CN103840441A - 一种超稳态快速响应线性分流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超稳态快速响应线性分流电路，包括：负反馈线性分流电路、负压保护电路及瞬态抑制补偿电路；所述负反馈线性分流电路通过对输出电压负反馈来线性调节三极管的工作点，以达到对恒流源进行线性分流的目的；所述负压保护电路对分流三极管加以保护，所述瞬态抑制补偿电路对电路进行频率补偿及自激抑制，消除电路振荡，减小输出纹波，给载荷提供高品质的负载电压。本发明的技术方案能使分流电路工作线性平稳、响应速度快，电路中的干扰信号及自激振荡均得到抑制，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件的应用，特别涉及一种超稳态快速响应线性分流电路。
背景技术
在空间飞行器的电源系统中，太阳电池阵在光照期为空间飞行器载荷提供电源。太阳电池阵在工作原理上相当于一个恒流源，当其输出电流超出负载需要时，会导致输出电压升高，而光照期空间飞行器上负载电压要求波动范围很小，为使空间飞行器在光照期能得到稳定的负载电压，分流调节电路作为空间飞行器的一个重要的组成部分，在光照期分流掉太阳电池阵多余的输出电流，可保持太阳电池阵输出电压稳定。
空间飞行器所承载的载荷比较特殊，它以模块形式存在，每个模块的功耗均较大。当一个载荷模块开始启动或关闭时，会对负载电流产生较大冲击，同时也影响分流电路的分流电流值，进而影响到太阳电池阵输出电压即负载电压的稳定性。为保证空间飞行器在光照期得到高品质的负载电压，保证载荷的正常工作，分流电路需工作平稳，在负载电流突变时电路能快速响应，分流电流变化连续，无跳变、振荡等异常情况出现，这对分流电路设计提出了较高要求。
线性分流电路是指分流电路中使用分流管对太阳电池阵进行分流，分流管有MOS管、三极管等多种选择，该电路因具有输出电压纹波小等特点在空间飞行器上应用广泛。但现有的线性分流电路在电路设计上一般为直接对分流管进行分流驱动，分流管工作点不够稳定，导致分流电路干扰、自激等情况的发生，为解决该问题，本发明提出了一种超稳态线性分流电路，使分流管在工作中工作点更稳定，响应速度更快，抗干扰、自激等能力更强。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种超稳态快速响应线性分流电路，以解决现有线性分流电路分流管工作点不够稳定，导致分流电路干扰、自激等情况发生。
为解决上述问题，本发明提供一种超稳态快速响应线性分流电路，包括：负反馈线性分流电路、负压保护电路及瞬态抑制补偿电路；所述负反馈线性分流电路通过对输出电压负反馈来线性调节分流三极管的工作点，以达到对恒流源进行线性分流的目的；所述负压保护电路对分流三极管加以保护，所述瞬态抑制补偿电路对电路进行频率补偿及自激抑制，消除电路振荡，减小输出纹波，给载荷提供高品质的负载电压。
进一步，所述负反馈线性分流电路包括运算N1、三极管Q1，电阻R1、R2、R3、R4、NPN型三极管Q1；所述电阻R1一端接驱动电压，另一端同时连接运算N1的正输入端和电阻R3的一端；所述电阻R3的另外一端同时连接恒流源的高电位和三极管的集电极；所述三极管的发射极和恒流源的低电位接地，负载并联在恒流源的两端；所述三极管的基极接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端接运算N1的输出端；所述运算N1的负输入端连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另外一端接基准电压。
进一步，所述运算N1为双极型运算放大器。
进一步，所述瞬态抑制补偿电路包括电容C1、C2、C3，电阻R6；所述电容C1和R6串接后两端分别与运算N1的负输入端和输出端连接，运算N1的正负电源引脚分别通过C2、C3接地。
进一步，所述负压保护电路由二极管V1及电阻R5组成；所述二极管V1与电阻R5串联后，二极管的正极与三极管的基极相连，负极接地。
进一步，所述电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6为功率为0.25W的碳膜电阻。
进一步，所述电容C1、C2、C3为无极性瓷片电容。
与现有技术相比，本发明的技术方案能使分流电路工作线性平稳、响应速度快，电路中的干扰信号及自激振荡均得到抑制，可靠性高。
附图说明
图1为一种超稳态快速响应线性分流电路原理框图。
具体实施方式
下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
请参考图1，本发明提供的超稳态快速响应线性分流电路是一种新型线性分流电路，该电路由负反馈线性分流电路、负压保护电路及瞬态抑制补偿电路组成。
所述负反馈线性分流电路是超稳态快速响应线性分流电路的主要部分，由运放、三极管、电阻组成，通过对输出电压负反馈来线性调节三极管的工作点，以达到对恒流源进行线性分流的目的，该电路分流线性、稳定，能够快速响应输出电压变化。具体地，所述负反馈线性分流电路包括运算N1、三极管Q1，电阻R1、R2、R3、R4、NPN型三极管Q1；所述电阻R1一端接驱动电压Vin，另一端同时连接运算N1的正输入端3和电阻R3的一端；所述电阻R3的另外一端同时连接恒流源的高电位Vo和三极管Q1的集电极；所述三极管的发射极和恒流源的低电位接地，负载并联在恒流源的两端；所述三极管的基极接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端接运算N1的输出端；所述运算N1的负输入端4连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另外一端接基准电压Vref。本实施例中，所述运算N1为双极型运算放大器，所述电阻R1、R2、R3为功率为0.25W的碳膜电阻。
