Имитатор солнечной батареи Советский патент 1981 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобра зования электрической энергии, и может быть использовано при разработке вторичных источников питания. Известен имитатор солнечной батареи содержащий линейный регулятор, датчик тока и функциональный нреобразователь, в котором вольт-амперная характеристик солнечной батареи формируется за счет изменения падения напряжения на линейном регуляторе СлЛ. Недосгагком такого имитатора являет его низкий КПД. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник питающего напряжения, М дискретных регуляторо вьшрямитель, функциональный греобр зователь и нагрузку 2}. Недостатком такого типа устройств при использовании их в качестве имитаторов солнечной батареи является наличие в них специального функционального преобразователя, что ухудшает их динамические характеристики. Кроме того, возможны перегрузки ячеек, что снижает надёжность работы устройства. Цель изобретения - повышение быстродействия имитатс а, улучшение качества выходного напряжения и исключение токовых и ющностных перегрузок транзисторов дискретного регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее, источник питающего напряжения, элемент нагрузки, вьшрямитель и Н ячеек дискретных регулятрров, каждая из которых содержит два силовых транзист чза и трансформатор, средние выводы первичных обмоток которого объединены и подключены к первому ВЫХОДУ источника питания, введены датчик тока, М источников опор)- ного напряжения и W «ячеек лвснейных ре- гуляторов, кажД&я tea которых содержит операционный усилитель в регулирующий транзистор, в каждую из Н ячеек дискретных регулят ов дополнительно введены два ограничительных диода и шунти рующий диод, катод соедш1ен с эммиторами силовых транзисторов, кол 1 лекторы которых подключены соответственно к выводам первой и второй первичных обмоток трансформат чэа, выводы третьей и четвертой первичных обмоток которого подключены соответственно к анодам первого и второго ограничительных диодов, катоды которых объединены и подключены ко второму выходу ийточника питающего напряжения, первый выход которого соединен с анодом шунти рующего диода, первые вторичныеобмотки всех трансформаторов соединены последовательно, вторые вторичные обмотк всех трансформаторов соед1шены последовательно, соответствующие выводы пер вой и второй вторичной обмотки трансформатора первой ячейки дискретных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам выпрямителя, выход которого через элемент нагру ки соединен с первым входом датчика тока, второй вход которого подключен к среднему выводу вторичной обмотки тран форматора N -ой ячейки дискретного регулятора, в каждой из N ячеек линейных регуляторов выход операционного усилителя подключен к базе регулирующего транзистора, коллекторы которых подклю чены ко второму выходу источника питаю щего напряжения, эммиторы регулирующи транзисторов каждой ячейки линейных регуляторов подключены соответственно к катодам щунтирующих диодов ячеек дискретных регуляторов, выход датчика тока подключен к первым входам опера ционных усилителей ячеек линейных ре- гуляторов, вторые входы кторых подключ ны к соответствующим выходам N источНИКОВ опорного напряжения. На фиг. 1 показана структурная схем имитатора; на фиг.. 2 - и 3 поясняют его работу. Имитатсф содержит V4 линейных регуляторов 1.1 ... 1. N , N ячеек дискрет ных регуляторов 2, 1 ... 2. N , выпрямитель 3, датчик 4 тока, элемент 5 нагрузки, источник 6 питающего напряжения, N источников опорного напряжени 7. 1 ... 7. N , каждый из N линейных регуляторов содержит операционный усилитель 8:1 ... 8. N и регулирующий тран зистор 9.1 ... 9. N , каждый из диск ретных регуляторов содержит силовые транзисторы 1О и 11, трансформатор 12 ограничительные диоды 13, 14, шунтиру щий диод 15. Работа имитатсра осуществляется следующим образом. . Ячейки дискретных регуляторов 2.1...2N работают синхронно и синфазно. Регулирующие транзисторы 9.1,..9М управляются напряжениями своих операционных усилителей 8.1...8 N , характеристика вход-выход которых имеет вид, представленный на фиг. 2. При Уд 0 и Ug Ugj.n(,y регулирующий транзистор соответственно псиностью закрыт JUIH открыт,, а промежуточному значеншо Ug соответствует положение рабочей точки регулирующего транзистора на его линейном участке. При токе нагрузки, равном нулю {dn 5ух О) регулирующие тран зисторы линейных регуляторов открыты и на выходе имитатора напряжение максимально и равно ,. Возрастание тока, нагрузки приводит к увеличению напряжения на выходе датчика тока Уд , результатом чего будет являться уменьшение выходного напряжения операционного усилителя 8/, , опорное напряжение и 7.1 наименьщее. Это, в свою очередь, повлечет за собой запирание регулирующего транзистора 9.1 и уменьшение питающего, напряжения преобразовательной ячейки дискретного регулятора 2.1, а, следовательно, и уменьщение выходного напряжения имитатора. При дальнейшем увеличении тока нагрузки выходное напряжение датчика тока превысит величину и 7.1 и ячейка регулятора 2.1 отключится от источника питания (полностью закроется транзистор 9.1), а ячейка регулятора 2.2 будет поддерживать на выходе имитатора необходимую для данного значения 1„ величину выходного напряжения имитатора и т.