Импульсный шунтовой регулятор Советский патент 1983 года по МПК G05F1/64 H02M3/135 

I

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам автономных систем электроснабжения (АСЭС, в которых в качестве первичных источников электроэнергии используются нерегулируемые источники постоянного напряжения ограниченной мощности: полупроводниковые фотопреобразователи, радиоизотопные генераторы и т.д.

По основному авт.св. N 970347 известен iniinynbCHbtft шунтовой регулятор содержащий широтно-импульсный модулятор, вывод которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, конденсатор, включенный параллельно выходным выводам, и двухобмоточный дроссель постоянного тока, первые разноименные выводы обмоток которого подключены к одному выходному выводу непосредственно, а вторые выводы - к другому выходному вьшоду через ключевой элемент и диод в обратном направлении соответственно Недостатком известного регулятора является невозможность одновременного достижения малой амплитуды пуль саций напряжения на входе регулятора и малой величины рассеиваемой мощности в регуляторе. Регулятор в целом является двухполюсником, и, если он работает в режиме малых пульсаций напряжения, выходная мощность источника питания, определяемая положением рабочей точки на .его Doльт-a mepнoй характеристике (ВАХ) при регулировании, меняется незначительно в течение периода коммутации ключевого элемента регулятора. В зависимости от значения параметра регулирования пгунтового регулятора и тока нагрузки в регулятор может поступать значительная мощность вплоть до максимальной выходной мощности

источника питания. При этом вся поступающая в регулятор мощность рассеивается на его элементах (ключ, диод, дроссель i Уменьшение мощности, поступающей в регулятор, достигается в том случае, если при зам кнутом ключе рабочая точка регулятора на ВАХ источника питания находится вблизи точки тока короткого замыкания, а при разомкнутом ключе вблизи точки напряжения холостого хода, а также в случае, если мощгшсть, поступающая в регулятор, мень юе максимальной. Однако это обуславливает работу регулятора в режиме больших пульсаций напряжения (со46752i

измеримых со средним значением напряжения ).

Цель изобретения - снижение мощности, выделяющейся в регулировочном 5 блоке и улучшение регулировочной характеристики регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном щунтовом регуляторе параллельно обмотке двухобмо 0 точного дросселя постоянного тока включен рассеивающий резистор.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2 его регулировочная характеристика; на фиг. 3 - зависимость мощности шунтрБОго регулятора и мощностей его узлов от параметра регулирования; на фиг. 4 - сравнительные характеристики импульсных щунтовых регуляторов различных принципов дей- ствия, снятые при одинаковых условиях.

Регулятор содержит регулирующий блок 1, подключенный параллельно источнику 2 питания ограниченной

мощности и нагрузке 3, широтно-импульсный модулятор (ШНМ ) 4 и рассеивающий резистор 5. Регулирующий блок 1 содержит ключевой элемент 6, управляюголй вход которого подклю30 чен к выходу 11ШМ 4 и дроссель 7 постоянного тока, содержапшй две обмотки 8 и 9. Начало обмотки 8 и конец обмотки 9 подключены к положительной Hinie источника питания, К отрицатель35 ной шше источника через ключевой элемент 6 подключен конецобмотки 9 и через дополнительный диод 10 - начало обмотки 9. Параллельно входным зажимам регулятора подключен кондд денсатор 1. Рассеивающий резистор 5 подключен параллельно обмотке 8.

Регулятор работает следующим образом.

Когда ключ 6 замыкается на время уТ (/У- относительное время замкнутого состояния ключа, Т - период переключения ), в случае, если ,5 к обмотке 8 дросселя и к рассеивающему резистору 5 прикладьюается напряжение источника Uyjp. Часть энергии переходит в тепло в резисторе 5, а часть запасается в сердечнике дрос селя 7, При размыкании ключа на время (1 }Т энергия, накопленная дросселем, частично через обмотку 9

