CS264656B1 - Zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí v obou polaritách - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí v obou polaritách. Oblast využití se předpokládá zejména v automatizovaných měřících a testovacích systémech, neboť možnost rychlého nastavování různých potřebných hodnot dovoluje velkou průchodnost měřicího a testovacího zařízení. Další možnou oblastí je jeho použití jako univerzálního zdroje se základní jednotkou a výměnnými moduly výkonového zesilovače a moduly převodníku proud/napětí pro různé speciální požadavky. Podstatou zapojení zpětnovazební smyčky je, že výstup zesilovače proudové odchylky, jehož vstup je spojen s výstupem invertujícího zesilovače a svorkou řídící veličiny proudu, je spojen se vstupem řízené veličiny oboustranného omezovače. Jeho vstup řídící veličiny napětí je připojen na svorku řídící veličiny napětí a jeho výstup je spojen se vstupem výkonového zesilovače. Výstup výkonového zesilovače je spojen přes zatěžovací odpor se vstupem převodníku proud/napětí, jehož výstup je spojen se vstupem invertujícího zesilovače.

Description

(57) Řešení se týká zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí v obou polaritách. Oblast využití se předpokládá zejména v automatizovaných měřících a testovacích systémech, neboť možnost rychlého nastavování různých potřebných hodnot dovoluje velkou průchodnost měřicího a testovacího zařízení. Další možnou oblastí je jeho použití jako univerzálního zdroje se základní jednotkou a výměnnými moduly výkonového zesilovače a moduly převodníku proud/napětí pro různé speciální požadavky. Podstatou zapojení zpětnovazební smyčky je, že výstup zesilovače proudové odchylky, jehož vstup je spojen s výstupem invertujícího zesilovače a svorkou řídící veličiny proudu, je spojen se vstupem řízené veličiny oboustranného omezovače. Jeho vstup řídící veličiny napětí je připojen na svorku řídící veličiny napětí a jeho výstup je spojen se vstupem výkonového zesilovače. Výstup výkonového zesilovače je spojen přes zatěžovací odpor se vstupem převodníku proud/napětí, jehož výstup je spojen se vstupem invertujícího zesilovače.

QBR. i

CS 264 656 Β1

Vynález se týká zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí v obou polaritách.

Známá zapojení zdrojů se zpětnovazební smyčkou pro regulaci proudu a napětí pracují ua principu přepínání paralelně la/ených srny ček zpětné vazby, např. diodami, kdy v činnosti je ta smyčka zpětné vazby, jejíž odchylka od hodnoty požadované je větší.

Nevýhodou známých zapojení je u jednodušších zapojení zpětnovazební smyčky možnost regulace pouze v jedné polaritě řízené veličiny proudu nebo napětí. Při požadavku její regulace v obou polaritách se zapojení značně komplikuje a stává se v důsledku velkého zesílení momentálně neuzavřené smyčky zpětné vazby nestabilní.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí v obou polaritách podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že výstup zesilovače proudové odchylky, jehož vstup je spojen s výstupem invertujícího zesilovače a se svorkou řídící veličiny proudu, je spojen se vstupem řízené veličiny oboustranného omezovače. Vstup řídící veličiny napětí oboustranného omezovače je připojen na svorku řídící veličiny napětí a jeho výstup je spojen se vstupem výkonového zesilovače. Výstup výkonového zesilovače je spojen přes zatěžovací impedanci, připojenou mezi první výstupní svorku a druhou výstupní svorku, se vstupem převodníku proud/napětí, jehož výstup je spojen se vstupem invertujícího zesilovače.

V zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí při uzemněné zatěžovací impedanci je převodník proud/napětí tvořen diferenciálním zesilovačem a odporem paralelně připojeným k jeho neinvertujícímu a invertujícímu vstupu, který je dále spojen s výstupem výkonového zesilovače. Neinvertující vstup diferenciálního zesilovače je přes zatěžovací impedanci, připojenou mezi první výstupní svorku a druhou výstupní svorku, spojen se zemní svorkou a jeho výstup je spojen s druhým vstupem řídící veličiny napětí oboustranného omezovače a zároveň se vstupem zesilovače proudové odchylky.

V zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci větších výstupních proudů, při uzemněné zatěžovací impedanci, je neinvertující vstup diferenciálního zesilovače spojen s výstupem výkonového zesilovače a jeho invertující vstup přes zatěžovací impedanci se zemní svorkou. Výstup diferenciálního zesilovače je spojen přes inventor s druhým vstupem řídící veličiny napětí oboustranného omezovače a zároveň se vstupem invertujícího zesilovače.

Výhodou zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí v obou polaritách je kromě relativní jednoduchosti s malým počtem součástek malá energetická náročnost a velká spolehlivost. Další výhoda se projevuje v dosažení obdélníkové charakteristiky pro všechny čtyři kombinace polarit výstupního napětí a proudu v širokém rozsahu výkonů. Přínosem je rovněž dosažení velmi dobré stability při přechodu z režimu zdroje proudu do režimu zdroje napětí a rychlé reakce na změnu nastavení a změnu zátěže. Výhodou jc i možnost odděleného návrhu a oživování obou různých režimů zdroje, proudového a napěťového.

Zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí bude blíže popsáno v příkladových provedeních s pomocí připojených výkresů, kde obr. 1 znázorňuje blokové schéma zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí s neuzemněnou zatěžovací impedancí, obr. 2 znázorňuje zapojení podle obr. I upravené pro uzemněnou zatěžovací impedanci a obr. 3 znázorňuje zapojení podle obr. 2 a obr. 1 rovněž pro uzemněnou zatěžovací impedanci, ale ve zlepšeném provedení.

Na obr. 1 je vstup Zit zesilovače Z1 proudové odchylky spojen s výstupem Z32 invertujícího zesilovače Z3 a se svorkou SIR řídící veličiny proudu za účelem řízení velikosti stabilizovaného proudu. Výstup Z12 zesilovače Z1 proudové odchylky je spojen se vstupem Oll řízené veličiny oboustranného omezovače O, jehož vstup 012 řídící veličiny napětí je připojen na svorku SUR řídící veličiny napětí za účelem řízení velikosti stabilizovaného napětí. Výstup 02 oboustranného omezovače O je spojen se vstupem Z21 výkonového zesilovače Z2, jehož výstup Z22 je spojen přes zatěžovací impendanci RZ, připojenou mezi první výstupní svorku SI a druhou výstupní svorku S2, se vstupem PÍ převodníku P proud/napětí. Jeho výstup P2 je spojen se vstupem Z31 invertujícího zesilovače Z3, zařazeného mezi výstup P2 převodníku P proud/napětí a vstup Zll zesilovače XI pro zajištění změny polarity snímané veličiny.

Na obr. 2 je blokové schéma zapojení zpětnovazební smyčky podle obr. 1, ve kterém je převodník proud/napětí tvořen diferenciálním zesilovačem Z4 a snímacím odporem RS, paralelně připojeným k jeho neinvertujícímu vstupy Z411 a invertujícímu vstupu Z412. Neinvertující vstup Z411 je dále spojen přes zatěžovací impendanci RZ, připojenou mezi první výstupní svorku SI a druhou výstupní svorku S2, se zemí. S výstupem výkonového zesilovače Z2 je za účelem získání požadované polarity snímané veličiny spojen invertující vstup 412 diferenciálního zesilovače Z4, jehož výstup Z42 je spojen se vstupem Zll zesilovače proudové odchylky a zároveň s druhým vstupem 013 řídící veličiny napětí oboustranného omezovače za účelem vykompensování úbytku napětí na snímacím odporu RS.

Na obr. 3 je blokové schéma zpětnovazební smyčky podle obr.1 a obr. 2, ve kterém je inver* tující vstup Z412 diferenciálního zesilovače Z4 přes zatěžovací impendanci RZ, připojenou mezi první výstupní svorku SI a druhou výstupní svorku S2, spojen se zemní svorkou. Výstup Z22 výkonového zesilovače Z2 je spojen s neinvertujícím vstupem Z411 diferenciálního zesilovače Z4, jehož výstup Z42 je spojen se vstupemm Z31 invertujícího zesilovače Z3 a zároveň přes inveríor Z5 za účelem vykompenCS 264 656 Bl zování úbytku napětí na snímacím odporu RS s druhým vstupem 013 řídící veličiny napětí oboustranného omezovače O.

Činnost zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí bude blíže vysvětlena podle blokového schéma na obr. 1, kde proudovou zpětnovazební smyčku tvoří zesilovač Z1 proudové odchylky, oboustranný omezovač O, výkonový zesilovač Z2, zatěžovací impedance RZ, převodník P proud/napětí, invertující zesilovač Z3. Hodnotou veličiny na svorce SIR řídící veličiny proudu se nastavuje velikost výstupního proudu a hodnotou veličiny na svorce SUR řídící veličiny napětí se nastavuje velikost výstupního napětí. Na vstupu Zll zesilovače Z1 proudové odchylky se zesílením A —* — oo se porovnává požadovaná hodnota řídící veličiny proudu a veličina odpovídající snímané hodnotě proudu, vyhodnocena zesilovačem Z3. Získaná hodnota odchylky se upraví zesilovačem Z1 proudové odchylky a oboustranným omezovačem O, jehož výstup 02 je spojen se vstupem Z21 výkonového zesilovače Z2. Napěťové zesílení výkonového zesilovače Z2 udává rozsah výstupního napětí a jeho výstup Z22 je spojen přes zatěžovací impedanci RZ s převodníkem P pteud/napětí, který snímá skutečný výstupní proud po průchodu zatěžovací impedancí RZ. Napětí na výstupu P2 převodníku P proud'napětí, jenž je spojen se vstupem Z31 invcitujícího zesilovače Z3, odpovídá snímané lni mete výstupního proudu. Rozsah hodnot vý<p joního proudu je dán zesílením invertujídho zesilovače Z3 a převodním poměrem převodníku P proud/napětí. Protože napětí na vstupu PÍ převodníku P proud/napětí je nulové. určuje rozsah výstupního napětí velikost napětí na vstupu Z21 výkonového zesilovače Z? a zesílení uvedeného zesilovače. Pokud veličina na vstupu Oll řízené veličiny oboustranného omezovače O je větší než hodnota veličiny nastavené na jeho vstupu 012 řídící veličiny napětí, bude omezená a zdroj se bude chovat jako zdroj napětí.