所述瞬态抑制补偿电路包括电容C1、C2、C3，电阻R6；所述电容C1和R6串接后两端分别与运算N1的负输入端2和输出端连接，运算N1的正电源引脚7通过C2接地；运算N1的负电源引脚4通过C3接地。所述电容C1、C2、C3为无极性瓷片电容，电阻R6为功率为0.25W的碳膜电阻。
所述负压保护电路由二极管V1及电阻R5组成；所述二极管V1与电阻R5串联后，二极管的正极与三极管的基极相连，负极接地。
本发明的优点包括：负反馈线性分流电路使用运算及反馈分压电阻对三极管的分流工作点进行线性稳定调节，反馈电阻直接将恒流源电压反馈回驱动电压输入端，可以提高分流电路对输出电压变化的响应速度。负压保护电路对分流三极管加以保护，瞬态抑制补偿电路对电路进行频率补偿及自激抑制，消除电路振荡，减小输出纹波，给载荷提供高品质的负载电压。
具体地，负反馈线性分流电路是超稳态线性分流电路的核心部分，它利用了恒流源的特点，采样恒流源的输出电压后通过R1、R3电阻分压反馈至运算的输入端，再通过运算输出来调节三极管的线性分流工作点，进而达到调节恒流源输出电压的目的。负反馈线性分流电路工作机理：输入驱动电压Vin与基准电压Vref比较后，再通过运算N1变换输出电压来驱动三极管Q1工作在线性放大区，此时三极管Q1的C极（集电极）、E极（发射极）间电流Ice对恒流源输出电流产生分流的效果，使得恒流源对负载输出电流下降，三极管C、E极间电压Vce即负载电压随之变小；同时Vce还通过电阻分压反馈回驱动电压Vin端，从电路整体来看，Vce与Vin成负反馈关系，可缓慢线性调节三极管Q1的工作点，使三极管Q1分流工作更加稳定。该电路中的负反馈可以稳定分流三极管的静态工作点和放大倍数，可以减少电路中非线性失真、扩展频带，还可以改变放大电路的输入阻抗和输出阻抗，对改善放大电路的性能有重要作用。
进一步， 超稳态快速响应线性分流电路中，还设有负压保护电路。在输入Vin电压小于基准电压Vref时，此时分流电路停止工作，运算输出较高负压，负压保护电路中二极管V1导通，对负压进行钳位，为分流三极管提供保护，避免B、E极反向击穿。
进一步，超稳态快速响应线性分流电路中，还设有瞬态抑制补偿电路，该电路有针对性地通过对运算进行频率补偿、对运算电源去耦消除了负反馈分流系统的自激振荡可能，使电路工作更加稳定可靠。
在负反馈线性分流电路工作时，因为负反馈系统反馈程度较深、三极管的工作点的高频动态调节以及由于内部电容的影响、使得运算、三极管对信号中不同频率分量具有不同的放大倍数和附加相移，容易使得运算出现自激振荡，导致线性分流电路工作不稳。因此，为提高负反馈线性分流电路工作的稳定性，瞬态抑制补偿电路使用了无极性瓷片电容C1及电阻R6在双极型运算之间2、6引脚间来形成频率补偿网络，防止自激振荡的发生。
瞬态抑制补偿电路还在集成运算的正、负供电电源的输入端对地分别加入一个高频性能优良的电容。运算电源内阻较大,当内阻比较大时，会引起输出级接电源处的电压波动，此电压波动通过电源供电回路作用到输出级接电源处，使得输入输出级输出电压相应变化，如此循环，会造成振荡，在运算电源端加电容可以抑制电源的自激干扰。
本发明提供的一种应用于负反馈线性分流电路中的瞬态抑制补偿电路已安装在高轨道卫星型号内，并随该卫星在轨飞行两年，两年中，该分流电路始终处于工作状态，工作正常，可验证该电路的实用性和可靠性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种超稳态快速响应线性分流电路，其特征在于，包括：负反馈线性分流电路、负压保护电路及瞬态抑制补偿电路；所述负反馈线性分流电路通过对输出电压负反馈来线性调节三极管的工作点，以达到对恒流源进行线性分流的目的；所述负压保护电路对分流三极管加以保护，所述瞬态抑制补偿电路对电路进行频率补偿及自激抑制，消除电路振荡，减小输出纹波，给载荷提供高品质的负载电压。
2.依据权利要求1所述的超稳态快速响应线性分流电路，其特征在于，所述负反馈线性分流电路包括运算N1、三极管Q1，电阻R1、R2、R3、R4、NPN型三极管Q1；所述电阻R1一端接驱动电压，另一端同时连接运算N1的正输入端和电阻R3的一端；所述电阻R3的另外一端同时连接恒流源的高电位和三极管的集电极；所述三极管的发射极和恒流源的低电位接地，负载并联在恒流源的两端；所述三极管的基极接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端接运算N1的输出端；所述运算N1的负输入端连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另外一端接基准电压。
3.依据权利要求2所述的超稳态快速响应线性分流电路，其特征在于，所述运算N1为双极型运算放大器。
4.依据权利要求3所述的超稳态快速响应线性分流电路，其特征在于，所述瞬态抑制补偿电路包括电容C1、C2、C3，电阻R6；所述电容C1和R6串接后两端分别与运算N1的负输入端和输出端连接，运算N1的正负电源引脚分别通过C2、C3接地。
5.依据权利要求4所述的超稳态快速响应线性分流电路，其特征在于，所述负压保护电路由二极管V1及电阻R5组成；所述二极管V1与电阻R5串联后，二极管的正极与三极管的基极相连，负极接地。
6.依据权利要求6所述的超稳态快速响应线性分流电路，其特征在于，所述电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6为功率为0.25W的碳膜电阻。
7.依据权利要求4所述的超稳态快速响应线性分流电路，其特征在于，所述电容C1、C2、C3为无极性瓷片电容。
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