Имитатор солнечной батареи Советский патент 1981 года по МПК H02J7/36 G05F1/56 

(54) ИМИТАТОР СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение относится к силовой преобразов тельной технике и может быть использовано п разработке устройств имитирующих работу источников ограниченной мощности, в частности, солнечных батарей. Известны имитаторы солнечных батарей, состоящие из источника постоянного тока, шунтового линейного регулятора, датчика тока и функционального преобразователя, в которых обеспечивается получение вольт-амперных характеристик, близких к характеристикам солнечной батареи 1. Недостатками таких имитаторов являются их низкий КПД и большие массогабариты. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому являются имнтаторь1 солнечных батарей, в которых для улз чшения энергетических и массогабаритных показателей силовая часть выполнена в виде ряда источников постоянного тока, соединенных параллельно через развязывающие диоды и зашунтированных управляемыми ключами и линейным регулирующим органом, связанными с каналом управления, включающего коммутатор, датчик тока. функщюнальный преобразователь и схему сравнения 2. Однако в таких имитаторах на щунтирующем транзисторе вьщеляется значительная мощность, что снижает их КПД. Цель изобретения - повыщение КПД имитатора. Поставленная цель достигается тем, что в имитаторе солнечной батареи, состоящем из ряда источников. постоянного тока, подключенных к нагрузке через развязьшающие диоды и защунтированных управляемыми ключами, линейного регулятора тока, включающего в себя источник ностояннога тока, шунтовый регулирующий транзистор и развязывающий диод, коммутатора, вьшолненного из набора пороговых элементов и связанного с управляемыми ключами, датчика тока и схемы сравнения, соединенной с выходами имитатора и датчика тока и входами коммутатора и линейного регулятора тока, линейный регулятор тока разбит на однотипные ячейки - регуляторы тока, в цепи управления которых введены операционные усилители, подключенные одними входами к источникам опорных напряже|нии а другими ко входу линейного регулятора тока. На фигс 1 показана принщт1| альиая схема фиг. 2 - диимитатора солнечной батареи; ai paMMbi, поясняющие его рабо Имитатор солнечной батареи состоит из ряда источников Ь -In постоянного тока, развязывающих диодов 2|-2п, упраВляемых ключей 3i-3n, нагрузки 4, линейного регулятора 5 то ка, коммутатора 6, содержащеф компаратори 6|-бр, датчика 7 тока и схемь 8 сравнения. Линейный регулятор 5 тока вы|полнен из набора бдаотипных ячеек, каждая из которых включает в себя источник 9i-S m тока, шуктирующие транзисторы 101 - 10, развязьшающие диодь llj-llfn, операционные усилители 12|12т и источники 13i-13 m опорного напряжеИсточник 1|-In и 9,-9т п(стоянного тока через развязывающие диоды 2 2п и 11,-Ищ подключены к нагрузке 4, того, источНИКИ li-In зашунтированы уп{ авляемыми клю чами 3i-Зп, а источники - транзисторами lOi-Ют- Входы управля мых ключей 3i -Зр соединены с выходами омпараторов |6,-6п, а базы транзисторов 10 IGfn - с вы12,-12т, ходами операционных усилителей связанных с источниками 3|3 и выходом схемы 8 сравнения. Выход датчика 7 тока под 6 и входу схеключей ко входу коммутатора мы 8 сравнения, соединенной с выходом имитатора. Имитатор работает следующи|м образом. В режиме холостого хода на|1ряжеге1е с датвеличине (фпг. чика тока равно максимальной при этом все компараторы 6iбр находятся в состоян1ш, при котором управляющие ключи 3i-Зп замкнуты, Этим обеспечнвается отключе нагрузки 4. Вы ние источников li-In от цепи 1)7 сравниваходное напряжение датчика ток|а имитатора U4 ется с выходным напряжением на схеме 8 сравнения. Результа сравнения Ug подается на управляющий вход линей ного регулятора 5 тока, работой которого на выходе имитатора поддерживается напряженна U421 и,. По мере увеличения тока напряжеиие U7 линейно уменьшается этом увели-, возможным за чение тока нагрузки становится 10,-lOm. Так счет призакрытия транзисторов 5 опорным как и является для регулятор)а с увеличением напряжением, то одновременно уменьшение токоотдачи регулятора npoHcxojpiT с 1едовательно, и напряжения на его выходе, а иа выходе И1 татора. П1Н1ВОДИТ к Дальнейший рост тока нагру: кн сра(атывания комуменьшению UT до уровня рабатъшание паратора 6i в коммутаторе 6. компаратора 6| обеспечивает размыкание управляемого ключа 3, в результате чего напряжение и ток нагрузки (U4 и U) стремятся скачкообразно