WO2017014663A1 - Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки - Google Patents

Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки Download PDF

Info

Publication number
WO2017014663A1
WO2017014663A1 PCT/RU2015/000457 RU2015000457W WO2017014663A1 WO 2017014663 A1 WO2017014663 A1 WO 2017014663A1 RU 2015000457 W RU2015000457 W RU 2015000457W WO 2017014663 A1 WO2017014663 A1 WO 2017014663A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output
load
converter
input
voltage
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000457
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Игоревич РОМАНОВ
Станислав Владимирович МАЛЕЦКИЙ
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to PCT/RU2015/000457 priority Critical patent/WO2017014663A1/ru
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Драйв" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Priority to MYPI2018700207A priority patent/MY190701A/en
Priority to US15/745,419 priority patent/US20180210477A1/en
Priority to BR112018000931-8A priority patent/BR112018000931A2/pt
Priority to KR1020187004599A priority patent/KR20180030177A/ko
Priority to EA201890339A priority patent/EA201890339A1/ru
Priority to JP2018501963A priority patent/JP6703088B2/ja
Priority to SG11201800172SA priority patent/SG11201800172SA/en
Priority to EP15899031.7A priority patent/EP3327536B1/en
Priority to RU2017145761A priority patent/RU2675626C1/ru
Priority to CN201580081748.1A priority patent/CN107850909A/zh
Publication of WO2017014663A1 publication Critical patent/WO2017014663A1/ru
Priority to PH12018500123A priority patent/PH12018500123A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/461—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using an operational amplifier as final control device
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/561—Voltage to current converters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/575—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices characterised by the feedback circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits

