CN214412603U - 一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电源技术领域，公开了一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，包括：整流滤波电路；稳压闭环控制电路，由基准电压源、功率输出稳压控制电路、复合管功率放大电路和多旋电位器输出调节电路形成深度的稳压反馈环，通过多旋电位器进行输出采样与反馈实现电压输出的稳压控制与无级可调；两个自恢复过流保护电路；对称性负极镜像跟踪电路，由另一个同样的深度负反馈环构成，用于实现负电压对正电压自动跟踪式对称性稳压输出；这种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，能够实现正负电压全自动镜像跟踪，具有可0V无级起调、正负同步镜像输出功能。电压值调节方便、电压输出对称性好，精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域，特别涉及一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源。
背景技术
在电子技术领域稳压电源应用广泛，在复杂的模拟电路系统中，双电源供电系统十分常见，特别是高精度领域，要求供电电压不是单极性，而是双极性正负电源，例如：±20V给运算放大器、功率放大器供电。现有的电源技术常规手段是：采用双路单电源串联的方式构成双极性正负电源，或采用双路单独控制和单独稳压的方式直接做双电源，这些方式存在的问题和缺点是：
(1)改变输出电压比较麻烦，至少需要正负双路分别手动调整，没有做到正负输出同步可调。
(2)手动调整时需要仪表检测和校准，没有正负电压可自动无级跟踪功能。
(3)正负电压值的对称性差，更不能做到实时镜像。
实用新型内容
本实用新型提供一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，能够对正负电压自动无级跟踪，具有正负同步可调功能，电压值调节方便、电压输出对称性好。
本实用新型提供了一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，包括：整流滤波电路，输入端外接电源，用于对外接电源进行整流和滤波；
稳压闭环控制电路，包括：基准电压源、功率输出稳压控制电路、复合管功率放大电路和多旋电位器输出调节电路，复合管功率放大电路的输入端连接整流滤波电路的输出端，基准电压源、功率输出稳压控制电路和复合管功率放大电路依次连接形成负反馈电路，多旋电位器输出调节电路对功率输出稳压控制电路进行调节，实现稳压控制与正电压输出无级调节；
对称性负极镜像跟踪电路，包括：运算放大器U2B、PNP型功率复合管Q2、电位器Rp0、电阻R2和电阻R3，运算放大器U2B的同相输入端接地，反相输入端经过电位器Rp0和电阻R2接负电压输出端，同时反相输入端经过电位器Rp0和电阻R3接正电压输出端，运算放大器U2B的输出端接PNP型功率复合管Q2的基极，通过调整电位器Rp0能够进行镜像电压的对称性微调；
运算放大器U2B控制PNP型功率复合管Q2改变输出电压，基准电压源为正电压输出，电阻R2与电阻R3阻值相等，则负电压输出-U＝-(+U)，实现负电压对正电压自动跟踪式对称性稳压输出；
两个自恢复过流保护电路，包括第一自恢复过流保护电路和第二自恢复过流保护电路，第一自恢复过流保护电路设置在复合管功率放大电路和正电压输出端之间，第二自恢复过流保护电路设置在 PNP型功率复合管Q2和负电压输出端之间。
上述功率输出稳压控制电路包括运算放大器U1A，复合管功率放大电路包括NPN大功率复合管Q1，多旋电位器输出调节电路包括多旋电位器Rp，运算放大器U1A的同相输入端接地，反相输入端通过R1接-5V基准电压源，同时经过多旋电位器Rp接NPN大功率复合管Q1的发射极，构成负反馈回路，在负反馈回路中，通过运算放大器U1A放大输入电压，控制NPN大功率复合管Q1改变输出电压，使多旋电位器Rp输出的直流电压经分压后，反相输入端得到的电压与同相输入端的电压相等，从而实现输出稳压控制。
上述基准电压源包括三端稳压器7905，三端稳压器7905提供一个负5伏基准电压，实现输出可从零伏起调。
