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 соединенные между собой два одинаковых независимых стабилизатора напряжения. Каждый из них 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.26-27].
Достоинством стабилизаторов такого типа является возможность применения однотипных элементов для обоих плеч.
Недостатком данного сдвоенного двуполярного стабилизатора напряжения является необходимость использования двух источников входного напряжения, не связанных между собой, а также независимость установки выходных напряжений стабилизаторов положительной и отрицательной полярности.
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].
Достоинством стабилизаторов такого типа является наличие общего нулевого провода, что позволяет соединять стабилизаторы с источником входного напряжения по трехпроводной схеме.
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].
Достоинством стабилизаторов такого типа является наличие общего нулевого провода, что позволяет соединить стабилизаторы с источником входного напряжения по трехпроводной схеме, а также симметричность напряжений в обоих плечах двуполярного стабилизатора.
Недостатком данного стабилизатора напряжения с симметричным выходным напряжением является нарушение симметрии выходных напряжений при токовой перегрузке в стабилизаторе отрицательного напряжения.
Наиболее близким к предложенному является регулируемый прецизионный стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом [Патент РФ на изобретение №2037871, МПК G05F 1/56. Опубл. 19.06.1995], выбранный в качестве прототипа и 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 прототипа является нарушение симметрии выходных напряжений при токовой перегрузке в стабилизаторе положительного напряжения, который является ведомым.
Техническим результатом является создание регулируемого стабилизатора постоянного напряжения с двуполярным выходом, сохраняющего симметрию выходных напряжений при токовой перегрузке по отрицательной и/или положительной полярности.
Технический результат достигается тем, что регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом содержит 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, причем он дополнительно содержит 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.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что при превышении нагрузкой максимального тока в стабилизаторе напряжения положительной полярности на выходе узла защиты по току появляется напряжение, которое усиливается при помощи первого усилителя и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора напряжения положительной полярности таким образом, чтобы произошло ограничение выходного тока. При этом выходное напряжение стабилизатора напряжения положительной полярности уменьшается.
При превышении нагрузкой стабилизатора напряжения отрицательной полярности максимального значения тока, на выходе узла защиты по току стабилизатора напряжения отрицательной полярности появляется напряжение, которое усиливается при помощи согласующего усилителя и воздействует через первый сравнивающий элемент и первый усилитель на регулирующий элемент стабилизатора напряжения положительной полярности 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.
На фигуре изображена функциональная схема регулируемого стабилизатора постоянного напряжения с двуполярным выходом.
Регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом содержит первый и второй узлы защиты по току 1 и 2 стабилизаторов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности, первый и второй датчики тока 3 и 4 стабилизаторов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности, соединенные с ними последовательно первый и второй регулирующие элементы 5 и 6 стабилизаторов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности, источник опорного напряжения 7, выход которого подключен к первому входу первого сравнивающего элемента 8, первый усилитель 9 стабилизатора напряжения положительной полярности, вход которого соединен с выходом первого сравнивающего элемента 8, первого узла защиты по току 1, выход которого подключен к второму входу первого сравнивающего элемента 8, второго узла защиты по току 2, выход которого подключен через согласующий усилитель 10 к третьему входу первого сравнивающего элемента 8, резистивный делитель напряжения 11 положительной полярности, выход которого соединен с четвертым входом первого сравнивающего элемента 8, а также второй сравнивающий элемент 12 отрицательной полярности, выход которого соединен с входом второго усилителя 13, выход которого соединен с вторым регулирующим элементом 6 стабилизатора напряжения отрицательной полярности, делителя напряжения 14 по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности, выход которого соединен с первым входом второго сравнивающего элемента 12 стабилизатора напряжения отрицательной полярности, второй вход которого соединен с общим проводом.
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 датчики тока 3 и 4 стабилизаторов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности и через соединенные с ними последовательно первый и второй регулирующие элементы 5 и 6 стабилизаторов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности протекает ток, и на выходе стабилизаторов устанавливается постоянное напряжение. На первый вход первого сравнивающего элемента 8 поступает опорное напряжение от источника опорного напряжения 7, а на четвертый вход первого сравнивающего элемента 8 поступает часть выходного напряжения положительной полярности с выхода резистивного делителя напряжения 11. При отклонении по какой-либо причине выходного напряжения стабилизатора напряжения положительной полярности от установленного значения, на выходе первого сравнивающего элемента 8 появляется напряжение, которое усиливается при помощи первого усилителя 9 и воздействует на первый регулирующий элемент 5 таким образом, чтобы выходное напряжение возвратилось к установленному значению.
При превышении нагрузкой, стабилизатора напряжения положительной полярности максимального значения тока, на выходе первого узла защиты по току 1 появляется напряжение, которое поступает на второй вход первого сравнивающего элемента 8 и вызывает появление напряжения на его выходе, которое затем усиливается первым усилителем 9 и воздействует на первый регулирующий элемент 5 таким образом, чтобы произошло ограничение выходного тока. При этом выходное напряжение стабилизатора напряжения положительной полярности уменьшается.
На первый вход второго сравнивающего элемента 12 стабилизатора напряжения отрицательной полярности поступает напряжение с выхода делителя напряжения 14 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 сравнивающего элемента 12 стабилизатора напряжения отрицательной полярности соединен с общим проводом. При отклонении выходного напряжения с делителя напряжения 14 по суммарному выходному напряжению отрицательной и положительной полярности от нуля, на выходе второго сравнивающего элемента 12 появляется напряжение, которое усиливается вторым усилителем 13 и воздействует на второй регулирующий элемент 6 таким образом, чтобы выходное напряжение стабилизаторов напряжения положительной и отрицательной полярности было одинаковым.
При превышении нагрузкой стабилизатора напряжения отрицательной полярности максимального значения тока, на выходе второго узла защиты по току 2 появляется напряжение, которое усиливается согласующим усилителем 10 и поступает на третий вход первого сравнивающего элемента 8, что в результате вызывает появление напряжения на выходе первого сравнивающего элемента 8, которое усиливается первым усилителем 9 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.
Таким образом, предложенный регулируемый стабилизатор постоянного напряжения с двуполярным выходом 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.