Устройство для питания нагрузки

 

ва тейт то -г;,, Рт%М „

Союз Советских

Социалистических

Республик (1>) 598181

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявлЕно 24.03.76 (21)233792=!24-0 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.03.78. Бюллетень ¹ 10 (45) Дата опубликования описания16 gy 0g (51) M. Krr

02 Т 7/34

Государственный комитет

СОВВТВ MNHNcTP08 СССР

80 делам изооретений и открытий (53) УДЕ 6.>1,3==..1 (0&с.В) А. М. Красковский и В. A. Крыжановский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электропитания.

Известны устройства для питания нагрузки от источника ограниченной мощности, выполненного в виде ряда отдельных звеньев, например солнечной батареи (1).

Известно также устройство, которое содержит солнечную батарею, аккумуляторные батареи, две шины, узел контроля с датчиками и узлы управления режимом работы, при этом к первой шине, питающей нагрузки, подключены регулируемая часть солнечной батареи, разделенной на секции, и одна аккумуляторная батарея, а к второй шине, служащей для поочередного заряда, подключены другая аккумуляторная батарея и оставшаяся часть солнечной. батареи 12).

Однако энергия, генерируемая солнечной батареей, в известном устройстве недоиспользуется, напряжение на нагрузке изменяется существенно, как в процессе разряда (заряда), так и в моменты коммутации секций солнечной батареи и аккумуляторных батарей к шине нагрузки, и устройство не допускает подключения потребителей, питающихся стабилизированным илн пониженным напряжением (по отношению к номинальному) без применения стабилизаторов или регуляторов напряжения, о применение которых влечет за собой увеличение веса устройства для питания нагрузки н сии жение е го КПД.

Кроме того, значительная неравномерность в распределении нагрузки по секциям и частям солнечной батареи сопровождается неравномерным выделением мощности рассеяния по поверхности батареи и соответственно неравномерным распределителем температуры по площади батареи, что также сказывается на снижении КПД батареи.

Известное устройство не позволяет изменять режим заряда аккумуляторов и выходное напряжение с целью обеспечения быстрого или оптимального заряда аккумуляторов. или с целью использования его для нагрузок, питаюl5 шихся пониженным напряжением по отношению к номинальному, или с целью замены в действующей схеме устройства солнечной батареи или аккумуляторной батареи другими, имеющимися в распоряжении, равноценными по мощности источниками, без изменения узлов его схемы, что объясняет ограниченные функциональные возможности устройства и, следовательно, узкую область применения.

С целью повышения КПД и расширения функциональных возможностей устройства для питания нагрузки. а также повышения точ25

5981 ности поддержания напряжения на нагрузке в предлагаемое устройство для питания нагрузки введены стабилизатор напряжения и регулируемый источник опорного напряжения, причем секции источника постоянного тока подключены через контакты коммутатора на обе шины, связанные с нагрузкой и накопителем энергии через блок контроля и управления режимом работы, в цепь разряда накопителя энергии последовательно включены датчик тока и стабилизатор напряжения, а блок контроля и управления режимом работы связан с пороговой схемой сравнения и стабилизатором напряжения посредством регулируемого источника опорного напряжения, при этом входы пороговой схемы сравнения соответственно подключены к выходам регулируемого источника опорного напряжения, один из которых одновременно подключен к управляющему входу стабилизатора напряжения, к выходу датчика тока и к шине, соединенной с нагрузкой, а входы регулируемого источника опорного напряжения подключены к управляющим выходам блока контроля и управления режимом работы.

На чертеже изображена блок-схема устройства для питания нагрузки.

Устройство содержит источник 1 постоянного тока, выполненный в виде ряда отдельных секций 1-1 — l-п, часть которых подключена к шине 2, питающей нагрузку 3, а оставшаяся часть — к шине 4 заряда накопителя 5 энергии, коммутатор 6 с элементами переключения

7-1 — -7-п, генератором 8, первой схемой И 9, второй схемой И 10, первым распределителем 11 и вторым распределителем 12, пороговую схему сравнения 13, датчик 14 тока, стабилизатор напряжения 15, регулируемый источ ник 16 опорного напряжения и блок 17 контроля и управления режимом работы.

