RU2305310C2

RU2305310C2 - Constant voltage controller

Info

Publication number: RU2305310C2
Application number: RU2005137602/09A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Константинович Тищенко (RU); Анатолий Константинович Тищенко; Геннадий Давыдович Лившин (RU); Геннадий Давыдович Лившин; Феликс Сергеевич Власов (RU); Феликс Сергеевич Власов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Орбита"; Федеральное Государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Аргон"
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-08-27
Also published as: RU2005137602A

Abstract

FIELD: electric engineering, possible use in autonomous electric supply systems of spacecrafts for supplying power to consumers from limited power supply, such as a solar battery.

SUBSTANCE: in accordance to the invention, constant voltage regulator contains input and output clamps for connecting power supply and load, metal-dielectric-semiconductor transistor, connected in parallel to output clamps, and dividing Schottky diode, installed between same name poles of input and output clamps. Second metal-dielectric-semiconductor transistor with control driver is introduced serially with dividing Schottky diode. Threshold device is introduced additionally, input of which is connected in parallel to dividing Schottky diode, and output - to controlled input of control driver.

EFFECT: increased reliability of operation of charge-discharge device due to ensured protection of power supply circuits and accumulator battery from short circuits in separate cells.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано а автономных системах электроснабжения космических аппаратов для питания потребителей от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in stand-alone power systems for spacecraft to power consumers from a limited power source, such as a solar battery.

Известен регулятор постоянного напряжения, содержащий входные и выходные клеммы, транзистор, подключенный параллельно входным клеммам, конденсатор фильтра, подключенный параллельно выходным клеммам, и разделительный диод, включенный между одноименными полюсами входных и выходных клемм (П.Четти. Проектирование ключевых источников электропитания. Москва: Энергоатомиздат, 1990, стр.202-211).Known DC voltage regulator containing input and output terminals, a transistor connected in parallel to the input terminals, a filter capacitor connected in parallel to the output terminals, and an isolation diode connected between the same poles of the input and output terminals (P. Chetti. Designing key power sources. Moscow: Energoatomizdat, 1990, pp. 202-211).

Недостатком известного технического решения является его низкая надежность, обусловленная возможностью выхода регулятора из строя при коротких замыканиях в регулирующих силовых элементах.A disadvantage of the known technical solution is its low reliability, due to the possibility of failure of the regulator during short circuits in the regulating power elements.

В практике космических технологий для повышения надежности и ресурса регуляторов напряжения используется резервирование регулирующих силовых элементов путем параллельно-последовательного включения. В настоящее время для этих целей используются современные диоды Шоттки и МДП-транзисторы. Однако диоды Шоттки при резервировании обладают в статическом режиме довольно значительными потерями, что для космической энергетики имеет принципиальное значение. В рассматриваемых регуляторах постоянного напряжения возможна простая замена диодов Шоттки на МДП-транзисторы, но при этом усложняется схема управления регулятором и значительно (особенно для высоких напряжений 60...120 В) увеличиваются динамические потери в МДП-транзисторах (в 2-3 раза). Это связано с тем, что диоды у МДП-транзисторов по своей технологии изготовления имеют большее время восстановления, чем диоды Шоттки.In the practice of space technology, to increase the reliability and resource of voltage regulators, redundancy of regulating power elements by parallel-series connection is used. Currently, modern Schottky diodes and MOS transistors are used for these purposes. However, when backing up, Schottky diodes in the static mode have rather significant losses, which is of fundamental importance for space energy. In the considered DC voltage regulators, it is possible to simply replace Schottky diodes with MIS transistors, but the control circuit of the regulator becomes more complicated and the dynamic losses in MIS transistors increase significantly (especially for high voltages of 60 ... 120 V (2-3 times) . This is due to the fact that the diodes of MOS transistors, according to their manufacturing technology, have a longer recovery time than Schottky diodes.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности регулятора постоянного напряжения.The present invention is to increase the reliability of the DC voltage regulator.

Поставленная задача решается тем, что в регуляторе постоянного напряжения, содержащем входные и выходные клеммы для подключения источника питания и нагрузки, МДП-транзистор, подключенный параллельно входным клеммам, конденсатор фильтра, подключенный параллельно выходным клеммам, и разделительный диод Шоттки, включенный между одноименными полюсами входных и выходных клемм, последовательно с указанным диодом Шоттки введены дополнительно второй МДП-транзистор с драйвером управления и пороговое устройство, вход которого подключен параллельно разделительному диоду Шоттки, а выход - к управляемому входу драйвера управления.The problem is solved in that in a DC voltage regulator containing input and output terminals for connecting a power source and load, an MIS transistor connected in parallel to the input terminals, a filter capacitor connected in parallel to the output terminals, and a Schottky isolation diode connected between the input poles of the same name and output terminals, sequentially with the indicated Schottky diode, an additional second MOS transistor with a control driver and a threshold device, the input of which is connected to a pair, are introduced allel to the separation of the Schottky diode and the output - to the control input of the control driver.

