RU156797U1 - Разрядное устройство аккумуляторной батареи - Google Patents

Abstract

Разрядное устройство аккумуляторной батареи, содержащее многофазный повышающий преобразователь со стабилизацией входного тока, выход которого через фильтр связан с разрядной нагрузкой, датчик входного тока в каждой фазе, схему сравнения сигналов датчика тока с опорным сигналом тока, ШИМ-контроллер, на вход которого поступают сигналы рассогласования по току, а выходы соединены с драйверами ключей соответствующих фаз преобразователя, отличающееся тем, что оно содержит компаратор напряжения, сравнивающий входное напряжение с пороговым уровнем, выход указанного компаратора соединен с блоком задания опорного напряжения, соединенного с входом релейного регулятора выходного напряжения, связанного с разрядной нагрузкой и с выходом фильтра, при этом блок задания опорного напряжения выполнен с возможностью переключения на разные уровни опорного напряжения в зависимости от диапазона входного напряжения, поступающего на вход повышающего преобразователя, а блок разрядной нагрузки выполнен в виде последовательно соединенных транзисторного ключа и рассеивающего сопротивления.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к разрядному устройству аккумуляторной батареи на основе высокочастотных преобразователей, используемому в системах подготовки аккумуляторных батарей. Главное требование к таким разрядным устройствам - обеспечение постоянного стабилизированного тока в широком диапазоне входных напряжений.

Известно устройство управления разрядным блоком по патенту РФ №2327268, содержащее блок регулируемого источника постоянного тока на основе повышающего ШИМ преобразователя, в котором стабилизация разрядного тока осуществляется с помощью сигнала с датчика тока, поступающего в блок управления. По результатам сравнения полученного сигнала с заданной величиной блок управления изменяет время открытого состояния силового элемента в повышающем преобразователе, за счет соответствующего сигнала управления к блоку ШИМ.

Известно также управление разрядным блоком в зарядно-разрядном устройстве по патенту на полезную модель №103427. Источник регулируемого разрядного тока разрядной цепи выполнен в виде трех параллельных модулей повышающего преобразователя, каждый из которых содержит два канала повышающих преобразователей, соединенного с силовым ключом блока защитного мгновенного отключения, и далее, через датчик тока и блок дросселей - с блоком подключения аккумуляторной батареи. Три модуля повышающего преобразователя образуют высокочастотный 6-канальный регулируемый преобразователь повышающего типа, стабилизирующий разрядный ток посредством ШИМ-преобразования, с синхронизацией от внешнего источника синхронизирующих импульсов, входящего в состав блока управления. Выход указанного повышающего преобразователя соединен через выходной фильтр с блоком разрядной нагрузки, в данном случае с ведомым инвертором для рекуперации энергии в питающую сеть.

При изменении стабилизируемого тока с помощью обратной связи и ШИМ получают управляющий сигнал, у которого длительность импульсов на фиксированной частоте изменяется таким образом, что ток остается стабильным с определенной степенью точности.

Для таких разрядных устройств основным условием является стабилизация входного тока, а выходное напряжение, поддерживаемое на выходе фильтра не столь важно, оно только должно быть больше входного напряжения. При этом для построения широкодиапазонных многофазных систем на основе повышающего преобразователя со стабилизацией входного тока и со стабильным выходным напряжением необходима синхронизация ШИМ-контроллеров каждой из фаз внешним импульсом синхронизации длительностью 1,5 мкс. Особенностью применения ШИМ-контроллеров, например, серии UCx846, является то, что длительность бестоковой паузы, формируемой в нем, определяется длительностью импульса синхронизации. Со снижением входного напряжения, относительная длительность импульсов управления γ, определяемая как γ=(1-Uвх/Uвых), стремится к 1. На частоте синхронизации 50 кГц, при длительности импульса синхронизации в 1,5 мкс, невозможно обеспечить γ больше, чем 0,925. Для выходного напряжения Uвых=180 В минимальное значение напряжения Uвх при максимальном γ составляет U_вх=(1-γ)U_вых=(1-0,925)·180 В =13,55. Однако, в разрядных устройствах, а также в устройствах имитации аккумуляторной батареи, используемых, например, для наземных испытаний систем электроснабжения космических аппаратов, часто возникает потребность в работе преобразователя при сравнительно низких входных напряжениях (от 5 В), при неизменных уровнях выходного напряжения, например в 180 В, при этом обеспечивая стабилизацию входного тока.

В связи с этим, задачей полезной модели является расширение диапазона входных напряжений в сторону низких значений, обеспечивая при этом стабилизацию входного тока, с помощью простой и недорогой схемы.

Поставленная задача решается тем, что в разрядное устройство аккумуляторной батареи, содержащее многофазный повышающий преобразователь со стабилизацией входного тока, выход которого через фильтр связан с блоком разрядной нагрузки, датчик входного тока в каждой фазе, схему сравнения сигналов датчика тока с опорным сигналом тока, ШИМ-контроллер, на вход которого поступают сигналы рассогласования по току, а выходы соединены с драйверами ключей соответствующих фаз преобразователя, введен компаратор напряжения, сравнивающий входное напряжение с пороговым уровнем, выход указанного компаратора соединен с блоком задания опорного уровня выходного напряжения, поступающего на вход релейного регулятора выходного напряжения, вход которого соединен с указанным блоком задания опорного напряжения, а выход - с блоком разрядной нагрузки и с выходом фильтра. При этом блок задания опорного напряжения выполнен с возможностью переключения на разные уровни опорного напряжения, задающие максимальную величину выходного напряжения, регулируемого релейным регулятором, в зависимости от диапазонов входного напряжения, а блок разрядной нагрузки выполнен в виде последовательно соединенных транзисторного ключа и рассеивающего сопротивления.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, введенный компаратор сравнивает с пороговой величиной сигнал входного напряжения, и когда входное напряжение имеет величину ниже установленного порогового уровня, устройство задания порогового уровня напряжения переключается на более низкое значение опорного уровня выходного напряжения, и этот опорный уровень для выходного напряжения преобразователя передается в релейный регулятор выходного напряжения. Т.е. уровень опорного напряжения для регулирования выходного напряжения разрядного устройства зависит от диапазона входного напряжения.