Definitions

  • the proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used to create direct current regulators flowing in the load power circuit, with a slight consumption of electric power.
  • - a setpoint for the magnitude of the output current flowing in the load power circuit, made in the form of a constant voltage source (1 ... 2V) and a variable resistor connected with one of its output to the positive terminal of the constant voltage source;
  • DC / DC converter connected to its first (control) input to the output of the setpoint output current flowing in the load supply circuit and made in the form of a transistor, the emitter of which is the first (control) input of the DC / DC converter to DC, collector is the output of the DC / DC converter, and the base is the second input of the DC / DC converter;
  • DC-to-DC converter connected by its first (control) input to the output of the master of the magnitude of the output current flowing in the load circuit; - the load connected by one of its output to the output of the DC / DC converter;
  • a DC / DC converter made in the form of a transistor, the collector of which is the output of the DC / DC converter to an operational amplifier, the non-inverting input of which is the first input of the DC / DC converter to DC, the inverting input of the operational amplifier is connected to the emitter of the transistor, and the output of the operational amplifier is connected to the base of the transistor, and a measuring resistor, one output of which connected to the emitter of the transistor, and the second output is the second input of the DC / DC converter;
  • a DC-to-DC converter connected by its first (control) input to the output of the master of the magnitude of the output current flowing in the load power circuit;
  • the technical result which cannot be achieved by any of the similar technical solutions described above, is to reduce the power consumption of electric energy when regulating the direct current flowing in the load circuit.
  • the reason for the inability to achieve the above technical result is that in the known similar technical solutions, direct current, flowing in the load supply circuit, not only provides a feedback signal with the output of the measuring resistor to the inverting input of the operational amplifier, but also the supply to the inverting input of the operational amplifier of a constant bias voltage, which for conventional operational amplifiers, as a rule, is large enough, which leads to a significant power consumption of the consumed electricity.
  • the DC / DC converter is connected to its first (control) input to the output of the setter the magnitude of the output current flowing in the load power circuit, the load connected by one of its output to the output of the DC-DC to DC converter, the input source is constantly o voltage, connected by its positive terminal to another terminal of the load, while the DC / DC converter is made in the form of a transistor, the collector of which is the output of the DC / DC converter, a measuring resistor connected by its own output to the emitter of the transistor and its other output to the second input of the DC-DC to DC converter, a feedback unit connected by its input to the emitter of the transistor, and the operation Nogo amplifier which is connected at its inverting input to the output feedback node (made, for example, in the form of constant resistor), and to the first output of the reference resistor, connected with its second output to the positive terminal of the reference voltage source
  • the output current flows through the measuring resistor of the DC / DC converter to a direct current
  • a voltage drop occurs on the measuring resistor, which, in the form of a feedback signal, is fed through the feedback node to the inverting input of the operational amplifier of the DC / DC converter.
  • the bias voltage is applied to the same inverting input of the operational amplifier from the reference voltage source of the DC / DC converter through the reference resistor, which ensures the operating mode of the operational amplifier.
  • the indicated bias voltage is practically independent of either the value of the output current or the value of the measuring resistor. Under the influence of the feedback signal from the output of the feedback node to the inverting input of the operational amplifier, the output current is stabilized, while the value of the stable output current is determined by the voltage supplied
  • the formation of a bias voltage at the inverting input of the operational amplifier, ensuring the operating mode of the operational amplifier, is not associated with the formation of a feedback signal that stabilizes the output current at a given level, which allows you to choose a reasonably small nominal measuring resistor and thereby significantly reduce the power consumption of electric energy of the proposed DC regulator flowing in the circuit Tania load.
  • the value of the measuring resistor can be arbitrarily small, for example, 0.1 Ohms, regardless of the required bias voltage.
  • the power consumption of electric energy in the measuring resistor is:
  • the power consumption of electric energy in the measuring resistor will be:
  • R xp 2 x 1vyh
  • the feedback node is made in the form of a resistor with a nominal value of Ryoc - 3.9 Kom, which in practical conditions of implementation ensures reliable operation of the device made in accordance with
  • the table shows that the gain in power consumption in this example can reach tens and hundreds of times. It is clear to those skilled in the art that the bias voltage U cm at the inverting input of the operational amplifier, ensuring its operating mode, depending on the type of operational amplifier, can be equal to 0.4 V, 1.0 V, and 4.0 V or more; The output currents of the DC regulator can be either milliamps or tens of amperes. In all these specific cases, the correct choice of the measuring resistor, feedback node, and reference voltage source in the proposed technical solution allows to reduce the power consumption of electrical energy compared to the prototype tens or even hundreds of times.
  • - adjuster - 1 value of the direct current flowing in the load power circuit made in the form of a source - 2 constant voltage and an alternating resistor - 3, connected by its first output - 4 to the positive terminal - 5 source - 2 constant voltage and its other output - 6 to a negative conclusion - 7 sources - 2 constant voltage;
