Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения

 

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 напряжения, 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

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (594 С 05 Р. l/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2903091/24-07; 2929355/07;

2929356/07; 2946567/07 (22) 01.04.80 (46) 07.05.88. Бюл. 11 17 (75) Б.Д. Гладков (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока. М.: Советское радио, 1980, с. 145, .рис. 5.12.

Авторское свидетельство СССР

В 1144096, кл. С 05 F 1/56, 1977. (54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым источникам питания высокой точности.

Цель изобретения - обеспечение точного регулирования выходного напряжения в широком диапазоне возмущающих воздействий, регулирования выходного напря„„SU„„1394207 жения,начиная от нуля и в противоположной знаковой области при сохранении точности воспроизведения заданного на-пряжения, а также повышение помехозащищенности и улучшение эксплуатационных характеристик. В блок управления введено q(q><2) промежуточных усилительных каскадов, охваченных единичной безынерционной многоканаль ной положительной обратной свяsью.

В устр-во введен блок: стабилизацшю 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 выходу регулирующего элемента. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1394207

Изобретение относится к электро" технике, в частности к управляемым источникам питания высокой точности.

Цель изобретения - обеспечение точного регу1п1рования выходного напряжения в 1ш1роком. диапазоне возмущающих воздействий, обеспечение регулировки гыходного напряжения, начиная от пуля и в противоположной зна- 10 ковой области, а также повышение помехозаи33пценности и улучшение эксплуаГациоглlых характеристик °

На фиг. 1 нр едставлена функциональная схема компенсационного стаби-15 лизатора постоянного напряжения с

q-1 (q) 2) промежуточными усилитель13ыми каскадами, каждый на основе эффекта бесконечного усиления; на фиг. 2— фу31кц33он альн ая схема с таб или затор а с блоком стабилизации, выполненного Ifa основе эффектов бесконечного усиления; Ila фиг, 3 — функциональная схема стабилизатора с раскрытием схемы дифференциального усилительного каскада, выполненного по симмет ричной схеме; па фиг. 4 — функциональная схема стабилизатора, вариант.

Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит (фиг.1)

ВКЛЮ 1Е111Пз111 Б ОДЕ1У Н3 СИЛОВЫХ IIIIIH РЕ»

1"у лнp»ol133311 элемент 1, управляющий вход которого подключен к выходу выходного усилительного каскада 2 блока управления, в состав которого вхо-35 дит та1оке входной дифференциальный усилительный каскад 3, охваченный ед111ш-Бой безынерционной многоканальной положитепьной обратной связью (ПОС), и q-1 (q ii2) промежуточных 40 усилительных каскадов 4 и 5. Стабилизатор содержит также согласующие каскадь1 6 33 7, включенные межцу выходамн цред11дущих и вхоцами последующих уси33итель13ых каскадов, а также резо- 45 иансные контуры в виде конденсаторов 8 и 9, подключен11ых к выходным выводам, к которым подключена также

31агрузка 10. !1а фиг. 2 стабилизатор соцержит также блок 11 стабилизации напряже1331я, выполненный на основе эффектов бесконечного усиления (ЗБУ) и нклкченны11 между 1133п1ам31 13итания блока управления и общей шиной стабилизатора, делитель 12 блока стабилизации, а также два резистора 13 и 14, первый из которых включен между выходным выв 1до13 стабилизатора 31 инверсным входом усилителя Э, а второй — между инверсным входом усилителя 3 и выходным выводом блока 11 стабилизации. Дифференциальный усилительный каскад 3 стабилизатора (фиг. 3) может быть выполнен по симметричной схеме и состоять из дифференциального усилителя 15, охваченного единичной безынерционной четырехканальной ПОС (два канала образуют резисторы 16 и 17), входы которого через резисторы 18 и 19 подключены к одним выходам делителя 12 выходного напряжения блока 11 и делителя 20 выходного напряжения стабилизатора, другие выходы которых через резис торы 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 регулирующего элемента 1 подключена последовательная цепочка из ограничительного резистора

23 и нестабилизированного источника

24 питания .

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

Предположим, вы3слючены 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 Э и увеличении глубины

ПОС увеличивается коэффициент усиления этого блока и, следовательно, уменьшается величина сигнала ошибки на 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

Э. При определенном соотношении глубин 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 IIo npuu

3 139 цнпу регулирования по отключению, та 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 устрой" ства 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"с 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 не менее двух, оно определяется конкретным 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 подавления всех параметрических возмущений внутри каскада 3. Таким образом, описана работа устройетва при подавлении пульса ций питакицего напряжения. Аналогично работает устройство при подавлении любых возмущений.

Устройство по фиг. 2 работает аналогичным образом, только уставку выходной координаты устройства осуществляют резистором 14, при уменьшении величины 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, саздаваемого 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 этот"блок имеет практически нулевое выходное сопротивление. Описана работа устройства с главной выходной коррдинатой, связанной с регулирующим эле4207 (фиг. 3) в динамике будем исходить

30.меннога напряжения (например, от геЗ5 нератара через конденсатор) для осу40

55

15 ментам l Поскольку главная выходная координата может быть больше и меньme блока 11, то на нагрузке может быть установлено напряжение любого знака, начиная -е нуля, и тогда блок

11 должен иметь выходную мощность, обеспечивающую работу нагрузки. Если же устройство предназначено для рабаты только от главной выходкой координаты, то тогда блок 11 маж.=т иметь незначительную мощность, обеспечивающую работу усилительных каскадов.

