Имитатор солнечной батареи

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик

««840962

1

Ф (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 28.02.79 (21) 27336221).8 24 (5! )М. Кл. с присоединением заявки М

6 06 Cj 7/48.Гооударственный комитет

СССР (23 ).П риорнтет

Опубликовано 23.06.8L. Бюллетень М 23 ао делам изобретений и открытий (5З) УДК681.333 (088.8) Дата опубликования описания 23.06.81 (72) Авторы нзобретення

Н. И. Дуплин и С. P. Иванов.с

Р язанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ИМИТАТОР СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования электрической энергии, и может быть использовано при разработке вторичных источников питания.

Известен имитатор солнечной батареи, содержащий линейный регулятор, датчик тока и функциональный преобразователь, в котором вольт-амперная характеристика солнечной батареи формируется эа счет изменения падения напряжения на линей1О ном регуляторе Ц.

Недостагком такого имитатора является его низкий КПД.

Наиболее близким по технической т5 сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник питающего напряжения, Й дискретных регуляторов, выпрямитель, функциональный преобразовательь и нагрузку 2).

Недостатком такого типа устройств при использовании их в качестве имитаторов солнечной батареи является наличие в них специального функционального

2 преобразователя, что ухудшает их динамические характеристики. Кроме того, возможны перегрузки ячеек, что снижает надежность работы устройстве.

Бель изобретения - повышение быстродействия имитатора, улучшение качества выходного напряжения и исключение токовых и мощностных перегрузок транзисторов дискретного регулятора

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее, источник питающего напряжения, элемент нагрузки, выпрямитель и Х ячеек дискретных регуляторов, каждая иэ которых! содержит два силовых транзистора и трансформатор, средние выводы первичных обмоток которого объединены и подключены к первому выходу источника питания, введены датчик тока, М источников опорного напряжении и 1Е ячеек линейных ре:. гуляторов, кажфы из которых содержит операционный усилитель и регулирующий транзистор, в каждую иэ М ячеек дискретных регуляторов дополнительно вве0962 4

Работа имитатора осуществляется следующим образом. . Ячейки дискретных регуляторов

2. 1...2 Й работают синхронно и синфазно.

Регулирующие транзисторы 9.1...9 N управляются напряжениями своих опера1о

40

3 84 дены два ограничительных диода и шунтируюший диод, катод которого соединен с эммиторами силовых транзисторов, кол, лекторы которых подключены соответственно к выводам первой и второй первичных обмоток трансформатора, выводы третьей и четвертой первичных обмоток которого подключены соответственно к анодам первого и второго ограничите и ных диодов, катоды которых объединены и подключены ко второму выходу ис,точника питающего напряжения, первый выход которого соединен с анодом шунтирующего диода, первые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, вторые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, соответствующие выводы первой и второй вторичной обмотки трансформатора первой ячейки дискретных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам выпрямителя, выход которого через элемент нагрузки соединен с первым входом датчика тока, второй вход которого подключен к среднему выводу вторичной обмотки трансформатора Й -ой ячейки дискретного регулятора, в каждой из N ячеек линейных регуляторов выход операционного усилителя подключен к базе регулирующего транзистора, коллекторы которых подклк чены ко второму выходу источника питающего напряжения, эммиторы регулирующих транзисторов каждой ячейки линейных регуляторов подключены соответственно к катодам шунтируюших дйодов ячеек дискретных регуляторов, выход датчика тока подключен к первым входам опера« ционных усилителей ячеек линейных регуляторов, вторые входы кторых подключены к соответствующим выходам N источников опорного напряжения.

На фиг. l показана структурная схема имитатора; на фиг., 2 — и 3 поясняют

его работу.

Имитатор содержит Й линейных регуляторов 1.1 ... 1. Й, Й ячеек дискретных регуляторов 2. 1 ... 2. N выпрямитель 3, датчик 4 тока, элемент 5 нагрузки, источник 6 питающего напряжения, М источников опорного напряжения

7. 1 ... 7. N, каждый из Й линейных регуляторов содержит операционный усилитель 8;1 ... 8.Й и регулирующий транзистор 9. 1 ... 9. N, каждый из дискретных регуляторов содержит силовые транзисторы 10 и 11, трансформатор 12, ограничительные диоды 13, 14, шунтируюший диод 15. ционных усилителей 8.1...8 М, характеристика вход-выход которых имеет вид, представленный на фиг. 2. При Ug =О и

Ц = Ой„, „регулирующий транзистор соотвещественно полностью закрыт или открыт, а промежуточному значению ®соответствует положение рабочей точки регулирующего транзистора на его линейном

При токе нагрузки, равном нулю (3, =- Jqy =0), все регулирующие тран— зисторы линейных регуляторов открыты и на выходе имитатора напряжение мак2о симально и равно U . Возрастание тока нагрузки приводит к увеличению напряжения на выходе датчика тока 0,, результатом чего будет являться уменьшение выходного напряжения операционно25 го усилителя 8,, опорное напряжение . U 7.1 наименьшее. Это, в свою очередь, повлечет за собой запирание регулирующего транзистора 9.1 и уменьшение питающего напряжения преобразовательной

30 ячейки дискретного регулятора 2.1, а, следовательно, и уменьшение выходного напряжения имитатора. При дальнейшем увеличении тока нагрузки выходное напряжение датчика тока превысит величину

Ц 7.1 и ячейка регулятора 2.1 отключится от источника питания (полностью закроется транзистор 9. 1), а ячейка регулятора 2.2 будет поддерживать на выходе имитатора необходимую для данного значения 1 величину выходного напряжения имитатора и т.д. В случае уменьшения тока нагрузки будет наблюдаться плавный процесс последовательного подключения преобразовательных ячеек и увеличение выходного «напряжения. !