Далее сущность заявляемого устройства поясняется с помощью рисунка, на котором схематически представлена схема разрядного устройства со стабилизацией входного тока.

Разрядное устройство аккумуляторной батареи содержит блок разрядной нагрузки 1, многофазный повышающий преобразователь со стабилизацией тока, каждая из фаз которого (2-1 - 2-n) сдвинута по управлению на 360/n эл. градусов друг относительно друга, где n - число фаз. На рисунке блок повышающих преобразователей показан для одной из фаз. В каждом блоке повышающих преобразователей имеется непосредственно повышающий преобразователь 3, управляемый ШИМ-контроллером 4. В составе ШИМ-контроллера 4 имеется усилитель сигнала рассогласования текущих сигналов с датчика тока 5 с уставкой по току Уст. I. Выходы блоков повышающих преобразователей соединены с общим фильтром 6, выход фильтра соединен с блоком разрядной нагрузки 1, а также с релейным регулятором выходного напряжения 7. На компаратор 8 поступает сигнал входного напряжения и сигнал установленного порогового уровня Uпорог. Выход компаратора 8 соединен с блоком задания уровня опорного напряжения 9, выход которого соединен с релейным регулятором выходного напряжения 7.

Далее описана работа устройства для одной фазы повышающего преобразователя 2-1. При работе, повышающий преобразователь начинает выполнять преобразование входного постоянного напряжения, которое через фильтр 6 подается к блоку разрядной нагрузки 1. Блок разрядной нагрузки 1 представляет собой последовательно соединенные транзисторный ключ 10 и рассеивающий резистор 11. Основная функция релейного регулятора выходного напряжения 7 - поддерживать напряжение на выходе повышающего преобразователя 2 (на выходе фильтра 6). При достижении уровня напряжения на фильтре 6 величины опорного напряжения регулятора выходного напряжения 7, включается транзистор 10 блок разрядной нагрузки 1, подключая сопротивление 11 к выходу фильтра. При снижении напряжения на выходе фильтра 6 ниже этого опорного уровня, величина которого задается глубиной гистерезиса, транзистор отключается. Таким образом, на выходе фильтра поддерживается напряжение в диапазоне, заданном опорным напряжением с блока 9 и глубиной гистерезиса регулятора 7. Сигналы текущих значений входного тока с датчика тока 5 поступают в ШИМ-контроллер 4, где усиливается их рассогласование с уставкой по току Уст. I. В составе ШИМ-контроллера 4 при этом работает внутренний генератор пилообразного напряжения, синхронизируемый внешним импульсом синхронизации. Пока величина входного напряжения остается в диапазоне выше заданного порогового уровня Uпорог., например 15 В, с выхода компаратора 8 приходит сигнал в блок задания уровня опорного напряжения 9, соответствующий первому опорному уровню напряжения релейного регулятора 7. Если величина входного напряжения падает ниже Uпорог., с выхода компаратора 8 в блок задания уровня опорного напряжения 9 поступает сигнал, соответствующий пониженному опорному уровню напряжения регулятора. Сигнал опорного уровня напряжения поступает в релейный регулятор выходного напряжения 7. Регулятор на основании поступившего сигнала опорного уровня понижает величину напряжения на выходе повышающего преобразователя 3 (выходе фильтра 6), до величины, задаваемой сигналом опорного уровня, поступившего с блока задания опорного уровня 9. Снижение уровня напряжения на выходе повышающего преобразователя 3 позволяет получить требуемую величину коэффициента заполнения γ. Таким образом, с помощью изменения уровня выходного напряжения, обеспечиваемого релейным регулятором, расширяется диапазон входных напряжений, при котором возможна стабилизация тока. Кроме того, нет необходимости изменять, величину рассеивающего сопротивления в блоке разрядной нагрузки, т.к. его величины хватает для сброса энергии заряда за счет понижения выходного напряжения повышающего преобразователя.

Claims (1)

1. Разрядное устройство аккумуляторной батареи, содержащее многофазный повышающий преобразователь со стабилизацией входного тока, выход которого через фильтр связан с разрядной нагрузкой, датчик входного тока в каждой фазе, схему сравнения сигналов датчика тока с опорным сигналом тока, ШИМ-контроллер, на вход которого поступают сигналы рассогласования по току, а выходы соединены с драйверами ключей соответствующих фаз преобразователя, отличающееся тем, что оно содержит компаратор напряжения, сравнивающий входное напряжение с пороговым уровнем, выход указанного компаратора соединен с блоком задания опорного напряжения, соединенного с входом релейного регулятора выходного напряжения, связанного с разрядной нагрузкой и с выходом фильтра, при этом блок задания опорного напряжения выполнен с возможностью переключения на разные уровни опорного напряжения в зависимости от диапазона входного напряжения, поступающего на вход повышающего преобразователя, а блок разрядной нагрузки выполнен в виде последовательно соединенных транзисторного ключа и рассеивающего сопротивления.

   

Images