Устройство для питания нагрузки постоянным током Советский патент 1979 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относитсяк 9Лёктротех ffflKe, в частности, к устройствам электро аитания с буферным режиме работы источников тока. Областью специального применения изобретения являются автоматические средства, схемы которых поо троены на полупроводниковых прибор1ах (например,радиотехнические и светотехнические средства навигационного оборудования морей). Известно устройство для питания нагрузки, содержащее двухсекционную буферную аккумуляторную батарею с выводом средней точки, источник переменного тока, двухполупериодный мостовой выпрямитель и регулятор тока, причи нагрузка в этом устройстве подключена параллельно источнику и батарее J. Наложение на постоянную составл{йощую напряжения источника постоянного тока (накопителя) переменной составляющей выпрямленного напряжения в извест ных буферных устрюйствах питания вызывает необходимость сглаживания вредной для нагрузки пульса шш йапрйжения при 1ТОМОЩИ фильтров, отличающихся сложностью схемы 2 J. Известно также устройство, которое содержит однофазный трансформатор, Двухполупериодный вьтрямитель, накопитель в виде батареи гальванических элементов, разделенный на две секции, стабшгатров и нагрузку, включенные параллельно батарее L3j. это устройство не решает проблем, связанных с обеспечением высококачественным и беспфебойным постоянным током нагрузок автоматических объектов, питаемых от сети, подверженной значительным колебаниям напряжения (+ 20% от номиншга и более) и перерывам в энергоснабжении. Эта проблелл заключаются в том, чтобы, во-первых, на нагрузке не было никаких пульсаций при любых колебаниях напряжения в сети переменного тока и, во-вторых, накопитель (аварийный источник тока) должен при перерыве напряжения в сети переменноготока отдавать в нагрузку достаточное количество запасенной в нем энергии постоянного тока и восстанавливать израсходованную энергию, когда вновь появится напряжение в сети переменного тока, причем без помощи обслуживающего персонала. Поэтому в зависимости от возможных продолжительностей и частоты перерывов в электропитании от.сети выбирается емкость накопителя (аккумуляторов или гальванических элементов), обеспечивающего заданный срок автономной работы аппаратуры. Однако через определенный промежуток времени, в зависимости от типа накопителя при известных схемах буферного питания нагрузки постоянным .током, источник постоянного тока нуждается в зарядном цикле для восстановления его дальнейц ей работоспособности, В случае использования гальванических элементов, работающих в реяотмах подзаряда, как это сделано в прототипе проведение зарядных восстановительных циклов может не требоваться, если напряжение буферного выпр53омителя будет достаточным. Экспериментальные данные пока,зывают, что при подзаряде, например, марганиево-цинковых гальванических элементов их напряжение может изменяться в 2 раза. Очевидно, если решать проблему эффективного использования энергий гальванических элементов, буферный выпрямитель должен иметь напряжение, превышающее в 2 раза конечное напряжение батареи элементов. Но тогда снижается роль фильтра, которую гальванические элементы выполняют, так как по мере их разряда величина переменной составляю щей напряжения, превышающей постоянную составляющею на нагрузке увеличивается, этому же способствует инерния электрЬхимичес1Шх реакций, происходящих внутри гальванических элементов в процессе периодических зарядов и раэрадов. Если 5ке решать задачу сглажива1ия пуль саций напряжения с помощью буферной батареи гальванических элементов, то амплитуда пульсирующего напряжения ы 1прямителя не должна превышать постоянную составляющую напряжения батареи , при любых колебаниях напряжения в сети переменного тока и степени ее раэряженности. Вполне понятно, что эффективност использования накопителя в этом случае снижается, а автономность дейстмя устройства уменьшается, Таким образок, ни одно из существув щих устройств буферного питания нагруэки постоянным током не может одновреенно решать задачу исключения пульсаций напряжения на нагрузке без применения специального сглаживаюиюго фильтра увеличи1ъ автономность действия. Целью изобретения являются исключение пульсаций напряжения на нагрузке и величение автономности действия. С этой целью в устройство введено два дополнительных диода и два транзистора, причем одни однополярные выводы аккумуляторных батарей подключены к одной выходной клемме, эмиттерно-коллекторные переходы транзисторов соединяют другую выходную клемму с двумя другими однополярными выводами батарей, а базы этих транзисторов соединены с соответстующими коллекторами через резистор, шунтированный цепью, состоящей из встречно включенных дополнительного диода и дйода выпрямителя и вторичной обмотки трансформатора, и через стабилитрон с одной выходной клеммой. На чертеже показано предлагаемое устройство, принципиальная электрическая схема. Устройство буферного питания нагрузки постоянньпу током содержит однофазный трансформатор 1, вторичная обмотка которого имеет выводы 2-3, Двухполупериодный выпрямитель 4 на диодах 5-8 с общим 9 и