Стабилизирующий источник постоянного напряжения или тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможное. ти задания выходного сигнала обеих полярностей. Устройство содержит регулирующий элемент в виде операционного усилителя 1, датчик 2 тока, узел 3 выделения сигнала рассогласования по току, узел 12 выделения сигнала рассогласования по напряжению, узел 18 защиты от обратных тока и напряжения , усилителиограничители 24, 32, сумматор 40, Составные блоки 18, 24, 32 выполнены программируемыми благодаря введению в них через ключи разнонаправленных диодов. Это обеспечивает задание различных режимов устройства по току и напряжению. С высокой точностью устанавливаются уставки защит от перегрузки и обратных напряжений и тока. На вспомогательных выходах с выводами 49, 50 формируются сигналы измерительной информации , 2 з.п.ф-лы9 1 табл. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИН рц G 05 F 1/569

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Н0МНТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

flPH fNHT СССР

21) 4631394/07

22) 03.01 89 (46) 07.05.91.Бюл, N- 17 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро "Модуль" Винницкого политехнического института (72) О.А.Белоконь, С.М.П1ушляпин и О.В.Коваль (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Патент СНА Р 3414803, кл. 323-4, 19 73.

Авторское свидетельство СССР

Н - 1086416, кл. G 05 Р 1/56, 1983. (54) СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯ7(ЕНИЯ ИЛИ ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможнос—

„,80„„1647540 А 1

2 ти задания выходного сигнала обеих полярностей. Устройство содержит регулируюций элемент в виде операционного усилителя 1, датчик 2 тока, узел 3 выделения сигнала рассогласования по току, узел 12 выделения сигнала рассогласования по напряжению, узел 18 заг1иты от обратных тока и напряжения, усилители- ограничители 24, 32, сумматор 40. Со тавние блоки 18, 24, 32 выполнены программируемыми благодаря введению в них через ключи разнонаправленных диодов. Это обеспе" чивает задание различных режимов устройства по току и напряжению. С высокой точностью устанавливаются уставки зацит от перегрузки и обратных Е напряжений и тока. На вспомогательных выходах с выводами 49, 50 формируются сигналы измерительной информа ( ции, 2 з.п.ф-лы, 1 табл. 1 ил.

1647540

Изобретение относится к электро-- технике и предназначено для использования в контрольно-измерительном оборудовании, применяемом, например, при испытаниях полупроводниковых. приборов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности задания вы- 10 ходного сигнала обеих полярностей.

Ка чертеже представлена функциональная схема предлагаемого стабилизируюцего источника постоянного напряжения или тока., 15

Устройство содержит регулирующий элемент, выполненный в виде операционного усилителя 1 с двумя питающими и общим выводами, резистивный датчик 2 тока, узел 3 выделения сигна 2О ла рассогласования по току с задатчиком тока в виде токового цифроаналогового преобразователя 4, измерителем тока в виде повторителя 5 и дифференциального усилителя 6 и резисторами

7-1 1, узел 12 выделения сигнала рассогласования по напряжению с задат— чиком напряжения в виде токового циф- роаналогового преобразователя 13, измерителем напряжения в виде мас- ЗО штабного усилителя 14 и резисторами, 1S-17. программируемый узел 18 защиты от обратных тока и напряжения с резистором 19, разнонаправленными диодами

20 и 21.и ключами 22 и 23, первый 35 .программируемый усилитель-ограйичитель 24 с операционным усилителем 25, двухсторонним стабилитроном 26, разнонаправленными диодами 27 и 28 и ключами 29-31, второй программируе "О мый усилитель-ограничитель 32 с операционным усилителем 33, двухсторонним стабилитроном 34, разнонаправленными диодами 35 и 36 и ключами 3739, сумматор 40 с резисторами 41-43. 15

На схеме отмечены также выводы 44-46 для подключения двух полярных и обцего полюсов первичного источника питания, выводы 47 и 48 для подключения нагрузки и измерительные выводы 5О

49 (токовый), 50 (потенциальный).

Первый питаюций вывод операционного усилителя 1 соединен с выводом 44, второй питаюций вывод — с выводом 46, общий вывод — с выводом 45, а выход- 55 .ной вывод (не показан) — с выводом 47.

