Экстремальный регулятор мощности Советский патент 1988 года по МПК G05F1/66 G05B11/06 

Оо

4

со

СЛ

Изобретение относится к электро- TJexHHKe и предназначено для исполь- ования при реализации автономных с|истем электроснабжения с нерегулиру- ёмыми первичными источниками питания Достоянного тока ограниченной мощ1 ОСТИ.

Цель изобретения - улучшение удельных энергетических характеристик.

На фиг.. 1 представлена принципиаль- ая электрическая схема экстремально-

регулятора мощности; на фиг.2 3 - диаграммы, поясняющие его ра- оту.

IРегулятор мощности содержит источник 1 питания постоянного тока и наг- 2, а также дроссель 3 с основ- юй 4 и дополнительной 5 обмотками,

5лок 6 обратных диодов, датчик 7 мощности, формировйтель 8 импульсов, 1реобразователь 9 информации, транзисторный ключ 10, пороговый элемент

I1, блок 12 силовых ключей, первый . : |t3 и второй 14 резисторы, первый 15, йторой 16 и третий 17 диоды, парал- лельную RC-цепь с резистором 18 и конденсатором 19. Формирователь 8 им- Пульсов выполнен в виде параметрического стабилизатора переменного нап- ряжения с двумя встречно-последовательно включенными стабилитронами 20

|и 21 и балластным резистором 22. Пре- |образов-атель 9 информации выполнен |В виде измерителя переменный состав- ляющ ей сигнала и включает в себя Iтрансформатор 23 тока, резисторы 24- |26 и конденсатор 27. Пороговый эле- |Мент 11 состоит из встречно-последо- :вательно включенных стабилитрона 28 и диода 29, Основная обмотка 4 дросселя 3 включена последовательно с блоком 6 обратных диодов в первую из двух силовых шин, расположенных между выводами для подключения источ- ника 1 питания постоянного тока и нагрузки 2„ Блок 12 силовых ключей включен меладу общим выводом основной обмотки 4 дросселя 3 и блока 5 обратных диодов и второй силовой шиной.

Вход формирователя 8 импульсов соединен с дополнительной обмоткой 8 дросселя 3.

Датчик 7 мощно.сти выполнен в виде элемента Холла, размещенного в немагнитном зазоре магнитопровода дросселя 3, и подключен управляющими электродами через резистор 13 к вьгаодам для подключения источника 1 питания

постоянного тока. Вход преобразователя 9 информации соединен с выходом датчика 7 мощности. Эмиттер-базовый переход транзисторного ключа 10 через пороговый элемент 11 подключен к выходу преобразователя 9 информации. Один из выводов (катод) диода 15 соединен с первым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжений (с анодом стабилитрона 20). Параллельная RC-цепь 18 и 19 включена между вторым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения (анодом стабилитрона 21) и соответствующим выво дом управляющего входа блока 12 силовых ключей (базовым выводом транзистора). Резистор 14 включен между первым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения (анодом стабилитрона 20) и второй силовой шиной . Диод 16 включен встречно-последовательно с диодом 15 и соединен одним из выводов (катодом) с вторьм выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения (анодом стабилитрона 21). Диод 17 подключен в обратном направлении параллельно управляющему входу блока 12 силовых ключей (база-эмиттерному переходу транзистора).

Коллектор-эмиттерный переход транзисторного ключа 10 включен между общим выводом стабилитронов 20 и 21 параметрического стабилизатора переменного напряжения и общим выводом диодов 15 и 16. В преобразователе 9 информации входную цепь составляет первичная обмотка трансформатора 23 тока, включенная последовательно с резистором 24 и конденсатором 27, а выходную цепь - вторичная обмотка трансформатора 23 тока, зашунтирован- ная резистором 25 и включенная последовательно с резистором 26.

Регулятор мощности работает следующим образом.

При подключении источника 1 питания постоянного тока к нагрузке 2 происходит накопление энергии в дросселе 3 за счет основной обмотки 4. В последней наводится ЭДС самоиндукции, полярность которой показана на фигJ1. В дополнительной обмотке 5 дросселя 3 наводится ЭДС, вызывающая замыкание блока 12 силовых ключей. Ток управления блока 12 имеет повышенное значение до тех пор, пока заряжается конденсатор 19, что способствует быстрому замыканию силовых ключей. Ток источника 1 протекает от положительного полюса к отрицательно му через основную обмотку 4 и замкнутый блок 12 силовых ключей. По мере накопления энергии в обмотке 4 этот ток увеличивается.

