Способ питания нагрузки от химического источника тока

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 и 1 479184 Союз Советскик Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 30.07.75. аявкиГосударстаенньа комитет Совета Министров СССР по делам изобретений ллетень28 3) УДК 621 355 1,7 бликовани исания отк рмтк 72) Авто(54) СПОСОБ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ОТ ХИМИЧЕСИСТОЧНИКА ТОКА и к,п,д, и нагрузи мощнонкции от на фиг. потерь в ния клюребления;в функИзобретение относится к области электроснабжения и может быть использовано в системах электропитания, основанных па химических источниках ограниченной мощности и обеспечивающих неравномерные графики нагрузки,Известен способ питания нагрузки от химического источника тока с широтно-импульсным регулированием напряжения,По предлагаемому способу, с целью повышения к.п,д., определяют направление изменения потребляемой мощности, измеряют к. п. д. системы и изменяют частоту широтно- импульсного регулирования напряжения в направлении, противоположном направлению изменения потребляемой мощности до момента достижения максимума к.п.д. системы, после чего частоту фиксируют и питают нагрузку па эгой частоте до момента изменения потребляемой мощности. На фиг. 1 дан график зависимост системы от мощности, потребляемо кой; на фиг. 2 - график зависимост сти потерь в элементах системы в ф потребляемой нагрузкой мощности;3 - график зависимости мощности системе в функции частоты переключ ча при фиксированной мощности пот на фиг. 4 - кривые суммарных потер цни от частоты прн разных значениях потребляемой мощности; на фиг, 5 - график зависимости частоты переключения ключа в функции от потребляемой мощности; на фиг. 6 - уст ройство для реализации способа.Существо способа можно рассмотреть наоснове анализа составляющих потерь энергии в системе регулирования напряжения, величина которых определяется, в основном, поте рями в транзисторе, реализующем ключевойэлемент, и в элементах фильтра-дросселя и конденсаторах. С увеличением потребляемой мощности Р, (фиг. 2) растет ток в нагрузке, а следовательно, и мощность потерь в транзи сторе ЛРл и мощность потерь в фильтре отпостоянной составляющей тока Л Рф=.По мере увеличения тока нагрузки выходное напряжение источника уменьшается в силу ограниченности его мощности, Для авто матической стабилизации выходного напряжения регулятора коэффициент заполнения широтно-импульсной модуляции увеличивается, т. е, снихкается время паузы между импульсами. Поэтому уменьшается переменная сос тавляющая тока в цепях регулятора, а потерив фильтре ЛРо- от этой составляющей снижаются. При условии постоянства частоты график зависимости суммарных потерь в регуляторе ХР в функции от потребляемой 30 мощности Р, представленный также на фиг, 2,содержит экстремум, совпадающий с экстремумом функции т 1=Р(Р) на фиг. 1.Зависимость составляющих суммарных потерь в регуляторе в функции частоты 1 переключения ключа при фиксированной мощности представлена на фиг. 3.Мощность потерь в ключе пропорциональна частоте переключения, которая определяет время нахождения транзистора в активном режиме. Мощность потерь в фильтре от постоянной составляющей тока Л Рф= не зависит от частоты переключения, а определяется только мощностью в нагрузке и омическим сопротивлением обмотки дросселя. Поэтому на графике эта составляющая мощности потерь характеризуется прямой, параллельной оси частот. Мощность потерь в фильтре от переменной составляющей тока с увеличением частоты снижается. Поэтому суммарные потери мощности ЛР при фиксированном значении потребляемой мощности изменяются как показано на фиг. 3.Семейство кривых Л Р= Р(1), полученных при различных значениях потребляемой мощности на основе анализа составляющих потерь (фиг. 2 и фиг. 3) и представленных на фиг. 4, показывает, что с увеличением потребляемой мощности экстремум функции Л Р = =Утсдвигается в область более низких частот переключения ключа широтно-импульсного регулятора. Поэтому, если воспользоваться известными способами питания нагрузки и оставить частоту неизменной или увеличивать ее по мере возрастания потребляемой мощности, то регулятор, а следовательно, и вся система электропитания, будет работать с повышенными потерями мощности, т. е. с пониженным к. п. д.Для обеспечения работы системы с минимальными потерями с ростом потребляемой мощности необходимо уменьшить частоту переключения ключа до такого значения, которое соответствует экстремуму функции Л Р = =Р(1) при повом более высоком значении потребляемой мощности. График зависимости 1=Рз (Рп) представлен на фиг, 5.Таким образом, изменяя частоту переключения широтно-импульсного регулятора, обеспечивающего постоянство напряжения на нагрузке путем изменения скважности импульсов тока, можно обеспечить максимум к.п.д. системы электропитания на всем диапазоне изменения потребляемой мощности.График б функции т)=Р (Р) в указанном случае, представленный на фиг. 1, показывает, что при неравномерном графике нагрузки, т. е. 510 15 2 э 25 ЗЭ 35 43 45 5 Э 55 когда потребляемая мощность колеблется от Рп т 1 п до Рп спах, уменьшение частоты по мере увеличения нагрузки приводит к более пологому экстремуму без снижения максимального значения к.п.д. системы.Способ питания неравномерной нагрузки можно реализовать, например, с помощью устройства представленного на фиг, б, Здесь химический источник 1 ограниченной мощности подключен к нагрузке 2 через широтно-импульсный регулятор напряжения, состоя.ций из блока ключей 3, дросселя-фильтра 4, блока конденсаторов 5, блока вентилей б, датчика выходного напряжения 7, датчика входного напряжения 8, датчика тока нагрузки 9, датчика тока источника 10, датчика к.п.д, 11, экстремального регулятора 12 и широтно-импульсного модулятора 13.Регулирование напряжения (широтно-импульсное) осуществляется через широтно-импульсный модулятор сигналами с выхода датчика напряжения 7. По мере изменения тока нагрузки датчиком 9 производится измерение его величины и знака 1 приращения.Первый из полученных сигналов подводится к датчику к.п.д, 11, подключенному к выходам датчиков 7, 8, 10, а второй подается на один из входов экстремального регулятора 12. Последний переключается на изменение частоты в направлении, противоположном направлению изменения тока нагрузкиПоскольку второй вход экстремального регулятора 12 подключен к выходу датчика к.п.д. 11, изменение частоты производится до момента достижения максимального значения к.п.д., после чего регулятор 12 выключается, а его цепями величина частоты фиксируется и остается неизменной до очередного изменения тока нагрузки. Предмет изобретения Способ питания нагрузки от химического источника тока с широтно-импульсным регулированием напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения к,п.д. системы электропитания, определяют направление изменения потребляемой мощности, измеряют к.п.д. системы и изменяют частоту широтно- импульсного регулирования напряжения в направлении, противоположном направлению изменения потребляемой мощности до момента достижения максимума к,п.д, системы, после чего частоту фиксируют и питают нагрузку на этой частоте до момента изменения потребляемой мощности.. Левятов Тираж 833Совета Министров СССРоткрытийнаб., д. 45 Заказ 2580/3 ппсн Типография, пр. Сапунова, 2 т . оп.намФиг Х Изд.1719ИПИ Государственного комитета по делам изобретений и Москва, Ж, Раушская орректоры: Е. Рожков и В, Брыксин