д. В случае уменьшения тока нагрузки будет наблюдаться плавный процесс последовательного подключения преобразовательных ячеек и увеличение выходного «напряжения. I Таким образом видно, что выбором соответствующих значений опорных напряжений U7,; и коэффициентов усиления операционных усилителей легко можно получить достаточно точную аппроксимацию заданной вольт-амперной характеристики солнечной батареи (фиг. 3). При этом важно подчеркнуть, что при любом режиме работы в активной области может находиться лиШь один из регулирующих транзисторов 9jj , поэтому КПД предлагаемого устройства достаточно высок и не ниже, чем КПД известного устройства. В то же время в предлагаемом уст ройстве в цепи обратной связи отсутст.вуёт специальный функциональный преобразователь, что существенно улучшает динамические характеристики (быстродействие ) имитатора. В известном устройстве и в предлагаемом имитаторе при вьшолнении ячеек по обычным двухтактным или однотактным схемам в.озможны токовые и мопшо ные перегрузки транзисторов преобразо вательных ячеек. Так в двухтактных ячейках регуляте а 2 (фиг. 1) при импульсном характере тока нагрузки сердечник грансформагсра будег несймметрично перемагничиваться всякий раз, когда нарушается равенство т/2т ,yu,.(ajdt-4 u,(a)cit, где )(Л„) - напряжение -выхода -го регулирующего транзистс а. Насыщение грансформагора включенной ячейки приводит к резкому возрастанию тока коллектора одного из транзисторов и выходу его в активную область, что и обуславливает перегрузку ячейки и провал выходного напряжения, а последнее, в свою очередь, приведет к отклонению имитатора от требуемой формы. В ячейках дискретных регуляторов перемагничивание сердечников каждого преобразователя происходит при напряже нии Ug, - для рабочего полупериода и при Un - для нерабочего полупериода. Для каждого из трансформаторов, следов тельно, имеем (Djdti b dt, Т.е. при любых изменениях тока нагрузк . а, следовательно, и при любых изменени , (.3) , в нерабочий попупериод происходит полное размагничивание сердечника трансформатора, что и делает нево можным его насьпцение в рабочий полупериод. Этим самым исключается возмо ность токовой и мощностной перегрузок транзисторов и провал напряжения на вы ходе любой из ячеек. Таким образом, изобретение позволяе улучшить .динамические характеристики исключить токовые и мощностные перегрузки ячеек, а также улучшить качеств выходного напряжения имитатора солнеч НОЙ батареи, т.е. повысить надежность работы устройства. Формула изобретения Имитатор солнечной батареи, содержащий источник питающего напряжения, элемент нагрузки, выпрямитель и N ячеек дискретных регуляторов, каждая из которых содержит два силовых транзистора и трансформатор, средние выводы первичных обмоток объединены и подключены к первому выходу источника питания, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения быстроде.йствия и надежности устройства, в него введены датчик тока, N источников опорного напряжения и N ячеек линейных регуляторов, каждая из которых содержит операционный усилитель и регулирующий транзистор в каждую из N ячеек дискретных регуляторов дополнительно введены два ограничительгных диода и щунгирующий диод, кагод которого соединен с эммиторами силовых транзисторов, коллекторы которых подключены соответствешю к выводам первой и второй первичных обмоток трансформатора, выводы третьей и четвертой первичных обмоток которого подключены соответственно к анодам первого и второго ограничительных диодов, катоды которых объединены и подключены ко второму выходу источника питающего напряжения, первый выход которого соединен с анодом шунтирующего диода, первые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, вторые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, соответствующие выводы первой и второй вторичной обмотки трансформатора первой . ячейки, дискретшзсь регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам вьшрямнтеля, выход которого через элемеиг нагрузки соединен с первым входом датчика тока, второй вход Korcftporo подключен к среднему выводу вторичной обмотка трансформатора Ы -ой $1чейки дискретного регулятора, , в каждой из N ячеек линейНЕлх регуляторов выход операционного усвйителя подключен к базе регулирующего транзистора, коллекторы которых подключены ко второму выходу источника питающего напряжения, эммиторы регулирующих транзисторов каждой ячейки линейных регуляторов под.ключены соответственно к катодам шунгируюших диодов ячеек дискретных регуляторов, выход датчика тока подключен JK первым входам операционных усилителей ячеек линейных регуляторов, вторые ахоДы которых подключены к соответс- вуюпшм выходам N источников опорного нащ)яжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I II II 2 1.Патент ФРГ № 2052251, кл. 42т , 1977. 2.Панфилов Д. И. и др. Зарядное устройство со стабилизацией мгновенных значений зарядного тока, - Известия Вузов СССР, Приборостроение, 1978, № II, с. 52 (прототип).

Фи8.1

Фиг Z

o/ri - «

Фиг. д