RU2183346C1 - Stabilized electric current source - Google Patents
Stabilized electric current source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2183346C1 RU2183346C1 RU2001109974/09A RU2001109974A RU2183346C1 RU 2183346 C1 RU2183346 C1 RU 2183346C1 RU 2001109974/09 A RU2001109974/09 A RU 2001109974/09A RU 2001109974 A RU2001109974 A RU 2001109974A RU 2183346 C1 RU2183346 C1 RU 2183346C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- output
- terminal
- resistor
- source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем электропитания стабилизированным током дорогостоящих и ответственных нагрузок, например фокусирующих линз электронных микроскопов, полупроводниковых лазеров и др. The invention relates to electrical engineering and can be used in the construction of stabilized current power supply systems for expensive and critical loads, for example, focusing lenses, electron microscopes, semiconductor lasers, etc.
Известен источник стабилизированного тока, содержащий источник управляющего напряжения, нагрузку, первый вывод которой соединен с первым электродом регулирующего транзистора, второй электрод которого соединен с первым выводом резисторного датчика тока, второй вывод последнего соединен с первым выводом источника питания, второй вывод которого соединен со вторым выводом нагрузки, причем источник управляющего напряжения включен между управляющим электродом регулирующего транзистора и первым выводом источника питания [1]. Требуемое значение тока в нагрузке устанавливается регулировкой значения управляющего напряжения. A stabilized current source is known, comprising a control voltage source, a load, the first terminal of which is connected to the first electrode of the regulating transistor, the second electrode of which is connected to the first terminal of the resistor current sensor, the second terminal of the latter is connected to the first terminal of the power source, the second terminal of which is connected to the second terminal load, and the control voltage source is connected between the control electrode of the regulating transistor and the first output of the power source [1]. The required current value in the load is set by adjusting the value of the control voltage.
К недостаткам данного технического решения можно отнести нелинейную регулировочную характеристику экспоненциального вида, температурную зависимость тока нагрузки и пониженную надежность при отказе элементов управляющей цепи. Так, например, при обрыве в цепи источника управляющего напряжения либо при несанкционированном увеличении управляющего напряжения по причине аварии или помех ток нагрузки может значительно превысить предельно допустимое значение, установленное для данной нагрузки и регулирующего транзистора. The disadvantages of this technical solution include the non-linear control characteristic of the exponential form, the temperature dependence of the load current and reduced reliability in case of failure of the control circuit elements. So, for example, if the control voltage source breaks in the circuit or if the control voltage increases unauthorized due to an accident or interference, the load current can significantly exceed the maximum permissible value set for this load and the control transistor.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой технической задаче является известный источник стабилизированного тока, содержащий источник управляющего напряжения, нагрузку, первый вывод которой соединен с первым электродом регулирующего транзистора, второй электрод которого соединен с первым выводом резисторного датчика тока, его второй вывод соединен с первым выводом источника питания, второй вывод последнего соединен со вторым выводом нагрузки, первый усилитель, первый вывод питания которого соединен с первым выводом источника питания, второй вывод питания усилителя - с одним из выводов нагрузки, а выход усилителя - с управляющим электродом регулирующего транзистора [2]. The closest in technical essence and the technical problem to be solved is a known source of stabilized current containing a control voltage source, a load, the first output of which is connected to the first electrode of the regulating transistor, the second electrode of which is connected to the first output of the resistor current sensor, its second output is connected to the first output a power source, the second terminal of the latter is connected to the second terminal of the load, the first amplifier, the first terminal of which is connected to the first terminal of the source ika power, the second power amplifier output - to one of the load terminals, and an amplifier output - to the control electrode of the transistor regulator [2].