  • DC-voltage converter - 8 to DC made in the form of a transistor - 9, a measuring resistor - 10, connected with one of its conclusions - 11 to an emitter - 12 transistors - 9, and an operational amplifier - 13, connected to its inverting input - 14 to the output - 15 nodes - 16 feedback and to the first terminal - 17 of the reference resistor -18, connected by its second terminal - 19 to the positive terminal - 20 of the source - 21 reference DC voltage,
  • the non-inverting input - 22 of the operational amplifier - 13 DC / DC converters - 8 through the first (control) input - 23 DC / DC converters - 8 to DC is connected to the third terminal - 24 variable resistor - 3, which is the output - 25 setpoint - 1 DC current flowing in the load power circuit, output - 26 operational amplifier - 13 connected to the base - 27 transistor - 9, and the negative terminal - 28 source - 21 DC voltage connected to the second terminal - 29 measuring resistor - 10 and is the second input - 30 of the DC / DC Converter in direct current - 8; - load - 31, connected with one of its output - 32 to the collector - 33 of transistor - 9, which is the output - 34 of the DC / DC converter - 8;
  • the negative terminal - 38 of the source - 35 DC voltage is the case (common point of connection of structural elements) of the proposed DC regulator flowing in the load supply circuit - 31, and connected to another terminal - 29 measuring resistance - 10, which is part DC / DC converter - 8, through the second input - 30 DC / DC converters - 8, as well as to the negative terminal-7 of the source - 2 constant voltage of the master - 1 value s direct current flowing in the load circuit supply, through output set point -39 - 1 of the constant current flowing in the load circuit supply.
  • the proposed regulator of direct current flowing in the power supply circuit of the load operates as follows.
  • the indicated voltage can be created, for example, by using a constant voltage source-2, to the positive -5 and negative-7 terminals of which a variable resistor -3 is connected, from the third output - 24 of which to the output - 25 setpoints - 1 value of the output current flowing in the power supply circuit of the load - 31, the necessary control voltage is supplied.
  • the voltage at the measuring resistor-10 of the DC-8 converter-8 to the direct current is stabilized, as a result of which, through the measuring resistor-10 a current will flow that does not depend on the voltage at the output of the DC-8 converter to DC, nor on the load-31, and its value will be determined by the value of the measuring resistor-10 and the value of the output voltage tchik-1 value of the output current flowing in the load power circuit.
  • the output voltage of the setter-1 is the value of the output current flowing in the load supply circuit connected to the non-inverting ("+") input-22 of the operational amplifier-13 of the DC-DC converter-8, there will be more than the voltage on the inverting ("-") input-14 of operational amplifier-13 connected to emitter-12 of transistor-9 and to measuring resistor-10 of converter-8 of direct voltage to direct current through feedback node-16, then at output-26 of operational amplifier- 13 connected to base-27 of transistor -9, there will be a voltage at which transistor -9 opens, and the voltage at the measuring resistor-10 will increase until the voltage at the inverting input-14 of the operational amplifier-13 becomes equal to the output voltage of the master -1 value of the output current flowing in the load power circuit.
  • the voltage at the output of the operational amplifier-13 will cease to increase, the voltage at the emitter-12 of transistor-9 will also cease to grow and will be such a value at which the voltage at the junction of the emitter-12 of transistor-9 and the measuring resistor-10 will be equal to the voltage at non-inverting ("+") input-22 operating amplifier 13 (taking into account the voltage drop at the feedback node 16, as well as the voltage at the first terminal 17 of the reference resistor 18, connected by its second terminal 19 to the positive terminal 20 of the reference voltage source 21), and this state will be maintained when changing load-31. Therefore, when changing the load-31, a constant stabilized current will flow in the load-31, the value of which is determined by the value of the output voltage of the setter-1 value of the output current flowing in the load supply circuit, and the value of the measuring resistor-10.
  • the operating mode of the operational amplifier-13 is determined by the bias voltage coming from the output-20 of the reference voltage source-21 through the reference resistor-18 to the inverting-14 input of the operational amplifier-13, due to which the value of the measuring resistor-10 can be selected sufficiently small, regardless of the magnitude of the required bias voltage, therefore, the dissipation power on this resistor also becomes quite small.
  • transistor-9 can be not only a bipolar, but also a MOS transistor, an IGBT transistor, and generally any linear control element.
  • the output voltage of the setter-1 value of the output current flowing in the load supply circuit can also be created in other ways different from that described, for example, by converting pulse width modulation to control voltage; either converting a control protocol code (e.g., DALI) into a control voltage; or any other conversion of the control action into a control voltage.
  • a control protocol code e.g., DALI
  • a common power supply circuit can be used to power the setter-1 of the output current flowing in the load supply circuit and create the reference voltage source-21; a current generator can be used as a reference voltage source -21 and a reference resistor-18, and so on.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки (31). Регулятор содержит последовательно соединенные между собой источник (35) постоянного напряжения и нагрузку (31), задатчик (1) величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки (31), преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток (8), обеспечивающий стабильный ток в нагрузке (31), а также обеспечивающий разделение "напряжения смещения" и "сигнала обратной связи" друг от друга, за счет чего и снижается мощность электроэнергии, потребляемая регулятором постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки.

