Экстремальный регулятор мощности Советский патент 1986 года по МПК G05F1/66 

1

Изобретение относится к электро- технике, в частности к системам электропитания постоянного тока, и может быть использовано при создании автономных систем электроснабжения, в которых нер егулируемь е первичные источники постоянного тока ограниченной мощности соедн- иены с клеммами нагрузки, в том числе с вьшодами аккумуляторных батарей, через импульсные регуляторы тока.

Цель изобретения - упрощение экстремального регулятора мощности.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема экстремального регулятора мощности источника электропитания; на фиг,2 и 3 - диаграммы, поясняющие его работу.

Экстремальный регулятор мощности включен между входными 1 и выходными 2 вьшодами и содержит силовой дроссель 3 с основной обмоткой 4, блок 5 силовых ключей, блок б обратных диодов, блок 7 управления (например широтно-импульсньш модулятор) датчик мощности 8, состоящий из датчика 9 Холла и электронного ключа 10, преобразователь 11 информации в виде блока 12 дифференцирования с выходным фильтром 13. Электронный ключ 10 содержит в цепях управления формирователь 14 импульсов и дополнительную обмотку 15 силового дросселя 3.

Датчик 9 Холла размещен в немагнитном зазоре дросселя 3 и через электронный ключ 10 каскадно соединен с блоком 12 дифференцирования и фильтром 13, выход которого соединен с блоком 7 управления. Управляющие электроды датчика 9 Холла через резистор I6 соединены с входными клеммами. Формирователь 14 импульсов своим входом соединен с дополнительной обмоткой 15, а выходом - с цепями управления электронного ключа 10.

Формирователь 14 импульсов может быть выполнен например, в виде двух- полярного параметрического стабилизатора на стабилитронах 17 и 18, ограничительных резисторах 19 и 20, Блок 12 дифференцирования вьтол- нен, например, в виде дифференцирующей ячейки на конденсаторе 21 и резисторах 22 и 23 (при достаточных усилительньЕс свойствах блока 7), а

510482

фильтр - на конденсаторе 24 и дросселе 25.

Экстремальный регулятор мощности работает следующим образом.

5 При подключении источника к входным вьшодам 1, а нагрузки к выход- выводам 2 запускается широтно- импульсный модулятор блока 7 управления, управляющий блоком 5 сило10 вых управляемых ключей. Периодическое включение ключей этого блока обеспечивает широтно-импульсное регулирование тока источника электропитания, причем при замыкании ключей

5 силовой дроссель 3 своей основной обмоткой 4 подключается к источнику и накапливает энергию, а при их размыкании основная обмотка 4 вьшолняет роль вольт-добавочного источника за

20 счет наводимой в ней ЭДС самоиндукции, которая складывается с напряжением источника и совместно с ним обеспечивает нагрузку через блок 6 обратных диодов. Таким образом, в од25 ну часть периода, когда ключи блока 5 замкнуты, ток в дросселе 3 нарастает и ЭДС самоиндукции направлена встречно с напряжением источника, а в другую часть периода наоборот

30 ток дросселя убьшает, а ЭДС его основной обмотки имеет одинаковое направление с напряжением источника. В соответствии с соотнощением между длительностью включенного и выключенного состояния ключей блока 5 устанавливается то или иное среднее значение тока источника.

35

Изменение тока источника, подключенного к входным вьшодам 1, в процессе накопления или расходования энергии в дросселе 3 приводит к соответствующему изменению напряжения источника за счет увеличения или уменьщения падения напряжения на его внутреннем сопротивлении Одновременно изменяется выходная мощность источника как результат изменения его тока и напряжения. Поскольку с щиротно-импульсным- регулированием связаны циклические изменения тока и напряжения, то и выходная мощность изменяется в некотором диапазоне. В зависимости.от длительности включенного состояния ключей блока 5 в установивщемся циклическом режиме работы этот диапазон может занимать по отнощению к экстремуму, существующему в зависимости

.3

мощности источника Р от его тока

п

(фиГо2), различные положения: располагаться левее (диапазон а - В ), правее (диапазон е- f) или симметрично (диапазон с - cj-)..

Беспоисковое совмещение диапазона изменения мощности источника с его экстремальным значением в предлагаемом регуляторе достигается за счет работы датчика 9 Холла, электронного ключа 10 и блока 12 дифферен дирования, управляющего широтно-им- пульсным модулятором блока 7 управления.

Выходная ЭДС датчика 9 Холла прямо пропордиональна произведению величины магнитного потока, в котором размещен датчик, на величину тока, протекающего через его управляющие электроды. В предлагаемом регуляторе магнитный поток в зазоре сердечника дросселя 3, в котором размещен датчик 9 Холла, прямо пропорционален магнитодвижущей силе, создаваемой током источника, протекающим через основную обмотку дросселя 3. Ток, протекающий через управляющие (токовые) электроды датчика 9 Холла пропорционален напряжению источника на входных вьшодах 1, Следовательно выходной сигнал датчика 9 Холла пропорционален произведению тока источника на его напряжение, т.е. пропорционален мгновенному значению его выходной мощности. При изменении тока источника выходной сигнал датчика 9 Холла изменяется по закону, показанному на фиг,2.