- и диод 10 поступает в источник 2 и частично в резистор 5. При О ,5 регулирующий блок шунтового рсгулято-г ра работает как однотактны ршвертор нагруженньп на резистор 5 )и шунтирующее действие регулятора обеспечивается, в основном, резистором 5. При такой работе регулирующего блока в. качестве преобразователя мощности источника питания в мощность, рассей ваемую на резисторе 5, мощности потерь в регулирующем блоке имеют локальный экстремум ( максимум ), расположенный в диапазоне параметра регулирования ,5 (точка d , кривая зависимости мощности регулирующего блока Р 5 на фиг.З ) и соответствующий максимуму выходной мощности источника питания. Для определения зависимости мощностей в регуляторе от параметра -у использовался источник питания с линейной ВАХ. Аналогичные соотношения были получены при работе от источника с нелинейной ВАХ, соответствующей ВАХ фотоэлектрического преобразователя. При дальнейшем увеличении от значения, соответствующего точке а на фиг.З (кривая Р g ) до ,5,мощность потерь в регулирующем блоке снижается, поскольку снижается входная мощность регулятора (кривая фиг.З ), и при этом продолжает сохраняться режим работы регулирующего блока в качестве однотактного преобразователя напряжения. При 0,5 2Г шунтирующее деист вне регулятора обеспечивается как резистором 5, так и дросселем 7. Дл тельность протекания тока по обмотке 8 (при замкнутом ключе 6 )при больше длительности протека ния тока (при разомкнутом ключе 6 ) по обмотке 9, и вследствие этого возникает постоянная составляющая тока дросселя 7. Дроссель 7 начинае работать в режиме подмагничивания, результате чего большая часть энергии, потребляемой регулятором, рассеивается в регулирующем блоке 1, а не в резисторе 5. Однако, поскольку абсолютное значение энергии, потребляемой регулятором при этих значениях У, уменьшается в результате шунтирования источника 2, мощность рассеиваемая в регулирующем блоке I регулятора (точкз 5, кривая Ppg на фиг. 3 ) соизмерима с потерями мощности в регулирующем блоке при его работе в первом режиме (при О Т- 0.5). 2 В случае, если 1 при полностью замкнутом ключе 6 мощность Ррр , вьщеляемая на рассеивающем резисторе, близка к нулю и мощность Рщр потребляемая шунтовым регулятором становится равной мощности Ppgi т.е. сумме мощности рассеяния на ключе 6 и обмотке 8 дросселя (для случая, когда активное сопротивление обмотки 8 дросселя много меньше сопротивления резистора 5). Рассеивающий резистор 5 может быть подключен к обмотке 9 либо к дополнительной обмотке дросселя, при этом сохраняются указанные зависимости, однако наименьшее рассеяние мощности в регулирующем блоке обеспечивается при указанном включении резистора 5. На фиг. 4 приведены регулировочные характеристики предлагаемого регулятора (кривая 1), прототипа (кривая 3 ), в качестве которого использовался регулятор без рассеивающего резистора 5, и импульсного резистивного регулятора (кривая 2), принципиальная схема которого включает конденсатор 11, резистор 5 и ключ 6, управляемый от 4. Регулировочная характеристика предлагаемого регулятора обладает преимуществами как индуктивного шунтового регулятора,так и резистивного шунтового регулятора.Кривая 1, как и кривая 2 имеет вид, близкий к линейному, а остаточное напряжение предлагаемого регулятора (при Т 1) . значительно меньше, чем у резистивного регулятора, и равно-остаточному напряжению регулятора, используемого в качестве прототипа. Предлагаемый регулятор имеет большой диапазон регулирования напряжения и одновременно исключает по вышенное выделение тепла в регулирую щем блоке, что существенно снижает его массу и объем. Кроме того, значи тельно облегчается режим работы регулирующего блока. Рассеивающий резистор также может иметь меньшие массу и объем. В отличие от прототипа предлагаемый регулятор имеет регулировочную характеристику, близкую к линейной, а диапазон регулирования по входному параметру - лежит от О до 1, что повыгаает точность регулирования. Уровень пульсаций напряжения в предлагаемой схеме при прочих равных условиях меньший, чем в известной.

10467526

Предлагаемый регулятор может най- жения и ограничение мощности ти применение в АСЭС, где требуется источников, обладающих падающей производить регулирование напря- вдх.

гаШУЛЬСНЫЙ 111УНТОВОЙ РЕГУЛЯТОР по авт.св. № 970347, отличающийся тем, что, с целью снижения мощности, выделяющейся в регулировочном блоке, и улучшения регулировочной характеристики, параллельно обмотке двухобмоточного дросселя постоянного тока включен рассеивающий резистор. (Л 4ik о: ел 1C

.e О,Г О,2 ff,J ff, ff,ff 0t/z.Z ff.7 ff.ff ff,ff r