Регулятор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 

(54) РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электронике, в частности к преобразовательной технике и может быть использовано в регуляторах автономных систем электроснабжения (АСЭС), в которых в качестве первичных источников электроэнергии используются нерегулируемые источники постоянного напряжения ограниченной мощности, например полупроводниковые фотопреобразователи, радиоизотопные генераторы.

Известны автономные системы электроснабжения, в которых используются регуляторы постоянного напряжения, включенные параллельно источнику питания 1 и 2.

Недостатки таких регуляторов заключаются в высоких потерях электрической мощности, рассеиваемой в виде тепла и значительных габаритах устройства в целом.

Наиболее близким известным регулятором является регулятор постоянного напряжения, содержащий щиротно-импульсный модулятор, выход которого соединен с управляемым входом ключевого элемента, конденсатор и дроссель постоянного тока 3.

Недостаток известного регулятора постоянного напряжения состоит в ограниченном диапазоне регулирования и невысоком КПД вследствие дополнительных потерь мощности при соизмеримости сопротивления самого регулятора и нагрузки.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования и повыщения КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в известном регуляторе постоянного напряжения, содержащем широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с управляемым входом ключевого элемента, конденсатор и дроссель постоянного тока, включенных параллельно выходным выводам, дроссель выполнен двумя обмотками, одни разноименные выводы которых подключены к одному выходному выводу непосредственно, а их другие выводы - к другому выходному выводу через ключевой элемент и диод в обратном направлении, соответственно.

На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Регулятор постоянного напряжения (фиг. 1) содержит конденсатор 1, подключенный параллельно источнику 2 питания

и нагрузке 3, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 4, ключевой элемент 5, управляемый вход которого подключен к выходу ШИМ 4, дроссель постоянного тока б, содержащий две обмотки 7 и 8, диод 9, выходные выводы.

Начало обмотки 7 и конец обмотки 8 подключены к положительному выводу источника 2 питания, а конец обмотки 7 через ключевой элемент 5 и начало обмотки 8 через диод в обратном направлении - к отрицательному выводу источника 2 питания.

Регулятор работает следующим образом.

Когда ключ 5 замыкается на время j, где - относительное время замкнутого

состояния ключа; Т - период переключений, к обмотке 7 дросселя прикладывается напряжение источника питания Ui.

Изменение индукции под действием этого напряжения за время уТ на основании закона Фарадея:

двИ ,

1

суммарное активное сопротивление ключа и обмотки; ток, протекающий по обмотке 7 дросселя (предполагаем, что индуктивность дросселя значительна и величина его тока в течение времени Т остается постоянной); площадь поперечного сечения сердечника дросселя; -число витков обмотки 7. ыкаиип ключа на время (1 - у) Т акоплепная дросселем, через оби диод 9 поступает

в источник

но закона

ток через коммутации равен:

ITTII п

(2)

W2

где п V,

V2 -ЧИСЛО ВИТКОВ обмотки 8. Изменение индукции за время (1 - У) Т

ДВ((1-у)Т) V,+R,I (1-у)Т,(3)

S W2

где R2 суммарное активное сопротивление обмотки 8 и диода 9. Для установивщегося режима ДВ( Т) -- ЛВ((1-у)Т). Тогда из выражений (1) и (3) с учетом (2) получим

-jd-j-).

(4)

(Vi-RilTT,,)ny

Среднее значение тока, протекающего через дроссель в течение периода Т,

lL Tmy-Im2(l-y)Im| ( + ) У-0.(5)

Иолученные выражения справедливы для режима работы, когда энергия, запасенная в дросселе в течение времени КТ, достаточна, чтобы поддерживать ток в обмотке 8 в течение интервала (1-у)Т, т. е. для режима непрерывных токов дросселя. Критическое значение у, т. е. значение Y. при котором происходит переход от режима непрерывных токов к режиму прерывных токов, можно опприравнивая значение тока Ь к

ределить, нулю

у- J

кр п - I

При V , когда среднее значение тока дросселя IL за период Т равно нулю, в схеме имеет место режим холостого хода, т. е. щунтирования источника не происходит. На фиг. 2а приведены временные диаграммы напряжения на ключе (1) ) и тока дросселя Ii для этого режима. Ири Укр у 1

5 имеет место рабочий режим, когда . Соответствующие временные диаграммы приведены на фиг. 2 б.

Предлагаемый регулятор имеет более щирокий диапазон регулирования напряжения, чем у известных схем. В схеме отсутствуют элементы, на которых теряется значительная активная мощность. В отличие от известной она содержит только один конденсатор, обеспечивающий необходимый уровень пульсаций на щинах источника питания. Из.меняя

: соотнощение витков об.моток (п), можно воздействовать на характер зависимости Ji (у) и обеспечивать благоприятный режим работы элементов схемы.

Регулятор может найти применение в АСЭС, где требуется производить регулирование напряжения и ограничение мощности источников, обладающих падающей вольтамперной характеристикой.

Формула изобретения

Регулятор постоянного напряжения, содержащий щиротно-импульсный модулятор, выход которого соединен с управляе.мым входом ключевого элемента, конденсатор и дроссель постоянного тока, включенных параллельно выходным выводам, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона регулирования и повыщения КПД, дроссель выполнен с двумя обмотками, первые разноименные выводы которых подключены к одному выходному выводу непосредственно, а их вторые выводы - к другому выходному выводу через ключевой элемент и диод в обратном направлении соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании № 1365149, кл. Н 2 И 1971.

2.Патент США № 3979656, кл. G 05 F1/64 1976.

3.ESA Sciecntifig and te(jhni9al review, 1976, Vr, № 3, p. 221-229.