. Изменение тока источника 1 в про- цессе накопления энергии в дросселе приводит к соответствующему изменению напряжения источника 1 за счет изменения падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. Одновремен но изменяется выходная мощность источника 1 как результат изменения его тока и напряжения. Выходная ЭДС датчика 7 мощности, выполненного в виде элемента Холла, прямо пропор- циональна произведению величины магнитного потока, в котором размещен данньй элемент, на величину протекающего через его управляющие электроды тока. В предложенном регуляторе магнитный поток в зазоре магнитопро- вода дросселя 3 прямо, пропорционален магнитодвижущей силе, создаваемой током источника 1, протекающим через основную обмотку 4. Поэтому магнит- ный поток пропорционален току источника 1. Ток, протекающий через управляющие электроды датчика 7 мощности, пропорционален напряжению источника 1. Следовательно, выходной сигнал датчика 7 мощности оказывается пропорциональным произведению тока источника 1 на его напряжение, т.е. мгновенному значению его выходной мощности. При изменении тока i ис- точника 1 мощность Р последнего и выходной сигнал датчика 7 мощности изменяются по закону, показанному на фиг,2.

Элементы, включенные в выходную цепь датчика 7 мощности, в частности конденсатор 27, резистор 24 и трансформатор 23 тока, формируют переменную составляющую сигнала мощности. Переменная составляющая создает пере менное напряжение на резисторе 25. Форма сигнала на резисторе 25 показана на фиг.3.

Диод 29 порогового элемента 11 не пропускает положительную часть сигнала, а стабилитрон 28 пропускает ту отрицательную часть сигнала, напряжение кото1 ой превышает уровень его напряжения пробоя. В результате

на эмиттер и базовый переход транзисторного ключа 10 поступают короткие импульсы, приводящие его в замкнутое состояние. При соответствующем подборе элементов можно добиться того, чтобы транзисторньй ключ 10 замыкался в моменты, когда мгновенное значение мощности источника 1 равно Р, (1) (фиг.2). В результате источник 1 работает в диапазоне значений мощности, соответствующих части графика между точками ч и 8.

При замкнутом блоке 12 силовых ключей ток и мощность источника 1 i увеличиваются. После достижения максимальной мощности значения Р „kc (точка с) дальнейшее увеличение тока источника 1 не приводит к увеличению мощности из-за уменьшения напряжения источника 1 вследствие падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. В момент времени, когда мощность достигает значения Р(1) в точке в , на которое времязамыкается транзисторный ключ 10. Он шунтирует цепь управления блока 12 силовых ключей. Заряженньм за время замкнутого состояния блока 12 конденсатор 19 разряжается по цепи: положительно заряженная обкладка конденсатора 19 - стабилитрон 21. - коллекторно-эмиттер- ный переход транзисторного ключа Ю - диод 13 - резистор 14 - диод 17 - отрицательно заряженная обкладка конденсатора 19. Ток разряда конденсатора 19 частично закрывает силовые ключи блока 12. Основная обмотка 4 дросселя 3 начинает отдавать накопленную энергию в цепь нагрузки 2. Ток через дроссель 3 уменьшается. Полярность ЭДС самоиндукции в обмотке 4 изменяется на противоположную. Ток в формирователе 8 импульсов также изменяет свое направление на противоположное. Этот ток лавинообразно размыкает блок 12 силовых ключей, поскольку по мере закрытия силовых ключей уменьшается ток источника 1, увеличивается ЭДС самоиндукции и, следовательно, увеличивается ток, закрывающий блок 12. При этом конденсатор 19 перез аряжаётся.

При разомкнутом блоке 12 силовых ключей ток источника 1 протекает через блок 6 обратных диодов и нагрузку 2. Заряженная за время замкнутого состояния блока 12 основная обмотка 4 дросселя 3 выполняет роль вольтодовавочного источника за счет наводимой IB ией ЭДС самоиндукции, которая складывается с напряжением источника 1 и совместйо с ним, обеспечивает пита- |нием нагрузку 2 через блок 6 обратных диодов. В дополнительнот1 обмотке 17 дросселя 3 наводится ЭДС поддерживающая разомкнутое состояние блока 12 силовых ключей.

Ток источника 1 уменьшается до тех пор, пока мощность достигнет значения Р(1) в точке «. При этом преобразователем 9 информации и пороговым элементом 11 сформируется короткий импульс, открывающий транзисторный ключ 10, что приводит к изменению состояния блока 12 силовых ключей. Ток источника 1 после этого начинает возрастать до прихода рабочей точки в точку &).

Таким образом, мощность источника 1 колеблется в диапазоне Р(1),р, т.е. близка к максимальной. В предложенном экстремальном регуляторе мощ- Iности указанный оптимальный режим ра- I боты сочетается с простой ко струк- цией и предопределяет высокую надежность и минимальные затраты мощности I на управление.