На чертеже представлена схема регулятора постоянного напряжения, который содержит входные 1 и 1', выходные 2 и 2' клеммы, первый 3 и второй 4 МДП-транзисторы, разделительный диод Шоттки 5, конденсатор фильтра 6, пороговое устройство 7, драйвер управления 8 второго МДП-транзистора.The drawing shows a diagram of a DC voltage regulator, which contains input 1 and 1 ', output 2 and 2' terminals, the first 3 and second 4 MOS transistors, Schottky isolation diode 5, filter capacitor 6, threshold device 7, control driver 8 of the second MIS transistor.

Регулятор постоянного напряжения является регулятором параллельного типа и работает следующим образом. При подключении ко входным клеммам 1 и 1' источника постоянного напряжения с полярностью, показанной на чертеже, конденсатор фильтра 6 и нагрузка, подключенные к выходным клеммам 2 и 2', получают питание через последовательные диод МДП-транзистора 4 и диод Шоттки 5. Поскольку источник постоянного напряжения является источником ограниченной мощности, напряжение на конденсаторах фильтра будет плавно нарастать и при достижении номинального напряжения ШИМ-модулятор сформирует импульсы отпирания для МДП-транзистора 3, который, открываясь и закрываясь, будет поддерживать номинальное напряжение на нагрузке.The DC voltage regulator is a parallel type regulator and operates as follows. When a DC voltage source with the polarity shown in the drawing is connected to the input terminals 1 and 1 ', the filter capacitor 6 and the load connected to the output terminals 2 and 2' receive power through the serial diodes of the MOS transistor 4 and the Schottky diode 5. Since the source DC voltage is a source of limited power, the voltage across the filter capacitors will gradually increase and when the rated voltage is reached, the PWM modulator will generate unlock pulses for the MOS transistor 3, which, opening and closing When connected, it will maintain the rated voltage at the load.

Пороговое устройство 7, получив по входу напряжение с диода 5, формирует отпирающий сигнал на вход драйвера 8, который открывает второй МДП-транзистор 4.The threshold device 7, having received the voltage from the diode 5 at the input, generates a unlocking signal at the input of the driver 8, which opens the second MOS transistor 4.

Открытый переход МДП-транзистора 4 шунтирует свой собственный диод, обеспечивая незначительное падение напряжения в цепи МДП-транзистора 4. Это падение напряжения на порядок меньше падения напряжения на диоде Шоттки 5, что практически не скажется на кпд преобразования регулятора.An open junction of the MOS transistor 4 shunts its own diode, providing a slight voltage drop in the circuit of the MOS transistor 4. This voltage drop is an order of magnitude smaller than the voltage drop on the Schottky diode 5, which will practically not affect the efficiency of the controller conversion.

При неисправности разделительного диода 5 (в виде короткого замыкания) напряжение на входе порогового устройства 7 отсутствует и пороговое устройство 7 снимает отпирающий сигнал со входа драйвера 8 и МДП-транзистор 4 закрывается. В этом режиме в качестве развязывающего диода выступает внутренний диод МДП-транзистора 4, обеспечивающий работоспособность регулятора. Защита от обрыва диода 5 в таких регуляторах обычно обеспечивается дополнительным параллельным включением диода и транзистора.If the isolation diode 5 (in the form of a short circuit) malfunctions, there is no voltage at the input of the threshold device 7 and the threshold device 7 removes the unlocking signal from the input of the driver 8 and the MOS transistor 4 closes. In this mode, the internal diode of the MOS transistor 4 acts as a decoupling diode, which ensures the operability of the controller. The protection against breakage of the diode 5 in such regulators is usually provided by an additional parallel connection of the diode and the transistor.

Предлагаемое техническое решение регулятора предполагается к использованию в перспективных системах электроснабжения космических аппаратов с повышенным напряжением (40-120 В) и ресурсом работы 15-25 лет.The proposed technical solution of the regulator is supposed to be used in advanced systems of power supply of spacecraft with high voltage (40-120 V) and a working life of 15-25 years.

Claims

A DC voltage regulator containing input and output terminals for connecting a power source and a load, an MIS transistor connected in parallel with the input terminals, a filter capacitor connected in parallel with the output terminals, and a Schottky isolation diode connected between the same poles of the input and output terminals, characterized in that an additional threshold device is introduced, a second MOS transistor with a control driver in series with a Schottky diode, the input of the threshold device is connected in parallel tionary separation Schottky diodes, and the output - to the control input of the control driver.