10 3S

Э0

Блок 17 контроля и управ. пения режимом работы подключает нагрузку 3 к шине 2, накопитель 5 к шине 4 и устанавливает выходные напряжения регулируемого источника 16 опорного напряжения на заданные уровни, один 40 из которых соответствует напряжению стабилизации нагрузки, а другой — минимальному току разрядки накопителя. Контролируя напряжение на шинах 2, 4 и на накопителе 5, блок осуществляет отключение накопителя от шины заряда 4 по достижении на нем максимально-допустимого значения и отключение части или всей нагрузки при снижении напряжения на ней ниже минимально-допустимого, чем достигается автоматический перевод работы устройства в режим заряда накопителя. Я

Кроме того, блок 17 контроля и управления режимом работы исполняет внешние команды по изменению режима работы устройства в целом, например для изменения режима заряда, изменения напряжения на нагрузке и т.п.

Ток нагрузки устройства складывается из

55 двух составляющих: тока источника 1„, протекающего от источника 1, и выходного тока стабилизатора 1„, протекающего от накопителя 5 через датчик 14 тока и стабилизатор 15, т.е. 1„= 1„+ 1„. Этот ток определяет напря- р

81 .

4 жение на шине 2, подключаемой к нагрузке 3 посредством блока 17 контроля и управления р еж им ом ра боты.

С изменением 1 за счет изменения его составляющей 1„зависящей от значения сопротивления нагрузки 3 и параметров источника 1, напряжение на шине 2 изменяется. Любые изменения его приводят к разбалансу схемы сравнения стабилизатора 15, сравнивающей выходное напряжение с заданным, снимаемым с выхода а регулируемого источника 16 опорного напряжения и, следовательно, к изменению выходного тока l,. Причем уменьшение (увеличение) напряжения вызывает увеличение (уменьшение) тока 1,„насто.лько,,что компенсируется уменьшение (увеличение) тока I-„.

Таким образом, за счет энергии накопления осуществляется стабилизация напряжения на шине нагрузки 2 с заданной точностью при любых возмущающих воздействиях как со стороны источника и нагрузки, так и со стороны регулируемого источника опорногО напряжения.

Ток, потребляемый от накопителя 5 измеряется датчиком 14 тока и в виде напряжения, пропорционального 1,„, поступает на вход пороговой схемы сравнения 13, которая сравнивает это напряжение с заданным, снимаемым с выхода б регулируемого источника 16 опорного напряжения, соответствующим минимальному току стабилизатора I„.

В случае равенства этих напряжений или превышения выходного напряжения датчика 14 над заданным пороговая схема сравнения срабатывает и на ее выходе в устанавливается уровень напряжения «разрешающий» прохождение через первую схему И 9 импульсов генератора 8 на вход первого распределителя 11. С каждым импульсом генератора распределитель, продвигаясь на один шаг, последовательно посылает управляющие импульсы на первые входы элементов переключения

7-1 — 7-и коммутатора 6, которые, срабатывая, переключают секции 1-1 — 1-п источника 1 с шины 4 заряда накопителя на шину 2 питания нагрузки.

В связи с этим составляющая тока нагрузки 1„растет, а 1, уменьшается. Уменьшается и ток заряда накопителя 1 „. Движение распределителя и переключение секций источника 1 с шины 4 на шину 2 осуществляется до тех пор, пока 1, не станет меньше 1;, При выполнении условия 1,(. 1,„напряжение на выходе датчика 14 тока станет меньше напряжения снимаемого с выхода б регулируемого источника 16 опорного напряжения и пороговая схема сравнения 13 возвращается в исходное состояние. На ее выходе в устанавливается напряжение, «запрещающее» прохождение импульсов генератора 8 через схему И 9 на вход распределителя 11.

Дальнейшая регулировка напряжения на шине 2 осуществляется за счет изменения тока стабилизатора в пределах Π— I,,„. Значение тока 1,, выбирается равным или меньше значения номинального тока одной секции источника 1, в результате при наименьшем потреблении тока от накопителя 5 обеспечивает598181 ся заданная точность стабилизации напряжения нагрузки.