Таким образом видно, что выбором соответствующих значений опорных напряжений U>, и коэффициентов усиления. операционных усилителей легко можно получить достаточно точную аппроксимацию заданной вольт-амперной характеристики солнечной батареи (фиг. 3). При этом важно подчеркнуть, что при любом режиме работы в активной области может находиться лишь. один из регулирующих транзисторов 9„, поэтому КПД предлагаемого устройства достаточно высок и не ниже, чем КПД известного устройст5 8400 ва. В то же время в предлагаемом устройстве в цепи обратной связи отсутст.вует специальный функциональный преобриюватель, что существенно. улучшает динамические . характеристики (быстродействие ) имитатора.

В известном устройстве и в предлагаемом имитаторе при выполнении ячеек. по обычным двухтактным или однотактным схемам возможны токовые и мощносч ные перегрузки транзисторов преобразо вательных ячеек. Так в двухтактных ячейках регулятора 2 (фиг. 1.) при импульсном характере тока нагрузки

Ф сердечник трансформатора будет несим- 15 метрично перемагничиваться всякий раз, когда нарушается равенство т/2 т

"11(aí) 4 u „ (H) т/2 го где U> -(М Оо дуэт ) напряжение выхода < -го регулирующего транзистора г5 насыщение трансформатора включенной ячейки приводит к резкому возрастанию тока коллектора одного из транзисторов и выходу его в активную область, что и обуславливает перегрузку ячейки и провал выходного напряжения,а последнее, в свою очередь, приведет к отклонению имитатора от требуемой формы.

В ячейках дискретных регуляторов 35 перемагничивание сердечников каждого преобразователя происходит при напряже:нии Ug, - для рабочего полупериода и при Од — для нерабочего полупериода.

Для каждого из трансформаторов, следова-4о тельно, имеем

T/2 т

j и,.(з,)м о„м, о т/2 т.е. при любых изменениях тока нагрузки,, а, следовательно, и при любых изменениях

0„, (3<), в нерабочий полупериод происходит полное размагничивание сердечника трансформатора, что и делает невоз:можным его насьпценне в рабочий полу. 50 период. Этим самым исключается возможность токовой и мощностной перегрузок транзисторов и провал напряжения на выходе любой из ячеек.

Таким образом, изобретение позволяет

55 улучшить .динамические характеристики, исключить токовые и мощностные перегрузки ячеек, а также улучшить качество выходного напряжения имитатора солнеч82 6 ной батареи, т.е. повысить надежность работы устройства.

Формула изобретения

Имитатор солнечной батареи, содержащий источник питающего напряжения, элемент нагрузки, выпрямитель и N ячеек дискретных регуляторов, каждая из которых содержит два силовых транзистора и трансформатор, средние выводы первичных обмоток объединены и подключены .к первому выходу источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности устройства, в него введены датчик тока, N источников опорного напряжения и И ячеек линейных регуляторов, каждая из которых содержит операционный усилитель и регулирующий транзистор в каждую из Й ячеек дискретных регуляторов доцолнительно введены два ограничительных диода и шуитирующий диод, катод которого соединен с эммиторами силовых транзисторов, коллекторы которых подключены соответственно к выводам первой и второй первичных обмоток трансформатора, выводы третьей и четвертой первичных обмоток которого подключены соответственно к анодам первого и второго ограничительных диодов, катоды которых объединены и подключены ко второму выходу источника питающего напряжения, первый выход которого соединен с анодом шунтирующего диода, первые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, вторые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, соответствующие выводы первой и второй вторич ной обмотки трансформатора первой: ячейки дискретных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам выпрямителя, выход которого через элемент нагрузки соединен с первым входом датчика тока, второй вход которого подключен к среднему выводу вторичной обмотки трансформатора Й -ой ячейки дискретного регулятора,, в каждой из Й ячеек линейных регуляторов выход операционного усилителя подключен к .базе регулирующего транзистора, коллекторы которых подключены «о второму выходу источника питающего напряжения, эммиторы регулирующих транзисторов каждой. ячейки линейных регуляторов подключены соответственно к катодам шунтируюших диодов ячеек дискретных pery2. Панфилов Д. И. и др. Зарядное

5 устройство со стабилизацией мгновенных значений зарядного тока. - Известия

Вузов СССР, "Приборостроение, 1978, % ХХ, с. 52 {прототип).

7 8400 62 8 ляторов, выход датчика тока подключен 1. Патент ФРГ % 2052251, к первым входам операционных усилите- кл. 42m, 1977. лей ячеек линейных регуляторов, вторые входы которых подключены к соответствукнцим выходам М источников опорного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

840062

Составитель В. Рыбин

Редактор В. Лазаренко Техред Н.Келушак

Корректор С. Шекмар филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Эаказ 4770/7 5 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5