PL225509B1 - Układ dzielnika napięcia stałego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ dzielnika napięcia stałego przeznaczony, w szczególności do instalacji w systemach fotowoltaicznych źródeł energii elektrycznej.

W znanym z polskiego zgłoszenia wynalazku P 396839 separowanym prostowniku napięć przemiennych, wejście pierwsze układu połączone jest z anodą diody pierwszej i z końcówką pierwszą szeregowo połączonych rezystorów: pierwszego, drugiego i trzeciego. Wspólny węzeł rezystorów: pierwszego i drugiego połączony jest z katodami diod elektroluminescencyjnych transoptorów: pierwszego i drugiego, których emitery połączone są z bazami bipolarnych tranzystorów: emiter transoptora pierwszego z bazą bipolarnego tranzystora pierwszego, a emiter transoptora drugiego z bazą bipolarnego tranzystora drugiego. Wejście drugie połączone jest z katodą diody drugiej i z końcówką drugą szeregowo połączonych rezystorów: pierwszego, drugiego i trzeciego. Wspólny węzeł rezystorów: drugiego i trzeciego połączony jest z anodami diod elektroluminescencyjnych transoptorów: pierwszego i drugiego, których kolektory połączone są z kolektorami bipolarnych tranzystorów: kolektor transoptora pierwszego z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego, a kolektor transoptora drugiego z kolektorem bipolarnego tranzystora drugiego. Katoda diody pierwszej połączona jest z anodą diody trzeciej i z biegunem dodatnim kondensatora pierwszego, którego biegun ujemny połączony jest z anodą diody drugiej i z katodą diody czwartej. Katoda diody trzeciej połączona jest z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego, a anoda diody czwartej połączona jest z emiterem bipolarnego tranzystora drugiego. Emiter bipolarnego tranzystora pierwszego połączony jest z biegunem dodatnim kondensatora drugiego i z wyjściem dodatnim układu izolowanego prostownika według wynalazku. Kolektor bipolarnego tranzystora drugiego połączony jest z biegunem ujemnym kondensatora drugiego i z wyjściem ujemnym układu.

Znany separowany prostownik napięć przemiennych, dzieląc napięcie wejściowe, wymaga zasilania prądem przemiennym. Dodatkowo ładowanie kondensatorów magazynujących energię elektryczną realizowane jest jedynie w pierwszych dodatnich połówkach przebiegu zasilającego, co powoduje ograniczenie wydajności prądowej układu oraz zwiększa tętnienia napięcia wyjściowego.

Istota układu dzielnika napięcia stałego według wynalazku polega na tym, że wejście dodatnie połączone jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego, z biegunem dodatnim kondensatora pierwszego, z kolektorem tranzystora pierwszego i z kolektorem fototra nzystora transoptora pierwszego. Wejście ujemne połączone jest z końcówką pierwszą rezystora trzeciego, z biegunem ujemnym ko ndensatora drugiego i z emiterem tranzystora drugiego. Katoda diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego połączona jest z biegunem ujemnym kondensatora pierwszego, z anodą diody prostowniczej pierwszej, z katodą diody prostowniczej drugiej, z biegunem dodatnim kondensatora drugiego i z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora trzeciego. Emiter tranzystora pierwszego połączony jest z katodą diody prostowniczej pierwszej, a kolektor fototranzystora transoptora czwartego połączony jest z anodą diody prostowniczej drugiej. Korzystnie jest, gdy pojemność kondensatora pierwszego jest równa pojemności kondensatora drugiego.

