Устройство имитации вольт-амперной характеристики солнечной батареи
Устройство имитации вольтамперной характеристики солнечной батареи относится к электротехнике и может использоваться при проведении автономных и комплексных испытаний энергопреобразующей аппаратуры на базе первичных источников питания в виде солнечных батарей. Задача полезной модели - упрощение схемы имитации ВАХ солнечной батареи за счет устранения разрядного и зарядного блоков с сохранением высокого КПД и повышенной точности воспроизведения статических и динамических характеристик солнечной батареи. Устройство имитации вольтамперной характеристики солнечной батареи по заявляемой полезной модели содержит: источник напряжения постоянного тока, источник постоянного тока; блок резисторов, включающий переменные резисторы, имитирующие внутреннее сопротивление солнечной батареи; нелинейный блок, образованный параллельно-последовательно включенными диодами; блок конденсаторов для имитации выходной емкости солнечной батареи, а также модуль вольтдобавки, включенный между источником напряжения и источником тока. При этом нелинейный блок соединен параллельно источнику напряжения через блок резисторов и первый развязывающий диод. В устройство введен модуль стабилизации напряжения, компаратор, управляемый транзисторный ключ и датчик тока. При этом модуль стабилизации напряжения подсоединен последовательно с источником напряжения и модулем вольтодобавки, ключевой транзисторный элемент соединен параллельно модулю вольтодобавки через отсекающий диод, а его управляющий вход связан с компаратором, который, в свою очередь, соединен с датчиком тока, связанным с входом модуля вольтодобавки, и, через второй развязывающий диод и указанный блок резисторов, - с выходом источника постоянного тока.
Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к устройствам имитации основных технических характеристик солнечной батареи. Может использоваться при проведении автономных и комплексных испытаний энергопреобразующей аппаратуры на базе первичных источников в виде солнечных батарей.
Общей практикой для имитации солнечной батареи является использование источника постоянного тока, и такая практика имеет успех, когда напряжение батареи ограничивается до максимальной величины примерно 0,4 В на одну ячейку. При этих условиях токовый выход может легко программироваться для имитации заданной характеристики батареи. Однако эта процедура не дает адекватного результата, например, на спутниках, использующих регуляторы, работающие в очень широком диапазоне напряжений солнечных батарей. Кроме того, испытания систем электроснабжения, использующихся в настоящее время на летательных аппаратах, требуют более точной имитации вольтамперной характеристики (далее ВАХ) солнечной батареи.
Известны устройства со специальной выходной характеристикой, используемые как имитаторы солнечных батарей (SU 818184, RU 2027217). Эти устройства выполнены на основе преобразовательных ячеек - автономных стабилизаторов тока, соединенных входами с выводами для подключения источника питания, выходы всех ячеек зашунтированы транзисторами и подключены через развязывающие диоды к выводам для подключения нагрузки.
Недостатки указанных устройств обусловлены несовпадением структурной схемы силовой части с эквивалентной схемой реальной солнечной батареи, что приводит к несовпадению статической и динамической ВАХ. Отсутствие участка нелинейного сопряжения тока и напряжения не обеспечивает необходимой точности воспроизведения ВАХ, максимально приближенной к ВАХ реальной солнечной батареи.
Известно также устройство имитации вольтамперной характеристики солнечной батареи по патенту US 3325723. Устройство представляет эквивалентную схему одной ячейки солнечной батареи, и состоит из источника постоянного тока, с параллельно подключенными резисторами, имитирующими внутреннее сопротивление солнечной батареи, и переменной емкостью, имитирующей емкость p-n перехода диода. Кроме того, устройство содержит нелинейный блок, подключенный параллельно с указанными резисторами и емкостью, состоящий из параллельно-последовательно включенных диодов и переключателя для управления числом диодов, включенных в цепь. Нелинейный блок в данном устройстве аппроксимирует нелинейный участок ВАХ солнечной батареи. Путем соответствующего выбора элементов схемы и величин переменных элементов, можно
имитировать вольтамперные характеристики с учетом таких факторов как освещенность, температура и ориентация батареи, а также число ячеек в батарее.