Pokud je veličina na vstupu Oll oboustranného omezovače O menší tiež hodnota nastavená na vstupu 012 řídící veličiny napětí, zdroj se bude chovat jako zdroj proudu. Použití převodníku P proud/napětí, na jehož vstupu Pí je potenciál blízký nule, umožňuje konstrukci vysokonapěťového zdroje bez nutnosti vysokonapěťového zesilovače pro snímání proudu z výstupu Z22 výkonového zesilovače.

Zapojení zpětnovazební smyčky podle blokového schéma na obr. 2 se používá v případě, kdy je nutné zatěžovací impedanci uzemnit. Výstupní proud se snímá jako úbytek napětí na snímacím odporu RS a pomocí diferenciálního zesilovače Z4, jehož výstup Z42 je spojen se vstupem Z11 zesilovače Z1 proudové odchylky, se upravuje na veličinu odpovídající snímané hodnotě proudu. Úbytek napětí na snímacím odporu RS se vykompenzuje napětí na výstupu Z42 diferenciálního zesilovače Z4, který je spojen s druhým vstupem 013 řídící veličiny napětí oboustranného omezovače.

• V zapojení zpětnovazební smyčky podle blokového schéma na obr. 2 lze proudový rozsah nastavovat pouze změnou velikosti snímacího odporu RS. Při požadavku větších výstupních proudů je výhodnější použití zapojení podle blokového schéma na obr. 3, ve kterém snímací odpor RS může být stálý a proudový rozsah lze nastavovat velikostí zesílení invertujícího zesilovače Z3 mimo větev výkonové části zdroje.

Oblast využití uvedeného zapojení se předpokládá zejména v automatizovaných měřicích a testovacích systémech pro moderní polovodičové součástky a dále pro universální zdroje se základní řídící jednotkou s výměnnými moduly výkonového zesilovače a převodníku proud/ /napětí pro různé speciální požadavky.

Claims (3)

1. Zapojení zpětnovazební smyčky pro regulaci proudu a napětí v obou polaritách vyznačující se tím, že výstup (Z 12) zesilovače proudové odchylky (Zl), jehož vstup (Zl1) je spojen s výstupem (Z32) zesilovače (Z3) a se svorkou (SIR) řídící veličiny proudu, je spojen se vstupem (Ol 1) řízené veličiny oboustranného omezovače (O), jehož vstup (012) řídící veličiny napětí je připojen na svorku (SUR) řídící veličiny napětí a jehož výstup (02) je spojen se vstupem (Z2Í) výkonového zesilovače (Z2), jehož výstup (Z22) je spojen přes zatěžovací impedanci (RZ), připojenou mezi první výstupní svorku (Sl) a druhou výstupní svorku (S2), se vstupem (Pí) převodníku (P) proud/napětí, jehož výstup (P2) je spojen se vstupem (Z31) invertujícího zesilovače (Z3).

2. Zapojení zpětnovazební smyčky podle bodu 1 vyznačující se tím, že převodník (P) proud/ /napětí je tvořen diferenciálním zesilovačem (Z4) a snímacím odporem (RS) paralelně připojeným k jeho neinvertujícímu vstupu (Z411) a k invertujícímu vstupu (Z412), který je dále spojen s výstupem (Z22) výkonového zesilovače (Z2), zatímco neinvertující vstup (Z411) diferenciálního zesilovače (Z4) je přes zatěžovací impedanci (RZ), připojenou mezi první výstupní svorku (Sl) a druhou výstupní svorku (S2), spojen se zemní svorkou a jeho výstup (Z42) je spojen s druhým vstupem (013) řídící veličiny napětí oboustranného omezovače (O) a zároveň se vstupem (Zll) zesilovače (Zl) proudové odchylky.

3. Zapojení zpětnovazební smyčky podle bodu 1 a 2, vyznačující se tím, že neinvertující vstup (411) diferenciálního zesilovače (Z4) je spojen s výstupem (Z22) výkonového zesilovače (Z2), zatímco invertující vstup (Z412) diferenciálního zesilovače (Z4) je přes zatěžovací impedanci (RZ), připojenou mezi první výstupní svorku (Sl) a druhou výstupní svorku (S2), spojen se zemní svorkou a jeho výstup (Z42) diferenciálního zesilovače (Z4) je spojen přes inventor (Z5) s druhým vstupem (013) řídící veličiny napětí oboustranného omezovače (O) a zároveň se vstupem (7.31) invertujícího zesilovače (Z3).