Формула изобретения 1. Экстремальный регулятор мощносдля подключения источника питания постоянного тока, преобразователь информации, вход которого соединен

5 с выходом датчика мощности, транзисторный ключ, эмиттер-базовый переход которого через пороговый элемент подключен к выходу преобразователя информации, первый диод, один из выво10 дов которого соединен с первьм выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения, второй диод, второй резистор, о т л и ч а - , ю щ и и с я тем, что, с целью улуч15 шения удельных энергетических характеристик, в него введены параллель- ная КС-цепь и третий диод, а преобразователь информации выполнен в виде измерителя переменной составляющей

20 сигнала, причем параллельная КС-цепь включена между вторым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения и соответствующим вьшодом управляющего входа блока

25 силовых ключей, второй резистор - между первым выходным вьшодом параметрического стабилизатора переменного напряжения и второй силовой пшной, второй диод включен встречно-последо30 вательно с первым диодом и соединен одним из выводов с вторым выходным вьшодом параметрического стабилизатора переменного напряжения, третий

диод подключен в обратном направлении ти, содержащий дроссель, основная об- 35 параллельно управляющему входу блока мотка которого включена последова- силовых ключей, коллектор-эмиттерньй тельно с блоком обратных диодов в -первую из двух силовых шин, расположенных между вьшодами для подключения источника питания постоянного тока и нагрузки, блок силовых ключей, включенный между общим выводом основной обмотки дросселя и блока обратных диодов и ЕГТорой силовой шиной, форми-, рователь импульсов, виполненный в ви- 45 преобразователь информации состоит де параметрического стабилизатора з третьего, четвертого и пятого ре- переменного напряжения с двумя встреч- зисторов и трансформатора тока, пер- но-последовательно включенными стаби- вичная обмотка которого, включенная литронами и соединенный входом с до- . последовательно с третьим резистором полнительной обмоткой дросселя, дат- 50 конденсатором, составляет входную чик мощности, выполненньш в виде элемента Холла, размещенного в немагпёреход транзисторного ключа включен между общи.м вьшодом стабилитронов параметрического стабилизатора перемен- 40 ного напряжения и общим вьшодом первого и второго диодов.

2. Регулятор мощности по п.1, отличающийся тем, что

цепь преобразователя, а вторичная обмотка, зашунтированная четвертым резистором и включенная последователь но с пятым резистором, - его выходную цепь.

нитном зазоре магнитопровода дросселя и подключенного управляющими электродами через первый регистр к выводам

для подключения источника питания постоянного тока, преобразователь информации, вход которого соединен

с выходом датчика мощности, транзисторный ключ, эмиттер-базовый переход которого через пороговый элемент подключен к выходу преобразователя информации, первый диод, один из выводов которого соединен с первьм выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения, второй диод, второй резистор, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических характеристик, в него введены параллель- ная КС-цепь и третий диод, а преобразователь информации выполнен в виде измерителя переменной составляющей

сигнала, причем параллельная КС-цепь включена между вторым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения и соответствующим вьшодом управляющего входа блока

силовых ключей, второй резистор - между первым выходным вьшодом параметрического стабилизатора переменного напряжения и второй силовой пшной, второй диод включен встречно-последовательно с первым диодом и соединен одним из выводов с вторым выходным вьшодом параметрического стабилизатора переменного напряжения, третий

диод подключен в обратном направлении параллельно управляющему входу блока силовых ключей, коллектор-эмиттерньй преобразователь информации состоит з третьего, четвертого и пятого ре- зисторов и трансформатора тока, пер- вичная обмотка которого, включенная последовательно с третьим резистором конденсатором, составляет входную

пёреход транзисторного ключа включен между общи.м вьшодом стабилитронов параметрического стабилизатора перемен- ного напряжения и общим вьшодом первого и второго диодов.

2. Регулятор мощности по п.1, отличающийся тем, что

диод подключен в обратном направлении параллельно управляющему входу блока силовых ключей, коллектор-эмиттерньй преобразователь информации состоит з третьего, четвертого и пятого ре- зисторов и трансформатора тока, пер- вичная обмотка которого, включенная последовательно с третьим резистором конденсатором, составляет входную

цепь преобразователя, а вторичная обмотка, зашунтированная четвертым резистором и включенная последователь но с пятым резистором, - его выходную цепь.

fmex

fid)

Шг,2

и

25

1

аг.5

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических характеристик. Силовой канал Составляют основная обмотка 4 дросселя 3, блок 6 обратных диодов и блок 12 силовых ключей. В канал регулирования входят датчик 7 мощности в виде элемента Холла, размещенного в немагнитном зазоре дросселя 3, формирователь 8 импульсов в виде параметрического стабилизатора переменного напряжения, преобразователь 9 информации в виде измерителя переменной составлякнцей сигнала, транзисторньй ключ 10, пороговый элемент 11, резист торы 13, 14, диоды 15-17, параллельная КС-цепь 18, 19. Формирователь 8 импульсов запускается сигналами с дополнительной обмотки 5 дросселя 3. При выбранном схемном построении величина мощности, поступающая от источника 1 питания постоянного тока в нагрузку 2, колеблется в окрестности своего максимума. Указанный оптимальный режим регулятора сочетается с простой конструкцией, не требующей вспомогательных питающих блоков. 1 3.п. ф-лы, 3 ил. «Л