Układ dzielnika napięcia stałego według wynalazku pozwala na wydajny pod względem energetycznym podział napięcia wejściowego. Dzięki ciągłemu ładowaniu baterii kondensatorów układ zachowuje dużą wydajność prądową podziału napięcia, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości utrzymania niskiego współczynnika tętnień napięcia wyjściowego. Układ cechuje się przy tym prostą konstrukcją i niskim kosztem wykonania.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy układu dzielnika napięcia stałego. Wejście dodatnie +Uz układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą rezystorów: pierwszego R1 i drugiego R2, z biegunem dodatnim kondensatora pierwszego C1, z kolektorem tranzystora pierwszego T1 i z kolektorem fototranzystora transoptora pierwszego Op1, którego emiter połączony jest z bazą tranzystora pierwszego T1. Wejście ujemne -Uz układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą rezystorów: trzeciego R3 i czwartego R4, z biegunem ujemnym kondensatora drugiego C2 oraz z emiterem tranzystora drugiego T2. Pojemność kondensatora pierwszego C1 jest równa pojemności kondensatora drugiego C2. Końcówka druga rezystora pierwszego R1 połączona jest z końcówką drugą rezystora trzeciego R3 i z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego Op2. Katoda diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego Op2 połączona jest z biegunem ujemnym kondensatora pierwszego C1, z anodą diody prostowniczej pierwszej D1, z katodą diody prostowniczej drugiej D2, z biegunem dodatnim kondensatora drugiego C2 i z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora trzeciego

PL 225 509 B1

Op3. Końcówka druga rezystora drugiego R2 połączona jest z końcówką drugą rezystora czwartego R4 i z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora trzeciego Op3. Wyjście sterujące pierwsze sterownika Us połączone jest z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego Op1. Wyjście sterujące drugie sterownika Us połączone jest z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora czwartego Op4. Wejście sterujące pierwsze sterownika Us połączone jest z kolektorem fototranzystora transoptora drugiego Op2. Wejście sterujące drugie sterownika Us połączone jest z kolektorem fototranzystora transoptora trzeciego Op3. Emiter fototranzystora transoptora drugiego Op2, emiter fototranzystora transoptora trzeciego Op3, katoda diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego Op1, katoda diody elektroluminescencyjnej transoptora czwartego Op4 i wejście ujemne zasilające sterownika Us połączone są z poziomem odniesienia. Emiter tranzystora pierwszego T1 połączony jest z katodą diody prostowniczej pierwszej D1 oraz z wyjściem dodatnim +Uo układu według wynalazku. Baza tranzystora drugiego T2 połączona jest z emiterem fototranzystora transoptora czwartego Op4, którego kolektor połączony jest z kolektorem tranzystora drugiego T2, anodą diody prostowniczej drugiej D2 oraz z wyjściem ujemnym -Uo układu według wynalazku.

Napięcie z wejścia Uz układu według wynalazku zasila szeregowo połączone kondensatory: pierwszy C1 i drugi C2 powodując ciągłe ładowanie każdego z nich do napięcia równego połowie napięcia z wejścia Uz układu. Napięcie stałe dodatnie na biegunie dodatnim kondensatora pierwszego C1 zasila wejście pierwszego klucza tranzystorowego: kolektor tranzystora pierwszego Tl. Napięcie stałe ujemne na biegunie ujemnym kondensatora drugiego C2 zasila wejście drugiego klucza tranzystorowego: emiter tranzystora drugiego T2. Napięcie stałe ujemne na biegunie ujemnym kondensatora pierwszego C1 zasila wejście drugiego klucza diodowego: katoda diody prostowniczej drugiej D2. Napięcie stałe dodatnie na biegunie dodatnim kondensatora drugiego C2 zasila wejście pierwszego klucza diodowego: anoda diody prostowniczej pierwszej D1. W pierwszej fazie działania układu według wynalazku, program sterownika Us ustawia stan logiczny wysoki na wyjście sterujące pierwsze. Stan logiczny wysoki na wyjściu sterującym pierwszym sterownika Us powoduje przepływ prądu przez anodę diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego Op1 do jej katody i dalej do poziomu odniesienia. Przepływ prądu przez diodę elektroluminescencyjną transoptora pierwszego Op1 powoduje jej włączenie i emisję światła, które z kolei powoduje włączenie fototranzystora transoptora pierwszego Op1. Włączony fototranzystor transoptora pierwszego Op1 zaczyna przewodzić prąd płynący od bieguna dodatniego kondensatora pierwszego C1, poprzez fototranzystor transoptora pierwszego Op1 do bazy tranzystora pierwszego T1 i dalej po przejściu przez bazę do emitera tranzystora pierwszego T1 i do wyjścia dodatniego +Uo układu według wynalazku, dalej prąd z wyjścia ujemnego -Uo układu według wynalazku płynie do anody diody prostowniczej drugiej D2 i do jej katody, z której płynie do bieguna ujemnego kondensatora pierwszego C1. Przepływ prądu przez bazę tranzystora pierwszego T1 oraz przez diodę prostowniczą drugą D2 powoduje włączenie tych elementów.

