Экстремальный регулятор мощности

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических характеристик. Силовой канал Составляют основная обмотка 4 дросселя 3, блок 6 обратных диодов и блок 12 силовых ключей. В канал регулирования входят датчик 7 мощности в виде элемента Холла, размещенного в немагнитном зазоре дросселя 3, формирователь 8 импульсов в виде параметрического стабилизатора переменного напряжения, преобразователь 9 информации в виде измерителя переменной составлякнцей сигнала, транзисторньй ключ 10, пороговый элемент 11, резист торы 13, 14, диоды 15-17, параллельная КС-цепь 18, 19. Формирователь 8 импульсов запускается сигналами с дополнительной обмотки 5 дросселя 3. При выбранном схемном построении величина мощности, поступающая от источника 1 питания постоянного тока в нагрузку 2, колеблется в окрестности своего максимума. Указанный оптимальный режим регулятора сочетается с простой конструкцией, не требующей вспомогательных питающих блоков. 1 3.п. ф-лы, 3 ил. «Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕа1УБЛИМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4178791/24-07 (22) 09. 01; 87 (46) 07.07.88. Бюл. У 25 (72) Н.И.Олейник, С.Ф.Заграничный и С.Н.Бородин (53) 621.316.722. 1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 125 1048, кл. С 05 F 1/66, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1309015, кл. С 05 F 1/66, 1985. (54) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к электротехнике, s частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения — улучшение удельных энергетических характеристик. Силовой канал оставляют основная обмотка 4 дросселя 3, блок 6 обратных диодов и блок 12 силовых ключей. В канал регулирования входят датчик 7 мощности

„„SU„„1408435 А 1 (ц 4 С 05 Г 1/66, G 05 В 11/06 в виде элемента Холла, размещенного в немагнитном зазоре дросселя 3, формирователь 8 импульсов в виде параметрического стабилизатора переменного напряжения, преобразователь 9 информации в виде измерителя переменной составляющей сигнала, транзисторный ключ 10, пороговый элемент 11, резис-, торы 13, 14, диоды 15-17, параллельная RC-цепь 18, 19. формирователь 8 импульсов запускается сигналами с дополнительной обмотки 5 дросселя 3.

При выбранном схемном построении величина мощности, поступающая от источника 1 питания постоянного тока в нагрузку 2, колеблется в окрестнос- ти своего максимума. Указанный оптимальный режим регулятора сочетается с простой конструкцией, не требующей вспомогательных питающих блоков.

1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1408435

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации автономных с1истем электроснабжения с нерегулиру5

Юмыми первичными источниками питания постоянного тока ограниченной мощности.

Цель изобретения — улучшение удельых энергетических характеристик. 10

На фиг.. 1 представлена принципиаль° ° ° ая электрическая схема экстремальноо регулятора мощности; на фиг.2

3 — диаграммы, поясняющие его ра оту. 55

Регулятор мощности содержит источик 1 питания постоянного тока и нагузку 2, а также дроссель 3 с основой 4 и дополнительной 5 обмотками, лок 6 обратных диодов, датчик 7 20 ощности, формирователь 8 импульсов, реобразователь 9 информации, транисторный ключ 10, пороговый элемент

11, блок 12 силовых ключей, первый

,t3 и второй 14 резисторы, первый 15, 25

° ° торой 16 и третий 17 диоды, паралельную RC-цепь с резистором 18 и ! конденсатором 19. Формирователь 8 импульсов выполнен в виде параметричес( кого стабилизатора переменного нап- 30, ряжения с двумя встречно-последова,тельно включенными стабилитронами 20 и 2 1 и балластным резистором 22. Пре, образователь 9 информации выполнен в виде измерителя переменный состав,ляющей сигнала и включает в себя трансформатор 23 тока, резисторы 24 26 и конденсатор 27. Пороговый эле мент 11 состоит из встречно-последовательно включенных стабилитрона 28 40 ,и диода 29. Основная обмотка 4 дросселя 3 включена последовательно с блоком 6 обратных диодов в первую иэ двух силовых шин, расположенных между выводами для подключения источ-45 ника 1 питания постоянного тока и нагрузки 2. Блок 12 силовых ключей включен между общим выводом основной обмотки 4 дросселя 3 и блока 5 обратных диОДОВ и ВтОрОи силОВОи шинои»

Вход формирователя 8 импульсов соединен с дополнительной обмоткой 8 дросселя 3.

Датчик 7 мощности выполнен в виде элемента Холла, размещенного в немагнитном зазоре магнитопровода дросселя 3, и подключен управляющими электродами через резистор 13 к выводам для подключения источника 1 питания постоянного тока. Вход преобразователя 9 информации соединен с выходом датчика 7 мощности. Эмиттер-базовый переход транзисторного ключа 10 через пороговый элемент 11 подключен к выходу преобразователя 9 информации.

