RU119902U1

RU119902U1 - ADJUSTABLE DC VOLTAGE STABILIZER WITH BIPOLAR OUTPUT

Info

Publication number: RU119902U1
Application number: RU2012115595/08U
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Нефедьев; Станислав Борисович Сластинин
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2012-08-27

Abstract

Регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом, содержащий последовательно соединенный с входом положительной полярности первый регулирующий элемент, первый и второй датчики тока, первый сравнивающий элемент, входы которого соединены с выходом источника опорного напряжения и с выходом резистивного делителя напряжения положительной полярности, второй регулирующий элемент, последовательно соединенный с входом отрицательной полярности, первый усилитель, включенный между выходом первого сравнивающего элемента и входом первого регулирующего элемента, второй сравнивающий элемент, к входу которого подключены выход делителя напряжения по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности и общий провод, второй усилитель, включенный между выходом второго сравнивающего элемента и входом второго регулирующего элемента, отличающийся тем, что он дополнительно содержит третий сравнивающий элемент, к первому и второму входу которого подключены соответственно выход первого датчика тока, выход второго датчика тока, к третьему входу - выход источника опорного напряжения, выход третьего сравнивающего элемента подключен к входу первого усилителя стабилизатора напряжения положительной полярности, а первый и второй датчики тока соединены с общим проводом. An adjustable constant voltage stabilizer with a bipolar output, comprising a first regulating element connected in series with the positive polarity input, the first and second current sensors, the first comparison element, the inputs of which are connected to the output of the reference voltage source and to the output of the resistive voltage divider of positive polarity, the second regulating element, connected in series with the input of negative polarity, the first amplifier connected between the output of the first comparative element and the input of the first control element, the second comparison element, to the input of which the output of the voltage divider is connected for the total output voltage of negative and positive polarity and the common wire, the second amplifier connected between the output of the second comparative element and the input of the second control element, characterized in that it additionally contains a third comparative element, to the first and second inputs of which the corresponding but the output of the first current sensor, the output of the second current sensor, to the third input is the output of the reference voltage source, the output of the third comparison element is connected to the input of the first amplifier of the voltage stabilizer of positive polarity, and the first and second current sensors are connected to a common wire.

Description

Регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом относится к вторичным источникам питания, предназначенным для питания аппаратуры двуполярным напряжением при регулировке и лабораторных испытаниях. Устройство может также использоваться в составе аппаратуры массового использования, а также в качестве лабораторного стабилизированного источника питания.An adjustable DC voltage stabilizer with a bipolar output refers to secondary power supplies designed to supply equipment with bipolar voltage during adjustment and laboratory tests. The device can also be used as part of equipment for mass use, as well as a laboratory stabilized power source.

Известен сдвоенный двуполярный стабилизатор напряжения, который представляет сочетание двух объединенных общим проводом однополярных независимых стабилизаторов напряжения, регулирующие транзисторы которых являются комплементарными. Каждый стабилизатор состоит из регулирующего транзистора, источника опорного напряжения, выходного делителя напряжения и усилителя сигнала ошибки. [Крылов В. Построение двуполярных стабилизаторов на ОУ / В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып.79 / Сост. В.Г.Борисов. - М.: ДОСААФ, 1982, с.27-30].Known dual bipolar voltage regulator, which is a combination of two common-wire unipolar independent voltage stabilizers, the regulating transistors of which are complementary. Each stabilizer consists of a control transistor, a reference voltage source, an output voltage divider, and an error signal amplifier. [Krylov V. Construction of bipolar stabilizers on an op-amp / To help a radio amateur: Collection. Iss. 79 / Comp. V.G. Borisov. - M .: DOSAAF, 1982, p.27-30].

Недостатком стабилизаторов такого типа является независимость установки выходных напряжений стабилизаторов.The disadvantage of this type of stabilizers is the independence of the installation of the output voltage of the stabilizers.

Известен стабилизатор напряжения с симметричным выходным напряжением, который состоит из двух стабилизаторов напряжения, один из которых является ведущим, и состоит из регулирующего транзистора, источника опорного напряжения, выходного делителя напряжения положительной полярности, усилителя сигнала ошибки, а второй является ведомым, и состоит в свою очередь из регулирующего транзистора, выходного делителя суммарного напряжения и усилителя сигнала ошибки. [Крылов В. Построение двуполярных стабилизаторов на ОУ / В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып.79 / Сост. В.Г.Борисов. - М.: ДОСААФ, 1982, с.31].Known voltage regulator with a symmetrical output voltage, which consists of two voltage regulators, one of which is the leading, and consists of a control transistor, a reference voltage source, an output voltage divider of positive polarity, an error signal amplifier, and the second is a slave, and consists of the turn of the control transistor, the output divider of the total voltage and the amplifier of the error signal. [Krylov V. Construction of bipolar stabilizers on an op-amp / To help a radio amateur: Collection. Iss. 79 / Comp. V.G. Borisov. - M .: DOSAAF, 1982, p.31].

