Устройство для заряда накопителя энергии

 

Изобретение относится к устройствам для заряда аккумуляторных батарей от сети через преобразователи и может быть использовано для заряда накопителей энергии в различных устройствах автоматики и вычислительной техники. Технический результат - расширение функциональных возможностей, заключающееся в том, что устройство работает в буферном режиме, при этом позволяет определить наличие или отсутствие аккумулятора в цепи заряда, а также исключить возможность появления отрицательного напряжения на выходе в случае переполюсовки при установке аккумулятора. Устройство содержит преобразователь постоянного тока, входом подключенный к источнику напряжения, а выходом - к первому входу ключевого элемента и к входу генератора импульсов управления зарядом, выход которого подключен к управляющему входу блока определения наличия аккумулятора, выход и второй вход которого соединены соответственно с вторым входом и с выходом ключевого элемента. Выход ключевого элемента через диод подключен к выходному фильтру, а через выключатель - к положительному полюсу аккумулятора и к входу схемы индикации переполюсовки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для заряда аккумуляторных батарей от сети через преобразователи и может быть использовано для заряда накопителей энергии в различных устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известны устройства для заряда накопителя энергии, например зарядное устройство для аккумуляторной батареи, содержащее выпрямитель, датчик тока, корректирующую цепь, выполненную в виде цепи отрицательной обратной связи, состоящей из диода и резистора, компаратор напряжения, клеммы для подключения аккумуляторной батареи, стабилизатор тока и источник опорного напряжения, при этом первый силовой вывод датчика тока соединен с клеммой подключения отрицательного полюса аккумуляторной батареи, а второй силовой и один потенциальный выводы соединены с общей точкой устройства, силовой ввод стабилизатора тока соединен с клеммой подключения положительного полюса аккумуляторной батареи, а аналоговый вход отрицательной обратной связи соединен с другим потенциальным выводом датчика тока, выход компаратора напряжения подключен к цифровому входу управления стабилизатора тока, а один из входов соединен с клеммой подключения положительного полюса аккумуляторной батареи, а общий измерительный провод подключен к второму потенциальному выходу датчика тока, один вход источника опорного напряжения соединен с выпрямителем, а другой вход подключен к второму потенциальному выходу датчика тока, а выход источника опорного напряжения соединен с другим выходом компаратора напряжения, один вывод диода соединен с выходом источника опорного напряжения, а другой вывод через резистор подключен к выходу компаратора напряжения [1].

Известно также устройство для заряда накопителя энергии, содержащее источник питания, статический преобразователь постоянного напряжения в переменное с ключевыми элементами, выходным трансформатором, задающим генератором с ключевыми элементами и трансформатором с дополнительной обмоткой, выпрямитель, дроссель, включенный между выходным трансформатором преобразователя и выпрямителем, датчик тока заряда, включенный между выпрямителем и накопителем, времязадающую цепочку в виде транзистора и конденсатора, подключенного к выводам базовых обмоток трансформатора задающего генератора, а коллектор и эмиттер транзистора времязадающей цепочки включены в диагональ выпрямительного моста, другая диагональ которого подключена соответственно к базе одного из транзисторов задающего генератора и к одному из выводов дополнительной обмотки трансформатора задающего генератора, второй вывод которого соединен с базой другого транзистора задающего генератора [2].

Недостаток описанных устройств заключается в том, что они не предназначены для работы в буферном режиме, что бывает необходимо, например, при работе с удаленным объектом, когда в случае отсутствия напряжения от источника питания необходимо оперативно перейти на резервное питание от аккумуляторной батареи. При этом необходимо иметь оперативную информацию о наличии или отсутствии аккумулятора на удаленном объекте и в случае каких-либо неполадок произвести ремонт или установку нового аккумулятора.

При создании изобретения стояла задача разработки надежного зарядного устройства, которое позволяло бы при напряжении питания, равном напряжению аккумулятора при работе в буферном режиме, определять наличие или отсутствие аккумулятора в цепи заряда, а также исключить возможность переполюсовки при установке аккумулятора.

