Имитатор солнечной батареи

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик и 840962г(23 ).Приоритет Опубликовано 23.06,81. Бюллетень М 23 по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 23,06,81(71) Заявите ский радиотехнический инс 54) ИМИТАТОР СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ 2 ч Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобра зования электрической энергии, и может быть использовано при разработке вторичных источников питания.Известен имитатор солнечной батареи содержащий линейный регулятор, датчик тока и функциональный преобразователь, в котором вольт-амперная характеристик солнечной батареи формируется эа счет изменения падения напряжения на линейном регуляторе Ц.Недостатком такого имитатора являет его низкий КПД.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник питающего напряжении, Й дискретных регуляторов выпрямитель, функциональный преобразовательь и нагрузку 2.Недостатком такого типа устройств при использовании их в качестве имитаторов солнечной батареи является наличие в них специального функционального 2преобразователя, что ухудшает их динамические характеристики. Кроме того, возможны перегрузки ячеек, что снижаетнадежность работы устройства.Бель изобретения - повышение быстродействия имитатора, улучшение качествавыходного напряжения и исключение токовых и мошностных перегрузок транзисторов дискретного регулятораПоставленная цель достигается тем,что в известное устройство, содержащее,источник питающего напряжения, элементнагрузки, выпрямитель и Х ячеек дискретных регуляторов, каждая из которыхсодержит два силовых транзистора и трант 5сформатор, средние выводы первичныхобмоток которого объединены и подключены к первому выходу источника питания,введены датчик тока, М источников опорного напряжении и 1 О ячеек линейных ре:гуляторов, каждая из которых содержитоперационный усилитель и регулирующийтранзистор, в каждую из М ячеек дискретных регуляторов дополнительно вве. Ячейки дискретных регуляторов2.12 Й работают синхронно и синфазно.5Регулирующие транзисторы 9.19 йуправляются напряжениями своих опера 10 35 40 45 50 55 3 84 дены два ограничительных диода и шунтирующий диод, катод которого соединен 1 с эммиторами силовых транзисторов, коллекторы которых подключены соответственно к выводам первой и второй первичных обмоток трансформатора, выводы третьей и четвертой первичных обмоток которого подключены соответственно к анодам первого и второго ограничител ных диодов, катоды которых объединены и подключены ко второму выходу источника питающего напряжения, первыйвыход которого соединен с анодом шунтирующего диода, первые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, вторые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, соответствующие выводы первой и второй вторичной обмотки трансформатора первой ячейки дискретных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам выпрямителя, вьиод которого через элемент нагрузки соединен с первым входом датчика тока, второй вход которого подключен к среднему выводу вторичной обмотки трансформатора Й -ой ячейки дискретного регулятора, в каждой из Й ячеек линейных регуляторов выход операционного усилителя подключен к базе регулирующего транзистора, коллекторы которых подклк- чены ко второмувыходу источника питающего напряжения, эммиторы регулирующих транзисторов каждой ячейки линейных регуляторов подключены соответственно к катодам шунтирующих дйодов ячеек дискретных регуляторов, выход датчика тока подключен к первым входам операд ционных усилителей ячеек линейных регуляторов, вторые входы кторых подключены к соответствующим выходам Й источников опорного напряжения.На фиг. 1 показана структурная схема имитатора; на фиг., 2 - и 3 поясняютего работу.Имитатор содержит Й линейных регуляторов 1.3 Х. Й, Й ячеек дискретных регуляторов 2. Х2, И, выпрямитель 3, датчик 4 тока, элемент 5 нагрузки, источник 6 питающего напряжения, М источников опорного напряжения 7. Х7. М, каждый из Й линейных регуляторов содержит операционный усилитель 8;18.Й и регулирующий транзистор 9, Х9. М, каждый из дискретных регуляторов содержит силовые транзисторы 10 и 3.1, трансформатор 12, ограничительные диоды 13, 14, шунтируюший диод 15. ционных усилителей 8.18 М , характеристика вход-выход которых имеет вид,представленный на фиг. 2. При О 8 =0 иЦ = Ой,регулирующий транзистор соотвещественно полностью закрыт или открыт а промежуточному значению О соответ-ствует положение рабочей точки регулирующего транзистора на его линейном участке.При токе нагрузки, равном нулю(3, = Зх =О), все регулирующие тран - зисторы линейных регуляторов открыты и на выходе имитатора напряжение мак симально и Равно О,Х. ВозРастание токанагрузки приводит к увеличению напряжения на выходе датчика тока О результатом чего будет являться уменьшение выходного напряжения операционно го усилителя 8, , опорное напряжение. О 7,1 наименьшее, Это, в свою очередь, повлечет за собой запирание регулирующего транзистора 9.1 и уменьшение питающего напряжения преобразовательной 30 ячейки дискретного регулятора 2. 1., а,следовательно, и уменьшение вьиодного напряжения имитатора. При дальнейшем увеличении тока нагрузки выходное напряжение датчика тока превысит величину Ц 7.1 и ячейка регулятора 2.1 отключится от источника питания (полностьюзакроется транзистор 9.1), а ячейкарегулятора 2,2 будет поддерживать навыходе имитатора необходимую дляданного значения 1 величину выходногонапряжения имитатора и т.