Автономная система электропитания Советский патент 1981 года по МПК H02J7/34 

1

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при разработке систем электропитания подвижных объектов.

Известны автономные системы электропитания постоянного напряжения, состоящие из первичного источника ограниченной мощности и буферного аккумулятора, связанного с нагрузкой через выходные полуобмотки инвертора, реверсивньш диодно-транзистор- ный вьтрямитель и сглаживающий фильтр f 1 и L2 J.

Недостатком таких систем является невысокая эффективность использования первичного источника и возможность перезаряда аккумулятора и выход его из строя.

Известны также автономные системы электропитания состоящие из буферного аккумулятора, основного стабилизатора напряжения, включающего в себя инвертор, с выходным

трансформатором, транзисторно-диодный вьтрямитель, канал управления и фильтр, первичный источник и дополнительный стабилизатор напряжения. В этих системах для повышения эффективности использования первичного источника и для исключения перезаряда аккумулятора последовательно с первичным источником поставлен дополнительный стабилизатор напряжения 3

Однако у таких систем сравнительно большие массогабариты.

Цель изобретения - снижение массы и габаритов автономной системы электропитания, а также обеспечение стабилизации зарядного тока аккумулятора.

Указанная цель достигается тем, что в автономной системе электропитания, состоящей из буферного аккумулятора, подключенного к нагрузке через основной стабилизатор напряжения, включахщий в себя инвертор с выходным трансформатором, транзисторно-диодный выпрямитель, канал управпения и сглаживающий фильтр, и первичный источник ограниченной мощности, соединенный с нагрузкой через дополнительный стабилизатор напряжения дополнительный стабилизатор Еьшолнен в виде двух диодно-транзисторных цепочекJ. причем свободные выводы диодов лодключень к первичному источникуJ а свободные выводы транзисторов - к крайним точкам вькодньп полуобмоток трансформатора инвертора j кроме того каждый из транз-исторов цепочек коллекторньк и эмиттерным вьшодами параллельно соединен с соответствуюпщм диодом вьшрямителя, а базоЕьм с каналом управлекия основного стабилизатора. Канал управления содержит два ком паратора соединенные через усилител мощности с базовыми выводами транзис торов вьтрямителя и транзисторов дополнительного стабилизатора соответственно , причем одни входы компараторов связаны соответственно с выходом системы и выходом вновь введенно го датчика тока заряда;, а другие вхо ды соединены с соответствующими гене -раторами пилообразных опорнь х напряжений. Б цепь аккумулятора введен дополнительный сглаживающий дроссель и об ратный диод, На чертеже показана принципиальная схема автономной системь электро питания. Автономная система электропитания состоит из буферного аккумулятора 1 инвертора 2, управляемого тра нзистор но-диодного выпрямителя З;, канала управления, содержащего фаэосдвига- ющий блок 4, DLC-фильтра 5, нагрузки 6, первичного источника 7 ограниченной мощности5 двух диодно--транзкс торнъгх цепочек 8 и 9, компараторов 10 и 11, двух усилителей 12 и 13 мощности, генераторозз 14 и 15 опорных пилообразных напряжений датчика 16 зарядного тока и 1)1-филь ра 17, Акк-у1 п/лятор , 15 в цепи которого имеется датчик 16 тока подк.пючен через дроссель ф1-шьтра 17 к средниФ- точкам первич -5изс и вторичньпс обмоток инвертора 2, Крайние выводы выход- ных полуобмоток через транзисторнодиодный вьшрямитель 3 и сглаживающий фильтр 5 подключены к нагрузке 6. Базовые выводы транзисторов вы94прямителя 3 соединены с каналом ттравления. Первичный источник 7 через две диодно-транзисторные цепочки 8,9 и 2 подалючен к крайнш-5 выззодам выходных полуобмоток инвер2, причем общая точка диодов тора 8 и 8x1 соединена с первичным источником 7, а транзисторы 9 и вк,11ючены параллельно дкода1ч выпрямителя Зо Базовые выводы транзисторов 9 подключень; к выходаг-i канала управления-. Выходы компараторов 10 и 1 через усилители 12 и 13 мошкости подключень: соответствекно к базовым вьшодам тракзрзсторов вьтрякителя 3 и транзнсторов 9. Компаратор 10 по входу связан с выходом системы и генератором I4 опорного пилообразного напряжения,, а компаратор 1I с выходом датчика 16 тока и генератором 15 опорного пилообразного напряжения Автономная система электропитания работает следующш«1 образом. При большой мощности нагрузки С когда мощность. нагрузки Р, больше мощности источника 7 - P-j) происходит разряд аккумулятора 1. Ток нагрузки складывается из двух составляющих тока источника 7, протекакщего поочередно по дйодам 8 и транзисторам выпрямителя 3j i-i тока разряда аккумулятора 1 ,, поочередно