Описанная задача решается за счет того, что в устройство для заряда накопителя энергии, содержащее преобразователь постоянного напряжения, подключенный к источнику питания, и выходной фильтр, введены ключевой элемент, генератор импульсов управления зарядом, блок определения наличия аккумулятора, схема индикации переполюсовки, диод и резисторы, причем выход преобразователя постоянного напряжения соединен с первым входом ключевого элемента и с входом генератора импульсов управления зарядом, выход которого подключен к управляющему входу блока определения наличия аккумулятора, выходом соединенного с вторым входом ключевого элемента, выход которого подключен к второму входу блока определения наличия аккумулятора, к аноду диода и к одному из выводов первого резистора, а через выключатель - к положительной клемме аккумулятора и к входу схемы индикации переполюсовки, катод диода подключен к входу выходного фильтра и к одному из выводов второго резистора, второй вывод первого резистора, второй вывод второго резистора и отрицательная клемма аккумулятора подключены к общему проводу. При этом блок определения наличия аккумулятора содержит транзистор, второй и третий диоды, третий, четвертый и пятый резисторы, конденсатор и соединенные последовательно элемент И-НЕ и инвертор, выход инвертора через третий резистор соединен с базой транзистора, коллектор которого является выходом блока определения наличия аккумулятора, первый вход элемента И-НЕ является управляющим входом блока определения наличия аккумулятора, аноды второго и третьего диодов соединены с одним из выводов четвертого резистора и с одним из выводов конденсатора, катод второго диода соединен с вторым входом элемента И-НЕ и с одним выводом пятого резистора, второй вывод которого, второй вывод конденсатора и эмиттер транзистора подключены к общему проводу, катод третьего диода соединен с вторым выводом четвертого резистора, точка соединения которых является вторым входом блока определения наличия аккумулятора.

Таким образом, за счет введения в устройство ключевого элемента, генератора импульсов управления зарядом, блока определения наличия аккумулятора, заряд аккумулятора осуществляется не постоянно, а в ключевом режиме, при этом имеется возможность определить наличие или отсутствие аккумулятора, работающего в буферном режиме, а наличие в схеме диода, включенного между ключевым элементом и выходным фильтром, позволяет исключить возможность появления отрицательного напряжения на выходе в случае переполюсовки при установке аккумулятора.

При проведении информационно-патентного поиска технических решений, идентичных заявляемому, не обнаружено.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведен конкретный пример реализации ключевого элемента, на фиг.3 - пример конкретной схемной реализации блока определения наличия аккумулятора.

Предлагаемое устройство для заряда накопителя энергии содержит (см. фиг.1) преобразователь 1 напряжения постоянного тока, входом соединенный с выходом источника напряжения (на чертеже не показан), а выходом подключенный к первому входу ключевого элемента 2 и к входу генератора 3 импульсов управления зарядом, выход которого подключен к управляющему входу блока 4 определения наличия аккумулятора, выход и второй вход блока 4 определения наличия аккумулятора соединены соответственно с вторым входом и с выходом ключевого элемента 2, выход которого соединен также с анодом диода 5, катодом подключенного к входу выходного фильтра 6, а через выключатель 7 - с положительным полюсом аккумулятора 8 и с первым выводом схемы 9 индикации переполюсовки, отрицательный полюс аккумулятора 8 и второй вывод схемы 9 индикации переполюсовки непосредственно, а анод и катод диода 5 - через первый 10 и второй 11 резисторы соответственно подключены к общему проводу.

Преобразователь 1 напряжения представляет собой стабилизатор напряжения и стабилизатор тока и обеспечивает стабилизацию напряжения и тока заряда аккумулятора 8 и питание генератора 3 импульсов управления зарядом.

Ключевой элемент 2 (фиг.2) выполнен на полевом транзисторе и предназначен для обеспечения заряда аккумулятора в ключевом режиме и для защиты преобразователя 1 в случае переполюсовки аккумулятора при установке.

Генератор 3 импульсов управления зарядом предназначен для формирования импульсов управления зарядом аккумулятора.

Блок 4 определения наличия аккумулятора представлен на фиг.3 и позволяет определить наличие аккумулятора при работе его в буферном режиме с преобразователем напряжения 1. Блок 4 содержит элемент И-НЕ 12, выходом подключенный к входу инвертора 13, транзистор 14, второй 15 и третий 16 диоды, третий 17, четвертый 18, пятый 19 резисторы и конденсатор 20, выход инвертора 13 через третий резистор 17 соединен с базой транзистора 14, коллектор которого является выходом блока 4 определения наличия аккумулятора и подключен к второму входу ключевого элемента 2, первый вход элемента И-НЕ 12 является управляющим входом блока 4 определения наличия аккумулятора и соединен с выходом генератора 3 импульсов управления зарядом, аноды второго 15 и третьего 16 диодов соединены с одним из выводов четвертого резистора 18 и с одним из выводов конденсатора 20, катод второго диода 15 соединен с вторым входом элемента И-НЕ 12 и с одним выводом пятого резистора 19, второй вывод которого, второй вывод конденсатора 20 и эмиттер транзистора 14 подключены к общему проводу, катод третьего диода 16 соединен с вторым выводом четвертого резистора 18, точка соединения которых является вторым входом блока 4 определения наличия аккумулятора и подключена к выходу ключевого элемента 2. Третий диод 16 предназначен для быстрого разряда конденсатора 20, а четвертый резистор 18, включенный параллельно третьему диоду 16, задает ток заряда конденсатора 20.

Устройство работает следующим образом.