раздельными 10-11 выводами накопителей 12-13, (аккумуляторы или гальванические элементы), транзисторы 14-15, резисторы 16-17, стабилитроны 18-19, диоды 20-21 и нагрузку 22, Работа устройства происходит следующим образом,. При наличии напряжения в сети, к которой подключен трансформатор 1, напряжение переменного тока снимается с выводов 2,3 и, выпрямляясь в выпрямителе 4 посредством диодов 5-8, подводится к накопителям 12, 13 через общий полюс 9 и раздельные полюса 10, 11 выпрямителя 4, в результате чего в накопителях 12,13 течет зарядный ток, а именно в одну полуволну переменного напряженияот вывода 2 трансформатора 1 через диод 7, общий полюс 9, накопитель 12, раздельный полюс 10, диод 5 к выводу 3 и в другую полуволну - от вывода 3, через диод 6, общий полюс 9, накопитель 13,раздельный полюс 11, диод 8 к выводу 2 трансформатора 1, Нагрузка 22 соединена одним выводом с общим полю,сом 9 непосредственно и с раздельными одноименными полюсами 1О, 11 через транзисторы 14, 15 другим своим выводом. Tt)Qшзиcтof)Ы 14, 15 работая в режиме регулируемого ключа, открыты базовыми токами, текущими через резисторы 16, 17 и регулируемыми стабилитронами 18, 19 соответственно, а закрываются с помощью диодов 20, 21, работак щих в противофазе. В один полупериод, когда заряжается накопитель 13, запираю щий потенциал (в данной схеме положительный) через диод 20 оказывается на базе транзистора 15 и последний работает в режиме отсечки (закрыт). При этом нагрузка 22 получает питание постоянного непульсирующего тока от накопителя 12, который в это время заряда не получает и отдает энергию в нагрузку через транзистор 14. В другой полупериод, когда заряжается накопитель 12, запирающий потенциал оказывается приложенным к базе транзистора 14 через диод 21, а нагрузка 22 питается через транзистор 15 от накопителя 13. Далее работа схемы происходит аналогично описанному до тех пор, пока в сети перемен ного тока есть напряжение. Ввиду того, что при работе схемы происходит развязка по времени заряда и разряда каждого из накопителей, то нагрузка 22 всегда питается только от накопителей 12, 13 при блокированном напряжении выпрямителя 4, а переменная составляющая напряжения в нагрузке отсутствует. Некоторые изменения постоянной составляющей напряжения на нагрузке 22, возможные за счет различий в состоянии накопителей 12-13 устраняются действием стабилитронов 18-19, регулирующих базовый ток транзисторов 14-15,, При отсутствии напряжения в сети переменного тока накопители 12-13 питаю 1г нагрузку 22 од новременно, так как транзисторы 14-15 в этом случае открыты. При появлении напряжения в сети переменного тока возобновляется работа накопителей 12-13 в режимах микрозарядов и микроразрядов, чередующихся с частотой напряжения сети переменного тока, в результа те чего постепенно восстанавливается запас энергии в накопителях, которую они отдали ь нагрузку при отсутствии напряжения в сети или при значительном его падении (до 20% и более). Такой режим благоприятно отражается на гальванически элементах, используемых в качестве накопителей, повышая эффективность их использования. На чертеже применены транзисторы прямой проводимости (типа р-п -р). Огнако работа устройства будет аналогичной при использовании транзисторов офатной проводимости (типа и -р-п ), только в этом случае аноды и катоды всех диодов, стабилитронов и накопителей следует поменять местами. Использование предлагаемого устройства на автоматических объектах (например, в автоматических средствах навигационного оборудования морей), питающихся от неустойчивой сети переменного тока, позволит упростить аппаратуру, за счет исключения сложных сглаживающих фильтров, и увеличить периодичность обслуживания, так как не потребуются периодические зарядные циклы для накопителей, энергоемкость которых возрастает, особенно когда применяются гальванические элементы. Все это вместе способствует сокращению расходов на эксплуата - цию автоматических средств. Формула изобретения Устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее две выходные клеммы, источник переменного тока, однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через двухполупериодный выпрямитель с двумя аккумуляторными батареями, стабилитроны и резисторы, отличающееся тем, что, с целью исключения пульсаций напряжения на нагрузке и увеличения автономности действия, в него введены два дополнительных диода и два транзистора, причем одни однополярные выводы аккумуляторных батарей подключены к одной выходной клемме, эмиттерно-коллекторные переходы транзисторов соединяют другую выходную клемму с двумя другтли однополярнымй выводами батарей, а базы этих транзисторов соединены с соот/.етствующими коллекторами через резистор, шунтированный цепью, состоящей из встречно включенных дополнительного диода и диода выпрямителя и вторичной обмотки трансформатора, и через стабилитрон, с одной выходной клеммой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР NO 470002, кл. Н 02 Т 7/34, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 329640, кл. Н 02 М 7/20, 1972. 3.Фельдман А. Б. и др. Электропитание устройств связи на железнодорожном транспорте, Транспорт, 1962, с. 91.