Нина нулевого потенциала (не показана) включена между выводами 45 и 48. Входные выводы дифференциального усилите ля 6 через резистор 9, резистивный делитель 10, 11 и повторитель 5 подключены к выводам датчика 2 тока. ИнверФируюций вход масштабного усилителя 14 через резистор 17 соединен с выходом повторителя 5, т.е. датчики с выводами 47 и 48. Выход дифференциального усилителя 6 через резистор

7 соединен параллельно с выходом цифроаналогового преобразователя 4 и использован в качестве выхода узла 3 выделения сигнала рассогласования по току, подключенного к инвертирующему входу операционного усилителя 25 про-.. граммируемого усилителя-ограничителя

24, выход масштабного усилителя 14 через резистор 15 соединен параллельно с выходом цифроаналогового преобразователя 13 и использован в качестве выкода узла 12 выделения сигнала рассогласования по напряжению, подключенного к инвертирующему входу операционного усилителя 33 програка;и-. руемого усилителя-ограничителя 32. В цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 25 включены; параллельно двухсторонний стабилитрон 26 через ключ 29 и раэнонаправ+ ленные диоды 27 и 26 соответственно через ключи 30 и 31. В цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя " 3 включены параллельно двухсторонний стабилитрон 34 через ключ 37 и разнонаправленные диоды

35 и 36 соответственно через ключи

38 и 39. Узел 18 зациты от обратных тока и напряжения включен между выходными потенциальными выводами диф=. ференциального усилителя 6 н цифроаналогового преобразователя 13 (в месте соединения с резистором 15).

Рассматривая режимы работы устройства, можно выделить два основных: режим задания тока и измерения напряжения на нагрузке,1 режим задания напряжения и измерения тока, потребляе мого нагрузкой.

В соответствии с полярностью задаваемого выходного сигнала форми" руются необходимые варианты режима работы. 1(оммутация режимов производится при помоци ключей 29-31 37-39 и 22,23, которые входят в грограммируемые усилители-ограничители 24 и

32 и узел 18 защиты от обратных тока и напряжения.

В таблице приведены возможные режимы работы устройства.

1Ы?540

Рассмотрим работу устройства в различных режимах.

Pe ì 1.

В данном режиме задается положительное выходное напряжение и предполагается, что ток будет идти из устройства в нагрузку. В этом режиме ключи 30,37 и 23 находятся во включенном состоянии т.е. в канале задания напряжения в обратной связи программируемого усилителя-ограничителя, 22 включен стабилиграк 34, а н канале измерения така — диод 27. В кана ле защиты от обратного тока включен диод 21. Полярность включения диода

27 в обратной связи программируемого усилителя-ограничителя 24 определяют направлением тока на выходе устройства, соответственна выбрана полярность включения диода 21 н узле 18

Ф защиты. При помощи блоковых цифроаналоговых преобразователей 4 и 13 задаются соответственно величина така срабатывания защиты от перегрузки и величина, выходного напряжения. После выхода устройства на режим.на его выходе формируется напряжение, задаваемое цифроаналоговым преобразователем 13. Между выводом 49 и шиной нулевого. потенциала имеет место . напряжение, пропорциональное току, протекающему через датчик 2. Конструкция и схемные решения узла 3 ны— деления сигнала рассогласования по току должны минимизировать токи утечки с выхода устройства.

Рассмотрим процесс стабилизации выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки. Программируемый усилитель-ограничитель 32 в канале задания напряжения имеет дна порога ограничения различной полярности, величина которых огсределяется напряжением стабилизации стабилитрона 34.

В канале защиты усилитель-ограничитель 24 имеет один порог ограничения, определяемый величиной прямосмещенного диода 27. Поэтому в слу:.ае, когда выходной ток устройства не превышает с уровня срабатывания защиты>устройство работает в режиме стабилизации напряжения каналом задания напряжения.

Допустим, сопротивление нагрузки уменьшается так нагрузки меньше тока срабатывачия защиты. Это вызывает

) уменьшение напряжения на выходе устройства. Соответственно уменьшается

24. Усиление кана.,а .-, .акт;1 Во току значительна возраст.à-.. Растет выходное напряженке уск тчтеля-ограничителя, 24 и устройств" переходит н режим стабилизации тока. В момент срабатывания защиты выходное напряжение

35 усилителя-ограничителя 24 не ограничивается, поэтому несмотря на та, что канал задания чапряжения формирует сигнал на стабилизацию напряжения1 домннируюцим является канал защиты и выходной сигнал управляется этим каналом.

При возврате величины сопротивления нагрузки к номинальному значению устройство опять переходит в режим стабилизации напряжения.