Недостатком данного стабилизатора напряжения с симметричным выходным напряжением является нарушение симметрии выходных напряжений при токовой перегрузке в стабилизаторе отрицательного напряжения.The disadvantage of this voltage regulator with a symmetrical output voltage is the violation of the symmetry of the output voltages during current overload in the negative voltage stabilizer.

Известен регулируемый прецизионный стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом [Патент РФ на изобретение №2037871, МПК G05F 1/56, опубл. 19.06.1995], содержащий интегральный двуполярный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением, включающий регулирующие элементы, узел запуска и тепловой защиты, узлы защиты по току, датчики тока, усилители, сравнивающие элементы, источник опорного напряжения, делитель выходного напряжения отрицательной полярности, согласующий элемент для подключения внешнего регулирующего резистора и делитель напряжения по суммарному выходному напряжению (отрицательной и положительной полярности).Known adjustable precision DC voltage stabilizer with bipolar output [RF Patent for the invention No. 2037871, IPC G05F 1/56, publ. 06/19/1995], containing an integrated bipolar stabilizer with a fixed output voltage, including control elements, a start-up and thermal protection unit, current protection units, current sensors, amplifiers, comparing elements, a reference voltage source, an output voltage divider of negative polarity, a matching element for connecting an external control resistor and a voltage divider according to the total output voltage (negative and positive polarity).

Недостатком данного стабилизатора напряжения является нарушение симметрии выходных напряжений при токовой перегрузке в стабилизаторе положительного напряжения, который является ведомым.The disadvantage of this voltage stabilizer is a violation of the symmetry of the output voltages during current overload in the positive voltage stabilizer, which is a slave.

Наиболее близким к предложенному является регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом [Патент РФ на полезную модель №105035, МПК G05F 1/00, опубл. 27.05.2011, Бюл. №15], выбранный в качестве прототипа и содержащий последовательно соединенные с входом положительной полярности первый регулирующий элемент и первый датчик тока с первым узлом защиты по току, последовательно соединенные с входом отрицательной полярности второй датчик тока и второй регулирующий элемент с вторым узлом защиты по току, цепь из последовательно соединенных первого усилителя и первого сравнивающего элемента, к которому подключены источник опорного напряжения, резистивный делитель напряжения положительной полярности и выход первого узла защиты по току, цепь из последовательно соединенных второго усилителя и второго сравнивающего элемента, к входу которого подключен выход делителя напряжения по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности, выходы первого и второго усилителей подключены соответственно к входам первого и второго регулирующих элементов, согласующий усилитель, вход которого соединен с выходом второго узла защиты по току стабилизатора напряжения отрицательной полярности, а его выход подключен к входу первого сравнивающего элемента стабилизатора напряжения положительной полярности.Closest to the proposed one is an adjustable constant voltage stabilizer with a bipolar output [RF Patent for Utility Model No. 105035, IPC G05F 1/00, publ. 05/27/2011, Bull. No. 15], selected as a prototype and containing a first control element and a first current sensor connected in series with a positive polarity input with a first current protection unit, a second current sensor and a second control element with a second current protection unit connected in series with a negative polarity input, a chain of series-connected first amplifier and the first comparison element, to which a reference voltage source, a resistive voltage divider of positive polarity and output are connected d of the first current protection node, a chain of series-connected second amplifier and a second comparative element, the input of which is connected to the output of the voltage divider by the total output voltage of negative and positive polarity, the outputs of the first and second amplifiers are connected respectively to the inputs of the first and second regulatory elements, matching an amplifier whose input is connected to the output of the second node of the current protection of the voltage stabilizer of negative polarity, and its output is connected to the input of the first avnivaniya element voltage stabilizer positive polarity.

Недостатком прототипа является недостаточно надежная работа узла защиты по току в стабилизаторе положительной полярности при выходном напряжении стабилизатора, близком к нулю.The disadvantage of the prototype is the insufficiently reliable operation of the current protection unit in a stabilizer of positive polarity with an output voltage of the stabilizer close to zero.