Недостатками известного технического решения являются пониженный кпд и увеличенный нагрев регулирующего транзистора вследствие того, что выводы питания усилителя подключены параллельно цепи "регулирующий транзистор - резисторный датчик тока". Такое включение препятствует уменьшению падения напряжения на указанных элементах менее 1,5...2 В, минимально необходимых для нормальной работы усилителя. The disadvantages of the known technical solutions are reduced efficiency and increased heating of the control transistor due to the fact that the power leads of the amplifier are connected in parallel to the circuit "control transistor - resistor current sensor". This inclusion prevents the decrease in voltage drop on these elements less than 1.5 ... 2 V, the minimum necessary for normal operation of the amplifier.
Другим важным недостатком рассматриваемого технического решения является уязвимость нагрузки и регулирующего транзистора в случае неисправностей, возникающих в цепи управления во время работы. Так при аварийном увеличении управляющего напряжения сверх предельно допустимого значения вследствие неисправностей, помех и т.д. ток в нагрузке будет изменяться пропорционально изменению указанного напряжения, что в ряде случаев недопустимо и может вывести из строя как нагрузку, так и регулирующий транзистор. Another important drawback of the considered technical solution is the vulnerability of the load and the control transistor in case of malfunctions that occur in the control circuit during operation. So with an emergency increase in control voltage above the maximum permissible value due to malfunctions, interference, etc. the current in the load will vary in proportion to the change in the indicated voltage, which in some cases is unacceptable and can damage both the load and the control transistor.
Технической задачей настоящего изобретения является увеличение надежности, повышение кпд и расширение функциональных возможностей источника стабилизированного тока. An object of the present invention is to increase reliability, increase efficiency and expand the functionality of a stabilized current source.
Поставленная техническая задача решается тем, что предлагается источник стабилизированного тока, содержащий источник управляющего напряжения, нагрузку, первый вывод которой соединен с коллектором регулирующего транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом резисторного датчика тока, его второй вывод соединен с первым выводом источника питания, второй вывод последнего соединен со вторым выводом нагрузки, первый усилитель, первый вывод питания которого соединен с первым выводом источника питания, второй вывод питания усилителя соединен с одним из выводов нагрузки, а выход усилителя - с базой регулирующего транзистора, причем в него введены первый и второй резисторы, второй усилитель и источник образцового напряжения, при этом неинвертирующий вход первого усилителя соединен через источник образцового напряжения с первым выводом питания первого усилителя, второй вывод питания которого соединен со вторым выводом источника питания, инвертирующий вход первого усилителя соединен через первый резистор с эмиттером регулирующего транзистора и неинвертирующим входом второго усилителя, а через второй резистор - с выходом второго усилителя, инвертирующий вход которого через источник управляющего напряжения соединен с первым выводом питания второго усилителя, подключенным к первому выводу источника питания, а второй вывод питания второго усилителя соединен со вторым выводом источника питания. The stated technical problem is solved by the fact that a stabilized current source is proposed that contains a control voltage source, a load, the first output of which is connected to the collector of a control transistor, the emitter of which is connected to the first output of the resistor current sensor, its second output is connected to the first output of the power source, the second output the latter is connected to the second output terminal of the load, the first amplifier, the first output of which is connected to the first output of the power source, strengthen the second output terminal It is connected to one of the load terminals, and the amplifier output is connected to the base of the control transistor, and the first and second resistors, the second amplifier, and the reference voltage source are introduced into it, while the non-inverting input of the first amplifier is connected through the reference voltage source to the first power output of the first amplifier , the second power output of which is connected to the second output of the power source, the inverting input of the first amplifier is connected through the first resistor to the emitter of the regulating transistor and non-inverting input home of the second amplifier and through a second resistor - to the output of the second amplifier, the inverting input of which via a control voltage source connected to a first terminal of the second power amplifier connected to the first terminal of the power source and the second terminal of the second power amplifier connected to the second terminal of the power source.
