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

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника элект ропитания- различных устройств и измерительных схем. Известен стабилизатор постоянного тоцса, содержащий два регулируемых элемента, эталонный резистор, источник опорного напряжения, два источника питания и два измерительно-усилител ных элемента Недостатком известного стабилизатора постоянного тока является, низки КПД, из-за того, что большая мощност рассеивается на регулирующих элементах, отсутствие возможности формирования тока разной полярности, отсутствие регулировки величины выходного тока и невозможность заземления нагрузки. . Известен .также стабилизатор постоянного тойа, содержащий регулирую щий элемент, датчик тока, усилитель постоянного тока и два цифроаналоговых преобразователя Недостатками данного стабилизатора постоянного тока является низкий КПД, отсутствие возможности формирования тока разной полярности и невоэ кюжность заземления нагрузки. Наиболее близкий к предлагаемом стабилизатор постоянного тока, содержащий источник питания со средней точкой, двухтактный регулирующий элемент, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, источником опорного напряжения, соединенный между собой через потенциометр, резистивный делитель и эталонный резистор Недостатками данного преобразователя являются низкий КПД из-за того, что большсш мощность рассеивается на регулирующих элементах, особенно при малрм напряжении на нагрузке и большом выходном токе, невозможность цифрового управления величиной тока, что затрудняет его применение совместно со стандартными цифровыми каналами передачи информации, невозможность заземления нагрузки,.что накладывает определенные трудности при дистанционном подключении нги-рузки. Цель изобретения - повышение КПД и расширение функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения регулировки выходного тока цифровым кодом, обеспечения возможности заземления нагрузки, расширеиия диапазона значений регулируемого выходного тока и диапазона напряжений на нагрУэке. Поставленная цель достигается за счет того, что во-первых, стабилиэа,тор постоянного тока,содержащий oneргщионный усилитель, выход которого соединен со входом двухтактного регулирующего элемента, два источника питания, первый из выходов которых соединен с общей шиной, а второй вырсод - с соответствуняцай шиной операционного усилителя, первый эталонный резистор, потенциометр, введены два регулируемых источника напряжения, второй эталонный резистор, блок формироэания полярности напряжения, циф роаналоговый преобразователь и регист один из выходов которого соединен с первым входом блока формирования полярности напряжения, а остальные - со входами цифроаналогового преобразова теля, выход которого соединен со вто рым входом блока формирования полярности напряжения, выхЬд блока формирования полярности напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, первый выход обоизс регулируемых источников напряжения соединен с первым выводом нагрузки, второй вывод которой соедине с общей шиной, второй выход первого регулируемого источника напряжения соединен с его первым упрешляющим входом и первой шиной питания двухтактного регулирующего элемента, а второй его управляющий вход соединен с первьм выходом двухтактного регули рующего элемента, второй выход второ го регулируемого источника соединен его первым управляющим входом и со второй шиной питания двухтактного ре гулирующего элемента, а второй его управляющий вход соединен со вторым выходом двухтактного регулирующего элемента через первый и второй эталонный резисторы соединены с общей шиной, а между собой - через потенциометр, средняя точка которого соединена с инвертирующим входом операционного усилителя , третья и четвертая шины питания двухтактного рёгули рующего элемента соединены со вторыми выходами соответствукщих источников питания, шины питания блокд формирования полярности напряжения соед нены со вторыми выходами соответствующих источников питания. Во-вторых, в стабилизаторе постоянного тока с цифровым управлением двухтактный регулирующий элемент выполнен в виде первого транзистора р-п-р типа и первого транзистора n-prn типа, коллекторы которых соединены с первой и второй шинами пита ния двухтактиого регулирующего элемента, соответственно, причем введены резисторы, транзИСТО1; р-п-р типа и п-р-п типа, базы вторых транзисторов р-п-р и п-р-п типов соединены со вТсодом двухтактного регулирующего элемента, их эмиттеры соединены чере первый и второй резисторы с третьей и четвертой шинами питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, а коллекторы с базами третьих транзисторов п-р-п и р-п-р типов соответственно и через тЕ5етий и четвертый резисторы с четвертой и третьей шинами питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, эмиттеры третьих транзисторов п-р-п и р-п-р типов соединены с четвертой и третьей шинами питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, а их коллекторы с базами первых транзисторов р-п-р и п-р-п типов соответственно, ачерез пятый и шестой рез(исторы соединены с общей шиной, эмиттеры вторых транзисторов р-п-р и п-р-п типов соединены через седьмой и восьмой разисторы эмиттергили транзисторов р-п-р и п-р-п типов соответственно, эмиттеры первых транзисторов р-п-р и п-р-п типов соединены с первым и вторым выходом двухтактного регулирующего элемента соответственно. В-третьих, в стабилизаторе постоянного тока с цифровым управлением блок формирования полярности напряжения выполнен из операционного усилителя, переключателей резисторов и блока формирования сигнала управления переключателями, вход которого, соединен с первьм входом блока формирования полярности напряжения, а вь1ход с управляющим входом первого и второго переключателей, вход первого переключателя соединен со вторым входом блока формирования полярности напряжения, первый выход соединен через первый резистор с неинвертирующим входом операционного усилителя, который соединен через переменный резистор с общей шиной, а второй выход - с первым выходом второго переключателя, второй вход которого соединен с общей шиной, а вход через второй резистор с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен через третий резистор с его инвертирующим-входом и потенциометр с Общей шиной, средняя точка которого соединена с выходом блока фоЕи ирования полярности напряжения, а шины питания операционного усилителя соответствующими шинами питания блока формирования полярности напряжения. На чертеже изображена схема предлагаемого стабилизатора постоянного тока. Стабилизатор постоянного тока с цифровым управлением состоит из регистра 1, соединенного с цифроаналбговым преобразователем 2 и блоком 3 формирования полярности напряжения, который состоит из блока 4 формирования сигнсша управления, переключателей 5 и 6, резисторов 7, 8 и 9,

