Преобразователь с прямоугольной внешней характеристикой

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ , содержащий входной преобразующий блок, стабилизатор тока, разделенный на Л ячеек, и возвратный стабилизатор напряжения, шунтирующий стабилизатор тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем секционирования блоков, входной преобразующий блок и стабилизатор напряжения разделены на N ячеек, причем вход каждой ячейки стабилизатора тока соединен с выходом соответствующей ячейки входного преобразующего блока и с выходом соответствующей ячейки стабилизатора напряжения, а выход каждой ячейки стабилизатора тока соединен через первый разделительный диод с выходным выводом преобразователя и черезвторой разделительный диод с входом соответствующей ячейки стабилизатора напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(59 Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3561645/24-07 (22) 05.03.83 (46) 07.04.85. Бюл. № 13 (72) Н. И. Дуплин, С. P. Иванов, А. М. Ромашук и А. И. Флиер (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 915186, кл. Н 02 М 3/335, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 355201 7/24-07, 983. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ, содержащий входной преобразуюший блок, стабилизатор тока, разделенный на N ячеек, и возвратный стабилизатор

„,Я0„„1149354 А напряжения, шунтируюший стабилизатор тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем секционирования блоков, входной преобразующий блок и стабилизатор напряжения разделены íà N ячеек, причем вход каждой ячейки стабилизатора тока соединен с выходом соответствующей ячейки входного преобразуюшего блока и с выходом соответствуюшей ячейки стабилизатора напряжения, а выход каждой ячейки стабилизатора тока соединен через первый разделительный диод с выходным выводом преобразователя и через- второй разделительный диод с входом соответствующеЙ ячейки стабилизатора напряжения.

1!49354

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоконадежных системах электропитания и автоматики, например, для имитации источников ограниченной мощности типа солнечных батарей.

И звестен п реоб раз овател ь с и рямоугольной внешней характеристикой, используемый для имитации солнечных батарей, и содержащий многоячейковый стабилизатор тока, выходы которого шунтированы транзисторными ключами, датчик тока и линейный регулятор напряжения ()

Однако данный преобразователь имеет низкие КПД и быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь с прямоугольной внешней характеристикой, содержащий входной преобразующий блок, стабилизатор тока, разделенный на

N ячеек, возвратный стабилизатор напряжения, шунтирующий стабилизатор тока и выходной коммутатор, управляемый от канала измерения тока нагрузки. Введение возвратного стабилизатора напряжения повышает быстродействие преобразователя (2).

Однако наличие коммутатора и канала измерения тока вызывает усложнение известного устройства и снижение его надежности.

Цель изобретения — повышение надежности путем секционирования блоков.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе с прямоугольной внешней характеристикой, содержащем входной преобразующий блок, стабилизатор тока, разделенный на N ячеек, и возвратный стабилизатор напряжения, шунтирующий стабилизатор тока, входной преобразующий блок и стабилизатор напряжения разделены на N ячеек, причем вход каждой ячейки стабилизатора тока соединен с выходом соответствующей ячейки входного преобразующего блока и с выходом соответствующей ячейки стабилизатора напряжения, а выход каждой ячейки стабилизатора тока соединен через первый разделительный диод с выходным выводом преобразователя и через второй разделительный диод с входом соответствующей ячейки стабилизатора напряжения.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2— его внешняя характеристика.

Преобразователь (фиг. 1) содержит входной преобразующий блок 1, разделенный на

N ячеек 1.1 — 1 N, стабилизатор 2 тока, разделенный на N ячеек 2.1 — 2,.N, выходы каждой из которых через первые разделительные диоды 3.1 — З.N соединены с выходным выводом преобразователя, и возвратный стабилизатор 4 напряжения, также разделенный на N ячеек 4.1 — 4.N. Входы ячеек

2.1 — 2.N соединены соответственно с выходами ячеек 1.1 — I.N и 4.1 — 4.N, а входы

55 ячеек 4.1 — 4.N через вторые разделительные диоды 5.1 — 5 — с выходами ячеек

2.1 — 2.N.

Преобразователь работает следующим образом.

На выходе ячеек блока 1 формируется напряжение, уровень которого определяется максимальным выходным напряжением преобразователя.

Через ячейки 2.1 — 2.N стабилизатора тока проходят постоянные стабилизированные токи I,T, определенная часть которых через диоды 3.1 — 3 N поступает в нагрузку, обобразуя выходной ток 1вых, а оставшиеся части токов черед диоды 5.1 — 5.N поступают во входные цепи соответствующих секций стабилизатора 4 напряжения, образуя ток регулирования lp.

