Бортовое зарядное устройство

 

Область использование: при разработке высококачественных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения. Сущность изобретения: за счет введения в устройство двух реле, двух логических элементов 4ИЛИ-НЕ, датчика тока силового преобразователя и источника питания собственных нужд в устройстве обеспечивается стабилизация гальванически развязанного напряжения на нагрузке. Подключение источника питания собственных нужд к заряжаемой аккумуляторной батарее обеспечивает защиту от внезапных включений-отключений напряжения питания. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения.

Известно устройство [1] осуществляющее заряд аккумуляторной батареи стабилизированным током с последующим переходом в режим стабилизации напряжения.

Недостатком этого устройства является отсутствие гальванической развязки выходного напряжения и защиты от внезапных включений-отключений напряжения питания.

Наиболее близким техническим решением является устройство [2] обеспечивающее стабилизацию гальванически развязанного напряжения на нагрузке.

Недостатком этого устройства является отсутствие контура стабилизации тока нагрузки и защиты от внезапных включений-отключений напряжения питания.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных свойств.

Поставленная цель достигается тем, в известное устройство, содержащее силовой транзисторный преобразователь, вход которого подключен к источнику питания, а выход через трансформаторно-выпрямительный каскад с выходным фильтром подключен к тяговой аккумуляторной батарее; первый и второй усилители мощности для управления транзисторами силового преобразователя; регулятор напряжения; компаратор; RS-триггер и триггер со счетным входом, введены первое и второе реле, первый выходы катушек которых объединены и подключены к плюсовому выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности, при этом второй вывод катушки первого реле подключен к среднему выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности через нормально замкнутый контакт второго реле, а второй вывод катушки второго подключен к выходу датчика наличия напряжения источника питания, вход которого подключен к входу силового преобразователя; первый и второй логические элементы 4 ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго усилителей мощности, при этом первые входы логических элементов подключены через нормально замкнутый контакт первого реле к среднему выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности, а через нормально открытый контакт этого же реле к положительному выводу этого же источника питания, вторые входы логических элементов подключены к прямому выходу RS-триггер, третьи входы подключены к выходу регулятора напряжения, R-входу RS-триггера и счетному входу второго триггера, прямой выход которого подключен к четвертому входу первого логического элемента, а инверсный выход этого триггера подключен к четвертому входу второго логического элемента; датчик тока силового преобразователя, выход которого через компаратор подключен к S-входу RS-триггера; источник питания собственных нужд, вход которого вместе со входом регулятора напряжения подключен к тяговой аккумуляторной батарее, при этом в источник питания введен токоограничивающий резистор, зашунтированный нормально открытым контактом второго реле.

На чертеже приведена схема устройства.

Бортовое зарядное устройство содержит силовой транзисторный преобразователь 1, вход которого подключен к источнику питания 2, а выхо, через трансформаторно-выпрямительный каскад 3 с выходным фильтром подключен к тяговой аккумуляторной батарее 4; первый 5 и второй 6 усилители мощности для управления транзисторами силового преобразователя 1; регулятор напряжения 7; компаратор 8; RS-триггер 9, второй триггер 10 со счетным входом, первое 11 и второе 12 реле, первые выводы катушек которых объединены и подключены к плюсовому выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности 6, при этом второй выход катушки первого реле 11 подключен к среднему выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности 6 через нормально замкнутый контакт второго реле 12, а второй вывод катушки второго реле 12 подключен к выходу датчика 13 наличия напряжения источника питания 2, вход которого подключен к входу силового преобразователя 1; первый 14 и второй 15 логические элементы 4ИЛИ-НЕ, выходы которых подключен к входам соответственно первого 5 и второго 6 усилителей мощности, при этом первые входы логических элементов подключены через нормально замкнутый контакт первого реле 11 к среднему выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности 6, а через нормально открытый контакт этого же реле к положительному выводу этого же источника питания, вторые входы логических элементы 14, 15 подключены к прямому выходу RS-триггера 9, третьи входы подключены к R-входу RS-триггер 9, выходу регулятора напряжения 7 и счетному входу второго триггера 10, прямой выход которого подключен к четвертому входу первого логического элемента 14, а инверсный выход этого триггера подключен к четвертому входу второго логического элемента 15; датчик тока 16 силового преобразователя 1, выход которого через компаратор 8 подключен к S-входу RS-триггера 9; источник питания 17 собственных нужд, вход которого вместе со входом регулятора напряжения 7 подключен к тяговой аккумуляторной батарее 4, при этом в источник питания 2 введен токоограничивающий резистор 18, зашунтированный нормально открытым контактом второго реле 12.

Устройство работает следующим образом. В установившемся режиме ввиду наличия напряжения на входе силового преобразователя 1 датчик 13 наличия напряжения источника питания 2 поддерживает второе реле 12 во включенному состоянии, то есть токоограничивающий резистор 18 зашунтирован нормально открытым контактом этого реле, а катушка первого реле 11 обесточена. Поэтому на первые входы логических элементов 14, 15 поступает нулевое напряжение, не запрещая тем самым прохождение импульсов от регулятора напряжения 7.