Один из выводов (катод) диода 15 соединен с первым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения (с анодом стабилитрона

20). Параллельная КС-цепь 18 и 19 включена между вторым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения (анодом стабилитрона 21) и соответствующим выводом управляющего входа блока 12 силовых ключей (базовым выводом транзистора). Резистор 14 включен между первым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения (анодом стабилитрона 20) и второй силовой шиной; Диод 16 включен встречно-последовательно с диодом 15 и соединен одним из выводов (катодом) с вторым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения (анодом стабилитрона 21). Диод

1? подключен в обратном направлении параллельно управляющему входу блока

12 силовых ключей (база-эмиттерному переходу транзистора).

Коллектор-эмиттерный переход транзисторного ключа 10 включен между общим выводом стабилитронов 20 и 2 1 параметрического стабилизатора переменного напряжения и общим выводом диодов 15 и 16. В преобразователе 9 информации входную цепь составляет первичная обмотка трансформатора 23 тока, включенная последовательно с резистором 24 и конденсатором 27, а выходную цепь — вторичная обмотка трансформатора 23 тока, зашунтированная резистором 25 и включенная последовательно с резистором 26.

Регулятор мощности работает следующим образом.

При подключении источника 1 питания постоянного тока к нагрузке 2 происходит накопление энергии в дросселе 3 за счет основной обмотки 4.

В последней наводится ЭДС самоиндукции, полярность которой показана на фиг! 1. В дополнительной обмотке 5 дросселя 3 наводится ЭДС, вызывающая замыкание блока 12 силовых ключей.

Ток управления блока 12 имеет повышенное значение до тех пор, пока заз 1408435 4 ряжается конденсатор 19, что способствует быстрому замыканию силовых ключей. Ток источника 1 протекает от положительного полюса к отрицательно5 му через основную обмотку 4 и замкнутый блок 12 силовых ключей. По мере накопления энергии в обмотке 4 этот ток увеличивается.

Изменение тока источника 1 в про- 10 цессе накопления энергии в дросселе 3 приводит к соответствующему изменению напряжения источника 1 за счет изменения падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. Одновремен- 15 но изменяется выходная мощность источника 1 как результат изменения

его тока и напряжения, Выходная ЭДС датчика 7 мощности, выполненного в виде элемента Холла, прямо пропор- 20 циональна произведению величины магнитного потока, в котором размещен данный элемент, на величину протекающего через его управляющие электроды тока. В предложенном регуляторе 25 магнитный поток в зазоре магнитопровода дросселя 3 прямо, пропорционален магнитодвижущей силе, создаваемой током источника 1, протекающим через основную обмотку 4. Поэтому магнит- 30 ный поток пропорционален току источника 1. Ток, протекающий через управляющие электроды датчика 7 мощности, пропорционален напряжению источника

Следовательно, выходной сигнал датчика 7 мощности оказывается пропорциональным произведению тока источника 1 на его напряжение, т.е. мгновенному значению его выходной мощности. При изменении тока i ис- 40 точника 1 мощность Р1 последнего и выходной сигнал датчика 7 мощности изменяются по закону, показанному на фиг,2.

Элементы, включенные в выходную цепь датчика 7 мощности, в частности конденсатор 27, резистор 24 и трансформатор 23 тока, формируют переменную составляющую сигнала мощности.

Переменная составляющая создает пере- 50 менное напряжение U< на резисторе

25. Форма сигнала на резисторе 25 показана на фиг.3.

Диод 29 порогового элемента 11 не пропускает положительную часть сигнала, а стабилитрон 28 пропускает ту отрицательную часть сигнала, напряжение кото11ой превышает уровень

его напряжения пробоя. В результате на эмиттер и базовый переход транзисторного ключа 10 поступают короткие импульсы, приводящие его в замкнутое состояние. При соответствующем подборе элементов можно добиться того, чтобы транзисторный ключ 10 замыкался в моменты, когда мгновенное значение мощности источника 1 равно Р,(1) (фиг.2). В результате источник 1 работает в диапазоне значений мощности, соответствующих части графика между точками at и 6 °

При замкнутом блоке 12 силовых ключей ток и мощность источника 1 увеличиваются. После достижения максимальной мощности значения Р„

1 маКС (точка с) дальнейшее увеличенйе тока источника 1 не приводит к увеличению мощности из-за уменьшения напряжения источника 1 вследствие падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. В момент времени, когда мощность достигает значения P1(1) в точке s, на которое время замыкается транзисторный ключ 10. Он шунтирует цепь управления блока 12 силовых ключей. Заряженный за время замкнутого состояния блока 12 конденсатор 19 разряжается по цепи: положительно заряженная обкладка конденсатора 19 стабилитрон 21. — коллекторно-эмиттерный переход транзисторного ключа 10диод 15 — резистор 14 — диод 17— отрицательно заряженная обкладка конденсатора 19. Ток разряда конденсатора 19 частично закрывает силовые ключи блока 12. Основная обмотка 4 дросселя 3 начинает отдавать накопленную энергию в цепь нагрузки 2, Ток через дроссель 3 уменьшается. Полярность ЭДС самоиндукции в обмотке