протекающего по ветвям вьшря штеля 3. Стабилизация напряжения на нагрузке 6 обеспечивается за счет фазового управления работой выпрямителя 3 и транзисторов 9 по отношению к работе инвертора 2и ТранзисторЫ5 связанные с одной ползобмоткой трансформатора, переключаются синхронно . и синфазно„ а транзисторыj связанные с другой полуобмоткой - противофазно по отношению к первым Если первичный источник 7 теркет работоспособность, вся мощность нагрузки потребляется КЗ акку1-4улятора 1 при сохранении логики работы устройства,. При у зеньшении мощности нагрузки - аденьшается автоматически ток разряда аккумулятора, вплоть до нулевого значенияS когда вся мощность Pg потребляется только от первкчного источника 7, Дальнейшее уменьшение мощности .нагрузки- сопровождается возрастанием зарядного тока аккумулятора 1 при сохранении напряжения UH неизменным по величине. 5 Рассматриваемая система питания сохраняет работог:пособность при пол ном заряде аккумулятора 1 или при его отключении. Так, при отключении аккумулятора 1 напряжение на нагрузке 6 увеличивается за счет роста напряжения на выходе первичного источника 7, Однако рост напряжения Ug ограничивается вступлением в рабо ту дополнительного канала управления по отклонению выходного напряжения. Этот канал, включающий в себя компаратор 10, усилитель 12 мощности и генератор 4 опорного пилообразного напряжения, обеспечивает поочередно подачу на базы транзисторов выпрямителя 3 запирающих ШИМ-импул :сов. При этом упомянутые транзисторы и фильтр 5 образуют однотактный конвертор, обеспечивающий стабилизацию Ug за счет широтноимпульсной модуляции напряжения первичного источн ка 7. Стабилизация зарядного тока в системе происходит следующим образом Если зарядный ток становится боль ше, чем того требует опорное напряжение, снимаемое с генератора 15, ко паратор 11 через усилитель 13 мощности обеспечивает поочередную подачу на базы транзисторов 9 запирающих ШИМ-импульсов. При этом транзисторы 9 и фильтр 17 образуют однотактный конвертор, стабилизирующий ток нагрузки. Фильтра 17 может и не быть, однако в таком случае снижается эффективность использования первично го источника 7. Если аккумулятор 1 полностью заряжен, то ток заряда мо жет быть сделан равным нулю за счет полного закрытия транзисторов S. Система согласно изобретению при том же числе силовых, элементов сохра няет работоспособность при полностью заряженном аккумуляторе или при его отключении, при этом она характеризуется меньшими массой и габаритами. Кроме того 5 предложенная система сохраняет работоспособность как при , так и при . Таким образом, предложенная система по сравнению с известной характеризуется меньшими массой и габаритами j позволяет стабилизировать зарядньш ток стабилизатора, что делает ее более предпочтительной для применения. Формула изобретения 1.Автономная система электропитания, состоящая из буферного аккумулятора, подключенного к нагрузке через основной стабилизатор напряжения, включающий в себя инвертор с выходным трансформатором, транзисторно-диодный вьтрямитель, канал управления и сглаживающий фильтр, и первичный источник ограшгченной мощности, соединенный с нагрузкой через дополнительный стабилизатор напряжения, отличающаяс я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов системы, дополнителыО)й стабилизатор вьтолнен в виде двух диодно-транзисторных цепочек, причем свободные выводы диодов подключены к первичному источнику, а свободные выводы транзисторов к крайним точкам выходных полуобмоток трансформатора инвертора, кроме того каждый из транзисторов цепочек коллекторным и эмиттерным выводами параллельно соединен с соответствующим диодом вьшрямителя, а базовым с каналом управления основного стабилизатора. 2.Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью исключения перезаряда аккумулятора и стабилизации зарядного тока, канал управления содержит два компаратора, соединенные через усилители мощности с базовыми выводами транзисторов выпрямителя и транзисторов дополнительного стабилизатора соответственно, причем одни входы компараторов связаны соответственно с выходом системы и выходом вновь веденного датчика тока заряда, а ругие входы компараторов соединены соответствующими генераторами опорых пилообразных напряжений. 3. Система по п. Z, отлиающаяся тем, что, с целью овышения эффективности использоания энергии первичного источника итания, в цепь аккумулятора введен ополнительный сглаживающий дроссель обратный диод. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 347751, кл. G 05 F 5/00, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР 340022,.кл. Н 02 J 7/32, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР 491183, кл. Н 02 J 7/34, 1975.