ШУНТОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ЭНЕРГОПРЕОБРАЗУЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2024 года по МПК G05F1/67 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке энергопреобразующих комплексов космических аппаратов с фотоэлектрическим источником электропитания, по типу солнечной батареи (СБ).

Из уровня техники известен преобразователь «Sequential switching shunt regulator cell with non-redundant rectifier» (патент EP №2330476B1). Преобразователь содержит солнечную батарею, положительный вывод которой подключен к объединенным положительным выводам конденсатора, входным выводам дросселя и резистора, и анода диода, а отрицательный вывод объединен с отрицательным выводом конденсатора и подключен к общей точке схемы. Выходные выводы дросселя и резистора объединены и подключены к стоку транзистора, при этом исток транзистора подключен к входному выводу шунтового резистора, выходной вывод шунтового резистора подключен к общей точке схемы. Катод диода подключен к объединенным положительным выводам конденсатора и резистора, выполняющим роль нагрузки, при этом отрицательные выводы конденсатора и резистора объединены и подключены к общей точке схемы.

Указанное устройство является наиболее близким по технической сущности и принято за прототип.

Недостатком такого технического решения является последовательное подключение дросселя к транзистору, что приводит к появлению перенапряжения на транзисторе в процессе работы, что снижает ресурс работы транзистора и уменьшает надежность преобразователя.

Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: преобразователь электрической энергии постоянного тока для систем электропитания аэрокосмических аппаратов содержит солнечную батарею, положительный вывод которой подключен к объединенным положительным выводам конденсатора, входным выводам дросселя и резистора, и анода диода, а отрицательный вывод объединен с отрицательным выводом конденсатора и подключен к общей точке схемы. Выходные выводы дросселя и резистора объединены и подключены к стоку транзистора. Катод диода подключен к объединенным положительным выводам конденсатора и резистора, выполняющим роль нагрузки, при этом отрицательные выводы конденсатора и резистора объединены и подключены к общей точке.

Технической проблемой изобретения является повышение ресурса работы транзистора и надежности преобразователя.

Техническим результатом является снижение перенапряжения на транзисторе и тепловыделения транзистора в процессе работы.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что из прототипа исключен шунтовой резистор, положительный вывод солнечной батареи, объединенный с положительным выводом конденсатора отключен от анода диода, а выходные выводы резистора и дросселя объединены со стоком транзистора и подключены к аноду диода.

Изобретение поясняется фиг. 1, на которой изображена функциональная схема шунтового преобразователя.

Шунтовой преобразователь электрической энергии постоянного тока для энергопреобразующих комплексов космических аппаратов (фиг. 1) содержит:

Солнечную батарею 1, положительный вывод которой объединен с положительным выводом конденсатора 2 и подключен к объединенным входным выводам дросселя 4 и резистора 3, а отрицательный вывод которой объединен с отрицательным выводом конденсатора 2 и соединен с общей точкой схемы. Выходные выводы дросселя 4 и резистора 3 объединены и подключены к стоку транзистора 5 и аноду диода 6, при этом исток транзистора 5 соединен с общей точкой схемы. Катод диода 6 подключен к объединенным положительным выводам конденсатора 7 и нагрузки 8, при этом отрицательные выводы конденсатора 7 и нагрузки 8 объединены и соединены с общей точкой схемы.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

Шунтовой преобразователь электрической энергии постоянного тока имеет один источник электрической энергии - солнечную батарею. При номинальной освещенности солнечной батареи, ее мощности достаточно для питания нагрузки. Предлагаемый шунтовой преобразователь обеспечивает два режима работы.

При недостаточной освещенности, когда мощность солнечной батареи меньше мощности нагрузки, устройство работает в режиме прямой передачи энергии. Стабилизация выходного напряжения в данном режиме не требуется. Транзистор постоянно находится в разомкнутом состоянии, вся мощность солнечной батареи идет в нагрузку через диод и параллельно включенные дроссель с резистором. Перенапряжение на транзисторе отсутствует.

При достаточной освещенности, когда мощность солнечной батареи равна или больше мощности нагрузки, устройство работает в режиме шунтового стабилизатора. Стабилизация выходного напряжения реализуется за счет замыкания транзистора на интервал времени в диапазоне периода коммутации, когда напряжение нагрузки больше заданной величины стабилизации, и размыкания транзистора на интервал времени в диапазоне периода коммутации, когда напряжение нагрузки меньше заданной величины стабилизации. При переходе транзистора из замкнутого состояние в разомкнутое формируется контур протекания тока, состоящий из солнечной батареи, параллельно включенных дросселя и резистора, диода и нагрузки. Напряжение на транзисторе ограничено за счет подключением стока транзистора через диод к конденсатору нагрузки.

Таким образом, снижение перенапряжения на транзисторе в процессе работы достигается за счет формирования контура протекания тока дросселя при размыкании транзистора, состоящего из солнечной батареи, дросселя, диода и нагрузки; повышение надежности преобразователя достигается за счет увеличения ресурса работы транзистора за счет снижения перенапряжения на транзисторе и тепловыделения транзистора в процессе работы.

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке энергопреобразующих комплексов космических аппаратов с фотоэлектрическим источником электропитания, по типу солнечной батареи (СБ). Техническим результатом является снижение перенапряжения на транзисторе и тепловыделения транзистора в процессе работы. Технический результат достигается тем, что из прототипа исключен шунтовой резистор, положительный вывод СБ, объединенный с положительным выводом конденсатора, отключен от анода диода, а выходные выводы резистора и дросселя объединены со стоком транзистора и подключены к аноду диода. 1 ил.

Шунтовой преобразователь электрической энергии постоянного тока для энергопреобразующих комплексов космических аппаратов, содержащий солнечную батарею, на выходе которой установлен конденсатор, дроссель, транзистор и диод, положительный вывод солнечной батареи подключен к входному выводу дросселя, а её отрицательный вывод подключен к общей точке схемы шунтового преобразователя, к которой подключены исток транзистора и объединенные отрицательные выводы выходного конденсатора и нагрузки, катод диода подключен к объединенным положительным выводам конденсатора и нагрузки, отличающийся тем, что выходной вывод дросселя подключен к объединенным выводам стока транзистора и анода диода, кроме того, введен резистор, включенный параллельно дросселю.