Kondensator pierwszy C1 jest rozładowywany i napięcie na jego zaciskach maleje. Spadek napięcia na kondensatorze pierwszym C1 powoduje proporcjonalny wzrost napięcia na zaciskach kondensatora drugiego C2, który powoduje przepływ prądu z bieguna dodatniego kondensatora drugiego C2 do anody diody elektroluminescencyjnej transoptora trzeciego Op3 i dalej do jej katody, z której prąd płynie do końcówki drugiej rezystora czwartego R4 do jego końcówki pierwszej i do bieguna ujemnego kondensatora drugiego C2. Przepływ prądu przez diodę elektroluminescencyjną transoptora trzeciego Op3 powoduje jej włączenie i emisję światła, które z kolei powoduje włączenie fototranzystora transoptora trzeciego Op3. Włączony fototranzystor transoptora trzeciego Op3 zaczyna przewodzić prąd płynący z wejścia sterującego drugiego sterownika Us przez kolektor fototranzystora transoptora trzeciego Op3 do jego emitera i dalej do poziomu odniesienia. Zarejestrowany przez sterownik Us przepływ prądu na wejściu sterującym drugim, powoduje uruchomienie fragmentu programu sterownika Us, który ustawia stan logiczny niski na wyjście sterujące pierwsze. Stan logiczny niski na wyjściu sterującym pierwszym sterownika Us powoduje przerwanie przepływu prądu przez anodę diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego Op1 do jej katody. Dioda elektroluminescencyjna transoptora pierwszego Op1 zostaje wyłączona a emisja światła zatrzymana, co z kolei powoduje wyłączenie fototranzystora transoptora pierwszego Op1 i dalej tranzystora pierwszego T1 oraz diody prostowniczej drugiej D2. Kondensator pierwszy C1 nie jest rozładowywany i napięcie na jego zaciskach się stabilizuje.

W drugiej fazie działania układu według wynalazku, program sterownika Us ustawia stan logiczny wysoki na wyjście sterujące drugie. Stan logiczny wysoki na wyjściu sterującym drugim sterownika Us powoduje przepływ prądu przez anodę diody elektroluminescencyjnej transoptora czwartego

PL 225 509 B1

Op4 do jej katody i dalej do poziomu odniesienia. Przepływ prądu przez diodę elektroluminescencyjną transoptora czwartego Op4 powoduje jej włączenie i emisję światła, które z kolei powoduje włączenie fototranzystora transoptora czwartego Op4. Włączony fototranzystor transoptora czwartego Op4 zaczyna przewodzić prąd płynący od bieguna dodatniego kondensatora drugiego C2, poprzez anodę diody prostowniczej pierwszej D1 do jej katody i do wyjścia dodatniego +Uo według wynalazku i dalej prąd z wyjścia ujemnego -Uo układu według wynalazku płynie poprzez fototranzystor transoptora czwartego Op4 do bazy tranzystora drugiego T2 i dalej po przejściu przez bazę do emitera tranzystora czwartego T4 do bieguna ujemnego kondensatora drugiego C2. Przepływ prądu przez bazę tranzystora drugiego T2 oraz przez diodę prostowniczą pierwszą D1 powoduje włączenie tych elementów. Kondensator drugi C2 jest rozładowywany i napięcie na jego zaciskach maleje. Spadek napięcia na kondensatorze drugim C2 powoduje proporcjonalny wzrost napięcia na zaciskach kondensatora pierwszego C1, który powoduje przepływ prądu z bieguna dodatniego kondensatora pierwszego C1 do końcówki pierwszej rezystora pierwszego R1, z którego końcówki drugiej prąd wpływa do anody diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego Op2 i dalej do jej katody, z której prąd płynie do bieguna ujemnego kondensatora pierwszego C1.