上述第一自恢复过流保护电路和第二自恢复过流保护电路均包括三极管和取样电阻，当输出电流大于设定值时，三极管导通，运算放大器U1A和运算放大器U2B的输出电流通过三极管分流而不经过NPN大功率复合管Q1和PNP型功率复合管Q2放大，当输出电流小于或等于设定值时，电源输出自动恢复正常。
上述整流滤波电路采用桥式全波整流电路，并使用电解电容进行滤波。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型通过以闭环负反馈的形式完成了线性电源的高精度稳压控制与输出无级可调，并以闭环负反馈的形式实现了正负电压对称性镜像输出，并做到了正负电压可自动无级跟踪，具有正负同步可调功能。
本实用新型的电压值调节方便、电压输出对称性好、在不可视情况下对称性操作简单。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源的基本原理框图。
图2为本实用新型提供的一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源的整机工作原理框图。
图3为本实用新型提供的一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源中稳压闭环控制电路电路图。
图4为本实用新型提供的一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源中对称性负极镜像跟踪电路图。
图5为本实用新型提供的一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源中模型样机整体电路图。
具体实施方式
下面结合附图1-5，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图2所示，本实用新型提供的一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，包括：整流滤波电路；稳压闭环控制电路，由基准电压源、功率输出稳压控制电路、复合管功率放大电路和多旋电位器输出调节电路形成深度的稳压反馈环，通过多旋电位器进行输出采样与反馈实现电压输出的稳压控制与无级可调；两个自恢复过流保护电路；对称性负极镜像跟踪电路，由另一个同样的深度负反馈环构成，用于实现负极电压对正极电压自动跟踪式对称性稳压输出；这种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，能够实现正负极电压全自动镜像跟踪，具有可0V无级起调、正负同步镜像输出功能。电压值调节方便、电压输出对称性好，精度高。
充分利用了差动放大器开环放大倍数近视无穷大的特点，以闭环负反馈的形式完成了线性电源的高精度稳压控制与输出无级可调，并基于同样的原理与思想实现了正负电压对称性镜像输出，并做到了正负电压可自动无级跟踪，具有正负同步可调功能。
使该类电源具有电压值调节方便、电压输出对称性好、不可视情况下对称性操作简单(自动跟踪对称)等显著特点。
说明：为了阐述正负对称镜像跟踪电源的技术方案原理，这里以“负极对称跟踪正极的0到±20V输出电源”为例，设计以下跟踪电源，实际中可以采用同样的原理实现正极对负极的镜像跟踪。
系统总体由四大部分组成：整流滤波电路、稳压闭环控制电路、对称性负极镜像跟踪电路、自恢复过流保护电路，示意图如图 1所示。
1.整流滤波电路
整流滤波电路采用桥式全波整流电路，并使用大容量的电解电容进行滤波。
整流滤波电路关键在于整流桥与滤波电容的选择，整流桥的选择，应根据所做电源要求输出的最大电流的大小来确定。滤波电容的选择，应根据所做电源要求输出的最大电流、电压以及NPN大功率复合管Q1(放大管)的饱和压降来确定。
2.稳压闭环控制电路
稳压部分电路主要由基准电压源、功率输出稳压控制电路、复合管功率放大电路、多旋电位器输出调节电路四部分组成，如图3 所示。
基准电压源采用集成三端稳压器7905提供-5V基准电压，由于它不需要提供大电流，所以电容C5、C6取100uF即可。
具体地，电路由运算放大器U1A、NPN大功率复合管Q1、多旋电位器Rp和电阻R1组成。运算放大器U1A的同相输入端接地，反向输入端通过R1接-5V基准电压源，同时经过多旋电位器Rp接复合管的发射极，构成负反馈回路。