П р и I (N I<> работой стабилизатора 4 обеспечивается поддержание выходного напряжения преобразователя Usm на постоянном уровне (фиг. 2) . В этом режиме. всякое изменение U, вызванное нестабильностью входных или нагрузочных режимов преобразователя, компенсируется отработкой стабилизатора 4 путем изменения тока регулирования 1р.

С целью обеспечения высокого КПД преобразрвателя мощность регулирования Pp =

= I U«передается силовой частью ста бил изатора 4 в выходные цепи блока 1 напряжения, уменьшая тем самым долю потребляемой от сети мощности. Так как выходное напряжение преобразователя Увы ниже уровня выходных напряжений блока 1, регулирующие органы ячеек стабилизатора 4 напряжений должны обладать вольтоповышающим свойством.

Максимально возможное значение выходного тока преобразователя определяется величиной NI < . Всякая попытка увеличить I x путем уменьшения нагрузочного сопротивления, сопровождается снижением выходного напряжения (фиг. 2). В этом режиме ток регулирования I равен нулю. Таким образом, предлагаемым преобразователем осуществляется воспроизведение прямоугольной внешней характеристики, свойственной источникам ограниченной мощности, например солнечным батареям.

Введение диодов 5.1 — 5.N продиктовано необходимостью отделения выходной цепи преобразователя от входных цепей ячеек стабилизатора 4 напряжения, а именно в режиме короткого замыкания преобразователя эти диоды исключают возможность протекания по нагрузке добавочных токов, обусловленных наличием сглаживающих конденсаторов во входных цепях стабилизатора 4.

Разделительные диоды 3.1 — З.N выполняют две функции: позволяют ограничить ток регулирования Iр каждой секции стабилизатора 4 величиной I > и позволяют непосредственно параллельно объединять пре1149354

Ф1 1 7ФЫ,У

Составитель В. Моин

Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор С. Саенко

Заказ 1913 39 образователи (фиг. 1) без дополнительных цепей токовыравнивания.

В предлагаемом устройстве повышается быстродействие, т. е. скорость нарастания выходного тока. В известном устройстве быстродействие ограничено частотными свойствами датчика тока и транзисторно-диодного коммутатора.

В предлагаемом устройстве увеличение выходного тока, например, при коротком замыкании приводит к резкому снижению 1О напряжения !1вых, а это в свою очередь ведет к закрытию (практически мгновенному) диодов 5.1 — 5.N и скачкообразному уменьшению регулировочного тока 1 . Выходной ток соответственно скачкообразно возрастает до своего максимального значения.

Скорость нарастания I ограничивается при этом только индуктивными параметрами нагрузки.

Кроме того, предлагаемый преобразователь более надежен. В известном устройстве отказ одной или нескольких ячеек стабилизаторов тока делает невозможной нормальную работу всего преобразователя, что и обуславливает его низкую надежность.

В предложенном преобразователе отказ одной или нескольких ячеек стабилизатора тока ведет лишь к уменьшению нагрузочной способности преобразователя, но не к выходу его из строя в целом.

Секционирование стабилизатора 4 напряжения и подключение входа каждой из ячеек только к выходу соответствующей ячейки стабилизатора тока обеспечивают равномерную токовую загрузку силовых элементов стабилизатора 4 и гарантируют, что максимум этой загрузки не превысит величины 1ст.

Секционирование входного преобразующего блока 1 сделано с целью ограничения токов, протекающих по выходной цепи при отказе типа «короткое замыкание вход-выход» любой из ячеек стабилизатора 2 тока.

В предложенном имитаторе ток потребления каждой ячейки 2.1 — 2.N ограничен максимальным значением выходного тока ячейки блока 1. Ячейки выполняются обычно в виде мостовых или полумостовых транзисторных преобразователей на п ря жени я, и ри этом максимальный выходной ток одной из ячеек

1.1 — I.N в N раз меньше аналогичной величины для максимального тока всего блока 1, поэтому отказ типа «короткое замыкание вход-выход» любой из ячеек стабилизатора тока лишь увеличивает регулировочный ток Iр ячеек стабилизатора 4 напряжения без изменения выходных параметров преобразовател я.

Таким образом, надежность работы предлагаемого преобразователя повышается.