Description

Регулятор постоянного тока,
протекающего в цепи питания нагрузки.
Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для создания регуляторов постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, имеющих незначительное потребление мощности электрической энергии.
Аналогичные технические решения известны, см. например опубликованную в интернете на сайте: http://radiobooka.ru/radionach/163- regulyatory-napryazhenuiya-i-toka.html информацию о регуляторе постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, который содержит:
- задатчик величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, выполненный в виде источника постоянного напряжения (1...2В) и переменного резистора, подсоединённого одним своим выводом к положительному выводу источника постоянного напряжения;
- преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток, присоединённый своим первым (управляющим) входом к выходу задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, и выполненный в виде транзистора, эмиттер которого является первым (управляющим) входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, коллектор является выходом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, а база является вторым входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток;
- источник входного постоянного напряжения, подсоединённый своим положительным выводом к второму входу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток и к входу задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки;
- нагрузку, подсоединённую одним своим выводом к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, а другим своим выводом к отрицательному выводу источника входного постоянного напряжения.
Общими признаками предлагаемого технического решения и выше охарактеризованного технического решения являются:
- задатчик величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки;
- преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток, подсоединённый своим первым (управляющим) входом к выходу задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи нагрузки; - нагрузка, подсоединённая одним свои выводом к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток;
- источник входного постоянного напряжения, подсоединённый одним своим выводом к другому выводу нагрузки, а другим своим выводом к второму входу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток.
Известно также аналогичное техническое решение, см. книгу
«Полупроводниковая схемотехника» авторов У. Титце и X Шенк, стр. 174, Москва «Мир», 1982г., рис. 12.1 1 а), в которой описан регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, который выбран в качестве ближайшего аналога - прототипа и который содержит: - задатчик величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, выполненный в виде источника изменяемого постоянного напряжения;
- преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток, выполненный в виде транзистора, коллектор которого является выходом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, операционного усилителя, неинвертирующий вход которого является первым входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, инвертирующий вход операционного усилителя подключён к эмиттеру транзистора, а выход операционного усилителя подключён к базе транзистора, и измерительного резистора, один вывод которого подключён к эмиттеру транзистора, а второй вывод является вторым входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток;
- нагрузку, подсоединённую одним своим выводом к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток;
- источник входного постоянного напряжения, подсоединённый своим положительным выводом к другому выводу нагрузки и своим отрицательным выводом к второму входу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток;
Общими признаками технического решения, предлагаемого для патентования, и технического решения-прототипа являются:
- задатчик величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки;
преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток подсоединённый своим первым (управляющим) входом к выходу задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки;
- нагрузка, подсоединённая одним своим выводом к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток;
- источник входного постоянного напряжения, подсоединённый своим положительным выводом к другому выводу нагрузки и своим отрицательным выводом к второму входу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из выше охарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в снижении потребляемой мощности электрической энергии при регулировании постоянного тока, протекающего в цепи нагрузки, Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что в известных аналогичных технических решениях постоянный ток, протекающий в цепи питания нагрузки, обеспечивает не только подачу сигнала обратной связи с вывода измерительного резистора на инвертирующий вход операционного усилителя, но и подачу на инвертирующий вход операционного усилителя постоянного напряжения смещения, которое для обычных операционных усилителей, как правило, достаточно велико, что и приводит к значительному расходу мощности потребляемой электроэнергии.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания регуляторов постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, имеющих незначительное потребление мощности электроэнергии, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в регуляторе постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, содержащем задатчик величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток, подсоединённый своим первым (управляющим) входом к выходу задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, нагрузку, подсоединённую одним своим выводом к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, источник входного постоянного напряжения, подсоединённый своим положительным выводом к другом выводу нагрузки, при этом преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток выполнен в виде транзистора, коллектор которого является выходом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, измерительного резистора, подсоединённого одним своим выводом к эмиттеру транзистора и другим своим выводом к второму входу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, узла обратной связи, подсоединённого своим входом к эмиттеру транзистора, и операционного усилителя, подсоединённого своим инвертирующим входом к выходу узла обратной связи (выполненного, например, в виде постоянного резистора), и к первому выводу опорного резистора, подключённого своим вторым выводом к положительному выводу источника опорного напряжения, а своим выходом к базе транзистора, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя является первым (управляющим) входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, а отрицательный вывод источника опорного постоянного напряжения соединён со вторым входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток.
