Устройство для питания нагрузки Советский патент 1980 года по МПК H02J7/34 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам питания сетей от батарей, и предназначено для обеспечения электроэнергией заданного качества оборудования, питающегося постоянным током.

Известны системы электропитания, содержащие первичный источник электроэнергии, например солнечную батарею или термогенератор, н вторичные источники, аккумуляторную батарею и различные преобразователи напряжения и тока, обеспечивающие оптимальные режимы работы первичного источника и аккумуляторной батареи и заданное качество электроэнергии на нагрузке I и .2.

В этих системах осуществляется интегральное регулирование, что снижает их быстродействие и устойчивость. Для исключения указанных недостатков в систему необходимо вводить дополнительный канал пропорционального регулирования, в результате чего усложняется система в целом. Наиболее простой способ введения системы в зону интегрального регулирования - это осуществление синхронизации между генераторами стабильной и переменной частот, но и в этом случае после приложения возмущающего воздействия переходный процесс продолжается до тех пор, пока не «накопится интеграл f(, при этом отклонения выходного напряжения от номинального довольно значительны. Кроме того, генераторы стабильной и переменной частот в указанных системах обычно выполняются на магнитных эле.ментах, что снижает их массо-габаритные характеристики, усложняет резервирование и вводит асимметрию выходных импульсов по полупериодам. 10 Последнее снижает КПД и надежность системы и повыщает величину пульсаций напряжения на нагрузке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство, содержащее генератор постоянного тока с большим внутренним сопротивлением н два транзисторных усилителя мощности, выходные обмотки первого из которых включены последовательно

20 с аккумуляторной батареей через встречнопараллельно соединенные диодно-транзисторные цепочки, коммутируемые через выходные обмотки второго усилителя мощноети 3.

, Этому устройству присущи следующие недостатки: низкое быстродействие, малый запас устойчивости, массо-габарйтные характеристики, сложность резервирования, недостаточно высокий КПД, слаба Я надежность, завышенная величина пульсаций напряжения на нагрузке.

Цель изобретения - повыщение КПД и улучшение динамических, массо-габаритных и надёжностных характеристик устройства.

Эта цель достигается тем, что в него введены генератор прямоугольного напряжения, широтно-импульс.ный модулятор вертикального принципа, Т-трйггёр с прямьши и инверсными выходами, четыре двухвходовые логические схемы И и две двухвхОДовые логические , схемы ИЛИ, причем один из входов щиротно-импульсного модулятора и вход триггера соединены с выходом генератора, прямоугольного напряжения, другой вход широтно-импульсного модулятора подключен к выходу устройства, две первые схемы И соединены своими вхоДами с одноименными выходами щиротно-импульсного модулятора и триггера ,, а две другие - с разноименными, выходьгдвухпервых вторых,схем И через схемы ИЛИ соединены со входами первого усилителя мощности, а входы второго усилителя мощности - с выходами триггера.

На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2а и б временные диаграммы и процесспёремагничивания сердечника трансформатора первого усилителя мощности, поясняющие принцип работы:

Устройство для заряда и разряда аккумуляторной батареи 1, содержит генератор 2 постоянного тока с больщим внутренним сопротивлением, генератор 3 прямоугольного напряжения, два транзисторных усилителя 4 и 5 мощности выходные обмотки 6 и 7 первого из которых (4) включены последовательно с аккумуляторной батареей 1 через встречно-параллельно соединенные диоднотранзисторные цепочки 8-11, коммутируемые через выходные обмотки 12-15 второго усилителя 5 мощности, широтно-импульсный модулятор 16, триггер 17, четыре логические схемы 18-21 И и две логические схемы 22 и 23 ИЛИ. Один из входов модулятора 16 и вход триггера 17 соединены с выходом генератора 3, другой вход модулятора 16 подключен к нагрузке 24. Две первые схемы 18 и 19 И соединены своими входами с одноименными выходами модулятора 16 и триггера 17, а две другие 20 и 21 - с разноименными. Выходы двух первых 18 и 19 и двух вторых 20 и 21 схем И через схемы 22 и 23 ИЛИ соединены со входами первого усилителя 4 мощтгостй; а: входы второго усилителя 5 мощности - с выходами триггера 17. . ,

Устройство работает следующим обра 3 ШГ -;

