Экстремальный регулятор мощности,потребляемой от источника питания постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК G05F1/66 G05B11/06 

1

изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации автономных систем электроснабжения с нерегулируемыми первичными источниками постоянного тока ограниченной мощности и импульсными регуляторами т.ока.

Цель изобретения - повьшение быстродействия экстремального регулятора мощности, в частности при выходе в точку экстремума.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая работу устройства.

1

Позициями 1 и 2 (фиг. 1) на схеме обозначены соответственно источник питания постоянного тока и нагрузка. Собственно экстремальный регулятор мощности содержит дроссель 3с основ ной обмоткой 4, блок 5 силовых ключе блок 6 обратных диодов, датчик мощности, выполненный в виде элемента Холла 7, блок переключения, выполненный в виде транзисторной триггерной ячейки 8, блок 9 дифференцирования, транзисторньй ключ 10, пороговый элемент 11, формирователь 12 импульсов, резистор 13, выполняющий функцию ограничения тока. Дроссель 3, помимо основной обмотки 4, имеет дополнительную обмотку 14. В состав формирователя 12 импульсов, реализованного на основе двухполярного симметричного параметрического стабилизатора, входят стабршитроны 15-18, диоды 19 и 20 и резисторы 21 и 22.

Блок 9 дифференцирования выполнен с использованием конденсатора 23 и резисторов 24 и 25. Триггерная ячейка 8 состоит из транзисторов 26 и 27, конденсаторов 28 и 29 и резисторов 30-34.

Экстремальный регулятор мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока, работает следующим образом.

При подключении источника 1 питания к нагрузке 2 через цепь (не показана) установки исходного состояния триггерной ячейки 8 транзистор 27 переводится в закрытое состояние, а транзистор 26 открывается. Указанное состояние триггерной ячейки 8 вызывает замыкание блока 5 силовых ключей. Под действием тока, протекающего через основную обмотку 4, дроссель 3 накапливает энергию. В это

fO

15

, 3090152

время во вторичной обмотке 14 наводится ЭДС самоиндукции, которая через формирователь 12 импульсов прикладывается к соединенным последователь- 5 но база-эмиттерному переходу транзистора 26 и коллектор-эмиттерному переходу транзисторного ключа 10.

Изменение тока источника 1 питания в процессе накопления энергии в дросселе 3 приводит к соответствующему изменению напряжения источника 1 за счет изменения падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. Одновременно изменяется выходная мощность источника Г как результат изменения его тока и напряжения. Выходная ЭДС элемента Холла 7, как известно, прямо пропорциональна произведению величины магнитного потока, в котором размещен данный элемент, на величину протекающего через его управляющие электроды тока. В предлагаемом регуляторе магнитный поток в зазоре сердечника дросселя 3, где размещен элемент Холла 7, прямо пропорционален магнитодвижущей силе, создаваемой током источника 1, протекающим через основную обмотку 4. Поэтому магнитный роток пропор1Д1онален току источника 1, ,Ток, протекающий через управляющие, электроды элемента Холла. 7, пропорционален напряжению источника 1. Следовательно, выходной сигнал элемента Холла 7 оказьшается пропорциональным произведению тока источника 1 на его напряжение, т.е. мгновенному значению его выходной мощности. При изменении тока нагрузки 2 и источника 1 выход20

25

30

35

ной сигнал элемента Холла 7 Р„ изменяется по закону, фиг. 2.

показанному на

Выходной сигнал элемента Холла 7 поступает в блок 9 дифференцирования. При увеличении мощноЪти источника 1 (движение от точки а к точке С на фиг. 2) производная от мопщос

блока 9 дифференцирования формируется сигнал положительной полярности, который прикладьшается к последовательно соединенным пороговому элементу 11 и база-эмиттерному переходу транзисторного ключа 10. Порог срабатьтания элемента 11 (напряжение пробоя стабилитрона) выбирается равным величине сигнала блока 9 дифференцирования в момент достижения мощностью источника 1 значения, соот

ветствующего точке с на диаграмме (фиг. 2). В этот момент пороговый элемент 11 срабатьшает (стабилитрон пробивается) и напряжение положительной полярности блока 9 дифференцирования прикладывается к база-эмиттер- ному переходу вращательного ключа 10. Ключ 10 открьшается, и напряжение формирователя 12 импульсов подводится к управляющим входам транзисторов 26 и 27 триггерной ячейки 8. Дальнейшее состояние последней определяется порядком соединения выводов полуобмоток дополнительной обмотки 14 дросселя 3. Начала полуобмоток дросселя 3 на фиг. 1 обозначены для случая, когда при включенном состоянии ключей блока 5 (возрастании тока основной обмотки 4) транзистор 26 закрывается, а транзистор 27 открывается. Таким образом, при достижении мощностью источника 1 некоторого значения, близкого к максимальному, триггерная ячейка 8 вьфабатьшает сигнал на выключение блока 5 силовых ключей.