Недостатками указанного устройства является большая мощность, рассеиваемая нелинейным блоком (особенно в режиме холостого хода), а также ошибка формирования наклона ВАХ на участке напряжения. Наклон на участке напряжения определяется резистором, имитирующим внутреннее сопротивление солнечной батареи, однако, реально к нему прибавляется дифференциальное сопротивление прямосмещенных диодов нелинейного блока.
Наиболее близким к заявляемому является устройство имитации ВАХ солнечной батареи по полезной модели № 50014. Устройство содержит источник напряжения постоянного тока, источник постоянного тока; блок резисторов, включающий переменные резисторы, имитирующие внутреннее сопротивление солнечной батареи; нелинейный блок, образованный параллельно-последовательно включенными диодами; блок конденсаторов для имитации выходного сопротивления солнечной батареи; разрядный и зарядный модули, связанные с выходом источника напряжения постоянного тока, и включенные параллельно нелинейному элементу через первый развязывающий диод, и последовательно с блоком резисторов через второй развязывающий диод; блок фильтра, включенный параллельно источнику напряжения через указанные разрядный и зарядный модули; а также модуль вольтдобавки, включенный между источником напряжения и источником тока. При этом нелинейный блок соединен параллельно источнику напряжения через блок резисторов и второй развязывающий диод, блок конденсаторов включен параллельно источнику тока, а блок резисторов одним концом соединен с выходом источника постоянного тока, а другим - с блоком фильтра через первый и второй развязывающие диоды.
Принцип действия имитатора вольтамперной характеристики солнечной батареи основан на параметрическом формировании ее ВАХ с улучшенными динамическими характеристиками.
Схема обладает высоким КПД и повышенной точностью воспроизведения статических и динамических характеристик солнечной батареи.
Недостатком указанного устройства является сложность структурной схемы.
Задача полезной модели - упрощение схемы имитации ВАХ солнечной батареи за счет устранения разрядного и зарядного блоков с сохранением высокого КПД и повышенной точности воспроизведения статических и динамических характеристик солнечной батареи.
Устройство имитации вольтамперной характеристики солнечной батареи по заявляемой полезной модели, так же как и прототип, содержит: источник напряжения постоянного тока, источник постоянного тока; блок резисторов, включающий переменные резисторы, имитирующие внутреннее сопротивление солнечной батареи; нелинейный блок, образованный параллельно-последовательно включенными диодами; блок конденсаторов для имитации выходной емкости солнечной батареи; и модуль вольтдобавки, включенный между источником напряжения и источником тока. При этом нелинейный блок соединен параллельно источнику напряжения через блок резисторов и первый развязывающий диод. В отличие от прототипа, в устройство введен модуль стабилизации напряжения, компаратор, управляемый транзисторный ключ и датчик тока. При этом модуль стабилизации напряжения подсоединен последовательно с источником напряжения и модулем вольтодобавки, ключевой транзисторный элемент соединен параллельно модулю вольтодобавки через отсекающий диод, а его управляющий вход связан с компаратором, который, в свою очередь, соединен с датчиком тока, связанным с входом модуля вольтодобавки, и, через второй развязывающий диод и указанный блок резисторов, - с выходом источника постоянного тока.
Принцип действия имитатора вольтамперной характеристики солнечной батареи основан на параметрическом формировании ее ВАХ с улучшенными статическими и динамическими характеристиками.
Далее принцип действия и отличительные особенности имитатора поясняются с помощью рисунков, на которых представлено:
На Фиг.1 - типичная вольтамперная характеристика имитатора солнечной батареи;
На Фиг.2 - блок-схема устройства имитации ВАХ солнечной батареи по данной полезной модели.
