Способ управления многоячейковой системой электропитания

Союз Советскик Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл,з Н, 02 М 7/48 с присоединением заявки Ио - . Государственный комитет СССР яо дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Б.А. Глебов, Т.Н. Жарикова и А.А. 1) аявитель Московский ордена Ленина и ордена О Революции энергетический институт 4) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОЯЧЕЙКОВОЙ СИСТЕМО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Изополупртехникнениятильнымемымиэлектртротех н ж 5 0 1бретение относится к силовой оводниковой преобразовательной е и предназначено для приме- в,устройствах управления венй преобразователями, использу в системах электропитания, оприводе, электротермии и элен нологии. Известен способ управлен ячейковыми системами электр параллельным соединением яч выходу, при котором каждую переводят в режим стабилиз пряжения, а максимальное зн тока ячейки ограничивают на заданном уровне. При достиж ходным током ячейки уровня ния напряжение на выходе и подключается следующая ячейНедостаток данного спосо в том, что трудно осуществл кение уровня выходного ста ванного напряжения (тока), для этого необходимо произ гулирование одновременно в ячейках системы, Кроме тог менении выходного тока яче мы оказываются загруженн ности неравномерно,ия многоопитания сеек поиэ ячеек ации наачениезаранееении вы- ограничеадает ика 1).ба состоитять изме- илизиротак какодить рео всехо, при изки систеыми по мощНаиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, реализованный в устройстве, представляющем собой многоячейковую систему электропитания, ячейки в которых, с целью выравнивания их выходных токов, охвачены обратными связями. В данном способе измеряют разность между напряжением, пропорциональным напряжению нагрузки и напряжеием установки, и устанавливают реим работы одной ячейки в зависимости от указанной разницы так, чтобы минимизировать среднее, за иекото" рый промежуток времени, значение этой разности, Кроме того, для всех остальных ячеек измеряют разность между током каждой из Мкх, и тохом основной ячейки и устанавливают режим работы остальных ячеек так, чтобы для каждой из них укаэанная разность между токами стремилась к нулю (21.Недостаток этого способа состоит в сложности управления следящей системой, содержащей множество органов сравнения и звеньев обратной связи, и поэтому склонной к самовозбуждению, Далее в подобной системе невозможно обеспечить большую кратность изменения тока нагрузки безизменения структуры схемы управления; при сбросе тока нагрузки, вследствие уменьшения КПД каждой ячейки, уменьшается общий КПД системы.Цель изобретения - повышение устойчивости работы системы, расширение допустимых изменений выходного тока и повышение КПД системы.Для этой цели ток каждой включенной ячейки устанавливают зависящим, например линейно, от упомянутого напряжения.отрицательной обратной связи, при этом включение (отпирание) каждой ячейки в системе осуществляют тогда, когда напряжение отрицательной обратной связи превысит по модулю первый пороговый уровень, а отключение (запирание) - когда напряжение отрицательной обратной связи станет по модулю меньше второго порогового уровня, причем величина второгопорогового уровня в каждой из ячеек выбрана по модулю меньше первого порога.На чертеже показана функциональная схема устройства,.параллельнбго по выходу включения п ячеек, пронумерованных индексом 3(3 =1,2,п),Устройство содержит источник 1 входного напряжения многоячейковой системы электропитания, ячейку 2 3, нагрузку 3, регулирующий элемент 4 ячейки, пороговое переключающее устройство 5 ), усилитель 6 отрицательной обратной связи, делитель 7 выходного напряжения, Выходы всех ячеекобъединены на общей нагрузке 3, Каждая ячейка представлена регулирующим элементом 4 З и пороговым переключающим устройством 5 З (например,Шмидта), Регулирующий элемент имеетдва канала регулирования; дискретный,Фуправляемый пороговым переключающимустройством 5 1, и аналоговый, управляемый напряжением отрицательнойсвязи, сформированным операционнымусилителем 6, на один вход которогоподано напряжение Ос, а на другойнапряжение, пропорцйональное выходному, снимаемое с делителя 7,Реализация предлагаемого способауправления в устройстве состоит вследующем.При подключении системы к источнику 1 питания, когда напряжение нагрузки на нем равно нулю, на выходе операционного усилителя б устанавливаетсй максимальное значение напряжения отрицательной обратной связи, большее по модулю всех ерэых пороговых уровней 0 ячеек Пороговое переключающее устройс;.;:,о 5 3 каждой из ячеек формирует сн;,л отпирания (включения) ячейки. Тлк как выходной ток каждой ячейки пропорционален величине напряжения отрицательной обратной связи (что легко выполнить, например, в преобразователях напряжения с индуктивным ограничением скорости изменения первичного тока)Ф то выход на установившийся режим происходит при работе всех ячеек, причем выходной ток каждой из ячеек равен максимальному. В устаиовившемся режиме изменение тока нагрузки вызывает пропорциональное изменение уровня напряжения отрицательной обратной связи. Если ток нагрузки снижается до такой степени, что соответствую- щий этому значению тока уровень напряжения отрицательной обратной связи становится по модулю выше второго порогового уровня Ф какой-либо ячейки, то пороговое переключающее 15 устройство этой ячейки вырабатывает сигнал выключения, и ячейка запирается (выключается), При этом происходит перераспределение токов оставшихся ячеек, причем уровень напряже ния отрицательной обратной связи повышается таким образом, чтобы обеспечить неизменное значение суммарного тока нагрузки. Таким образом, при отключении какай-либо ячейки ос 2 с; тавшиеся продолжают работать при больших уровнях токов в энергетических режимах, приближающихся к номинальным.