.

В момент включения силовых ключей блока 5 в основной обмотке 4 дросселя 3 наводится ЭДС самоиндукции, которая складывается с напряжением источника 1 и совместно с ним обеспечи вает током нагрузку 2 через блок 6 обратных диодов. При этом ток источника 1 уменьшается во времени, вызывая вначале повьш1ение его мощности д точки d на диаграмме (фиг. 2), а за- тем ее уменьшение до точки с . При повьш1ении мощности источника 1 пороговый элемент 11 срабатьшает повторно (стабилитрон восстанавливает свои стабилизирующие свойства) и напряжение формирователя 12 импульсов за счет запирания транзисторного ключа 10 снимается с управляющих входов транзисторов 26 и 27 триггерной ячейки 8. При снижении мощности источника 1 (дальнейшем уменьшении его тока) напряжение, приложенное к пороговому элементу 11, начинает возрастать. В момент достижения мощности источника 1 значения, соответствующего точке С на диаграмме (фиг. 2), пороговый элемент 11 срабатьшает (стабилитрон повторно пробивается) и напряжение положительной полярности прикладьшается к база-эмиттерному переходу транзисторного ключа 10, вызывая его открытие. В это время ЭДС самоиндукции, наводимая в дополнитель-

w

20

35 3090154

ной обмотке 14 дросселя 3, имеет полярность, при которой уровень напряжения, вь}рабатываемый формирователем 12 импульсов, через транзисторный ключ 10 открьшает транзистор 26 и закрывает транзистор 27. Триггерная ячейка 8 переходит в первоначальное состояние, при котором под действием сигнала, вьфабатываемого на ее выходе, блок 5 силовых ключей открывается. Далее работа экстремального регулятора мощности циклически повторяется. При этом величина мощности источника 1 кoJJeблeтcя между точками с и Ъ на 15 диаграмме (фиг. 2), т.е. источник 1 работает в режиме отдачи максимальной мощности.

Таким образом, предлагаемый экст- ремальньм регулятор мощности обеспечивает выход источника 1 питания постоянного тока в режим вьфаботки максимальной мощности всего лишь за один период работы регулятора. Для этого в замкнутой цепи обратной связи экстремального регулирования устанавливается порог, соответствующий режиму отбора максимальной мощности от источника 1, и допустимьш диапазон отклонения регулируемой мощности.

25

30

35 40

35

Ф о

45

0

рмулаизобретения Экстремальный регулятор мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока, содержащий дроссель и блок обратных диодов, последовательно включенные в первую из двух силовых шин, расположенных между входными и выходными вьшодами регуля- тора, предназначенными для подключе- ния соответственно источника питания и нагрузки, блок силовых ключей,включенный между общим выводом дросселя и блока обратных диодов и второй силовой шиной, датчик мощности, выполненный в виде элемента Холла, размещенного в немагнитном зазоре дросселя и подключенного управляющими электродами через резистор к входным выводам регулятора, блок дифференцирования, вход которого соединен с выходом элемента Холла, формирователь импульсов, вход которого подключен к дополнительной обмотке дросселя, блок переключения, выход которого соединен с управляющим входом блока силовых ключей, транзисторный ключ, отличающийся тем, что, с целью повьшгения быстродействия, в

5 13090

него введен пороговый элемент, а блок переключения вьшолнен в виде транзисторной триггерной ячейки, причем пороговый элемент включен последовательно в цепь связи выхода блока

дифференцирования и управляющего входа транзисторного ключа, включенного мелщу выходами формирователя импульсов и управляющими входами транзисторной триггерной ячейки, межколлекторная цепь которой является выходом блока переключения.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Целью изобретения является повышение быстродействия экстремального регулятора при выходе в точку экстремума, С помощью порогового элемента 11 в замкнутой цепи обратной связи устанавливается порогJ соответствующий режиму отбора максимальной мощности от источника 1 питания. В совокупности с указанным использованием в устройстве блока переключения в виде транзисторной триггерной ячейки 8 обеспечивает допустимый диапазон отклонения регулируемой мощности. При этом выход источника 1 питания в режим выработки максимальной мощности осуществляется, всего лишь за один период работы регулятора. 2 шт. б € (Л иг:1

iu

9иг.г