операционного усилителя 10, перемен кого резистора 11 и потенциометра 12, выход блока 3 формирования полярнос|ТИ напряжения соединён с неинвертирукцим входом операционного усилителя 13, инвертирукиш вход которого сое- г динен со средней точкой потенциометра 14, а выход со входом двухтактного .регулиру1а1дего элемента 15, который состоитиз транзистора 16 р-п-ртипа, транзистора 17 п-р-птипа, эмиттеры которых JQ соединены через резисторы 18 и 19 с шинаN01 20 и 21 питания соответственно, их . коллекторы через резисторы 22 и 23 с 21 и 20 питания, соответственно, коллекторы транзисторов 16 и 17 соединены с базами транзисторов 24 и

25п-р-п и р-п-р типов, .эмиттеры ко.торых соединены с шинами 21 и 20 питания, соответственно, а их коплейторы соединены с базами транзисторов

26и 27- р-п-р и п-р-п типов, соот-- 20 ветственно, а через резисторы 28 и

29 с общей шиной, коллекторы транзисторов 26 и 27 соединены с шинами 30 и 31 питания, а их эмиттеры соединены через резисторы 32 и 33 с 25 эмиттергми тр1анзисторов 16 и 17, соответсФвенно, и с выходами 34, 35 двух- тактного регулирующего элемента 15, регулируемое источники 36 и 37 постоянного напряжения, первые выходы п которых соединены с первым выводом нагрузки 38, втараК. вывод которой соединен с общей шиной, вторые выходы регулируемых источников 36 и 37 постоянного напряжения соединены с с первым их управляющим входом и с шинами 30 и 31 питания двухтактного регулирующего элемента 15, а вторые управляющие входы соединены с выходами 34 и 35 двухтактного регулирующего элемента 15, эталонные резисто- 40 ры 39 и 40, которые включены между выходами 34 и 35 и общей шиной, потенцисжетр 14 включен между выходами 34 и 35 двухтактного регулирующего элемента 15, источников 41 и 42 пи- 45 тания перши выход которых соединен с общей шиной, а второй выход с соот- , ветствующими шинами питдния блока 3 формирования полярности напряжения, операционного усилителя 13 и двух- . Q тактного регулирующего элемента 15. Стабилизатсф постоянного тока с. цифровым управлением работает следуЮ1101М обраэсж.

