Устройство для питания нагрузки Советский патент 1992 года по МПК H02J7/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания постоянным током ограниченной мощности, устанавливаемых на подвижных объектах.

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее аккумуляторную батарею, источник постоянного тока ограниченной мощности, силовой транзистор, периодически подключающий источник постоянного тока к аккумуляторной батарее, шунт, включенный в цепь заряда батареи, широтно-импульсный модулятор на операционных усилителях, стабилизированный источник со средней точкой для питания операционных усилителей. Массогабаритный показатель этого устройства ухудшен из-за использования в стаби- лизированном источнике питания накопителей электромагнитной энергии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является устройство для питания нагрузки, содержащее аккумуляторную батарею, генератор постоянного напряжения, подключенный через электромеханический ключевой элемент к аккумуляторной батарее, силовые транзисторы, периодически подключающие индуктивные цепи и формирующие дополнительное напряжение для заряда батареи, резистивный делитель напряжения, широтно-импульсный модулятор на операционных усилителях, стабилизированный источник со средней точкой для питания операционных усилителей, содержащий генератор с трансформаторными связями, выпрямитель и фильтр.

Стабилизированный источник питания является дополнительным устройством и в нем осуществляется двойное преобразоваvj Ю Ю fcb

ние энергии: постоянное напряжение преобразуется в переменное, а затем в постоянное. Для этого использованы накопители электромагнитной энергии в виде трансформаторов, конденсаторов фильтра, а так- же электромеханические ключевые элементы. Поэтому массогабаритный показатель устройства в целом ухудшен, а его надежность снижена.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для питания нагрузки, содержащем аккумуляторную батарею, генератор постоянного напряжения, а также шунт в цепи тока заряда батареи, резистивный делитель напряжения, подключенный к общему выводу батареи и генератора, устройство широтно-импульсного регулирования на- пряжения генератора, стабилизированный источник питания выполнен в виде последовательно включенных стабилитронов, снабженных двумя диодами, один из внешних выводов стабилитронов подключен к одно- именным выводам диодов и к второму выводу резистивного делителя напряжения, вторые выводы диодов подключены к выводам аккумуляторной батареи и генератора постоянного напряжения, а второй из внеш- них выводов стабилитронов подключен через резистор к вторым выводам аккумуляторной батареи и генератора постоянного напряжения.

В стабилизированном источнике пита- ния исключено двойное преобразование энергии и поэтому он не содержит накопителей электромагнитной энергии, ухудшающих массогабаритный показатель, а упрощение устройства повышает его на- дежность.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит аккумуляторную батарею 1, генератор 2 постоянного напря- жения с обмоткой независимого возбуждения и обратным диодом Тиристор 3 включен между генератором 2 и батареей 1 К тиристору 3 подключено устройство 4 включения-выключения. Устройство 4 со- держит электромеханическое реле времени с независимыми для регулирования включенного и выключенного состояния тиристора. Контакт реле времени подключает анод тиристора 3 к корпусу устройства для вы- ключения. Силовой транзистор 5 подключен между обмоткой возбуждения генератора 2 и аккумуляторной батареей 1. Шунт 6 включен в цепь заряда аккумуляторной батареи 1 от генератора 2. Резистивный делитель 7

напряжения подключен одним выводом к общей точке соединения батареи 1 и генератора 2 и содержит диод для термостабилизации. Управляющий вывод силового транзистора 5 подключен через выходной каскад 8 управления, содержащий оптрон, к широтно-импульсному модулятору 9, содержащему генератор 10 пилообразного напряжения, и компаратор 11. К одному из входов компаратора 11 подключен выход генератора 10, а второй вход подключен через звено ИЛИ 12 к выходам основного 13 и дополнительного 14 пропорционально-интегральных звеньев на операционных усилителях.

Входы основного ПИ-звена 13 подключены к общим точкам резистивных делителей 15, установленных между выводами шунта 6 и средней точкой стабилизированного источника питания в виде последовательно включенных стабилитронов 16 и 17. Входы дополнительного ПИ-звена 14 подключен i к средней точке резистивного делителя 7 напряжения и к средней точке стабилитронов 16 и 17 Один из внешних выводов стабилитронов 16 и 17 подключен к одноименным выводам диодов 18 и 19 и к второму выводу делителя 7 напряжения. Вторые выводы диодов 18 и 19 подключены к выводам батареи 1 и генератора 2 Второй из внешних выводов стабилитронов 16 и 17 подключен через резистор 20 к вторым выводам батареи 1 и генератора 2, к выводам которого подключена нелинейная нагрузка 21, например, обмотка электродвигателя компрессора.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме работы привода генератора 2 транзистор 5 подключает батарею 1 к обмотке возбуждения генератора 2 для обеспечения стабилизации напряжения генератора 2 и тока заряда батареи 1. Длительность включенного и выключенного состояния тиристора 3 для подзаряда батареи задается автономно устройством 4 управления, Номинальное напряжение батареи 1 не превышает напряжения генератора 2.