Выполнение преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток и его подсоединение, как указано выше, позволяет, при поступлении входного напряжения через нагрузку на преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток, преобразовать входное постоянное напряжение, в конечном итоге, в стабильный постоянный ток, величина которого зависит от выходного напряжения задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки
При протекании выходного тока через измерительный резистор преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток на измерительном резисторе возникает падение напряжения, которое в виде сигнала обратной связи через узел обратной связи поступает на инвертирующий вход операционного усилителя преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток. Одновременно на этот же инвертирующий вход операционного усилителя с источника опорного напряжения преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток через опорный резистор подаётся напряжение смещения, обеспечивающее рабочий режим операционного усилителя. Указанное напряжение смещения практически не зависит ни от величины выходного тока, ни от номинала измерительного резистора. Под воздействием сигнала обратной связи, поступающего с выхода узла обратной связи на инвертирующий вход операционного усилителя, стабилизируется выходной ток, при этом величина стабильного выходного тока определяется напряжением, поступающим
на неинвертирующий вход операционного усилителя с выхода задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении, в отличие от прототипа, формирование напряжения смещения на инвертирующем входе операционного усилителя, обеспечивающего рабочий режим операционного усилителя, не связано с формированием сигнала обратной связи, стабилизирующего величину выходного тока на заданном уровне, что позволяет выбрать разумно малый номинал измерительного резистора и тем самым существенно уменьшить потребляемую мощность электрической энергии предлагаемого регулятора постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки.
Сказанное подтверждается несложными расчётами.
Пусть требуемое напряжение смещения U см на инвертирующем входе операционного усилителя, обеспечивающего рабочий режим операционного усилителя, составляет U см = 2,0 В.
Пусть необходимо стабилизировать три значения выходного тока регулятора постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки: 1вых = 0, 1 А; 1 , OA; 10,0А.
В случае прототипа для создания напряжения смещения, равного 2,0 В, при токе 0,1 А требуется выбрать измерительный резистор номиналом R изм = U см / 1вых = 2,0:0,1 = 20 Ом.
Мощность потребления электрической энергии прототипа при токе 0,1 А:
Рпр = 1вых2 х R изм = 0, 12 х 20 = 0,2 Вт.
При токе 1 ,0 А в прототипе требуется выбрать измерительный резистор номиналом
R изм = U см / 1вых = 2,0: 1,0 = 2,0 Ом.
Мощность потребления электрической энергии при токе 1 ,0 А
составляет Ρπρ = 1вых2 х R изм = 1,02 х 2,0 = 2,0 Вт.
При токе 10,0 А в прототипе требуется выбрать измерительный
резистор номиналом
R изм = U см / 1вых = 2,0/10,0 = 0,2 Ом.
Мощность потребления электрической энергии при токе 10,0 А
составляет
Рпр - 1вых2 х R изм = ΙΟ,Ο2 х 0,2 = 20 Вт.
В предлагаемом техническом решении номинал измерительного резистора может быть выбран произвольно малым, например, 0,1 Ом, независимо от требуемого напряжения смещения.
Тогда при токе 0,1 А мощность потребления электрической энергии в измерительном резисторе в предлагаемом техническом решении составит:
Ртр = 1вых2 х R изм = 0,12 х 0,1 = 0,001 Вт.
При токе 1 ,0 А мощность потребления электрической энергии в измерительном резисторе составит :
Ртр = 1вых2 х R изм = 1, 02 х 0,1 = 0,1 Вт.
При токе 10,0 А мощность потребления электрической энергии в измерительном резисторе составит :
Рхр = 1вых2 х R изм = 10,02 х 0, 1 = 10 Вт.
Учтём, что в предлагаемом техническом решении дополнительная мощность рассеивается в узле обратной связи и в источнике опорного напряжения.
Примем, что узел обратной связи выполнен в виде резистора номиналом Ryoc - 3,9 Ком, что в практических условиях реализации обеспечивает надёжную работу устройства, выполненного в соответствии с
предлагаемым техническом решением.
Тогда мощность потребления в узле обратной связи составит
Руос = U2 см / Ry0c = 0,42:3900 = 0,00004 Вт. Мощность потребления источника опорного напряжения в предлагаемом техническом решении имеет примерно такую же величину.
Добавим эти величины мощности к ранее рассчитанным и сведём результаты расчётов в сравнительную таблицу:
Таблица Сводные результаты расчётов
Figure imgf000010_0001
Из таблицы видно, что выигрыш по мощности потребления в данном примере может достигать десятков и сотен раз. Специалистам ясно, что напряжение смещения U см на инвертирующем входе операционного усилителя, обеспечивающее его рабочий режим, в зависимости от типа операционного усилителя, может быть равным и 0,4В, и 1,0 В, и 4,0В, и более; выходные токи регулятора постоянного тока могут быть и единицы миллиампер, и десятки ампер. Во всех этих конкретных случаях правильный выбор измерительного резистора, узла обратной связи и источника опорного напряжения в предлагаемом техническом решении позволяет обеспечить снижение мощности потребляемой электрической энергии по сравнению с прототипом в десятки и даже сотни раз.
В чём и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Предлагаемый регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, поясняется нижеследующим описанием и чертежом, на котором представлена функциональная схема регулятора постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, которая содержит:
- задатчик - 1 величины постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, выполненный в виде источника - 2 постоянного напряжения и переменного резистора - 3, подсоединённого своим первым выводом - 4 к положительному выводу - 5 источника - 2 постоянного напряжения и своим другим выводом - 6 к отрицательному выводу - 7 источника - 2 постоянного напряжения;
- преобразователь постоянного напряжения - 8 в постоянный ток, выполненный в виде транзистора - 9, измерительного резистора - 10, подсоединённого одним своим выводом - 11 к эмиттеру - 12 транзистора - 9, и операционного усилителя - 13, подсоединённого своим инвертирующим входом - 14 к выходу - 15 узла - 16 обратной связи и к первому выводу - 17 опорного резистора -18, подсоединённого своим вторым выводом - 19 к положительному выводу- 20 источника - 21 опорного постоянного напряжения,