Из .интерфейса на регистр 1 посту- „ пает информация в цифровом коде о величине требуемого тока и о его почШlpиoctи. Эта информация хранится до следующего поступления информации. С выхода регистра 1 информация о величине тока в виде цифрового кода, по-60 ступает на цифроаналоговый преобраэов.атель, где она преобразуется в величину напряжения определённой полярности и подается на вход блока 3 фоцтнрования полярности напряжения, 65

кроме того с регистра 1 на другой вход блока 3 формирования полярности напряжения поступает информация о полярности тока, по которой выходное напряжение с цифроангшогового .преобразователя с помощью переключателей 5 и 6 подключается либо к неинвертирующему входу операционного усилителя 10, в результате чего на выходе блока 3 формирования полярности напряжения

появляется напряжение соответствующей полярности и пропорциональное величи.не требуемого тока.

В зависимости от полярности напряжения на выходе операционного усилителя 13 работает первг я половина двухтактного регулирующего элемеита 15, состоящая из транзисторов i6, 24 и 26, либо вторая его половина, состоящая из траизисторов 17, 25 и 27.

Пусть на выходе (жерационного усилителя 13 установлено отрицательиое напряжение, тогда рг ботает первая половина двухтактного регулирующего элемента 15. Это напряжение усиливается транзист фгшй 16 и 24, а транзистор 26 pa6OTaet как усилитель мощности и на выходе 34 двухтактного регулирующего элемента устанавливается напряжение, пропорциейгшьное напряжению на его выходе, кроме того, напряжение на выходе 34 строго пропорционально напряжению на неинвертирующем входе операционного усилителя 13, из-за нгшичия отрицательной обратной связи, кот(фая реализована с помощью потенциометра 14. В результате этого ток, протекающий через эталонный резистор 39, пропорционален напряжению на неинвертирующем входе опергщйониого усилителя 13.

Ток 11ротекает также через резистор 39, через транзистор 26 от регулируем н: о источника 36 постоянного напряжения, а также через нагрузку 38, так как при отрицательном входном найряАении на входе двухтгкктного регулирующего элемеита 15 транзистор 27 закрыт.

Напряжение на транзисторе 26 поддержи19ается постоянным, так «ак управляющие входы регулируемого источника 36 подключены между эмиттером и коллектором транзистора 26.

Этот узел работает следукщим образом.

