Имитатор солнечной батареи

Союз СоветскихСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУио делам изобретений и открытий(54) ИМИТАТОР СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при разработке устройств имитирующих работу источников ограниченной мощности, в частности, солнечных батарей.5Известны имитаторы солнечных батарей, со. стоящие из источника постоянного тока, шутьтового линейного регулятора, датчика тока и функционального преобразователя, в которых обеспечивается потучение вольт-амперных характеристик, близких к характеристикам солнечной батареи 1.Недостатками таких имитаторов являются их низкий КПД и большие массогабариты.Наиболее близким техническим решением к15 предлагаемому являются имитаторы солнечных батарей, в которых для улучшения энергетических и массогабаритных показателей силовая часть выполнена в виде ряда источников постоянного тока, соединенных параллельно через20 развязывающие диоды и зашунтированных управляемыми ключами и линейным регулирующим органом, связанными с каналом управления, включаюшего коммутатор, датчик тока,функциональный преобразователь и схему сравнения 2.Однако в таких имитаторах на шунтирующемтранзисторе выделяется значительная мощность,что снижает их КПД,Цель изобретения - повышение КПД имитатора,Поставленная цель достигается тем, что вимитаторе солнечной батареи, состоящем изряда источников. постоянного тока, подключенных к нагрузке через развязывающие диодыи зашунтированных управляемыми ключами,линейного регулятора тока, включающего всебя источник постоянногсг тока, шунтовыйрегулирующий транзистор и развязываюшийдиод, коммутатора, выполненного из набора пороговых элементов и связанного с управляемыми ключами, датчика тока и схемы сравнения,соединенной с выходами имитатора и датчикатока 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 входами8924 86 ний, а другими- тока,альная схемаа фиг, 2 - дисостоит из ряго тока, развяляемых ключей егулятора 5 ток омпараторы 8 сравнения. олнен из на 0 15 26 Ю из которыхщ тока, шунтиразвязывающиеусилители 12, -ного напряжетоянного тока 2 п и 11, - 1 и,е того, источавляемыми клю - транзистомых ключей омпара торов - 10 п - с вы. й 12, - 12 п, 3 1 и выходомка 7 тока под и вхору схе- выходоЬ имиобразом,ряжение с датвеличине (фиг 2) бд находятся ляющие ключи вается отключенагрузки 4, ВыО, сравниваимитатора О 4сравнения Ов = щий вход линей- " которого на ся напряжение ф 35 къ т л)45 к источникам опорных напряжко входу линейного регулятораНа фиг:показана принципимитатора солнечной батареи;аграммь, поясняющие его рабоИмитатор солнечной батареида источников 1,-1 постояннзывающих диодов 2, - 2 П, упрз3, - Зп, нагрузки 4, линейногока, коммутатора 6, содержаще6 - бп, датчика 7 тока и схемьЛинейный регулятор 5 тока выбора однотипньх ячеек, каждавключает в себя источник 9, -рукшие транзисторы 10, - 10 п,диоды 11, - 11 т, операционные12 п и источники 13 - 1 Зщ опония.Источник 1, - 1 П н 9, - 9 п ичерез развязывающие диоды 2,подключены к нагрузке 4, кроники 1, - 1 п зашунтированы упчами 3, - Зп, а источники 9, - 9рами 10, - 10 п, Входы управля3, - Зп соединены с выходамиб - бп, а базы транзисторов 10ходами операционных усилителсвязанных с источниками 13 -схемы 8 сравнения. Выход даключен ко входу коммутаторамы 8 сравнения, соединенной стато ра,Имитатор работает следующиВ режиме холостого хода начика тока равно максимальнойпри этом все компараторы 6,в состоянии, при котором упра3 - Зп замкнуты. Этим обеспечние источников 1, - 1 от цепиходкое напряжение датчика токется с выходным напряжениемна схеме 8 сравнения. Результа= О-О 4 подается на управляного регулятора 5 тока, работвыходе имитатора поддерживае 4компаратора 6, обеспечивает размыкание уп. равляемого ключа Зв результате чего напряжение и ток нагрузки (О и в) стремятся скачкообразно увеличиться, Однако всплесков Ов и 4 не происходит, так как всякое увели. чение О, при заданном напряжении От сопровожается-ириоткрытием транзисторов 1 О - 10 пи уменьшением токоотдачи от линейного регулятора 5,Дзлее процесс повторяется - наростание тЧ.ка нагрузки 4 приводит к поочередному размыканию ключей 3, - Зо, обеслечиваюшемупоэтапное подключение источников 1, - 1 кнагрузке. Работа линейного регулятора 5 всякий раз обеспечивает монотонное изменениенапряжения Ол, при этом верхняя часть вольтамперной характеристики имитатора полностьюювторяет характеристику датчика 7 тока(фиг. 2).