В случае возникновения аварийной ситуации или при тестирован:.ж неисправных микросхем возможна подключение к выходу устройства напряжения положительного знака большей величины, чем задгнаемое1 что обуслазливает возникновение обратного тока через датчик 2. При этом канал эадачия напряжения вырабатывает скгчал, приводя" щий к понижению выходного напряжения регулирующега элемента .1, что может вызвать выход чз строя устройства. В указанной ситуации начинает работать блок 18 защиты. Под действием положи"

1Î

25 напряженке на выходе повторителя 5.и увеличивается напряженке на выходе маснтабнага усилителя 14. Нарушается баланс токов и тачке соединения выхода цифроаналогового преобразователя

13 и резистора 15, что приводит к уменьшению выходного напряжения программируемога усилителя-ограничителя

32, которое через сумматор 40 передается на управляющий вход регулнрующега элемента 1. Выходное напряжение последнего возрастает, это вызывает увеличение тоха. через датчик

2 и повьппенке напряжения на вьг .оде устройства. Прк увеличении сопративле" ния нагрузки процесс регулирования происходит аналогично только изменяется знак скгнаг.:а разбаланса.

Если сопротивление нагрузки умень шается значительна, та на выходе дифференциального усилителя 6 напряжение снижается. чта пр-гнадит к измене" нию направления така н месте соединения цифроаналогового преобразователя 4 и резистора ? и. к обратному сме- . щению диода 2? в обратной связи программнруемага уси; -..-ели-а",. аничителя

7 1647540 8 тельного потенциала, формируемого на выходе дифферецциального усилителя 6„ открывается диод 21 и в место соединения узла 18 защиты цифроаналогового преобразователя 13 и резистора 15

5 поступает дополнительный ток, обеспе" ,чивающий понижение потенциала на выходе, программируемого усилителя-ограничителя 32 и повьппение выходного напряжения регулирующего элемента

Таким образом, эа счет работы узла l8 защиты выходной сигнал устройства начинает следить за внешним источником напряжения, что предохраняет устройство от повреждения.

В режимах 2 — 4 устройство работает подобно режиму 1 и отличается только полярностью задаваемого напряжения, выходного тока и сигнала за. щиты.

Режимы работы 5 — 8 предполагают, что устройство будет работать как источник тока в номинальном режиме и как источник напряжения при перегруз". 25 .ке.

На выводе 50 относительно шины пулевого потенциала формируется измерительный сигнал, пропорциональный напряжению на нагрузке при пропускании через нее тока заданной величины.

В режиме 5 устройство формирует ток, текущий в нагрузку, и на нагрузке вырабатывается положительное напряжение. В этом режиме ключи 29,38 и

23 замкнуты. В программируемом усили-! теле-ограничителе 24 в обратную связь включается стабилитрон 26, а в усилителе-ограничителе 32 — диод 35. По4О добная коммутация обратных связей определяет состояние, при котором канал тока функционирует как задат.чик, а канал напряжения — как защита

m перегрузки. 45

Рассмотрим процессы регулирования и защиты, происходящие при работе в режиме., Задание необходимого тока производится при помощи цифроаналогового преобразователя 4 и токового датчика 2.

Уровень напряжения защиты задает; ся цифроаналоговымпреобразователем 13.

Измерительный. сигнал, пропорциональный напряжению на нагрузке, формируется на выходе масштабного усилителя 14, который приводит величину измерительного сигнала к диапазону измерительного прибора, подключаемого к вспомогательному выходу с выводом 50.

Если напряжение на выходе устройства меньше напряжения срабатывания защиты, то процесс стабилизации выходного тока определяется каналом задания тока. Допустим, что сопротивление нагрузки уменьшается, Это обуславливает увеличение тока через датчик 2 и снижение напряжения на выходе дифференциального усилителя 6.

Баланс токов в месте соецинения цифроаналогового преобразователя 4 и резистора 7 нарушается, Сигнал разбаланса усиливается усилителем-ограничителем 24 и регулирующим элементом

1,что вызывает снижение напряжения на выходе регулирующего элемента

1 и увеличение выходного тока до исходного уровня. При повышении сопротивления нагрузки процесс. регулирования подобен описанному выше, только отличие в знаке разбаланса в месте соединения цифроачалогового преобразователя 4 и резистора 7. Соответственно изменяется знак приращения напряжения ча выходе регулирующего элемента 1.

Если сопротивление нагрузки увели". чивается значительно и напряжение на ней сравнивается с напряжением срабатывания защиты, то устройство переходит в режим стабилизации напряжения и .определяющую роль в процессе регулирования выполняет канал защиты цо напряжению. При превьппении уставки защиты на выходе масштабного усилителя 14 формируется потенциал, приводящий к изменению направления тока в месте соединения цифроаналогового преобразователя 13 и резистора 15. При этом закрывается диод 35 и сигнал раэбаланса усиливается, усилителем 33. В результате понижается напряжение на выходе регулирующего элемента 1. После возвращения сопротивления нагрузки к номинальному значению устройство переходит в режим стабилизации тока.