Przepływ prądu przez diodę elektroluminescencyjną transoptora drugiego Op2 powoduje jej włączenie i emisję światła, które z kolei powoduje włączenie fototranzystora transoptora drugiego Op2. Włączony fototranzystor transoptora drugiego Op2 zaczyna przewodzić prąd płynący z wejścia sterującego pierwszego sterownika Us przez kolektor fototranzystora transoptora drugiego Op2 do jego emitera i dalej do poziomu odniesienia. Zarejestrowany przez sterownik Us przepływ prądu na wejściu sterującym pierwszym, powoduje uruchomienie fragmentu programu sterownika Us, który ustawia stan logiczny niski na wyjście sterujące drugie. Stan logiczny niski na wyjściu sterującym dr ugim sterownika Us powoduje przerwanie przepływu prądu przez anodę diody elektroluminescencyjnej transoptora czwartego Op4 do jej katody. Dioda elektroluminescencyjna transoptora czwartego Op4 zostaje wyłączona, a emisja światła zatrzymana, co z kolei powoduje wyłączenie fototranzystora transoptora czwartego Op4 i dalej tranzystora drugiego T2 oraz diody prostowniczej pierwszej D1. Kondensator drugi C2 nie jest rozładowywany i napięcie na jego zaciskach się stabilizuje. Po zakończeniu drugiej fazy, układ według wynalazku podejmuje działanie fazy pierwszej.

Claims (2)

1. Układ dzielnika napięcia, w którym wejście dodatnie połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego i emiter fototranzystora transoptora pierwszego połączony jest z bazą tranzystora pierwszego oraz kolektor fototranzystora transoptora pierwszego połączony jest z kolektorem tranzystora pierwszego, a wejście ujemne połączone jest z końcówką pierwszą rezystora czwartego, końcówka druga rezystora pierwszego połączona jest z końcówką drugą rezystora trzeciego i z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego, przy czym końcówka druga rezystora drugiego połączona jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora trzeciego, baza tranzystora drugiego połączona jest z emiterem fototranzystora transoptora czwartego, którego kolektor połączony jest z kolektorem tranzystora drugiego i z wyjściem ujemnym, a emiter tranzystora pierwszego połączony jest z wyjściem dodatnim, znamienny tym, że wejście dodatnie (+Uz) połączone jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego (R2), z biegunem dodatnim kondensatora pierwszego (C1), z kolektorem tranzystora pierwszego (T1) i z kolektorem fototranzystora transoptora pierwszego (Op1), a wejście ujemne (-Uz) połączone jest z końcówką pierwszą rezystora trzeciego (R3), z biegunem ujemnym kondensatora drugiego (C2) i z emiterem tranzystora drugiego (T2), zaś katoda diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego (Op2) połączona jest z biegunem ujemnym kondensatora pierwszego (C1), z anodą diody prostowniczej pierwszej (D1), z katodą diody prostowniczej drugiej (D2), z biegunem dodatnim kondensatora drugiego (C2) i z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora trzeciego (Op3), przy czym emiter tranzystora pierwszego (T1) połączony jest z katodą diody prostowniczej pierwszej (D1), a kolektor fototranzystora transoptora czwartego (Op4) połączony jest z anodą diody prostowniczej drugiej (D2).

2. Izolowany układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemność kondensatora pierwszego (C1 ) jest równa pojemności kondensatora drugiego (C2).