Аналогично поставленную техническую задачу можно решить, применяя в источнике стабилизированного тока в качестве регулирующего униполярный транзистор. Тогда в предлагаемый источник стабилизированного тока, содержащий источник управляющего напряжения, нагрузку, первый вывод которой соединен со стоком регулирующего транзистора, исток которого соединен с первым выводом резисторного датчика тока, его второй вывод соединен с первым выводом источника питания, второй вывод последнего соединен со вторым выводом нагрузки, первый усилитель, первый вывод питания которого соединен с первым выводом источника питания, второй вывод питания усилителя соединен с одним из выводов нагрузки, а выход усилителя - с затвором регулирующего транзистора, введены первый и второй резисторы, второй усилитель и источник образцового напряжения, при этом неинвертирующий вход первого усилителя соединен через источник образцового напряжения с первым выводом питания первого усилителя, второй вывод питания которого соединен со вторым выводом источника питания, инвертирующий вход первого усилителя соединен через первый резистор с истоком регулирующего транзистора и неинвертирующим входом второго усилителя, а через второй резистор - с выходом второго усилителя, инвертирующий вход которого через источник управляющего напряжения соединен с первым выводом питания второго усилителя, подключенным к первому выводу источника питания, а второй вывод питания второго усилителя соединен со вторым выводом источника питания. Similarly, the technical problem posed can be solved by using a stabilized current source as a regulating unipolar transistor. Then, the proposed stabilized current source containing a control voltage source, a load, the first output of which is connected to the drain of the control transistor, the source of which is connected to the first output of the resistor current sensor, its second output is connected to the first output of the power source, the second output of the last is connected to the second output load, the first amplifier, the first output of which is connected to the first output of the power source, the second output of the amplifier is connected to one of the load terminals, and the output of the amplifier — with the gate of the regulating transistor, the first and second resistors, the second amplifier and the reference voltage source are introduced, while the non-inverting input of the first amplifier is connected through the reference voltage source to the first power output of the first amplifier, the second power output of which is connected to the second output of the power source, inverting the input of the first amplifier is connected through the first resistor to the source of the regulating transistor and the non-inverting input of the second amplifier, and through the second resistor to the WTO output th amplifier, the inverting input of which via a control voltage source connected to a first terminal of the second power amplifier connected to the first terminal of the power source and the second terminal of the second power amplifier connected to the second terminal of the power source.
Введение в устройство дополнительных элементов и новых неочевидных связей позволило исключить влияние аварийных режимов на надежность нагрузки и регулирующего транзистора, а также уменьшить минимально необходимое падение напряжения на цепи "регулирующий транзистор - резисторный датчик тока". Это приводит к увеличению эксплуатационной надежности источника стабилизированного тока и повышает его кпд, что расширяет область применения и функциональные возможности последнего. The introduction of additional elements and new non-obvious connections into the device made it possible to eliminate the influence of emergency conditions on the reliability of the load and the control transistor, as well as to reduce the minimum required voltage drop on the circuit "control transistor - resistor current sensor". This leads to an increase in the operational reliability of the stabilized current source and increases its efficiency, which expands the scope and functionality of the latter.
Заявитель не обнаружил технических решений, имеющих сходные признаки с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями. The applicant did not find technical solutions having similar features with features that distinguish the claimed solution from the prototype, and therefore, the proposed technical solution has significant differences.
Предлагаемое устройство изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования и не требует регулировки, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию промышленной применимости. The proposed device is made of standard elements that are commercially available from industry. It is assembled by typical installation operations using standard equipment and does not require adjustment, which is especially important in serial production. Therefore, the proposed device meets the criterion of industrial applicability.
На чертеже приведена функциональная схема источника стабилизированного тока. The drawing shows a functional diagram of a stabilized current source.
Предлагаемый источник стабилизированного тока содержит первый 1 и второй 2 усилители, первый 3 и второй 4 резисторы, источник образцового напряжения 5, нагрузку 6, регулирующий транзистор 7, резисторный датчик тока 8, источник питания 9 и источник управляющего напряжения 10. The proposed stabilized current source contains the first 1 and second 2 amplifiers, the first 3 and second 4 resistors, a reference voltage source 5, a load 6, a control transistor 7, a resistor current sensor 8, a power source 9 and a control voltage source 10.