при этом неинвертирующий вход - 22 операционного усилителя - 13 преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток - 8 через первый (управляющий) вход - 23 преобразователя постоянного напряжения - 8 в постоянный ток подсоединён к третьему выводу - 24 переменного резистора - 3, который является выходом - 25 задатчика - 1 величины постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, выход - 26 операционного усилителя - 13 подсоединён к базе - 27 транзистора - 9, а отрицательный вывод - 28 источника - 21 постоянного напряжения соединён с вторым выводом - 29 измерительного резистора - 10 и является вторым входом - 30 преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток - 8; - нагрузку - 31 , подсоединённую одним своим выводом - 32 к коллектору - 33 транзистора - 9, являющемуся выходом - 34 преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток - 8;
- источник - 35 входного постоянного напряжения, подсоединённый своим положительным выводом - 36 к другому выводу - 37 нагрузки -
31, при этом отрицательный вывод - 38 источника - 35 постоянного напряжения является корпусом (общей точкой соединения конструктивных элементов) предлагаемого регулятора постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки - 31 , и подсоединён к другому выводу - 29 измерительного сопротивления - 10, входящего в состав преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток - 8, через второй вход - 30 преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток - 8, а также к отрицательному выводу-7 источника - 2 постоянного напряжения задатчика - 1 величины постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, через вывод -39 задатчика - 1 величины постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки.
Предлагаемый регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, работает следующим образом.
С выхода - 25 задатчика - 1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки - 31 , на первый (управляющий) вход - 23 преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток - 8 (на неинвертирующий вход - 22 операционного усилителя - 13), подают необходимое напряжение, обеспечивающее заранее заданное значение постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки - 31.
Указанное напряжение может быть создано, например, путём использования источника постоянного напряжения-2, к положительному -5 и отрицательному-7 выводам которого подключён переменный резистор -3, с третьего вывода - 24 которого на выход - 25 задатчика - 1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки - 31, подаётся необходимое управляющее напряжение. С помощью стабилизатора напряжения, выполненного, например, на операционном усилителе- 13, транзисторе-9, и узле обратной связи- 16, стабилизируется напряжение на измерительном резисторе- 10 преобразователя-8 постоянного напряжения в постоянный ток, в результате чего через измерительный резистор- 10 будет протекать ток, не зависящий ни от напряжения на выходе преобразователя-8 постоянного напряжения в постоянный ток, ни от нагрузки-31 , а его величина будет определяться номиналом измерительного резистора- 10 и величиной выходного напряжения задатчика-1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки. При этом, если выходное напряжение задатчика-1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, подключённого к неинвертирующему ("+") входу-22 операционного усилителя- 13 преобразователя-8 постоянного напряжения в постоянный ток, будет больше, чем напряжение на инвертирующем ("-") входе-14 операционного усилителя-13, подключённом к эмиттеру- 12 транзистора-9 и к измерительному резистору- 10 преобразователя-8 постоянного напряжения в постоянный ток через узел обратной связи- 16, то на выходе-26 операционного усилителя-13, подсоединённого к базе-27 транзистора -9, будет такое напряжение, при котором транзистор -9 открывается, и напряжение на измерительном резисторе- 10 будет расти до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе-14 операционного усилителя-13 не станет равным по величине выходному напряжению задатчика-1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки. В этот момент напряжение на выходе операционного усилителя-13 перестанет расти, напряжение на эмиттере- 12 транзистора-9 также перестанет расти и будет такой величины, при которой напряжение в точке соединения эмиттера- 12 транзистора-9 и измерительного резистора- 10 будет равно напряжению на неинвертирующем ("+") входе-22 операционного усилителя- 13 (с учётом падения напряжения на узле обратной связи- 16, а также напряжения на первом выводе- 17 опорного резистора- 18, подключённого своим вторым выводом 19 к положительному выводу-20 источника опорного напряжения-21), и это состояние будет поддерживаться при изменении нагрузки-31. Следовательно, при изменении величины нагрузки-31 , в нагрузке-31 будет течь постоянный стабилизированный ток, величина которого определяется значением выходного напряжения задатчика-1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, и номиналом измерительного резистора- 10.
При этом рабочий режим операционного усилителя- 13 определяется напряжением смещения, поступающим с выхода-20 источника опорного напряжения-21 через опорный резистор- 18 на инвертирующий- 14 вход операционного усилителя- 13, благодаря чему номинал измерительного резистора- 10 может быть выбран достаточно малым, независимо от величины необходимого напряжения смещения, поэтому мощность рассеяния на этом резисторе становится также достаточно малой.
Таким образом, в предлагаемом регуляторе постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, за счёт раздельного формирования напряжения смещения на инвертирующем- 14 входе операционного усилителя- 13 и сигнала обратной связи, поступающего на тот же вход через узел обратной связи- 16, становится возможным резко снизить мощность потребления электрической энергии.
Нужно отметить, что предлагаемое техническое решение может быть реализовано самыми разными способами. Например, транзистор-9 может быть не только биполярным, но и МОП-транзистором, и БТИЗ- транзистором, и вообще любым линейным управляющим элементом.
Выходное напряжение задатчика-1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, также может быть создано иными способами, отличающимися от описанного, например, с помощью преобразования широтно-импульсной модуляции в управляющее напряжение; либо преобразования кода управляющего протокола (например, DALI) в управляющее напряжение; либо любым иным преобразованием управляющего воздействия в управляющее напряжение.
Для питания задатчика-1 величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, и создания источника-21 опорного напряжения может быть использована общая цепь питания; в качестве источника опорного напряжения -21 и опорного резистора- 18 может использоваться генератор тока, и так далее.
Все эти способы реализации предлагаемого технического решения в конечном счёте позволяют получить один и тот же технический результат: снизить мощность потребления электрической энергии за счёт раздельного формирования напряжения смещения (на инвертирующем входе операционного усилителя) и сигнала обратной связи (поступающего на тот же вход через узел обратной связи с измерительного резистора).