При некотором токе нарузки 4 = 1, Э всеисточники- 1 оказываются подключеннымик нагрузке также, как и все источники 9, - 9 трегулятора 5 (транзисторы 1 О, - 10 т при этомполностью закрыты). Поэтому уменьшение сопротивления нагрузки вплоть до короткогозамыкания выходных зажимов имитатора далее не может привести к увеличению тока 1,а сопровождается только снижением выходногонапряжения (фиг, 2).В предлагаемом устройстве линейньй регулятор выполнен из ряда однотипных ячеек,что позволяет уменьшить мощность потерь врегуляторе, Для нормальной работы имитаторанеобходимо, чтобы максимальное. значение выходного тока линейного РегУлЯтоРа 6-,св, было не меньше величины выходного тока источника Ц, т.е.)к.эзЬОХ .вл где и - число источников 1.Суммарный ток- источников 9 - 9 п делится между ними поровну, т,е.узки напряжеэтом увели- возможным за 10, - 10 т, Так а 5 опорным с увеличениемт уменьшение едовательно, и 50 55 ки приводит к атывания ком- рабатьтвание По мере увеличения тока на иие О, линейно уменьшается, и чение тока нагрузки становится счет призакрытия транзисторов как О является для регулято напряжением, то одновременно токоотдачи регулятора происхо напряжения на его выходе, а с иа выходе ийитатора,Дальнейший рост тока иагр уменьшению О до уровня сра паратора 6 в коммутаторе 6, Мощность рассеяния на одном регулирующем транзисторе 01 не может, следовательно, пре-Оа 1 к.эвысить значения Р .:О 1чо 1 4 91 ь(+л) Значения опорных напряжений источников 13, - 13 т выбраны таким образом, что при малой величине ошибки Ов О - Ов в линейном ре жиме работает только транзистор 10 а осталь. ные транзисторы.10, - 10 п полностью открыты. Увеличение ошибки Ов сопровождается призакрытием транзистора 1 О,. Когда транзистор 10 лолностью закрывается, начинает приэакрывать5 868924 ся транзистор 10, затем транзистор 10 з и та далее. При любом значении ошибки Оа в активной области находится только один транзистор, а следовательно, суммарная мощность рассеяния на транзисторах 10, - 10 гп практически определяется мощностью потерь на одном нз ннх,6становится равной 263 Вт, т.е. более чем в 5 раз превысит мощность потерь в предлагаемой схе.Таким образом, предлагаемое устройство ха рактернэуется большим КПН, что и определяет предпочтительность его применения перед известным,4 1 К.З5 401 и(И+1) 10 Р = ) =ВОЛЬТ). ЮО 60 ,10(944 ) 30 В известной схеме такая мопеоств будет тояв.ко при и = 99, и е = 1, т;е, общее количество ячеек возрастает более чем в 5 раз. Еслиже в известной схеме сделать тоже количество З 5ячеек ( п = 18 и гп = 1), то мощность потерь В,зависимости от величины ошибки 08 выходной ток регулятора 5 может изменятвся от нуля до величины 1 , как и в известной схеме. Однако в известной схеме максимя. ная мощность потерь равна величине 041 чя; -Х те в п раз бльше чем в предИ 4лагаемом устройстве,(Для того, чтобы в известной схеме мощность потерь снизить до уровня 041, , (П,1) общее число источников постоянного тока дов но равняться величине е(п+1), тогда как в предлагаемой схеме их юлько и+гп. Таким об. разом, уменвшение мопрюсти потерь за счет. увеличения общего числа ячеек в известнои схеме сопровождается существенным усложие з инеи всего устройства. Так, нри 1 к, в = 100 А;04 = 50 В; и = 9 и е = 10 для предлагаемой схемы имеем Формула изобретенияИмитатор солнечной батареи, состоящий иэряда источников постоянного тока, подключен.иых к нагрузке через развязывавшие диоды иэашунтированных управляемыми ключами, ли.нейного регулятора тока, включающего в себяисточник постоянного тока, шунтовый регулирукнний транзистор и раэвязываюпей диод,коммутатора, выполненного из набора пороговых элементов и связанного с управляемымнкляпами, дачика тока и схемы сравнения, со.единеиный с выходами имитатора н датчикатока и входами коммутатора н линейного регулятор тока, о т л и ч а н щ и й с я тем,что, с целью повышения.КМ имитатора, линей.щй регулятор тока разбй; иа однотипныеячейки - регуляторы тока, в цепи управлениякоторых введены операционюде усилители, подключенные одними входамн к источникам опоц.ных напряжений, а другими - ко входу липсного регулятора тока.Источники информации,принятые во внимание. прп экспертизе1, Патент США У 3435328, кл, 323 - 8, 1969,2, Веденеев Г, М. и др. Улучшение энергетических и массогабарнтных показателей нмитато.ров солнечных батарей, Пробл. ды преобразовательной техники, ч. 2, Киев, изд.во АН УССР,1979, с, 160 - 161.ф 1 к) ту Редактор Ю. Ковач Корректор Н, Стец По дписное Филиал ПППЗаказ 8348/79 ВНИИПИ по д 113035, тфф сЦ 111 Составитель В, Полякова Техред М. Рейвес Тираж 678Государственного комитета СССРам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4