Преобразователь с прямоугольной внешней характеристикой Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

4

СО оо ел

4 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоконадежных системах электропитания и автоматики, например, для имитации источников ограниченной мощности типа солнечных батарей. Известен преобразователь с прямоугольной внешней характеристикой, используемый для имитации солнечных батарей, и содержащий многоячейковый стабилизатор тока, выходы которого щунтированы транзисторными ключами, датчик тока и линейный регулятор напряжения(-/3. 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, щунтирующий 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 /V ячеек, и возвратный стабилизатор напряжения, щунтирующий стабилизатор тока, входной преобразующий блок и стабилизатор напряжения разделены на Л 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 Л ячеек 2.1-2.jV, выходы каждой из которых через первые разделительные диоды 3.1-З.Л/ соединены с выходным выводом преобразователя, и возвратный стабилизатор 4 напряжения, также разделенный на N ячеек 4.1-4./V. Входы ячеек 2.1-2.N соединены соответственно с выходами ячеек 1.1 - I.N и 4.1-4.Л, а входы ячеек 4.1-4.N через вторые разделительные диоды 5.1-5N - 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 ICT, определенная часть которых через диоды 3.1-З.Л поступает в нагрузку, обобразуя выходной ток 1вых , а оставшиеся части токов черед диоды 5.1-5.Л поступают во входные цепи соответствующих секций стабилизатора 4 напряжения, образуя ток регулирования 1р. При работой стабилизатора 4 обеспечивается поддержание выходного напряжения преобразователя UBMX на постоянном уровне (фиг. 2). В этом режиме.всякое изменение UBWX , вызванное нестабильностью входных или нагрузочных режимов преобразователя, компенсируется отработкой стабилизатора 4 путем изменения тока регулирования 1р. С целью обеспечения высокого КПД преобразрвателя мощность регулирования Рр IpUcT передается силовой частью стабилизатора 4 в выходные цепи блока 1 напряжения, уменьщая тем самым долю потребляемой от сети мощности. Так как выходное напряжение преобразователя Uebix ниже уровня выходных напряжений блока I, регулирующие органы ячеек стабилизатора 4 напряжений должны обладать вольтоповыщающим свойством. Максимально возможное значение выходного тока преобразователя определяется величиной NIcT . Всякая попытка увеличить 1вых путем уменьшения нагрузочного сопротивления, сопровождается снижением выходного напряжения (фиг. 2). В этом режиме ток регулирования 1р 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 3.1-3.N выполняют две функции: позволяют ограничить ток регулирования 1р каждой секции стабилизатора 4 величиной « и позволяют непосредственно параллельно объединять преобразователи (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 напряжения ивых , а это в свою очередь ведет к закрытию (практически мгновенному) диодов 5.1-5.N и скачкообразному уменьшению регулировочного тока 1р. Выходной ток соответственно скачкообразно возрастает до своего максимального значения. Скорость нарастания 1н ограничивается при этом только индуктивными параметрами нагрузки. Кроме того, предлагаемый преобразователь более надежен. В известном устройстве отказ одной или нескольких ячеек стабилизатороб 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 ICTСекционирование 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 напряжения, при этом максимальный выходной ток одной из ячеек 1.1 -1.N в N раз меньще аналогичной ве-и ины для максимального тока всего блока 1. поэтому отказ типа «короткое замыкание вход-выход любой из ячеек стабилизатора тока лишь увеличивает регулировочный ток 1р ячеек стабилизатора 4 напряжения без изменения выходных параметров преобразователя, Таким образом, надежность работы предлагаемого преобразователя повышается.

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 через- второй разделительный диод с входом соответствующей ячейки стабилизатора напряжения.

Фиг. Z

NIcr ISbix