Техническим результатом является создание регулируемого стабилизатора постоянного напряжения с двуполярным выходом, сохраняющею симметрию выходных напряжений при токовой перегрузке по отрицательной и/или положительной полярности, и обеспечивающего надежную защиту по току в стабилизаторе напряжения положительной полярности при выходном напряжении, близком к нулю.The technical result is the creation of an adjustable DC voltage stabilizer with a bipolar output, preserving the symmetry of the output voltages during current overload in negative and / or positive polarity, and providing reliable current protection in a voltage regulator of positive polarity with an output voltage close to zero.

Технический результат достигается тем, что регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом содержит последовательно соединенный с входом положительной полярности первый регулирующий элемент, первый и второй датчики тока, первый сравнивающий элемент, входы которого соединены с выходом источника опорного напряжения и с выходом резистивного делителя напряжения положительной полярности, второй регулирующий элемент, последовательно соединенный с входом отрицательной полярности, первый усилитель, включенный между выходом первого сравнивающего элемента и входом первого регулирующего элемента, второй сравнивающий элемент, к входу которого подключены выход делителя напряжения по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности и общий провод, второй усилитель, включенный между выходом второго сравнивающего элемента и входом второго регулирующего элемента, а также дополнительно содержит третий сравнивающий элемент, к первому и второму входу которого подключены соответственно выход первого датчика тока, выход второго датчика тока, к третьему входу - выход источника опорного напряжения, выход третьего сравнивающего элемента подключен к входу первого усилителя стабилизатора напряжения положительной полярности, а первый и второй датчики тока соединены с общим проводом.The technical result is achieved by the fact that the adjustable DC voltage stabilizer with a bipolar output comprises a first control element connected in series with a positive polarity input, a first and second current sensors, a first comparing element, the inputs of which are connected to the output of the reference voltage source and to the output of a positive polarity resistive divider , a second control element connected in series with an input of negative polarity, a first amplifier connected between to the output of the first comparison element and the input of the first regulatory element, the second comparison element, to the input of which the voltage divider output by the total output voltage of negative and positive polarity and the common wire are connected, the second amplifier connected between the output of the second comparison element and the input of the second regulatory element, and also additionally contains a third comparing element, to the first and second input of which the output of the first current sensor is connected, the output of the second a current sensor, the third input is the output of the reference voltage source, the output of the third comparative element is connected to the input of the first amplifier of the voltage regulator of positive polarity, and the first and second current sensors are connected to a common wire.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что при превышении нагрузкой максимального тока в стабилизаторе напряжения положительной или отрицательной полярности на выходе датчика тока стабилизатора напряжения положительной или отрицательной полярности появляется напряжение, которое сравнивается с опорным напряжением, усиливается при помощи первого усилителя и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора напряжения положительной полярности таким образом, чтобы произошло ограничение выходного тока в стабилизаторе напряжения положительной и отрицательной полярности. При этом выходное напряжение стабилизатора напряжения положительной и отрицательной полярности может быть симметрично уменьшено до нуля.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that when the load exceeds the maximum current in the voltage regulator of positive or negative polarity, a voltage appears at the output of the current sensor of the voltage stabilizer of positive or negative polarity, which is compared with the reference voltage, amplified by the first amplifier and acts on the control element voltage regulator of positive polarity so that there is a limitation of the output current in st voltage stabilizer of positive and negative polarity. In this case, the output voltage of the voltage stabilizer of positive and negative polarity can be symmetrically reduced to zero.

На фигуре изображена структурная схема регулируемого стабилизатора постоянного напряжения с двуполярным выходом.The figure shows a structural diagram of an adjustable DC voltage stabilizer with a bipolar output.

Регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом содержит источник опорного напряжения 1, выход которою подключен к первому входу первого сравнивающего элемента 2, резистивный делитель напряжения 3 положительной полярности, выход которою соединен с вторым входом первого сравнивающего элемента 1, первый усилитель 4, к первому входу которого подключен выход первого сравнивающего элемента 2, выход первого усилителя 4 соединен с входом первого регулирующего элемента 5 стабилизатора напряжения положительной полярности, включенного между положительным выводом первого источника входного напряжения и положительным выходом стабилизатора постоянного напряжения с двуполярным выходом, а также делитель напряжения 6 по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности, выход которого соединен с первым входом второго сравнивающего элемента 7 стабилизатора напряжения отрицательной полярности, второй вход которого соединен с общим проводом, второй усилитель 8, вход которого соединен с выходом второго сравнивающего элемента 7, а выход соединен с входом второго регулирующего элемента 9 стабилизатора напряжения отрицательной полярности, включенного между отрицательным выводом второю источника входного напряжения и отрицательным выходом стабилизатора постоянного напряжения с двуполярным выходом, датчики тока 10 и 11 стабилизаторов напряжения положительной и отрицательной полярности, включенные соответственно между выходом отрицательной полярности первого источника входного напряжения и общим проводом, и между выходом положительной полярности второго источника входного напряжения и общим проводом, выходы датчиков 10 и 11 подключены соответственно к первому и второму входам третьего сравнивающего элемента 12, к третьему входу которого подключен выход источника опорного напряжения 1, а выход третьего сравнивающего элемента 12 подключен к второму входу первого усилителя 4 стабилизатора напряжения положительной полярности.An adjustable DC voltage stabilizer with a bipolar output contains a reference voltage source 1, the output of which is connected to the first input of the first comparison element 2, a resistive voltage divider 3 of positive polarity, the output of which is connected to the second input of the first comparison element 1, the first amplifier 4, to the first input of which the output of the first comparative element 2 is connected, the output of the first amplifier 4 is connected to the input of the first regulating element 5 of a voltage regulator of positive polarity connected between the positive output of the first input voltage source and the positive output of the DC voltage stabilizer with a bipolar output, as well as the voltage divider 6 according to the total output voltage of negative and positive polarity, the output of which is connected to the first input of the second comparative element 7 of the voltage regulator of negative polarity, the second input which is connected to a common wire, a second amplifier 8, the input of which is connected to the output of the second comparison element 7, and the output connected to the input of the second regulating element 9 of a negative voltage polarity stabilizer connected between the negative terminal of the second input voltage source and the negative output of a DC voltage stabilizer with a bipolar output, current sensors 10 and 11 of voltage stabilizers of positive and negative polarity, connected respectively between the negative polarity output of the first source input voltage and the common wire, and between the output of the positive polarity of the second input source one voltage and a common wire, the outputs of the sensors 10 and 11 are connected respectively to the first and second inputs of the third comparing element 12, the third input of which is connected to the output of the reference voltage source 1, and the output of the third comparing element 12 is connected to the second input of the first amplifier 4 of the positive voltage regulator polarity.

Регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом работает следующим образом. При подаче напряжения на вход регулируемого стабилизатора напряжения с двуполярным выходом через первый и второй регулирующие элементы 5 и 9 стабилизаторов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности, и через первый и второй датчики тока 10 и 11 стабилизаторов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности протекает ток, с выходов которых на первый и второй входы третьего сравнивающего элемента 12 подается напряжение, пропорциональное протекающему току через датчики тока 10 и 11, и которое сравнивается с выходным напряжением источника опорного напряжения 1. На первый вход первого сравнивающего элемента 2 поступает опорное напряжение от источника опорного напряжения 1, а на второй вход первого сравнивающего элемента 2 поступает часть выходного напряжения положительной полярности с выхода резистивного делителя напряжения 3. При отклонении по какой-либо причине выходного напряжения стабилизатора напряжения положительной полярности от установленного значения, на выходе первого сравнивающего элемента 2 появляется напряжение, которое усиливается при помощи первого усилителя 4 и воздействует на первый регулирующий элемент 5 таким образом, чтобы выходное напряжение возвратилось к установленному значению.Adjustable DC voltage stabilizer with bipolar output works as follows. When voltage is applied to the input of an adjustable voltage regulator with a bipolar output through the first and second regulating elements 5 and 9 of voltage stabilizers, respectively, positive and negative polarity, and through the first and second current sensors 10 and 11 voltage regulators, respectively, positive and negative polarity, current flows from the outputs which, at the first and second inputs of the third comparison element 12, a voltage proportional to the flowing current through the current sensors 10 and 11 is supplied, and which It is connected with the output voltage of the reference voltage source 1. The first input of the first comparing element 2 receives the reference voltage from the reference voltage source 1, and the second input of the first comparing element 2 receives a part of the output voltage of positive polarity from the output of the resistive voltage divider 3. If - either because of the output voltage of the voltage regulator of positive polarity from the set value, the voltage appears on the output of the first comparing element 2, cat The other is amplified by the first amplifier 4 and acts on the first control element 5 so that the output voltage returns to the set value.

При превышении максимального значения тока стабилизатора напряжения положительной полярности, на выходе датчика тока 10 появляется напряжение, которое поступает на первый вход третьего сравнивающего элемента 12 и вызывает появление напряжения на его выходе, которое затем усиливается первым усилителем 4 и воздействует на первый регулирующий элемент 5 таким образом, чтобы произошло ограничение выходного тока. При этом выходное напряжение стабилизатора напряжения положительной полярности уменьшается. При коротком замыкании на выходе стабилизатора напряжения положительной полярности выходное напряжение уменьшается до нуля.If the maximum value of the current of the voltage stabilizer of positive polarity is exceeded, a voltage appears at the output of the current sensor 10, which is supplied to the first input of the third comparative element 12 and causes a voltage at its output, which is then amplified by the first amplifier 4 and acts on the first control element 5 in this way so that the output current is limited. In this case, the output voltage of the voltage regulator of positive polarity decreases. With a short circuit at the output of a voltage regulator of positive polarity, the output voltage decreases to zero.