Claims

Формула изобретения
Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, содержащий задатчик величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток, подсоединённый своим первым входом к выходу задатчика величины выходного тока, протекающего в цепи питания нагрузки, нагрузку, подсоединённую одним своим выводом к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, и источник постоянного напряжения, подсоединённый своим положительным выводом к другому выводу нагрузки, своим отрицательным выводом к второму входу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, отличающийся тем, что преобразователь постоянного напряжения в постоянный ток выполнен в виде транзистора, коллектор которого является выходом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, измерительного резистора, подсоединённого одним своим выводом к эмиттеру транзистора и другим своим выводом к второму входу преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, узла обратной связи, подсоединённого своим входом к эмиттеру транзистора, и операционного усилителя, подсоединённого своим инвертирующим входом к выходу узла обратной связи и к первому выводу опорного резистора, подключённого своим вторым выводом к положительному выводу источника опорного напряжения, а своим выходом к базе транзистора, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя является первым входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток, а отрицательный вывод источника опорного постоянного напряжения соединён со вторым входом преобразователя постоянного напряжения в постоянный ток.
PCT/RU2015/000457 2015-07-17 2015-07-17 Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки WO2017014663A1 (ru)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201890339A EA201890339A1 (ru) 2015-07-17 2015-07-17 Устройство управления преобразователем постоянного напряжения в постоянный ток
MYPI2018700207A MY190701A (en) 2015-07-17 2015-07-17 Regulator of direct current flowing through the load
US15/745,419 US20180210477A1 (en) 2015-07-17 2015-07-17 Direct voltage - direct current converter control circuit
BR112018000931-8A BR112018000931A2 (pt) 2015-07-17 2015-07-17 dispositivo regulador para regular corrente contínua fluindo em um circuito de alimentação de potência de uma carga
KR1020187004599A KR20180030177A (ko) 2015-07-17 2015-07-17 직류 전압-직류 전류 변환기 제어 회로
PCT/RU2015/000457 WO2017014663A1 (ru) 2015-07-17 2015-07-17 Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки
JP2018501963A JP6703088B2 (ja) 2015-07-17 2015-07-17 負荷を流れる直流の調整器
RU2017145761A RU2675626C1 (ru) 2015-07-17 2015-07-17 Устройство управления преобразователем постоянного напряжения в постоянный ток
EP15899031.7A EP3327536B1 (en) 2015-07-17 2015-07-17 Regulator for regulating direct current flowing in a load power supply circuit
SG11201800172SA SG11201800172SA (en) 2015-07-17 2015-07-17 Regulator for regulating direct current flowing in a load power supply circuit
CN201580081748.1A CN107850909A (zh) 2015-07-17 2015-07-17 流动通过负载的直流电流的调节器
PH12018500123A PH12018500123A1 (en) 2015-07-17 2018-01-16 Regulator of direct current flowing through the load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000457 WO2017014663A1 (ru) 2015-07-17 2015-07-17 Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017014663A1 true WO2017014663A1 (ru) 2017-01-26

Family

ID=57835197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000457 WO2017014663A1 (ru) 2015-07-17 2015-07-17 Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки

Country Status (12)

Country Link
US (1) US20180210477A1 (ru)
EP (1) EP3327536B1 (ru)
JP (1) JP6703088B2 (ru)
KR (1) KR20180030177A (ru)
CN (1) CN107850909A (ru)
BR (1) BR112018000931A2 (ru)
EA (1) EA201890339A1 (ru)
MY (1) MY190701A (ru)
PH (1) PH12018500123A1 (ru)
RU (1) RU2675626C1 (ru)
SG (1) SG11201800172SA (ru)
WO (1) WO2017014663A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3806258A4 (en) * 2018-05-31 2022-01-19 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation CONTROL DEVICE AND POWER CONVERSION DEVICE

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU349989A1 (ru) * В. В. Ланцов , Б. А. Елисеев Стабилизатор тока
RU2220438C1 (ru) * 2002-06-14 2003-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Стабилизированный источник постоянного тока
US20150137780A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-21 Tower Semiconductor Ltd. Self-Adjustable Current Source Control Circuit For Linear Regulators