В указанном случае происходит отключение только одной из ячеек си- стемы, так как пороговые уровни У и У( задаются отдельно для каждойР) ячейки и поэтому всегда существует некоторый их разброс, В целом пороговые уровни лежат в пределах: Ф" - Р); цЖ - ц(2миидрак сии ьахопределяемых неравенствами( и) ьци ) " мах3=1,2,.п. 40, (г)(р) Юм 1 иИОМПри увеличении тока нагрузки происходит подключение ячеек, когда напряжение отрицательной обратной свя зи становится больше (по модулю) их первого порогового уровня Б. При подключении ячеек напряжение отрицательной обратной связи понижается, чтобы это понижение не вызывало вновь отключения какой-либо ячейки, необходимо выбирать значения второго порогового уровня каждой ячейки меньше первого,Очевидно, что, если соотношение между первым и вторым уровнем любой 3-й ячейки удовлетворяет неравенству( 5 Б 60 еохи то включение и выключение ячеек при изменении тока нагрузки происходит в произвольном порядке (при достижении напряжением обратнои связи поро говых уровней), и система будет усгойчивой.Так,например,при отключении одной иэ двух работающих ячеек ток оставшейся ячейки возрастает в два раза,но так как выполняются условия (1)и(2),то напряжение отрицательной обратной связи остается меньше 01(1) и ни одна из ячеек не включится вйовь. При работе трех ячеек и отключении одной из них изменение напряжения отрицательной обратной связи происходит в 3/2 раза и т,д. Таким образом, выполнение условий (1) и (2) достаточно для устойчивой работы системы.Преимуществом данного способа задания пороговых уровней является унификация ячеек (практически все пороговые уровни устанавливаются соответственно одинаковыми, а требуемое их несовпадение автоматически за счет разброса параметров задающих элементов), Недостатком можно считать тот факт, что согласно (1), минимальное В и максимальное значение тока каждой ячейки различается более, чем в два раза.Если первые и вторые уровни выставлены так, что их значения удовлетворяют системе неравенств)Ц Ю ((1) (.)( с О(О р)ЗО О Юс 0501)(2)(050(1) 0( ) 2 ИП 1 120 О 2)П-"п л то алгоритм включения ячеек следующий: по мере увеличения тока нагрузки к работающей первой ячейке будут подключаться последняя ии т.д. ячейка, а отключаться при сбросе тока нагрузки ячейки будут, начиная 40 с п-й, затем п, и - 2, 2. При этом диапазон изменения тока каждой ячейки уменьшится, для третьей он составляет 3-2 раза, для четвертой4/3 раза, для и-ой - и/(и) раз. 4 Оба описанных задания пороговых уровней легко реализуемы на практике.Наличие гистерезиса при включении и выключении ячеек позволяет получить устойчивый режим работы системы.50 Устойчивость повышается также благодаря наличию лишь одного инерционного звена во всей системе электропитания, Расширение пределов изменения токов нагрузки достигается отключением ячеек при уменьшении тока нагрузки при помощи пороговых переключающих устройств. Работа ячеекв режимах, близких к номинальным,обеспечивает высокий КПД всей системы в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Все это позволяет расширить область применения многоячейковой системы электропитания наслучай, когда требуется регулирование выходного стибилизированногонапряжения с высоким КПД при широкомдиапазоне тока нагрузки. Формула изобретенияСпособ управления многоячейковойсистемой электропитания., ячейки вкоторой соединены параллельно по вы,ходу, заключающийся в том, что преобразуют разность между напряжением,пропорциональным выходному напряжению или току, и напряжением установки,в напряжение отрицательной обратнойсвязи, управляющее работой многоячейковой системы электропитания, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения устойчивости работы системы, расширения пределов допустимых изменений выходного тока и повышения КПД системы, ток каждой включенной системы устанавливают.зависящим, например линейно, от упомянутого напряжения отрицательной обратной связи, при этом включение (отпирание) каждой ячейки в системе осуществляют тогда, когда напряжениеотрицательной обратной связи превысит по модулю первый пороговый уровень, а отключение (запирание) - когда напряжение отрицательной обратнойсвязи станет по модулю меньше второго порогового уровня, причем величина второго порогового уровня в каждойиз ячеек выбрана по модулю меньшепервого порога.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Голиков В.Ю., Девочкин А.Ф.Работа импульсных стабилизаторов напряжения на общую нагрузку. - Тр/Московский Энергетический институт,1975 вып. 275, с. 83, рис. 2.2. Антонов И.и., Глебов Б.А., Голиков В.Ю Лукин А.А. Пути увеличения мощности транзисторных ВИП. Современные задачи преобразовательнойтехники, Киев, 1975, ч" .4, с. 357,рис, 4 (прототип).864465 ставитель А. ДанилихРеД М, Рейвесктор П, Коссей аказ 7824/8 сное 113 Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 733НИИПИ Государственнопо делам изобретени5, Москва, Ж, Рауш Подкоми 1 ета СССи открытийкая наб., д.