При увеличении сопротивления нагрузки 38 для обеспечения постоянного тока в резисторе 39 уменьшается напряжение ка транзистор 26, а умеиьшеиие напряжения иа транзисторе 26 приводит к увеличению напряжения иа выходе регулируемого источника 36 постояниого напряжения, которое увеличивается до тех пор, пока напряжение между эмиттером и коллектором траиэистора 26 не у тановится равшм первоначальному значению, а добавка иайряжения иа выходе регулируемого источника 36 будет приложена к нагруз ке 38. Таким образом, напряжение на / ,выходе регулируемого источнику 36 зависит от величины сопротивления нагрузки 38 при заданном токе, в то время как напряжение на транзисторе 26 не зависит от величины тока и от сопротияления нагрузки 38. При этом напряжение на выходе ред: лируемого источника 37 постоянного напряжения разно нулю и к закрытому. транзистору 27 прикладывается только напряжение на нагрузке, в то время как к закрытому транзистору двухтакт ного регулируемого элемента прототип прикладывается напряжение на нагруз ке и напряжение питания этой половины двухтактного регулирующего элемента. Это позволяет вдвое увеличить диапазон получаемых на нагрузке напряжени При положительном напряжении на входе двухтактного рёгулиру ощего эле мента 15 работает вторая его половина точно также f- как и первая половина при отрицательном напряжении на его входе. Наиболее эффективно применение предлагаемого стабилизатора постоянного тока с цифровым управлением в автоматизированных информационно-измерительных системах для исследования параметров испытываемых приборов. Он позволяет автоматизировать процесс измерения параметров. По сра нению с известными стабилизаторами постоянного тока он позволяет увеличить ток в нагрузке. При этсм КПД у предлагаемого стабилизатора в средне больше, чем у известных. Формула изобретения 1. Стабилизатор постоянного тока, содержащий операционный усилитель, в.ыход которого соединен со входом двухтактного регулирующего элемента, два источника питания, первый из выходов которых соединен с общей шиной а второй выход - с соответствугацей шинрй питания операционного усилителя, первый эталонный резистор и потенциометр, от л и чающийся тем, что, с целью повышения КПД и ра ширения функциональных возможностей, в него введены два регулируемых исто ника напряжения, второй эталонный ре зистор, блок формирования полярности напряжения, цифроаналоговый преобраз ватель и регистр, один из выходов ко хорого соединен.с первым входом блока формирования полярности напряжени а остальные - со входами цифрраналогового преобразователя, выход которо гр соединен со вторым выходом блрка формирования пблярнрсти напряжения, выход блока формирования полярности напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, первый выход обоих регулируеких источников напряжения соединен с первым выводом нагрузки второй вывод которой соединен с общей шиной, второй выход первого регулирующего источника напряжения соединен с его первым управляквдим входом и первой шиной питания двухтактного регулирующего элемента, а второй его управлякадий вход соединен с первым выходом двухтактного регулирующего элемента, второй выход второго регулируемого источника соединен с его первым управлякхцим входом и со второй шиной питания двухтактного регулирующего (Элемента, а второй его уп равляющий вход соединен со вторым выходом двухтактного регулирующего элемента, первый и второй выходы двухтактного регулирукяцегр элемента через первый и второй эталонные резисторы соединены с общей шиной, а между собой через потенциометр, средняя точка которого соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, третья и четвертая шины питания двухтактного регулирующего элемента соединены со вторыми выходами соответствующих источников питания, шины питания блока формирования полярности напряжения соединены со вторыми выходами соответствующих источников питания. 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что двухтактный регулирующий элемент выполнен в виде первого транзистора р-п-р типа и первого транзистора п-р-п типа, коллекторы которых соединены с первой и второй шиной питания двухтактного регулирующего элемента соответственно, причем введены резистрры, транзисторы р-п-р типа и транзисторы п-р-п типа, базы вторых транзисторов р-п-р и п-р-п типов соединены СР входом двухтактного регулирукадегр элемента, их эмиттеры соединены через первый и второй резисторы с третьей и четвертрй шиНой питания двухтактнргр регулирующегр элемента срртветственно, а крллектрры с базами третьих транэисторрв п-р-п И р-п-р типов срответственно и через третий и четвертый резисторы с четвертрй и третьей ШЙНРЙ питания двухтактнргр регулирующего элемента СРРТветственнр, эмиттеры третьих транзистрррв ji-p-n и р-п-р типрв соединены с четвертрй и третьей шинрй питания двухтактногр регулирующегр эле1иеита срответственно, а: их коллекторы с базами первых транзисторов р-п-р и п-р-п типов срртветственнр, а через пятый и шестой резистрры соединены с общей ШИНРЙ, эмиттеры вторых транзистрррв p-ii-p и п-р-п ТИПРВ срединены через седьмрй и ВРСЬМРЙ резистрры с эмиттерами транзнстрррв р-п-р и п-р-п типов срртветственнр, эмиттеры первых

транзисторов p-n-p и n-p-.n типов соединены с первом и вторь Гвыходом двухтактного регулирующего элемента соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 1. -ABTOprvoe свидетельство СССЗР 514281, кл. G 05 F 1/56, 1972. г

3.Авторское свидетельство СССР 0 584298, кл. G 05 F 1/56. 1974.