Питание нагрузки осуществляется от источника питания постоянного тока (на чертеже не показан). В случае отсутствия питающего напряжения в силу каких-либо причин питание нагрузки осуществляется от аккумулятора. Подключение питающего напряжения к нагрузке осуществляется с помощью электронного переключателя (на чертеже не показан).

Питающее напряжение постоянного тока поступает от источника питания в нагрузку в качестве основного питающего напряжения и на вход преобразователя 1, который обеспечивает стабилизацию напряжения и тока на соответствующем уровне, необходимом для заряда аккумулятора 8 и питания генератора 3 импульсов управления зарядом. Стабилизированное напряжение с выхода преобразователя 1 поступает на вход генератора 3 импульсов управления зарядом, на выходе которого появляются импульсы заданной частоты и скважности. Эти импульсы поступают на управляющий вход блока 4 определения наличия аккумулятора.

При отсутствии в схеме устройства аккумулятора 8 или при разомкнутом выключателе 7 конденсатор 20 блока 4 определения наличия аккумулятора (см. фиг.3) разряжен. При этом на втором входе элемента И-НЕ 12 присутствует сигнал "логический 0", на выходе инвертора 13 также присутствует сигнал "логический 0". При этом выходной транзистор 14 блока 4 определения наличия аккумулятора и полевой транзистор ключевого элемента 2 закрыты, и на вход выходного фильтра 6 напряжение не поступает.

При подключенном аккумуляторе 8 на втором входе элемента И-НЕ 12 блока 4 появляется сигнал "логическая 1", и импульсы управления поступают на базу транзистора 14 блока 4. При этом на выходе блока 4 определения наличия аккумулятора появляется сигнал, который управляет полевым транзистором ключевого элемента 2. Этот сигнал открывает транзистор ключевого элемента 2 и удерживает его в открытом состоянии в течение большого промежутка времени, когда происходит заряд аккумулятора 8 от преобразователя 1, и закрывает его на короткий промежуток времени. В этот короткий промежуток времени заряда аккумулятора 8 не происходит, информация о наличии аккумулятора с выхода ключевого элемента 2 поступает на второй вход блока 4 определения наличия аккумулятора.

При наличии питающего напряжения питание нагрузки осуществляется от источника питания.

Диод 5 предназначен для защиты нагрузки от возможной переполюсовки при установке аккумулятора 8, выходной фильтр 6 обеспечивает необходимый уровень пульсаций выходного напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с аналогами имеет более широкие функциональные возможности за счет того, что может работать в буферном режиме и при этом позволяет определить наличие или отсутствие аккумулятора в цепи заряда, а также исключить возможность появления отрицательного напряжения на выходе в случае переполюсовки при установке аккумулятора.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Свидетельство РФ на полезную модель №20810 U1, кл. Н 02 J 7/10, опубл. 27.11.2001 г.

2. Описание изобретения к авт. свид. СССР №758381, кл. Н 02 J 7/02, опубл. 23.08.1980 г.

Формула изобретения

1. Устройство для заряда накопителя энергии, содержащее преобразователь постоянного напряжения, подключенный к источнику питания, и выходной фильтр, отличающееся тем, что в него введены ключевой элемент, генератор импульсов управления зарядом, блок определения наличия аккумулятора, схема индикации переполюсовки, диод и резисторы, причем выход преобразователя постоянного напряжения соединен с первым входом ключевого элемента и с входом генератора импульсов управления зарядом, выход которого подключен к управляющему входу блока определения наличия аккумулятора, выходом соединенного с вторым входом ключевого элемента, выход которого подключен к второму входу блока определения наличия аккумулятора, к аноду диода и к одному из выводов первого резистора, а через выключатель - к положительной клемме аккумулятора и к входу схемы индикации переполюсовки, катод диода подключен к входу выходного фильтра и к одному из выводов второго резистора, второй вывод которого, второй вывод первого резистора и отрицательная клемма аккумулятора подключены к общему проводу.

2. Устройство для заряда накопителя энергии по п.1, отличающееся тем, что блок определения наличия аккумулятора содержит транзистор, второй и третий диоды, третий, четвертый и пятый резисторы, конденсатор и соединенные последовательно элемент И-НЕ и инвертор, выход инвертора через третий резистор соединен с базой транзистора, коллектор которого является выходом блока определения наличия аккумулятора, первый вход элемента И-НЕ является управляющим входом блока определения наличия аккумулятора, аноды второго и третьего диодов соединены с одним из выводов четвертого резистора и с одним из выводов конденсатора, катод второго диода соединен с вторым входом элемента И-НЕ и с одним выводом пятого резистора, второй вывод которого, второй вывод конденсатора и эмиттер транзистора подключены к общему проводу, катод третьего диода соединен с вторым выводом четвертого резистора, точка соединения которых является вторым входом блока определения наличия аккумулятора.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3