而多旋电位器Rp取值范围为：0－20kΩ。
所以，+U输出端输出电压为：0－20V范围内连续可调输出。
总的工作原理是，在深度负反馈条件下，通过运算放大器的放大作用，控制NPN大功率复合管Q1改变输出电压，使电路输出的直流电压经分压后反向输入端得到的电压与同相输入端的电压精确相等(误差等于运算放大器的输入失调电压与开环电压放大倍数的综合影响)，从而实现输出稳压控制。
输出电压稳定度与NPN大功率复合管Q1的温度特性无关，与 NPN大功率复合管Q1的输出特性曲线无关，因而具有很好的稳定度，即输出电压的纹波很小。
同时，电容C5的作用是将输出端的电压波动及时反映到运算放大器的反相端，通过运算放大器控制NPN大功率复合管Q1进行调整，从而进一步减小纹波电压。
3.对称性负极镜像跟踪电路
对称性负极镜像跟踪电路由运算放大器U2B、PNP型功率复合管Q2、电位器Rp0和电阻R2、R3组成，电路如图4所示。
同理，由电位器Rp0、电阻R2与PNP功率复合管Q2构成负反馈，通过运算放大器控制PNP功率复合管Q2改变输出电压，使分压后的反向输入端电压与同相输入端的电压(0V)精确相等，只不过这里的基准电压源为电源正电压输出，电阻R2与R3设计成相等，均为20KΩ，则负极输出电压-U＝-(+U)，即实现负电压对正电压自动跟踪式对称性稳压输出。
其中，电位器Rp0为微调校准作用，由于电阻的个体固有差异，电阻R2与R3不可能完全相等，可以通过微调电位器Rp0，使输出电压与正极完全对称。这里的R2、R3、Rp0都采用温度系数良好的精密电阻元件。
4.自恢复过流保护电路
第一自恢复过流保护电路部分由三极管Q3、取样电阻R0组成，如图5所示。
只有当输出电流超过1A时，三极管Q3导通，运算放大器U1A 的输出极电流大部分通过三极管分流而不经过复合管放大，从而有效地保护了大功率复合管，使电源输出流限制在1A。该电路的特点是自动恢复，即当输出电流未超过设定值(1A)时，电源输出自动恢复正常。
当然，通过改变取样电阻R0的阻值根据实际需要设定输出电流保护值。负极的自恢复过流保护电路结构原理相同。
整体设计电路如图5所示，实际制作时要注意布线工艺，控制部分与功率输出要尽量隔离，输出地线要尽可能地靠近变压器的中心抽头，这样可以有效地提高电源输出电压的质量。
本实用新型线性电源的稳压控制功能模块是以一个运算放大器 U1A控制NPN大功率复合管Q1(晶体管、复合管或场效应管等) 和电阻分压网络构成的闭环深度负反馈实现，输出电压的变化通过 C5小电容快速反馈给差动放大器，极大地减小了该电源的输出纹波，实现高精度稳压控制，并通过RP多旋电位器实现了输出电压的线性无级可调。
本实用新型零伏起调是利用三端稳压器7905提供一个基准的负 5伏参考电压源实现，也可以利用三端稳压器7805提供正5伏参考电压源以运放构成电压跟随器的方式实现。
本实用新型对称性负极镜像跟踪电路，是以上面阐述的已经利用运放构成反馈环控制的稳压输出极+U(可以为正极、也可以为负极)为基准的参考电压源，采用同样原理，以差动放大器控制PNP 功率复合管Q2和电阻分压网络构成的闭环深度负反馈实现，其特征是运放的同相端接地，反相端接电位器RP0，该电位器实现镜像电压的对称性微调功能，R2和R3为热稳定性较好的等值电阻，可以选用1KΩ到50KΩ的金属膜电阻，它们和PNP功率复合管Q2共同构成了动态反馈环，实现该极电压-U输出对上级电压+U的自动跟踪与对称输出，构成了高精度镜像电源。
本实用新型对称性负极镜像跟踪电路，实现负电压对正电压自动镜像跟踪和对称性稳压输出；即第二个反馈环既实现负电压对正电压的对称性镜像跟踪，又实现了负电压的稳压输出。
本实用新型的电源过流保护部分，是通过高精度小值采样电阻 R0(可选用金属膜电阻)和三极管Q3构成的第一自恢复过流保护电路，限流值等于三极管的发射极饱和压降除以电阻R0的阻值，其特征是利用三极管导通时集电极电流泄放掉运放的输出级电流实现对NPN大功率复合管Q1的过流保护，该电路应用于正极限流时三极管采用NPN型，应用于负极限流时三极管采用PNP型。
本实用新型通过以闭环负反馈的形式完成了线性电源的高精度稳压控制与输出无级可调，并以闭环负反馈的形式实现了正负电压对称性镜像输出，并做到了正负电压可自动无级跟踪，具有正负同步可调功能。