Выходной сигнал датчика 9 Холла передается в блок 12 дифференцирования- только в те моменты времени, когда открыт электронный ключ 10, который управляется переменной ЭДС обмотки 15 дросселя 3, В зависимости от подключения выводов этой обмотки электронный ключ 10 замыкает свою цепь или на время замкнутого состояния ключей блока 5, или на время их разомкнутого состояния. На фиг,1 начала обмоток дросселя 3 обозначены для случая, когда электронный ключ 10 и ключи блока 5 включаются и выключаются одновременно.

При замыкании этих ключей ток от источника увеличивается, а при размыкании - уменьшается. Если за время t замкнутого состояния этих ключей ток увеличивается от i до ij а на время их разомкнутого состоя510484

НИН уменьшается от i до i, то в схеме устанавливаются устойчивые колебания выходной мощности в некотором диапазоне а В (фиг,2), 5 Поскольку при замкнутых ключах производная от мощности положительна, то на выходе блока 12 дифференцирования появляется последовательность положительных импульсов U 10 длительностью t , а на выходе фильтра 13 - сигнал положительной полярности. Этот сигнал воздействует на управляющий вход щиротно-импульско- го модулятора блока 7 управления 5 таким образом, чтобы увеличить время замкнутого состояния ключей от t до t , при котором среднее значение тока от источника соответствует экстремальному значению его 2Q мощности, В таком положении ток изменяется от i до i и обратноо Мощность колеблется между значениями с и d (фиг,2), а на выходе блока 12 появляются сигналы, симметрич- 5 ные относительно оси времени

(фиг,35), что соответствует нулевому сигналу на выходе фильтра 13 и прекращению изменения длительности Hrf- тервалов времени t,

Если по какой-то причине колебания тока осуществляются между i и i (диапазон е - f) то на выходе блока 12 появляется последовательность импульсов противоположного знака, а.на выходе фильтра 13 - от- 5 рицательная постоянная составляющая, воздействие которой направлено на уменьшение интервала времени замкнутого состояния ключей от t, до t , при котором мощность от ис- 0 rpQtjHHKa колеблется симметрично от- носительно экстремального значения.

Таким образом, в предлагаемом экстремальном регуляторе мощности автоматически устанавливается режим работы, при котором выходная мощность, потребляемая от источинка, максимальна, Для установления такого режима не требуется длительных поисковых движений регулятора, достаточно лишь замкнуть цепь обратной связи и обеспечить регулирование по отклонеиию, В данном случае достаточно свести к нулю

среднее значение производной мощ- 5 ности оси.

В предлагаемом регуляторе режим работы достигается одновременно

0

CO значительным упрощением его электрической схемы и конструкции.

Фо. рмула изобретения

Экстремальный регулятор мощности содержащий последовательно включенные между входными и выходными выводами силовой дроссель и блок обрат ньгх диодов, точка соединения которых через блок силовых ключей соединена с общей шиной, управляющий вход блока силовых ключей подключен к выходу блока управления, вход которо- го соединен с выходом преобразователя информации, датчик мощности с электронным ключем, выходом, подключенньп к входу преобразователя информации э отличающийся тем, что, с целью упроще1П1я, преобра.зова- тель информации выполнен в виде блока дифференцирования с выходным фильтром, в датчик мощности введен датчик Холла, размещенный в немагнитном зазоре силового дросселя, выполненного с дополнительной обмоткой, управляющие электроды датчика Холла подключены к входным выводам, выход датчика Холла через электронный ключ соединен с выходом датчика мощности, а управляющий вход электронного ключа подключен через введенный формирователь импульсов к дополнительной обмотке дросселя.

Изобретение относится к области вторичных источников питания. Целью изобретения является упрощение экстремального регулятора мощности. Цель достигается тем, что преобразователь 11 информации вьшол- нен в виде блока 12 дифференцирования с .выходным фильтром 13, а в датчик 8 мощности введен датчик 9 Холла. Выходной сигнал датчика 9 Холла, пропорциональный напряжению источника 1, передается в блок 12 в моменты времени, когда открыт ключ 10. Этот ключ управляется напряжением с обмотки 15 дросселя 3. На выходе блока 12 появляется последовательность импульсов, а на выходе 13 - отрицательная постоянная составляющая, воздействие которой направлено на уменьшение интервала времени замкнутого состояния ключей. При этом в регуляторе без длительных поисковых движений регулятора устанавливается режим работы, при котором выходная мощность, потребляемая от источника, максимальна. 3 нл. с S (Л N5 СП 00

i/я

5%

6, LZ f-S -S I-S

Фиг. 2

Редактор Е.Копча

Составитель А.Колоколкин Техред Э.Чкжмар

Заказ 4410/44 Тираж 836Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектнал.4

фцг.З

Корректор В„Бутяга