увелитаться. Однако всплесков U4 и 14 не происходит, так как всякое увеличение U4 при заданном напряжении U сопровожается приоткрытием транзисторов IО i -1 От и уменьшением токоотдачи от линейного регулятора 5. Далее процесс повторяется - наростание TQr ка нагрузки U приводит к поочередному раз мыканию ключей 3i-3n, обеспечивающему поэтапное подключение источников li-ln к нагрузке. Работа линейного регулятора 5 всякий раз обеспечивает монотонное изменение напряжения U4, при этом верхняя часть вольтамперной характеристики имитатора полностью псжторяет характеристику датчика 7 тока (фиг. 2). При некотором токе нарузки U к. все источники li-In оказываются подключенными к нагрузке также, как и все источники 9,-9т регулятора 5 (транзисторы lOi-lOm при этом полностью закрыты) Поэтому уменьшение сопротивления нагрузки вплоть до короткого замыкания выходных зажимов имитатора далее не может привести к увеличению тока , а сопровождается только снижением выходаюго напряжения (фиг. 2), В предлагаемом устр жстве линейный регулятор вьшопнеи из ряда однотипных ячеек, что позволяет уменьшить мощность потерь в регуляторе. Для нормальной работы имитатора необходимо, максимальное 31{аче1гае выходного тока линейного регулятора s-|,ci было не меньше величины выходного тока исюч- пика Ц , т.е. ,. где п - число источников 1. Суммарш 1Й ток Ig-ji j источников ;9|-9т делится между ними поровну, т.е. II/ K.i 9 5Vnax W)( Шщность рассеяния на одном регулирующем транзисторе 10. не может, следовательно, U4lK. (высить значения р .-li.l... fot 49ч Зн1ачеш{я опорных напряжений источников 13i - 13m выбраны таким разом, что при малой величине оши&си Ug U7-U4 в линейном режиме работает только транзистор lOj, а остальные транзисторы 10г-10|л полностью ожрыты. Увеличение ошибки Ug сопровождается призакрыпем транжстора 0|. Когда транзистор 10| лолностью закрывается, начинает призакрывать58ся транзистор lOj, затем транзистор Юэ и так далее. При любом значении ошибки Ug в активной области находится только ощн транзистор, а следовательно, суммарная мощность рассеяния на транзисторах 10,-Ют практически М1ределяется мощностью потерь на одном из р -о .з 5 - ior ( В зависимости от величины Ug выходяой ток регулятора 5 может изменяться от нуля до величины известной схеме. Однако в известной схеме максима ьная мощность потерь равна величюк U4(, , т.е. в m раз больше, тем в пред лагаемом устройстве.( Для того, чтобы в известной схеме мощность потерь-снизить до уровня 41к-(„(и4 О общее «шсло источников посте ящкя-о тока допж но равняться величине m(n-t-l), тогда-как в предлагаемой схеме их п-Нп. Таким образом, уменьшение мощности потерь за счет увеличения общего числа ячеек в известной схеме сслровождается су1цествениым усложненнем всего yctpo ctBa. Так, при IK.-J - 100 А; U4 50 В; п 9 и m 10 для предлагаема схемы имеем WO 50. известной схеме такая мопшость будет гаюко при п 99, и m « 1, т.е. общее количество ячеек возрастает более чем в S раз. Если же в известной схеме сделать тоже количество ячеек ( п 18 и m 1), то мощность потерь становится равной 263 Вт, т.е. более чем в S ряз 1февысит мощность потерь в предлаг«емой схеме.Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется большим КПД, что и определяет предпочтительность его применения перед известным. Формула изобретения Имитатор солнечной батареи, состоящий из ряда источников постоянного тока, подключенных к нагрузке через развязывающие диоды м зашунтнрованнь1х управляемыми ключами, линейного регулятора тока, включающего в себя источник постоянного тока, щунтовый регули- рующий транзистор к развязываюишй диод, коммутатора, выполненного из набора пороговых злементов и связанного с управляемыми клюками, датчика тока и схемы сравнения, соединегп й с выходал и икштагора и датчика тока (t входами коммутатора н линейного регулятор: тока, отличаг щийся тем, что, с целью повыще1шя KiUl имитатора, линей1В 1Й регулятор тока разбй: tra однотипные ячейки - регуляторы тока, в це1И управления введены операционшле усилители, подключенные одними входакш к источникам опорных напряжений, а другими - ко входу линейного регулятора тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США N 343532К, кл. 323-8, 1969. 2.Веденеев Г. М. и др. Утг гшение знергетнческих н массогабаритных показателей имитаторов солнечных батарей. Проблс лы преобразовательной техники, ч. 2, Киев, изд-во АН УССР, 1979, с. 160-161.

n

jy-T7

4

:J

.

. fui f

r« 7