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0530185Y2 (ru) * 1986-02-26 1993-08-02
US5822343A (en) * 1994-08-26 1998-10-13 Psc Inc. Operating and control system for lasers useful in bar code scanners
JP2001077709A (ja) * 1999-09-07 2001-03-23 Alps Electric Co Ltd 送信機の出力電力検出回路
US6204613B1 (en) * 2000-02-18 2001-03-20 Bryce L. Hesterman Protected dimming control interface for an electronic ballast
DE10135113B4 (de) * 2001-07-19 2009-04-09 Infineon Technologies Ag Pseudo-differentieller Leistungstreiber zur Verstärkung eines differentiellen Eingangsstroms
TW591236B (en) * 2001-09-06 2004-06-11 Sumitomo Metal Industry Ltd Impedance detector circuit and static capacitance detector circuit
WO2006017631A2 (en) * 2004-08-06 2006-02-16 Hitek Power Corporation Bipolar power supply system
CN101427452B (zh) * 2006-04-25 2012-10-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于确定开关点的电力逆变器控制设备
US8004253B2 (en) * 2007-11-08 2011-08-23 Astec International Limited Duty cycle dependent non-linear slope compensation for improved dynamic response
KR20110040891A (ko) * 2008-07-07 2011-04-20 오스람 게젤샤프트 미트 베쉬랭크터 하프퉁 적어도 하나의 ｌｅｄ를 동작시키기 위한 방법 및 회로 어레인지먼트
TWI594656B (zh) * 2012-06-27 2017-08-01 登豐微電子股份有限公司 線性電流調整器
JP6321967B2 (ja) * 2014-01-17 2018-05-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体集積回路およびその動作方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU349989A1 (ru) * В. В. Ланцов , Б. А. Елисеев Стабилизатор тока
RU2220438C1 (ru) * 2002-06-14 2003-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Стабилизированный источник постоянного тока
US20150137780A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-21 Tower Semiconductor Ltd. Self-Adjustable Current Source Control Circuit For Linear Regulators

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3327536A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3327536B1 (en) 2022-02-23
EP3327536A1 (en) 2018-05-30
PH12018500123A1 (en) 2018-07-23
SG11201800172SA (en) 2018-02-27
JP2018522351A (ja) 2018-08-09
EA201890339A1 (ru) 2018-05-31
CN107850909A (zh) 2018-03-27
RU2675626C1 (ru) 2018-12-21
EP3327536A4 (en) 2019-06-26
US20180210477A1 (en) 2018-07-26
JP6703088B2 (ja) 2020-06-03
BR112018000931A2 (pt) 2018-09-11
MY190701A (en) 2022-05-11
KR20180030177A (ko) 2018-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109992032B (zh) 有压差检测器和偏置电流限制器的电压调节器及相关方法
JP2019033028A (ja) 調光装置および電力変換装置
TWI363946B (en) Power supplies, power supply controllers, and power supply controlling methods
JP2006053898A (ja) 過電流保護回路およびそれを利用した電圧生成回路ならびに電子機器
JP2017085725A (ja) 降圧ｄｃ／ｄｃコンバータおよびその制御回路、車載用電源装置
JP4094487B2 (ja) 正負出力電圧用電源装置
CN115378413B (zh) 控制电路及控制方法
CN104038053A (zh) 用于直流电压调节器的精密输出控制
JP5642349B2 (ja) パルス幅変調回路、パルス幅変調方法及びレギュレータ
RU2755670C1 (ru) Стабилизатор напряжения питания электронных схем
WO2017014663A1 (ru) Регулятор постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки
US20230063861A1 (en) Control circuit, control chip and power supply device
CN102055321B (zh) Dc-dc转换器中的求和电路
JP2010015471A (ja) レギュレータ装置およびそれを備える電子機器
CN103380383B (zh) 用于较宽电流感测范围的合成电流感测电阻器
CN112119577B (zh) 用于在仪表和其它装置中使用的宽范围电源
KR101378098B1 (ko) 전류 감지 및 적응적 기준 전압 제어를 이용한 전류 공급 장치
RU174895U1 (ru) Стабилизатор напряжения
RU165174U1 (ru) Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения
CN111555741B (zh) 上电清除电路
JP5333506B2 (ja) 電源回路
RU161999U1 (ru) Стабилизатор постоянного напряжения
JP6694300B2 (ja) 制御信号生成回路
RU155889U1 (ru) Конвертор напряжения с повышенным кпд
SU615464A1 (ru) Стабилизатор напр жени посто нного тока

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15899031

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11201800172S

Country of ref document: SG

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018501963

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12018500123

Country of ref document: PH

Ref document number: 15745419

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187004599

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201890339

Country of ref document: EA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015899031

Country of ref document: EP

Ref document number: 2017145761

Country of ref document: RU

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112018000931

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112018000931

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20180116