В предлагаемом источнике стабилизированного тока первые выводы питания первого и второго усилителей 1 и 2 соединены с первым выводом источника питания 9 и вторым выводом резисторного датчика тока 8, а их вторые выводы питания - со вторыми выводами нагрузки 6 и источника питания 9. Первый вывод нагрузки 6 соединен со стоком регулирующего транзистора 7, исток которого соединен с первым выводом резисторного датчика тока 8 и неинвертирующим входом второго усилителя 2. Выход первого усилителя 1 соединен с затвором регулирующего транзистора 7, а его неинвертирующий вход через источник образцового напряжения 5 подключен к первому выводу источника питания 9. Инвертирующий вход первого усилителя 1 через первый резистор 3 подключен к первому выводу резисторного датчика тока 8, а через второй резистор 4 - к выходу второго усилителя 2, инвертирующий вход которого через источник управляющего напряжения 10 соединен с первым выводом источника питания 9. In the proposed stabilized current source, the first power leads of the first and second amplifiers 1 and 2 are connected to the first output of the power supply 9 and the second output of the resistor current sensor 8, and their second power leads to the second terminals of the load 6 and the power source 9. The first output of the load 6 connected to the drain of the regulating transistor 7, the source of which is connected to the first output of the resistor current sensor 8 and the non-inverting input of the second amplifier 2. The output of the first amplifier 1 is connected to the gate of the regulating transistor 7, and a non-inverting input through an exemplary voltage source 5 is connected to the first output of the power source 9. The inverting input of the first amplifier 1 through the first resistor 3 is connected to the first output of the resistor current sensor 8, and through the second resistor 4 to the output of the second amplifier 2, the inverting input of which is through the source control voltage 10 is connected to the first output of the power source 9.
Для определенности на чертеже в качестве регулирующего показан униполярный транзистор, хотя с равным успехом может быть применен и биполярный. При этом коллектор биполярного транзистора должен быть подключен вместо стока униполярного транзистора, эмиттер - вместо истока, а база - вместо затвора соответственно. For definiteness, a unipolar transistor is shown as a regulating one in the drawing, although a bipolar transistor can equally be used. In this case, the collector of the bipolar transistor should be connected instead of the drain of the unipolar transistor, the emitter should be used instead of the source, and the base should be used instead of the gate, respectively.
Предлагаемый источник стабилизированного тока работает следующим образом. При поданном напряжении питания Uпит напряжения на обоих входах первого усилителя 1 Uвх1 равны напряжению источника образцового напряжения 5 Uoбp: Uвх1=Uобр.The proposed stabilized current source operates as follows. When the power supply voltage U pit voltage at both inputs of the first amplifier U 1 INP1 are exemplary voltage source 5 voltage obp U: U = U mod INP1.
Напряжения на обоих входах второго усилителя 2 Uвх2 равны напряжению источника управляющего напряжения 10 Uупр, которое, в свою очередь, равно напряжению на резисторном датчике тока 8 URдт: Uвх2=URдт=Uynp, поэтому при изменении управляющего напряжения в диапазоне от 0 до Uoбp величина тока нагрузки определяется из выражения: Iн=Uynp/Rдт.The voltages on both inputs of the second amplifier 2 U In2 are equal to voltage control voltage source 10 U exercise, which, in turn, is equal to the voltage on resistor current sensor 8 U Rdt: U In2 = U Rdt = U ynp, so when changing the control voltage in the range from 0 to U obr the magnitude of the load current is determined from the expression: I n = U ynp / R dt .
Напряжение на инвертирующем входе первого усилителя 1 Uвх1- определяется суммой двух напряжений - напряжения на резисторном датчике тока 8 URдт и падения напряжения на первом резисторе 3 UR1: Uвх1-=URдт+UR1=Uoбp.The voltage at the inverting input of the first amplifier 1 U in1- is determined by the sum of two voltages - the voltage on the resistor current sensor is 8 U Rdt and the voltage drop on the first resistor is 3 U R1 : U in1- = U Rdt + U R1 = U res .