Устройство может также управляться от внешнего напряжения путем подачи

его на инверсный или синфазный вход каскада 3.

При описании работы устройства из того, что выключены все каналы

ПОС во всех усилительных каскадах, включая каскад 3. И тогда устройство совершает ошибки при воздействии возмущений. Теперь введем резис-. торы 16 и 17 с достаточно большой величиной их.сопротивлений и начнем их уменьшать, полагая, что усилитель

15 содержит генератор тока па простейшей схеме, при этом будет уменьшаться величина напряжения пульсаций на выходе устройства и величина напряжения на выходах усижтеля 15 от поданного на синфазный вход переществления регулировки каскада 3.

При определенной величине сопротивлений 16 и 17 на выходах усилителя 15 отсутствует синфазный сигнал от ге .нератора, а если его выключить, та на выходе устройства возникнут сигнал 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 достигнута в каскаде 3 усиление, близкое к бесконечности, полное подавление всех параметрических возмущений, полное подавление синфазнога 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 упа мянутого настроечного генератора.

1394207

Устройство можно перевести в режим перекомпенсации относительно возмущающих факторов, а каскад 3 — относительно синфазного сигнала, при этом устойчивость устройства не нарупи|тая. 13 реалыых условиях, если помеха ассиметрична относительно синфаэного и .||||перс|гого входов, она будет полностью подавлена на вы- 10 ходе устройства. Если усилитель 15 вы|полнен как обычный симметричный дггфференциальный каскад, т. е. без генератора тока, то тогпа резистор

21 должен быть соеципен с делителем 15

1?, а резистор 22 — с делителем 20, т.е. в этом варианте каналы, создаваемые согласующпми каскадамн, создают отрицательную обратную связь вокруг усилителя 15. Это происходит 20 вследствие недостаточной величиггы сопротивления резистора обратной связи в усилителе 15, когда для подавле||пя синфазного сигнала (помехи) необходима более глубокая, чем 25 единичная, ПОС в первых двух каналах, и тогда согласующие каскады должны скомпенсировать избыточную ПОС. Б

Остальном работа устройства в рассггагриваемом варианте не отличается 30 от огнса||нorо. схег.н- на <Ъиг . 4 rc G«!!!!K 24 и ограыгчг тельный резистор 23 создают нестабн|."изированное смещение для

9 регулирующего элемента 1 что поэ35 во||нет выставить уставку выходного пи|ряжения устройства с любым эпа,ом выходного ггьгвода Отегосительно общей гш|ны. Иестабилып,ге факторы, ко" торые вносит источник 24 и резистор 40

23, по,iгнoстью подавляются регулирующим элементом 1 и всеми усилитель".|ыми каскадами 3, 5 и 6. Б остальном работа устройства па фиг. 4 в динамике пе отличается от работы . 45 схемы на фиг. 3. формула изо бр ет ения

1 „1<омпенсациониый стабилизатор

50 постоянного напряжения, содержащий вклгаченг ггйг в одну пэ силовых шин регупиругощий элемент, управляющим входом соединeííûé с выходом выходного усилительного каскада блока управлегп.я, в состав которого входит также

55 дггффер енциальный усилительный каскад, схза .енный ед|гничной беэынерционнОй многоканалы|ой положительной обратной 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 возмущающих воздействий, в блок управления введено

q -1 (где q>>2) промежуточных усилительных каскадов, каждый из которых охвачен единичной безынерционной мно гокальной положительной о бр атно и связью и включен между выходом дифференциального усилительного каскада и входом выходного каскада блока управления.

2. Стабилизатор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения регулирования выходного напряжения, начиная от нуля и в противоположной знаковой области, при сохранении точности воспроизведения заданного напряжения, в него введены блок стабилизации напряжения, выполненный на основе эффектов бесконечного усиления и включенный между шиной питания блока управления и общей шиной, и первый и второй ре» эисторы, при этом инверсный вход дифференциального усилительного каскада через первый резистор подключен, к выходному выводу, а через второй резистор — к выходу блока стабилизации °

3. Стабилизатор по пп. 1 и 2 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности . и улучшения эксплуатационных характеристик, дифференциальный усилительный каскад выполнен по симметричной схеме и состоит из . охваченного единичной безынерционной четырехканальной йоложительной 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 согласукщих каскадов, соединенными с входами первого промежуточного усилительного: каскада, и резисторами делителей напряжения, пригыкающими к общей шине, седьмым и восьмым резисторами, один из которых включен между одним

139 л207 входом дифференциального усилителя и резистором делителя. выходного напряжения, примыкающим к второму резистору, а другой — между другим входом дифференциального усилителя и точкой соединения первого и второго резисторов. л. Стабилизатор по пп. 1-3, о т л и ч а ю шийся тем, что в него введена последовательная цепочка из ограничительного резистора и нестаби" лизированного источника питания, подключенная к выходу регулирукщего элемента.

1394207

139420i

Составитель С. Ситко

Редактор А. Воронич Техред у,.дидык КоРРектоР С.Черни

Заказ 2221/45 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4