При первоначальном включении в сеть источника питания 2 заряд конденсаторов силового транзисторного преобразователя 1 происходит через токоограничивающий резистор 18, так как датчик 13 наличия напряжения еще не включил второе реле 12. Поэтому первое реле 11 оказывается включенным и блокируют своим нормально открытым контактом прохождение импульсов управления силовым транзисторным преобразователем 1. После того, как конденсаторы силового транзисторного преобразователя 1 зарядятся до полного напряжения, датчик 13 наличия напряжения включает второе реле 12, шунтируя его нормально открытым контактом токоограничивающий резистор 18 и отключая тем самым первое реле 11. Теперь на первые входы первого 14 и второго 15 логических элементов поступает нулевое напряжение, снимая тем самым блокировку прохождения импульсов управления силовым транзисторным преобразователем 1. В начальный момент времени напряжение на выходе RS-триггера 9 тоже равно нулю, так как ток еще не нарос до своего предельного значения. Регулятор напряжения 7 вырабатывает последовательность импульсов, при высоком потенциале которых происходит переброс второго триггера 10 в противоположное состояние и осуществляется так называемая гарантированная пауза, то есть запрет включения транзисторов силового преобразователя 1. При низком потенциале на выходе регулятора напряжения 7 включается, например,через первый усилитель мощности 5, верхний транзистор силового преобразователя 1. В первичной обмотке трансформатора начинает нарастать ток. Если напряжение заряжаемой тяговой аккумуляторной батареи 4 таково, что величина этого тока достигнет предельного значения, то сработает компаратор 8 и на выходе RS-триггер 9 установится высокий потенциал, в результате чего первый усилитель мощности 5, а следовательно, и силовой транзистор, будут отключены. Ток начнет уменьшаться, но RS-триггер 9 останется в прежнем положении до тех пор, пока не будет переключен передним фронтом очередного импульса регулятора напряжения 7. При этом сменится также и состояние второго триггера 10, что приведет к включению второго усилителя мощности 6 и нижнего транзистора силового преобразователя 1. Ток в первичной обмотке трансформаторно-выпрямительного каскада 3 снизится до нуля и начнет возрастать в противоположном направлении. Когда он достигнет предельного значения, вновь сработает компаратор 8 и отключит тем самым усилитель мощности 6. Далее процесс повторяется, обеспечивая заряд аккумуляторной батареи 4 стабильным током.

Если напряжение аккумуляторной батареи 4 уже достигло такого значения, что ток в первичной обмотке трансформаторно-выпрямительного каскада 3 не нарастает до предельного значения, то срабатывания компаратора 8 не происходит и длительность включенного состояния транзисторов силового преобразователя 1 определяется только регулятором напряжения 7.

Внезапное отключение и включение сетевого напряжения никак не отражается на алгоритме работы бортового зарядного устройства, так как источник питания 17 собственных нужд подключен к заряжаемой аккумуляторной батарее 4.

Формула изобретения

Бортовое зарядное устройство, содержащее силовой транзисторный преобразователь, вход которого подключен к источнику питания, а выход через трансформаторно-выпрямительный каскад с выходным фильтром подключен к тяговой аккумуляторной батарее, первый и второй усилители мощности для управления транзисторами силового преобразователя, регулятор напряжения, компаратор, RS-триггер и триггер со счетным входом, отличающееся тем, что в него введены первое и второе реле, первые выводы катушек которых объединены и подключены к плюсовому выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности, при этом второй вывод катушки первого реле подключен к среднему выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности через нормально замкнутый контакт второго реле, а второй вывод катушки второго реле подключен к выходу датчика наличия напряжения источника питания, вход которого подключен к входу силового преобразователя, первый и второй логические элементы 4ИЛИ НЕ, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго усилителей мощности, при этом первые входы логических элементов 4ИЛИ НЕ подключены через нормально замкнутый контакт первого реле к среднему выводу внутреннего источника питания второго усилителя мощности, а через нормально открытый контакт этого же реле - к положительному выводу этого же источника питания, вторые входы логических элементов 4ИЛИ НЕ подключены к прямому выходу RS-триггера, третьи входы к выходу регулятора напряжения, R-входу RS-триггера и счетному входу второго триггера, прямой выход которого подключен к четвертому входу первого логического элемента 4ИЛИ НЕ, а инверсный выход этого триггера подключен к четвертому входу второго логического элемента 4ИЛИ НЕ, датчик тока силового преобразователя, выход которого через компаратор подключен к S-входу RS-триггера, источник питания собственных нужд, вход которого вместе с входом регулятора напряжения подключен к тяговой аккомуляторной батарее, при этом в источник питания введен токоограничивающий резистор, зашунтированный нормально открытым контактом второго реле.

РИСУНКИ

Рисунок 1