При Uупр= 0 выходное напряжение второго усилителя 2 Uвых2 максимально и определяется из выражения: Uвых2макс=Uo6p*(l+R2/R1).When U = 0 simp output voltage U 2 of the second amplifier and Out2 maximum is determined from the expression: U vyh2maks = U o6p * (l + R2 / R1).
В этом случае ток нагрузки Iн=0, а напряжение на инвертирующем входе первого усилителя 1 Uвх1-=UR1=Uoбp, поэтому для нормальной работы предлагаемого источника стабилизированного тока должны выполняться следующие условия: Uпитмин Uвых2макс.In this case, the load current is I n = 0, and the voltage at the inverting input of the first amplifier is 1 U in1 = U R1 = U total , therefore, for the normal operation of the proposed stabilized current source, the following conditions must be met: U pitmin U out2max .
С увеличением управляющего напряжения увеличивается напряжение на резисторном датчике тока 8 URдт и уменьшается падение напряжения на первом резисторе 3 UR1, а их сумма остается постоянной и равной Uo6p. При максимально допустимом значении управляющего напряжения Uупр=Uoбp выходное напряжение второго усилителя 2 Uвых2= 0, а ток нагрузки максимален и равен Iн макс= Uo6p*(1+R1/R2).With an increase in the control voltage, the voltage at the resistor current sensor 8 U Rdt increases and the voltage drop at the first resistor 3 U R1 decreases, and their sum remains constant and equal to U o6p. When the maximum allowable value of the control voltage U = U simp obp output voltage U 2 of the second amplifier Out2 = 0, and the load current I is maximal and is equal to n max = U o6p * (1 + R1 / R2).
Если по какой-либо причине управляющее напряжение Uупр продолжает увеличиваться сверх максимально допустимого значения Uo6p, выходное напряжение второго усилителя 2 Uвых2=0 и увеличения тока нагрузки не происходит.If for any reason the control voltage U exercise continues to increase beyond the maximum permissible value U o6p, the output voltage U 2 of the second amplifier Out2 = 0 and increasing the load current does not occur.
Источники стабилизированного тока промышленного изготовления всегда выполняются в виде единого узла, блока, зачастую вместе с нагрузкой для получения максимально высокой надежности. Органы же управления током нагрузки находятся в удобном для регулирования месте, иногда на значительном расстоянии от источника стабилизированного тока, на панели управления прибора или в другом блоке того же прибора, что увеличивает вероятность аварийных ситуаций во время его эксплуатации. Кроме того, сами органы управления (вплоть до механических) и способы их подключения (провода и разъемы) имеют существенно меньшую надежность, чем собственно узел источника стабилизированного тока. Указанные причины увеличивают вероятность появления нештатного режима в регулирующем транзисторе и нагрузке, при котором через них проходит ток больше предельно допустимого, что приводит к отказу регулирующего транзистора и выходу из строя нагрузки. Введение дополнительных элементов и неочевидных связей позволяет исключить такого рода отказы, что повышает эксплуатационную надежность предлагаемого источника стабилизированного тока по сравнению с прототипом. Sources of stabilized current of industrial manufacture are always performed in the form of a single unit, block, often together with the load to obtain the highest possible reliability. The control elements of the load current are located in a convenient place for regulation, sometimes at a considerable distance from the stabilized current source, on the control panel of the device or in another unit of the same device, which increases the likelihood of emergency situations during its operation. In addition, the controls themselves (up to mechanical ones) and their connection methods (wires and connectors) have significantly lower reliability than the stabilized current source unit itself. These reasons increase the likelihood of an abnormal mode in the control transistor and the load at which the current passes through them more than the maximum permissible, which leads to a failure of the control transistor and failure of the load. The introduction of additional elements and non-obvious connections eliminates such failures, which increases the operational reliability of the proposed stabilized current source in comparison with the prototype.