В режиме стабилизации напряжения на нагрузке 21, запитываемой от генератора 2, тиристор 3 выключен. Сигнал обратной связи по напряжению снимается с резистивного делителя 7, подключаемого диодами 18 или 19 к большему по значению напряжения батареи 1 или генератора 2. Напряжение на верхней части резистора 7 является напряжением обратной связи и сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне 16, при этом изменение напряжения на диоде 18 или 19 при нагреве компенсируется измеиением напряжения на диоде делителя 7. Разностный сигнал между напряжением обратной связи и опорным напряжением поступает на вход звена 14, выходной сигнал

которого через один из входов звена ИЛИ 12 поступает на вход компаратора 11, на втором входе которого действует периодически повторяющееся пилообразное напряжение генератора 10. Через выходной каскад 8 управления прямоугольные импульсы с выхода компаратора 11 поступают на управляющий вход транзистора 5, который периодически подключает обмотку возбуждения генератора 2 к батарее 1. В процессе стабилизации напряжения генератора 2 коэффициент заполнения импульсного напряжения на выходе модулятора 9 изменяется. Таким образом, диоды 18 и 19 предназначены для подключения делителя 7 напряжения стабилизированных делителей 16 и 17 напряжения и резисторы 20 к большему из напряжений генератора 2 или батареи 1, а напряжение на диагонали, образованной таким образом мостовой измерительной схемы, является входным для пропорционально-интегрального регулятора, включающего звенья 14, 9, 8, 5 и 2, При выключенном тиристоре 3 напряжение ге- нератора2, подаваемое на нагрузку21, контролируется и стабилизируется ПИ-регулятором.

Для стабилизации тока заряда батареи

Iпри открытом тиристоре 3 напряжение на шунте 6 подается на делители 15 напряжения. При помощи переменного резистора одного из делителей 15 задается уровень тока заряда. Выходной сигнал звена 13 через второй из входов звена ИЛИ 12 поступает на вход компаратора 11 для широтно-импульсной модуляции напряжения возбуждения генератора 2. При этом длительность открытого состояния тиристора 3 значительно превышает период повторения сигнала с генератора 10. Компаратор

IIсрабатывает или от выходного сигнала звена 13 и осуществляется стабилизация тока заряда батареи 1, или от выходного сигнала звена 14 и стабилизируется напряжение генератора 2. Таким образом,, резистивные делители 15 совместно с шунтом 6 образуют вторую мостовую измерительную схему, подключенную между выводом батареи 1 и средней точкой стабилитронов 16 и 17. Напряжение на диагонали этой схемы является входным для пропорционально-интегрального регулятора тока заряда батареи 1, содержащего звенья 13, 9, 8. 5 и 2.

В предлагаемом устройстве соединения между батареей 1 и генератором 2 для

стабилизации питания операционных усилителей и образования опорного напряжения в регуляторе напряжения генератора 2 выполнены посредством массогабаритных

элементов 16-20. Двукратное преобразование энергии для стабилизированного источника питания, используемое в известной схеме, не применяется, исключены трансформаторные связи и электромеханические

0 контакты, Поэтому масса и габариты устройства снижены и повышена его надежность. Кроме того, за счет контроля выходного напряжения генератора 2 снижены перенапряжения на нагрузке 21.

5 Ф о р мул а и зоб ретче н и я

Устройство для питания нагрузки, содержащее аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока с обмоткой независимого возбуждения и обратным ди0 одом, подключенный через тиристор с блоком включения и выключения к аккумуляторной батарее, силовой транзистор, периодически подключающий обмотку возбуждения генератора к аккумуляторной

5 батарее, шунт, включенный в цепь заряда аккумуляторной батареи, резистивный делитель напряжения, подключенный одним выводом к общей точке батареи и генератора, стабилизированный источник питания

0 со средней точкой, при этом управляющий вывод силового транзистора подключен через выходной каскад управления, содержащий оптрон, к широтно-импульсному модулятору, содержащему генератор пило5 образного напряжения, и компаратор, на один вход которого подключен выход генератора пилообразного напряжения, второй вход компаратора подключен через звено ИЛИ к выходам основного и

0 дополнительного пропорционально- интегральных звеньев, входы основного пропорционально-интегрального звена подключены к общим точкам дополнительных резистивных дели5 телей напряжения, установленных между выводами шунта и средней точкой стабилизированного источника питания, входы дополнительного пропорционального звена подключены к средней точке резистивного

0 делителя напряжения и к средней точке стабилизированного источника питания, отл и- чающееся тем, что, с целью снижения массы и габаритов устройства и повышения его надежности, стабилизированный источ5 ник питания выполнен в виде последовательно соединенных стабилитронов и снабжен двумя диодами, один из внешних выводов стабилитронов подключен к одноименным выводам диодов и к второму выводу делителя напряжения, вторые выводы

диодов подключены к выводам аккумуля- стабилитронов подключен через резистор к торной батареи и генератора постоянного вторым выводам аккумуляторной батареи и напряжения, второй из внешних выводов генератора постоянного напряжения.

Использование: автономные системы электроснабжения транспортных средств. Сущность изобретения: в устройстве, основанном на совместном использовании акку- муляторной батареи и генератора постоянного тока с широтно-импульсным регулированием его напряжения, сформирован параметрический стабилизатор напряжения на основе двух последовательно соединенных стабилитронов и двух блокирующих диодов, соединяющих стабилизатор соответственно с аккумуляторной батареей и генератором постоянного тока. 1 ил. (Л С