РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ДВУПОЛЯРНЫМ ВЫХОДОМ

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.
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].
Недостатком стабилизаторов такого типа является независимость установки выходных напряжений стабилизаторов.
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].
Недостатком данного стабилизатора напряжения с симметричным выходным напряжением является нарушение симметрии выходных напряжений при токовой перегрузке в стабилизаторе отрицательного напряжения.
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).
Недостатком данного стабилизатора напряжения является нарушение симметрии выходных напряжений при токовой перегрузке в стабилизаторе положительного напряжения, который является ведомым.
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.
Недостатком прототипа является недостаточно надежная работа узла защиты по току в стабилизаторе положительной полярности при выходном напряжении стабилизатора, близком к нулю.
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.
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.
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.
На фигуре изображена структурная схема регулируемого стабилизатора постоянного напряжения с двуполярным выходом.
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.
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.
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.
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.
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.
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.