Новые связи позволяют значительно уменьшить минимально допустимое падение напряжения на элементах "регулирующий транзистор - резисторный датчик тока". В изготовленном образце это напряжение составляет около 0,25 В по сравнению с 1,5...2 В у прототипа, что значительно увеличивает кпд предлагаемого источника стабилизированного тока и уменьшает его нагрев по сравнению с прототипом. New connections can significantly reduce the minimum allowable voltage drop on the elements of the "regulating transistor - resistor current sensor". In the manufactured sample, this voltage is about 0.25 V compared to 1.5 ... 2 V of the prototype, which significantly increases the efficiency of the proposed stabilized current source and reduces its heating compared to the prototype.
Совокупность рассмотренных преимуществ предлагаемого источника стабилизированного тока расширяет его функциональные возможности по сравнению с прототипом, позволяет уменьшить его массогабаритные характеристики и увеличить ресурс работы. The combination of the considered advantages of the proposed stabilized current source expands its functionality compared to the prototype, allows to reduce its overall dimensions and increase the service life.
Источники информации
1. "В помощь радиолюбителю": Сборник. Вып. 92/ Сост. Б.Г. Успенский. - М.: ДОСААФ, 1986, - 78 с., ил. с. 42, рис 1б.)
2. Патент США 4618814, кл. 323-280, 1986 г.Sources of information
1. "To help the radio amateur": Collection. Vol. 92 / Comp. B.G. Assumption. - M .: DOSAAF, 1986, - 78 p., Ill. from. 42, Fig. 1b.)
2. US patent 4618814, CL. 323-280, 1986
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109974/09A RU2183346C1 (en) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Stabilized electric current source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109974/09A RU2183346C1 (en) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Stabilized electric current source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2183346C1 true RU2183346C1 (en) | 2002-06-10 |
Family
ID=20248389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001109974/09A RU2183346C1 (en) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Stabilized electric current source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2183346C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018002729A3 (en) * | 2016-06-29 | 2018-02-08 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for continuous current limiting for fets in high inductive load systems |
-
2001
- 2001-04-16 RU RU2001109974/09A patent/RU2183346C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018002729A3 (en) * | 2016-06-29 | 2018-02-08 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for continuous current limiting for fets in high inductive load systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11429126B2 (en) | Voltage regulator | |
US7315154B2 (en) | Voltage regulator | |
US4021701A (en) | Transistor protection circuit | |
US20070014065A1 (en) | Inverted circuit overcurrent protection device and hybrid integrated circuit device with the same incorporated | |
EP3336565A1 (en) | Secondary battery monitoring device and method for diagnosing failure | |
CN100480943C (en) | Voltage regulator | |
US5208485A (en) | Apparatus for controlling current through a plurality of resistive loads | |
CN108226794B (en) | Secondary battery monitoring device and failure diagnosis method | |
US6181087B1 (en) | Discharge lamp operating device | |
JP4739467B2 (en) | Photoelectric conversion IC | |
RU2183346C1 (en) | Stabilized electric current source | |
US10554120B2 (en) | Power conversion device | |
US6339702B1 (en) | Output power detection circuit of transmitter | |
JPH08178618A (en) | Optical sensor | |
JP3425961B2 (en) | Control circuit device | |
JP4803161B2 (en) | Power transistor circuit | |
JP2003152513A (en) | Temperature-balancing circuit for semiconductor device | |
EP4106193A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US10847969B2 (en) | Constant power protection circuit and constant power protection method | |
US20240250679A1 (en) | Detection circuit and power supply control device | |
JP2020119100A (en) | Electronic apparatus | |
KR102416199B1 (en) | Apparatus for protecting field effect transistor and system for preventing over-current using the same | |
JPS5864517A (en) | Control circuit device | |
JP2003294542A (en) | Overheat detection circuit | |
JPH0875811A (en) | Disconnection detecting circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050417 |