4 изменяется на противоположную. Ток в формирователе 8 импульсов также изменяет свое направление на противоположное, Этот ток лавинообразно размыкает блок 12 силовых ключей, поскольку по мере закрытия силовых ключей уменьшается ток источника 1, увеличивается ЭДС самоиндукции и, следовательно, увеличивается ток, закрывающий блок 12. При этом конденсатор 19 перезаряжается.

При разомкнутом блоке 12 силовых ключей ток источника 1 протекает через блок 6 обратных диодов и нагрузку 2. Заряженная за время замкнутого состояния блока 12 основная обмотка

4 дросселя 3 выполняет роль вольтодо"

1408435 бавочного источника за счет наводимой ,в ней ЭДС самоиндукции, которая складывается с напряжением источника 1 и совместйо с ним обеспечивает пита5 нием нагрузку 2 через блок 6 обратных диодов. В дополнительной обмотке 17

pI ðoññåëÿ 3 наводится ЭДС поддержива ющая разомкнутое состояние блока 12 силовых ключей. 10

Ток источника 1 уменьшается до тех пор, пока мощность достигнет зна,чения Р1(1) в точке м. При этом пре образователем 9 информации и порого,вым элементом 11 сформируется корот- 15 кий импульс, открывающий транзисторный ключ 10, что приводит к изменению

Iñoñòoÿíèÿ блока 12 силовых ключей. !

IToic источника 1 после этого начинает возрастать до прихода рабочей точки 20 в точку .

Таким образом, мощность источника 1 колеблется в диапазоне Р1(1) -Р1 ц„,, т.е. близка к максимальной. В предло-! женном экстремальном регуляторе мощности указанный оптимальный режим ра боты сочетается с простой ко струк цией и предопределяет высокую надеж ностьь и минимальные затраты мощности, на управление. 30

Формула изобретения

1. Экстремальный регулятор мощнос- . ти, содержащий дроссель, основная об- З5 мотка которого включена последовательно с блоком обратных диодов в первую из двух силовых шин, расположенных между выводами для подключения

1 источника питания постоянного тока и 40 нагрузки, блок силовых ключей, включенный между общим выводом основной обмотки дросселя и блока обратных диодов и второй силовой шиной; форми-; рователь импульсов, выполненный в ви- 45 де параметрического стабилизатора переменного напряжения с двумя встречно-последовательно включенными стабилитронами и соединенный входом с до" полнительной обмоткой дросселя, дат- 50 чик мощности, выполненный в ниде элемента Холла, размещенного в немагнитном зазоре магнитопровода дросселя и подключенного управляющими электродами через первый регистр к выводам для подключения источника питания постоянного тока, преобразователь информации, вход которого соединен с выходом датчика мощности, транзисторный ключ, эмиттер-базовый переход которого через пороговый элемент подключен к выходу преобразователя информации, первый диод, один из выводов которого соединен с первым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения, второй диод, второй резистор, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических характеристик, в него введены параллель ная КС-цепь и третий диод, а преобразователь информации выполнен в виде измерителя переменной составляющей сигнала, причем параллельная КС-цепь включена между вторым выходным выводом параметрического стабилизатора переменного напряжения и соответствукщим выводом управляющего входа блока силовых ключей, второй резистор— между первым выходным выводом параметрического стабилизатора переменнога напряжения и второй силовой шиной, второй диод включен встречно-последовательно с первым диодом и соединен одним из выводов с вторым выходным выводом параметрического стабилизато" ра переменного напряжения, третий диод подключен в обратном направлении параллельно управляющему входу блока силовых ключей, коллектор-эмиттерный переход транзисторного ключа включен между общим выводом стабилитронов параметрического стабилизатора переменного напряжения и общим выводом первого и второго диодов.

2. Регулятор мощности по п.1, отличающийся тем, что преобразователь информации состоит из третьего, четвертого и пятого резисторов и трансформатора тока, первичная обмотка которого, включенная последовательно с третьим резистором и конденсатором, составляет входную цепь преобразователя, а вторичная обмотка, зашунтированная четвертым резистором и включенная последовательно с пятым резистором, — его выход" ную цепь.

1408435

Фиг,2

Составитель Л.Морозов

Техред А.Кравчук Корректор Э.Лончакова

Редактор В.Данко

Заказ 3353/52 Тиран 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж»35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г..укгород, ул. Проектная, 4