764038

Широтно-ийпульсный модулятор 16, использующий вертикальный принцип сравнения сигнала обратной связи, поступающего С выхода устройства (с нагрузки 24), с сигналом треугольной формы, формируемом в модуляторе 16 из выходного напряжения генератора 3 прямоугольной формы (UrnH 2а), вырабатывает прямой и инверсный (противофазные) сигналы с щиротно-импульсной модуляцией (UUIMM п и UUIHMM фиг. 2а), поступающие на один из входов логических схем 18-21 И, на другом входе которых присутствует «меандр с прямого или. инверсного выходов триггера 17 (Urn и UTH на фиг. 2а), работающего в счетном режиме от выходного напряжения генератора 3. Перераспределенные выходные сигналы модуляторд 16 и триггера 17 с выходов схем 18-21 И (Uie, Uia, U2o и Uii на фиг. 2а) через схемы 22 и 23 ИЛИ (Uzz и и 23 на фиг. 2а) поступают на входы первого двухтактного усилителя 4 мощности, при этом транзисторы усилителя 4 мощности переключаются таким образом, что исключаются состояния их одновременногб запирания или отпирания (см. на фиг. 2а и нафиг. 26). На выходных обмотках 6 и 7 усилителя 4 мощности наводится ЭДС, необходимая для поддержания на нагрузке 24 номинального напряжения U, при этом диодно-транзисторные цепочки 8-11 коммутируются выходными обмот ками усилителя 5 мощности, управляемого с выходов триггера 17, причем одновременно отпираются цепочки 8 и 9 или 10 и 11, что дает возможность в течение каждого полупериода протекать через аккумуляторную батарею кай зарядному, так и разрядному току.

Средний ток через аккумуляторную батарею 1 за полупериод в зависимости от соотношения мощностей генератора постоянного тока .2 (РГ) и нагрузки 24 (Рн ) может меняться. При равенстве Рг и Рн средний ток через аккумуляторную батарею 1 рйвён нулю независимо от степени ее заряженности. В случае Рг Ян осуществля ется заряд аккумуляторной батареи 1, а при РГ РН - разряд. При этом в результате изменения соотношения между длитёльностями заряда и разряда в течение каждого полупериода на нагрузке 24 поддерживается стабильное напряжение.

Введенный в предложенное устройство щиротно-импульсный модулятор вертикального принципа позволяет осуществить пропорциональное или изодромное регулирования, характеризующиеся большим быстродействием, а последнее, кроме этого, и высокой точностью. Так как второй усилитель мощности, а следовательно, и диодно-транзисторные цепочки переключаются выходными сигналами Т-триггера, а первый усилигель Мощности - сигналом, получаемым с помощью логических схем из сигналов Т-триггера и широтно-импульсного модулятора вертикального принципа, на выходе которого в установившемся режиме формируются импульсы одинаковой длительности, то облегчаются режимы работы элементов устройства и исключаются потери мощности из-за асимметрии импульсов по полупериодам. Кроме того, широтно-импульсный модулятор, Т-триггер и логические схемы, а также генератор прямоугольного напряжения могут быть выполнены на интегральных микросхемах без применения магнитных элементов, что при практической реализации делает устройство более компактным. Формула изобретения Устройство для питания нагрузки, содержащее буферную аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока с больщим внутренним сопротивлением и два транзисторных усилителя мощности, при этом выходные обмотки первого включены последовательно с аккумуляторной батареей через встречнопараллельно соединенные диодно-транзисторные цепочки, коммутируемые через выходные обмотки второго усилителя мощности, отличающееся тем, что, с целью улучщения динамических характеристик и повыщения надежности, в него введень; генератор прямоугольного напряжения, широтно-импульсный модулятор вертикального принципа, Т-триггер с прямыми и инверсными выходами, четыре двухвходовые логические схемы И и две двухвходовые логические схемы ИЛИ, причем один из входов щиротно-импульсного модулятора и вход триггера соединены с выходом генератора прямоугольного напряжения, другой вход широтно-импульсного модулятора подключен к выходу устройства, две первые схемь | И соединены своими входами с одноименными выходами широтно-импульсного модулятора и триггера, а входы двух, вторых схем И - с разноименными выходами упомянутых элементов, выходы схем И через схемы ИЛИ соединены со входами первого усилителя мощности, а входы второго усилителя мощности - с выходами триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 274185, кл. Н 02 J 7/00, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР № 396763, кл. Н 02 J 7/34, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР № 340022, кл. Н 02 J 7/10 , 1968.