Устройство имитации ВАХ солнечной батареи состоит из источника постоянного напряжения, включающего выпрямитель 1, выход которого подключен к блоку конвертора 2, состоящего из конвертора 3 и фильтра конвертора 4. К одному из выходов блока конвертора 2 подключен нелинейный блок 5, выход которого, через первый развязывающий диод VD1 блока диодов 12 и блок резисторов 6 связан с выходом стабилизатора тока 7. К этому же выходу блока конвертора 2 подключен модуль стабилизации напряжения 8, последовательно с которым подключен модуль вольтодобавки 9, соединенный со стабилизатором тока 7 источника тока. Модуль вольтодобавки 9 зашунтирован цепочкой, содержащей ключевой транзисторный элемент 10 и отсекающий диод 15. Управляющий вход ключевого транзисторного элемента 10 соединен с компаратором 11, вход которого связан с выходом датчика тока 13,
соединенного с блоком резисторов 6 через первый и второй развязывающие диоды VD1 и VD2. Датчик тока 13 соединен также с отсекающим диодом 15 шунтирующей цепочки. Источник постоянного тока, представляющий собой стабилизатор тока 7, подключен к блоку резисторов 6. Блок резисторов 6 состоит из резисторов RП и RШ . Параллельно резистору RШ блока резисторов 6 подключен блок конденсаторов 14, выходы которого являются выходами устройства.
Устройство работает следующим образом.
Питание от сети поступает на входной выпрямитель 1, выходное напряжение 500В которого поступает в блок конвертора 2 с изолированным выходом. С выхода конвертора 3, через фильтр конвертора 4, стабилизированное напряжение U0 через модуль стабилизации напряжения 8 поступает на модуль вольтдобавки 9. Модуль вольтодобавки 9 напряжением UВД компенсирует потери в стабилизаторе тока 7, отсекающем диоде 15, Rп, и потери из-за 
преобразователей. Модуль стабилизатора тока I КЗ обеспечивает регулирование и стабилизацию тока I КЗ короткого замыкания ИБС. Далее стабилизированный ток IКЗ поступает на блок резисторов и блок конденсаторов 14. Блок резисторов 6 состоит из резисторов R П и RШ. Величиной резистора R Ш задается наклон на участке тока (участок а). Резистор RП задает наклон на участке напряжения (участок b). Конфигурация нелинейного перехода (участок с) между участками напряжения и тока определяется соответствующим набором диодов нелинейного элемента 5. Блок конденсаторов 14 имитирует выходную емкость реальной солнечной батареи.
С целью предотвращения недопустимого повышения напряжения на модуле стабилизации напряжения 8 выше номинального в режиме работы ИБС на участке напряжения (участок b), введен ключевой транзисторный элемент 10, который одной стороной подключен к входу модуля вольтодобавки 9 через отсекающий диод 15, а второй стороной - к выходу модуля вольтодобавки 9. Датчик тока 13 включен в цепи диода VD2, соединен с компаратором 11. Компаратор установлен на пороговое значение I ПОР. При достижении этого значения, сигналом с компаратора 11 ключ 10 замыкается, исключая недопустимое повышение напряжения в модуле стабилизации напряжения 8.
Устройство для имитации вольт-амперной характеристики (ВАХ) солнечной батареи (СБ), содержащее источник напряжения постоянного тока, источник постоянного тока, блок резисторов, включающий переменные резисторы, имитирующие внутреннее сопротивление солнечной батареи; нелинейный блок, образованный параллельно-последовательно включенными диодами, блок конденсаторов для имитации выходной емкости солнечной батареи; модуль вольтодобавки, включенный между источником напряжения и источником тока, при этом нелинейный блок соединен параллельно источнику напряжения через блок резисторов и первый развязывающий диод, блок конденсаторов включен параллельно источнику тока, отличающееся тем, что в него введены модуль стабилизации напряжения, а также управляемый транзисторный ключевой элемент, компаратор и датчик тока, при этом модуль стабилизации напряжения подсоединен последовательно с источником напряжения и модулем вольтодобавки, ключевой транзисторный элемент подсоединен параллельно модулю вольтодобавки через диод, а его управляющий вход связан с компаратором, который, в свою очередь, соединен с датчиком тока, связанным с входом модуля вольтодобавки, и через второй развязывающий диод и блок резисторов - с выходом источника постоянного тока.
