в схему резистора 7 достаточно большой величины, и при уменьшении его величины будет давать увеличение глубины положительной обратной связи и соответственно увеличение коэффициента усиления входного дифференциального каскада 24, и вследствие этого уменьшение ошибки стабилизатора напряжения; при определенной величине резистора 7 регистрирующие ошибку измерительные приборы зафиксируют .ее отсутствие. Устройство работает на принципе регулирования по отклонению и поэтому в режиме инвариантности все возмущения подавляются в полной мере, в частности отсутствует пульсация и переходный процесс при скачках тока нагрузки и питающего выходного напряжения стабилизатора. Если входной дифференциальный каскад 24 термостабилизирован, то устройство обеспечивает инвариантное регулирование ко всем без исключения возмущениям, изменениям параметров, дрейфа и нелинейности элементов схемы: регулирующего элемента 1, выходного каскада блока управления. Если еще более увеличить глубину положительной обратной связи уменьшив величину резистора 7, то устройство будет работать в режиме перекомпенсации, т.е. отрицательной ошибки к любому возмущению, при этом устойчивость регулирования сохраняется ,

Когда резистор 13 закорочен (фиг.2), а резистор 7 выключен,схема устройства работает как обычный компенсационный стабилизатор напряжения причем его ошибка определяется глубиной главной отрицательной обратной связи устройства, которая всегда ограничена устойчивостью и динамикой. ЕСЛИ ввести в схему (в период настройки) резистор 13 в виде потенциометра, движок которого соединен с согласующим каскадом и установить резистор 7 в виде переменного сопротивления достаточно большой величины то перемещение движка потенциометра вверх от шины минус, при уменьшении величины сопротивления резистора 7, вызовет увеличение положительной обратной связи (ПОС) по обоим каналам и соответственно общей глубины ПОС, что приведет к уменьшению ошибки стабилизатора напряжения.При определенном положении двйжка потенциометра и величине резистора 7 регистрирующие ошибку измерительные приборы зафиксируют ее.отсутствие; в этом состоянии схема устройства полностью подавляет возмущения, кроме дрейфа дифференциального каскада 24 и приводимых к нему возмущающих факторов , которые подавляются полностью схемой устройства только при определенном соотношении глубины ПОС по обоим каналам. Ниже приводится описание работы устройства с помощью его математической модели в виде структурной схемы, (фиг.З) , где К - коэффициент передачи первым выходом и первым входом входного дифференциального каскада (ВДК); коэффициент передачи между

К, вторым выходом и вторым входом ВДК;

К

коэффициент передачи между

1i первым выходом и вторым входом ВДК;

коэффициент передачи сигнала по первому каналу ПОС (между вторым входом и первым выходом ВДК), коэффициент передачи сигна 1ла по второму каналу ПОС (между вторым входом и вторым выходом ВДК);

W, передаточная функция регулирующего элемента, выходного каскада усилителя, эмиттерного (истокового) повторителя напряжения;

Wi передаточная функция для объекта регулирования, включая резонансные контуры;

Wg передаточная функция делителя выходного напряжения;

Ugr напряжение источника эталонного напряжения; выходная координата (напряи

н жение на нагрузке);

(T,u,,..),e,--f2(f.UH, -ез--,,(Т,ин),

где е ,e.f,Q. - приведенная ко входу 65 соответственно каж;дого 1ранзистора 3,4 и согласующего каскада 26 .величина напряжеяия, смещающая положение покоя выходной координаты .устройства вследствие изменения температуры Т окружающей среды и других факторов,в частности , е ,е,2,е - приведенный ко входу дрейф соответственно транзисторов 3,4 и каскада 26, Дрейф и приводимые к нему возмущения полностью подавляются,если глубина ПОС каждого канала равна выражениям К 2.-(ti/efl-kWK a)4(e,/e.. (,j 1 -f + fe /ev-f/K.) (ei/ev-f/Kz) (e,,/K,,)-f ,,-(e,/ej--(/K4; Если, например в заданном температурном интервале е. ,е2,е изменяются, но при этом con S t 64 ; ТО температурный дрейф схемы подавляется полностью. Условие (4) явля ется несущественным, так как транзистор согласующего каскада 26 слаб влияет на дрейф устройства, что вид из (1) и (2). Из последних видно,чт .tofjKi , т.е. оба канала совместно создают полную ПОС для всего устройства в целом; когда схема устройства настроена в соответствии с (5), то в не существует эффект бесконечного усиления. Канал ПОС с (, предназначен для компенсации несовершенств пары транзисторов 3,4, если JLL 2 тогда Из схемы (фиг.З) видно, что она работает на принципе регулирования по отклонению и поэтому при точной настройке ее в соответствии с (1) и (г)

Формула

изобретения (2) она обеспечивает абсолют))о инвариантное регулирование ко всем без исключения возмущениям. Полученный результат достигается эффектом бесконечного усиления с помощью двух каналов положительной обратной связи, когда глубина ПОС каждого канала равна (1) и (2). Технико-экономический эффект предложенного изобретения состоит в том, что создана схема стабилизатора напряжения с инвариантным регулированием выходной координаты при воздействии на него возмущений, при этом достигнутое качество реализуется простыми техническими средствами. 1.Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулируюьчии элемент, по цепи управления соединенный с выходом блока управления, входной каскад которого выполнен по дифференциальной схеме, один вход которой соединен с источником эталонного напряжения, другой - с выходом делителя выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыиюния точности стабилизации, между управляющим выходом дифференциального усилителя и делителем выходного напряжения включен введенный резистор, а к другому выходу дифференциального усилителя подсоединен вход введенного согласующего каскада, выход которого соединен с участком делителя выходного напряжения. 2.Стабилизатор по п.1, о т л ичающийся тем, что к выходным выводам подключены резонансные контуры на основе конденсаторов различной емкости. Приоритет по п.2, 05.04.77. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 447696, кл. G 05 F 1/56, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР №395823, кл. G 05 F 1/56, 1971.

416

+

гЬ22

Н 2)