В аварийной ситуации (при попадании на вывод 47 большого положительного потенциала) канал защиты от превышения напряжения вырабатывает сигнал, приводящий к понижению напряжения, до минимально возможного на выходе регулирующего элемента 1 уровня, что может вызвать повреждение элементов

1647540 схемы. В указанном случае срабатывает узел 18 защиты ст обратного тока.

Под действием потенциалов, возникающих на диоде 21, последний открывается и ток разбаланса, имеющийся в месте соединения цифроаналогового преобразователя 13 и резистора 15, отби.рается усилителем 33. В итоге канал защиты по напряженио "отключается" °

Под действием обратногс тока протекающего по датчику 2 на выходах диф1 ференциального усилителя 6 и усилителя-ограничителя 24 формируются такие управляющие сигналы, которые обеспечивают повышение напряжения на выходе регулирующего элемента 1 до уровня., имеющего место на выводах

47 и 48.

В режимах 6-8 устройство работает подобно режиму 5, отпичаются только полярности задаваемых токов и напряжений.

Формула изобретения 25

Стабилизирующий источник постоянного напряжения или =сна, содержащий регулирующий элемент, первый питающий вывод которого соединен с выводом для подключения первого полярного полюса первичного источника питания, а выходной вывод через датчик тока — с первым выводом для подключения нагрузки„ шину нулевого потенциала, включенную между выводом для подключения общего полюса первичного источника питания и вторым выводом для подключения нагрузки, узел выделения сигнала рассогласования по току, состоящий из задатчика и измерителя тока, вход которого подключен к выходу датчика тока, узел выделения сигнала рассогласова ния по напряженяо, состоящий из задатчика и измерителя напряжения, входная цепь которого соединена с выводами для подкюпочеяия нагрузки первый и второй усилители-ограничители, входы которых подключены к выходам узлов выделения сигнала рассогласования соответственно по току и напряжению, а выходы через сумматор— к управляющему входу регулирующего элемента, с т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности задания выходного сигнала обеих полярностей, регулирующий элемент выполнен в виде операционного усилителя, снабженного общим и вторым пгтаюшнм выводами, а усилители-ограничители — программируемыми, дополнительно введены вывод для подкгяочеяия второго полярного полюса пер.вичногс источника питания и програм,мируемый 5 зел часты от обратных то ка и напряжеяи, причем общий и второй питающий выводы операционного усилителя соединены соответственно с выводами для цодкгпочения общего и второго полярного полюсов первичного uc":a÷íèêà пи-ания, выходные цепи измерителей тока и напряжения соединены параллельно с выходами одноименных задатчиков и использованы в качестве выходов соответствующих узлов выделения сигналов расссгл:. .îmàíèÿ а узел защиты вкгаочен мездру ;-..ыходными потенциальными выводами измерителей ToKR и напряжения;.

2. Источник ra ï.1, о т .. и ч а юшийся тем, что кажлый .программи= руемый усилитель-ограничитель выполнен в вице опера Чояного усилителя, в цепи отрицательной обратной связи которого включены параллельно через соответствующие ключи двухсторонний стабилитрон и два разнонаправленных диода.

3. Источнник по п.1, о т л и ч а юц и и с я тем, что узел защиты-от обратных тока и напряжения выполнен в виде последовательно соединенных резистора и цепочки из двух разнонаправленных диодов, включенных через соответствующие ключи параллель;с.

I647540

Ключ

29 30 31 37 38 39 22 23

Режим п ° и °

Задание Защита

Примечание:+U, -U

1,0

Составитель Л=Морозов

Техред Л.Олийнык

Корректор С.Шекмар

Редактор В.Бугренкова

Заказ 1399 Тираж 478 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород„ ул. Гагарина,101

1 + Ц

2 + U

3 — U

4 - U

5 + I

6 + I

8 — I

О 1 О 1 О О О

О О 1 1 О О 1 О

О . 1 О 1 О О О

О О 1 1 0 0 1 О

1 О О 0 1 О О 1

1 О О О 1 О 0 1

1 О О 0 0 1 1 О

О О О О 1 1 Π— выходное напряжение положительной и отрицательной полярности; — обозначения замкнутого и разомкнутого состояний ключей;

" ток, текущий из устройства в нагрузку, — ток, текущий в устройство иэ нагрузки.