д. В случаеуменьшения тока нагрузки будет наблюдаться плавный процесс последовательного подключения преобразовательных ячеек и увеличение выходногофнапряжения.Таким образом видно, что выбором соответствующих значений опорньи напряжений О 7, и коэффициентов усиления.операционных усилителей легко можно получить достаточно точную аппроксимацию заданной вольт-амперной характеристики солнечной батареи (фиг 3) При этом важно подчеркнуть, что при любом режиме работы в активной области может находиться лишь один из регулирующих транзисторов 9, поэтому КПД предлагаемого устройства достаточно высоки не ниже, чем КПД известного устройст5 8400ва. В то же время в предлагаемом устройстве в цепи обратной связи отсутст.вует специальный функциональный преобриюватель, что существенно. улучшаетдинамические . характеристики (быстродействие ) имитатораВ известном устройстве и в предлагаемом имитаторе при выполнении ячеек.по обычным двухтактным или однотактным схемам возможны токовые и мощносчные перегрузки транзисторов преобразовательных ячеек. Так в двухтактныхячейках регулятора 2 (фиг. Х) приимпульсном характере тока нагрузкисердечник трансформатора будет несимметрично перемагничиваться всякий раз,когда нарушается равенствоТ/2 Т, 1 И 1;( -с.,Т/2 20гдеФМ=оо кзтРн) - напряжениевыхода-горегулирующеготранзистора 25Насыщение трансформатора включенной ячейки приводит к резкому возрастанию тока коллектора одного из транзисторов и выходу его в активнуюобласть, что и обуславливает перегрузку З 0ячейки и провал выходного напряжения,а последнее, в свою очередь, приведетк отклонению имитатора от требуемойформы.В ячейках дискретных регуляторовперемагничивание сердечников каждогопреобразователя происходит при напряже:нии Ой, - для рабочего полупериода ипри Од - для нерабочего полупериодаДля каждого из трансформаторов, следова тельно, имеемТ,(2т1 ;(,)ю,-т.т.е. при любых изменениях тока нагрузки,, а, следовательно, и при любых изменениях45О, (3, в нерабочий полупериод происходит полное размагничивание сердечника трансформатора, что и делает невоз:можным его насьпценне в рабочий полу 50период. Этим самым исключается возможность токовой и мощностной перегрузоктранзисторов и провал напряжения на выходе любой из ячеек.Таким образом, изобретение позволяет55улучшить .динамические характеристики,исключить токовые и мощностные перегрузки ячеек, а также улучшить качествовыходного напряжения имитатора солнеч 82 6ной батареи, т.е. повысить надежность работы устройства.формула изобретенияИмитатор солнечной батареи, содержащий источник питающего напряжения, элемент нагрузки, выпрямитель и М ячеек дискретных регуляторов, каждая из которых содержит два силовых транзистора и трансформатор, средние выводы первичных обмоток объединены и подключены к первому выходу источника питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности устройства, в него введены датчик тока, М источников опорного напряжения и И ячеек линейных регуляторов, каждая из которых содержит операционный усилитель и регулирующий транзистор в каждую из й ячеек дискретных регуляторов доцолнительно введены два ограничительных диода и шунтирующий диод, катод которого соединен с эммиторами силовых транзисторов, коллекторы которых подключены соответственно к выводам первой и второй первичных обмоток трансформатора, выводы третьей и четвертой первичных обмоток которого подключены соответственно к анодам первого и второго ограничительных диодов, катоды которых объединены и подключены ко второму выходу источника питающего напряжения, первый выход которого соединен с анодом шунтирующего диода, первые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, вторые вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, соответствующие выводы первой и второй вторич ной обмотки трансформатора первой: ячейки дискретных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам выпрямителя, выход которого через элемент нагрузки соединен с первым входом датчика тока, второй входкоторого подключен к среднему выводу вторичной обмотки трансформатора Й -ой ячейки дискретного регулятора в каждой из Й ячеек линейных регуляторов выход операционного усилителя подключен к .базе регулирующего транзистора, коллекторы которых подключены ко второму выходу источника питающего напряжения, эммиторы регулирующих транзисторов каждой. ячейки линейных регуляторов подключены соответственно к катодам шунтируюших диодов ячеек дискретных регу2. Панфилов Д. И. и др. Зарядное 5устройство со стабилизацией мгновенных значений зарядного тока. - ИзвестияВузов СССР, "Приборостроение", 3.978,% ХХ, с. 52 (прототип). 7 8400 62 8ляторов, выход датчика тока подключен 1. Патент ФРГ % 2052251,к первым входам операционных усилите- кл. 42 щ, 1977.лей ячеек линейных регуляторов, вторыевходы которых подключены к соответсъ.вующим выходам М источников опорногонапряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе ./75 Тираж 745 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13.3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/аз ЯРиг Яу Юефилиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4