Устройство для питания нагрузки Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к автономным системам электроснабжения и может быть.использовано, при проектировании устройств д{1я неравномерной нагрузки от источников ограниченной мощности..

Известно устройство для питания нагрузки от источника ограниченной -мощности, содержащее ключевой стабилизатор напряжения, в котором цепи управления ключевых элементов подключены к выходу широтно-импульсного модулятора, работающего при неизменной частоте модулируемых импульсов 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее источник ограниченной мощности, выходом через последовательно включенные ключевой эле- мент и DLC-фильтр соединенный с выходными клеммами, и широтно-импульсный модулятор, входом через датчик напряжения подсоединенный к выходным клеммам, а выходом подключенный к управляющему входу ключевого элемента г.

Недостатком известных устройств являются завышенные массы и габариты в условиях, когда ток нагрузки изменяется в широком диапазоне,, вследствие недоиспользования ключевы элементов и радиаторов к .ним при малых значениях тока нагрузки и элементов выходного фильтра при боль ших токах, так как при малых токах нагрузки напряжение источника ограниченной мощности максимально. Исходя из этой длительности и заданных требований по пульсациям, рассчитывают выходной фильтр. При больших значениях тока нагрузки напряжение источника ограниченной мопщости сильно уменьщает я. С целью поддержания неизменного напряжения на нагрузке длительность паузы между импульсами уменьшают. При постоянной частоте пульсации становятся намного меньше допустимых, а фильтр - черезмерным. В это же время ключевые элементы и радиатор к ним черезмерны при малых токах нагрузки. Избыточные масса и габариты фильтра при больших нагрузках и ключевых элементов с. радиаторами при малых нагрузках вызывают ухудшение массогабаритных показателе известных устройств для питания нагрузки.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов устройства для питания нагрузки при большой кратност изменения тока нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для питания нагрузки, содержащее нестабилизиро- ванный источник ограниченной мощности, выходом через последовательно включенные ключевой элемент и DLCфильтр соединенный с выходными клеммами, и широтно-импульсный модулятор, входом через датчик напряжения подсоединенный к выходным клеммам, а выходом подключенный к управляющему выводу ключевого элемента, введены однополупериодный выпрямитель, дополнительный фильтр и преобразователь напряжения в частоту, выходная величина которого пропорциональна корню квадратному

из входной, дроссель DLCфильтра снабжен дополнительной обмоткой, а широтно-импульсный модулятор - входом синхронизации, причем вход однополупериодного выпрямителя подключен к дополнительной обмотке дросселя выходного фильра, а его выход через указанные дополнительный фильтр и преобразователь напряжения в частоту соединен входом синхронизации широтно-импульсного модулятора.

Благодаря этому в устройстве производится автоматическая подстройка частоты широтно-импульсного модулятора по мере изменения тока нагрузки. При мальк токах частота максимальна и необходимость в завьш1енных массе и габаритах фильтра отпадает. При увеличении нагрузки частота уменьшается таким образом, чтобы пульсации выходного напряжения оставались неизменными. Одновременно ключевые элементы и радиаторы частично разгружаются от частотных ifoтерь, в связи с чем их масса и габариты также могут быть снижены.

На чертеже показана принципиальная схема, предлагаемого устройства.