本实用新型的电压值调节方便、电压输出对称性好、在不可视情况下对称性操作简单。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，其特征在于，包括：
整流滤波电路，输入端外接电源，用于对外接电源进行整流和滤波；
稳压闭环控制电路，包括：基准电压源、功率输出稳压控制电路、复合管功率放大电路和多旋电位器输出调节电路，复合管功率放大电路的输入端连接整流滤波电路的输出端，基准电压源、功率输出稳压控制电路和复合管功率放大电路依次连接形成负反馈电路，多旋电位器输出调节电路对功率输出稳压控制电路进行调节，实现稳压控制与正电压输出无级调节；
对称性负极镜像跟踪电路，包括：运算放大器U2B、PNP型功率复合管Q2、电位器Rp0、电阻R2和电阻R3，运算放大器U2B的同相输入端接地，反相输入端经过电位器Rp0和电阻R2接负电压输出端，同时反相输入端经过电位器Rp0和电阻R3接正电压输出端，运算放大器U2B的输出端接PNP型功率复合管Q2的基极，通过调整电位器Rp0能够进行镜像电压的对称性微调；
运算放大器U2B控制PNP型功率复合管Q2改变输出电压，基准电压源为正电压输出，电阻R2与电阻R3阻值相等，则负电压输出-U＝-(+U)，实现负电压对正电压自动跟踪式对称性稳压输出；
两个自恢复过流保护电路，包括第一自恢复过流保护电路和第二自恢复过流保护电路，第一自恢复过流保护电路设置在复合管功率放大电路和正电压输出端之间，第二自恢复过流保护电路设置在PNP型功率复合管Q2和负电压输出端之间。
2.如权利要求1所述的同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，其特征在于，所述功率输出稳压控制电路包括运算放大器U1A，复合管功率放大电路包括NPN大功率复合管Q1，多旋电位器输出调节电路包括多旋电位器Rp，运算放大器U1A的同相输入端接地，反相输入端通过R1接-5V基准电压源，同时经过多旋电位器Rp接NPN大功率复合管Q1的发射极，构成负反馈回路，在负反馈回路中，通过运算放大器U1A放大输入电压，控制NPN大功率复合管Q1改变输出电压，使多旋电位器Rp输出的直流电压经分压后，反相输入端得到的电压与同相输入端的电压相等，从而实现输出稳压控制。
3.如权利要求1所述的同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，其特征在于，所述基准电压源包括三端稳压器7905，三端稳压器7905提供一个负5伏基准电压，实现输出可从零伏起调。
4.如权利要求2所述的同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，其特征在于，所述第一自恢复过流保护电路和第二自恢复过流保护电路均包括三极管和取样电阻，当输出电流大于设定值时，三极管导通，运算放大器U1A和运算放大器U2B的输出电流通过三极管分流而不经过NPN大功率复合管Q1和PNP型功率复合管Q2放大，当输出电流小于或等于设定值时，电源输出自动恢复正常。
5.如权利要求1所述的同步可调的正负对称镜像跟踪稳压电源，其特征在于，所述整流滤波电路采用桥式全波整流电路，并使用电解电容进行滤波。
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|---|---|---|---|---|
| CN115436689A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-12-06 | 陕西省电子技术研究所有限公司 | 一种基于双运放和霍尔电流传感器的电零位测试装置 |
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| CN115436689B (zh) * | 2022-09-23 | 2023-09-01 | 陕西省电子技术研究所有限公司 | 一种基于双运放和霍尔电流传感器的电零位测试装置 |
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