На первый вход второго сравнивающего элемента 7 стабилизатора напряжения отрицательной полярности поступает напряжение с выхода делителя напряжения 6 по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности, которое равно нулю при равенстве выходных напряжений в стабилизаторах напряжения отрицательной и положительной полярности, а второй вход второго сравнивающего элемента 7 стабилизатора напряжения отрицательной полярности соединен с общим проводом. При отклонении выходного напряжения с делителя напряжения 6 по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности от нуля, на выходе второго сравнивающего элемента 7 появляется напряжение, которое усиливается вторым усилителем 8 и воздействует на второй регулирующий элемент 9 таким образом, чтобы выходное напряжение стабилизаторов напряжения положительной и отрицательной полярности было одинаковым.The first input of the second comparative element 7 of the negative voltage polarity stabilizer receives voltage from the output of the voltage divider 6 according to the total output voltage of negative and positive polarity, which is zero when the output voltages in the voltage stabilizers are negative and positive polarity, and the second input of the second comparative element 7 of the stabilizer negative polarity voltage is connected to a common wire. When the output voltage from the voltage divider 6 deviates from the total output voltage of negative and positive polarity from zero, a voltage appears at the output of the second comparative element 7, which is amplified by the second amplifier 8 and acts on the second control element 9 so that the output voltage of the voltage stabilizers is positive and negative polarity was the same.

При превышении максимального значения тока стабилизатора напряжения отрицательной полярности, на выходе второго датчика тока 11 появляется напряжение, которое поступает на второй вход третьего сравнивающего элемента 12, что вызывает появление напряжения на его выходе, которое усиливается первым усилителем 4 и воздействует на первый регулирующий элемент 5 таким образом, чтобы произошло уменьшение выходного напряжения стабилизатора напряжения положительной полярности. При этом на выходе стабилизатора напряжения отрицательной полярности напряжение также пропорционально уменьшается, что вызывает ограничение тока нагрузки стабилизатора напряжения отрицательной полярности. При коротком замыкании на выходе стабилизатора напряжения отрицательной полярности выходное напряжение уменьшается до нуля.When exceeding the maximum current value of the voltage stabilizer of negative polarity, the output of the second current sensor 11 receives a voltage that is supplied to the second input of the third comparative element 12, which causes a voltage at its output, which is amplified by the first amplifier 4 and acts on the first control element 5 as so that there is a decrease in the output voltage of a voltage stabilizer of positive polarity. At the same time, at the output of a voltage regulator of negative polarity, the voltage also decreases proportionally, which limits the load current of the voltage stabilizer of negative polarity. With a short circuit at the output of a voltage regulator of negative polarity, the output voltage decreases to zero.

Таким образом, предложенный регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом обеспечивает надежную работу узла защиты по току в стабилизаторе положительной полярности при выходном напряжении, близком к нулю, при этом сохраняет симметрию выходных напряжений при токовой перегрузке по отрицательной и/или положительной полярности, и может быть использован в составе аппаратуры массового использования, а также в качестве лабораторного стабилизированного источника питания.Thus, the proposed adjustable DC voltage stabilizer with a bipolar output ensures reliable operation of the current protection unit in a positive polarity stabilizer with an output voltage close to zero, while maintaining the symmetry of the output voltages during current overload with a negative and / or positive polarity, and can be used as part of equipment for mass use, as well as a laboratory stabilized power source.

Claims

An adjustable DC voltage stabilizer with a bipolar output, comprising a first control element connected in series with a positive polarity input, a first and second current sensor, a first comparative element, the inputs of which are connected to a reference voltage source output and a positive polarity resistive voltage divider output, a second control element, connected in series with an input of negative polarity, a first amplifier connected between the output of the first comparison element and the input of the first regulatory element, the second comparative element, the input of which is connected to the output of the voltage divider by the total output voltage of negative and positive polarity and a common wire, a second amplifier connected between the output of the second comparative element and the input of the second regulatory element, characterized in that it additionally contains a third comparator element, the output of the first current sensor, the output of the second current sensor, to the third the input is the output of the reference voltage source, the output of the third comparative element is connected to the input of the first amplifier of the voltage regulator of positive polarity, and the first and second current sensors are connected to a common wire.