Источник 1 ограниченной мощности подключен к нагрузке 2 через импульный стабилизатор напряжения, содержщий ключевой элемент З.и выходной DLC-фильтр, образованный дросселем 4, блоком 5 конденсаторов и блоком 6 диодов. Основная обмотка дросселя 4 выходного фильтра включена меяадУ блоком 3 и нагрузкой 2. Управляющий вывод ключевого элемента 3 соединен с выходом широтно-импульсногр модул тора 7, подключенного к да тчику 8 напряжения на нагрузке 2, Устройств снабжено однополупериодным выпрямителем 9, дополнительным фильтром 10 и преобразователем 11 напряже,ния в частому, выходная частота которог пропорциональна корню квадратному из входного, напряжения, что допуска ется, например, включением в его состав охваченных обратной связью интегратора 12 и релаксационного FB нератора 13. Однополупериодный выпрямитель 9 входом подключен к дополнительной обмотке 14 дросселя, а выходом - к входу синхронизации широтно-импульсного модулятора 7 через дополнительный фильтр 10 и преобразователь 11. . Устройство работает следующим об разом.. При малой нагрузке, так как напряжение источника 1 максимально, силовой ключ 3 работает с минимальным коэффициентом заполнения 1 (длительность импульса минимальна). С увеличением тока нагрузки напряжение источника ограниченной Мощности уменьшается, а t растет. При этом наводимое в дополнительной обмотке 14 дросселя 4 напряжение выпрямляется выпрямителем 9, фипьтруется в дополнительном фильтре 10 и подво.дится к входу преобразователя 11, Вы прямитель 9 включен таким образом, что напряжение на его вьжрде сущест. вует лишь при разомкнутом состоянии ключевых элементов блока 3. Тогда на входе преобразователя 11 существует напряжение фильтра 10, связанное с напряжением и„ на на. грузке выражением , (1-ta)U, (1) где Кд - коэффициент передачи дросселя по напряжению определяемый соотношением витков силовой и дополнительНой обмоток дросселя. Преобразователь 11 квадратного корня из величины постоянного напря.жения в частоту может быть реализован, например, с помощью интегратора 12 и релаксационного генератора 13. Интегратор 12 обеспечивает данное интегрирование выходного напряжения фильтра 10. . При достижении выходным напряжением интегратора 12 определенного порогового значения релаксационный генератор формирует импульс управления на широтно-импульсный модулятор 7 и импульс обратной связи на интегратор 12, устанавливающий интегратор в исходное положение, например, уменьшая скачком его выходное напряжение до нуля. Процессы повторяются и на выходе релаксационного генератора 13 формируются импульсы.управления, период следования которых зависит от t, т.е. от величины тока нагрузки. Импульс управления формируется при равенстве выходного напряжения интегратора пороговому значению и„ор, т.е. при кЛ(1-Ц) - (2) Следовательно, частота f следования имрульсов управления, т.ё. частота широтно-импульсного модулятора, определяется выражением КЧТ,(3) -f Благодаря такому закону изменения частоты, амплитуда пульсаций выходного напряжения сохраняется постоянной в широком диапазоне изменения тока нагрузки и имеет величину, равную амплитуде пульсаций при максимальном токе нагрузки,- т.е. наименьшую из Bdex возможных значений. Амплитуду пульсаций напряжения на нагрузке можно выразить формулой Й.W амплитуда пульсаций тока в обмотке дросселя выходного фиНьтра; емкость блока 5 конденсаторов фильтра. При этом (1-t ) Lf - де L - индуктивность дросселя силового фипьтра. Из формул (4) и (5) получим: f- EUlkl/АЛ LC . Так как. величины Цц, L и С потоянны, то постоянство при изменении l/K (т.е. при изменении потребляемого нагрузкой тока) можно достичь изменением частоты по закону; f-Kjl-tH , nifec . При сравнении формул (3) и (7) видно, что закон изменения частоты 60836 реализованный в предлагаемом устрой стве, соответствует закону изменения частоты, при котором достигается неизменная амплитуда пульсаций выходного напряжения. Соответствующим . выбором параметров дополнительного фильтра, интегратора и релаксационного генератора можно достичь заданной стабильности пульсаций, снизив расчетные массу и габариты фильтра.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ, содержащее нестабилизированный источник ограниченной мощности, выходом через последовательно включённые ключевой элемент и DLC-фнпьтр соединенный с выходными клеммами, и щиротно-импульсный модулятор, входом через датчик напряжения подсоединенный к выходным клеммам, а выходом подключенный к управляющему выводу ключевого элемента, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов при большой кратности изменения тока нагрузки, в него введены однополупериодный выпрямитель, дополнительный фильтр и преобразователь напряжения в частоту, выходная величина которого пропорциональна корню квадратному из входной, . дроссель DLC-фильтра снабжен дополнительной обмоткой, а широтно-импульсный модулятор - входом синхронизации, причем вход однополупериодного выпрямителя подключен к дополнительной обмотке дросселя выходноVO го фильтра, а его выход через указанные дополнительный фильтр и преобразователь напряжения в частоту соединен с входом синхронизации широтно-импульсного модулятора.