Патент на изобретение №2305310

(54) РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

(57) Реферат:

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. Техническим результатом является повышение надежности работы зарядно-разрядного устройства путем обеспечения защиты цепей источника питания и аккумуляторной батареи от коротких замыканий в отдельных ячейках. Регулятор постоянного напряжения содержит 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 разделительным диодом Шоттки введен второй МДП-транзистор с драйвером управления. Дополнительно введено пороговое устройство, вход которого подключен параллельно разделительному диоду Шоттки, а выход – к управляемому входу драйвера управления. 1 ил.

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.

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).

Недостатком известного технического решения является его низкая надежность, обусловленная возможностью выхода регулятора из строя при коротких замыканиях в регулирующих силовых элементах.

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.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности регулятора постоянного напряжения.

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.

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.

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.

Пороговое устройство 7, получив по входу напряжение с диода 5, формирует отпирающий сигнал на вход драйвера 8, который открывает второй МДП-транзистор 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.

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.

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.

Формула изобретения

Регулятор постоянного напряжения, содержащий 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, отличающийся тем, что введены дополнительно пороговое устройство, второй МДП-транзистор с драйвером управления последовательно с разделительным диодом Шоттки, вход порогового устройства подключен параллельно разделительному диоду Шоттки, а выход – к управляемому входу драйвера управления.

РИСУНКИ