Аналогично, в случае превышения напряжения на шине 2 нагрузки над заданным регулируемым источником 16 опорного напряжения, снимаемым с выхода а, пороговая схема срабатывает по двум другим входам, открывает вторую схему И 10 по выходу г и импульсы от генератора 8 продвигают второй распределитель !2, который посылает управляюшие импульсы на вторые входы элементов переключения 7-1 — 7-п. Последние, срабатывая в той же последовательности, переключают секции 1-1 — 1-п источника с шины 2 на шину 4, уменьшая тем самым ток источника 1 и увеличивая ток заряда накопителя 1,„.

Процесс переключения секций источника прекрашается в -о" момент, когда напряжение, снимаемое с выхода а регулируемого источника 16 опорного напряжения на вход пороговой схемы сравнения !3, станет меньше напряжения, снимаемого с шины 2 на ее вход.

Таким образом, напряжение на нагрузке стабилизируется с заданной точностью путем автоматического подключения к ней необходимого для этого количества секции источника и незначительного разряда накопителя с использованием энергии неподключенных к нагрузке секций для заряда накопителя.

При значениях мощности нагрузки меньших значения мошности источника избыточная энергия его запасается в накопителе, а при значениях мощности нагрузки больших мощности источника запасенная энергия с накопителя возвращается в нагрузку, то есть энергия источника используется максимально с учетом потерь на стабилизаторе, КПД которого может быть доведен до 0,8 и более.

В случае использования в качестве источника солнечной батареи КПД устройства повышается ешеза счет равномерного распределения температуры по поверхности батареи, так как практически все секции ее несут одну и ту же переменную нагрузку (при работе происходит последовательная передача нагрузки с предыдущих секций на последуюшие).

Установленные связи между пороговой схемой сравнения, регулируемым источником опорного напряжения, блоком контроля и управления режимом работы, стабилизатором, датчиком тока, накопителем и нагрузкой позволяют стабилизировать выходное напряжение в широком диапазоне и, следовательно, применять источники и накопители на повышенное напряжение по отношению к номинальному нагрузки, изменять динамические характеристики устройства и режим заряда накопителя.

S Устройство может использоваться с любыми источниками, расчленяюшиMèñÿ на звенья, например, с термоэлектрическими или с электромеханическими генераторами, а также с любыми накопителями энергии, например с батареями конденсаторов.

Формула изобретения

Устройство для питания нагрузки, содержашее источник постоянного тока, например, солнечную батарею, выполненный в виде ряда отдельных секций, накопитель энергии, например аккумуляторную батарею, шину заряда накопителя, шину питания нагрузки, коммутатор, 11opoI.0Bvlo схему сравнения. датчик тока разряда накопителя и блок контроля и управления режимом работы, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД, точности регулирования и расширения функциональных возможностей, в устройство введены стабилизатор напряжения и регулируемый источник опорного напряжения, причем секции источника постоянного тока подключены через контакты коммутаторов на обе шины, связанные с нагрузкой и накопителем энергии через блок контроля и управ..1ения режимом работы, в цепь разряда накопителя энергии последовательно включены датчик тока и стабилизатор напряжения, а блок контроля и управления режимом работы связан с пороговой схемой сравнения и стабилизатором напряжения посредством регулируемого источника опорного напряжения, при это входы пороговой схемы сравнения подключены соответственно к выходам регулируемого источника опорного напряжения, один из которых одновременно подключен к управляемому входу стабилизатора напряжения, к выходу датчика тока и к шине, соединенной с нагрузкой, а входы

40 регулируемого источника опорного напряжения подключены к управляющим выходам блока контроля и управления режимом работы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 271619, кл. Н 02 J 7/00, 1968.

2. Авторское свидетельство Мо 417871, кл. Н 02 J 7/34, 1969.

OWE

59818!

f ! ! !

Вне упра

Составитель И. Найдина

Тскрсд О..1у сова н Ко ррек то р П. Ма ка реп и ч

Тиран« 892 Подписное

Редактор Т. Окунева

Закаэ 1265/46

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Л1инисэ ров СССР по делаги изобретений II открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раугвскаи, аб., д. 4)5

Филиал ППП «Патент». г. Ужгород, ië. Прос ктная, 4