Высоковольтный программируемый стабилизатор напряжения постоянного тока с изменяемой полярностью
VARIABLE-POLARITY HIGH-VOLTAGE PROGRAMMABLE DC VOLTAGE STABILISER

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в измерительной технике, а также в автоматизированных системах, которые используют в научных исследованиях.
Известны программируемые стабилизаторы напряжения, в которых для преобразования цифрового кода в опорное напряжение используют цифро-аналоговый преобразователь [1]. К недостаткам подобных устройств относится то, что они формируют на выходе напряжение только одной полярности, а также невысокая стабильность выходного напряжения
Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является устройство, в котором совместно используют цифро-аналоговый преобразователь и высоковольтный усилитель [2]. К недостаткам указанного решения относятся нестабильность выходного напряжения цифро-аналогового преобразователя при изменении температуры, что приводит к снижению стабильности выходного напряжения.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении стабильности выходного напряжения за счет введения обшей обратной связи и использовании алгоритма пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования.
Указанный технический результат достигается за счет того, что высоковольтный программируемый стабилизатор напряжения постоянного тока с изменяемой полярностью содержит цифро-аналоговый преобразователь, высоковольтный усилитель, высоковольтный делитель напряжения, аналого-цифровой преобразователь, персональную электронно-вычислительную машину для управления выходным напряжением, а также цифровой обработки сигнала обратной связи. При этом цифро-аналоговый преобразователь выполнен в виде отдельного блока, выход которого соединяется с высоковольтным усилителем, питаемым от источника биполярного напряжения, поступающего с USB шины электронно-вычислительной машины, причем источник биполярного напряжения выполнен в виде DC-DC конвертера с низким уровнем пульсаций и высокой симметрией напряжений, который питается от USB шины электронно-вычислительной машины. В состав предлагаемого устройства входит также электронно-вычислительная машина, которая через USB шину управляет цифро-аналоговым преобразователем, а также высоковольтным делителем напряжения, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя. Этот преобразователь подключен через USB шину к электронно-вычислительной машине, что позволяет ввести петлю обшей отрицательной обратной связи и тем самым программно реализовать алгоритм пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования, что позволяет повысить стабильность выходного напряжения.
Высоковольтный программируемый стабилизатор постоянного напряжения с изменяемой полярностью работает следующим образом.
Данные об установленном напряжении через USB шину электронно-вычислительной машины передаются на цифро-аналоговый преобразователь (1) (см. чертеж), полученное напряжение поступает на вход высоковольтного усилителя (2), выход которого соединен с полезной нагрузкой и высоковольтным делителем напряжения (3), далее полученный сигнал напряжения поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (4), данные передаются на USB шину электронно-вычислительной машины (5) и обрабатываются алгоритмом пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования.
Высоковольтный программируемый стабилизатор постоянного напряжения с изменяемой полярностью содержит цифро-аналоговый преобразователь (1), высоковольтный усилитель (2), высоковольтный делитель напряжения (3), аналого-цифровой преобразователь (4), персональную электронно-вычислительную машину (5) для управления выходным напряжением, а также для цифровой обработки сигнала обратной связи. От электронно-вычислительной машины данные через USB шину передаются на цифро-аналоговый преобразователь, который выполнен на микросхеме AD5328 [3] - интегральном цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) и получающий данные от микроконтроллером через SPI шину, а также содержит преобразователь однополярного напряжения в биполярное выполненный на прецизионном операционном усилителе. Микроконтроллер получает данные по USB шине, интерпретирует их и передает на SPI шину интегрального ЦАП. В этом устройстве цифро-аналоговый преобразователь выполнен в виде отдельного блока, питаемого от источника биполярного напряжения, получаемого от USB шины электронно-вычислительной машины. Выходное напряжение цифро-аналогового преобразователя подается на вход высоковольтного усилителя (2), выход которого соединен с полезной нагрузкой и высоковольтным делителем напряжения (3), далее полученный сигнал напряжения поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (4), данные передаются на USB шину электронно-вычислительной машины (5), и обрабатываются алгоритмом пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования.
1. Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники»: В 3-х томах: Т.1. Пер. с англ. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Мир, 1993, стр. 340.
2. Ресурс интернет https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/design-notes/adhv4702-1-precision-operational-amplifier.pdf
3. Ресурс интернет https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD5308_5318_5328.pdf