Устройство для ограничения разряда аккумуляторной батареи

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советския

Социапистическик

Республик

<и> 978237 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.06.81 (2l ) 3297089/24 — 07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51)М. Кл.

Н 01 М 10/48

Ввударстеаеый комитат

СССР аю девам изобретений я Опщьпкй

Опубликовано 30.11.82. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 30.11.82 (53) УДK 621.355; .1(088 8) Л. В. Козелков, Е. В. Пугачев, Б. Я. Розеншток, С. С. Рыжков и В. М. Ильин (72) Авторы изобретения

Сибирский металлургический ордена Трудового Крас ого

Знамени институт им. Серго Орджоникидзе (Zl) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РАЗРЯДА

АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, в шахтных головных светильниках для ограничения

- разряда герметичных аккумуляторов.

Известно устройство для ограничения разряда аккумуляторных батарей, содержащее выходной и регулирующий транзисторы, конденсатор . стабилитрои и резисторы. Когда напряжение батареи достаточно высоко, ток нагрузки протекает через открытый последовательно включенный выходной транзистор. Для предотвращения полного разряда батареи нагрузка отключается запиранием транзистора с помощью цепи обратной связи 11). достаткам устроиства относятся: зави- 15 симость напряжения отключения от тока нагрузки, например, с ростом тока нагрузка бу дет отключена преждевременно за счет увеличения падения напряжения на выходном тран- ° зисторе; потребление тока цепями управления щ прн отключении нагрузки (или обрыве провода в цепи нагрузки), что приводит к потере емкости аккумуляторной батареи; отключение нагрузки производится беэ предупредительного

2 периода, что может привести к аварийной ситуации, например, внезапное отключение лампы

1 головного светильника в шахте. . Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее выходной и регулирующий транзисторы, стабилитрон, конденсатор, резисторы и нолевой транзистор, исток которого соединен с базой регулирующего транзистора и одновременно через резистор подключен к общей точке одного полюса батареи, одной из обкладок конденсатора, эмиттера регулирующего транзистора и коллектора выходного транзистора. Сток полевого транзистора через стабилитрон и второй резистор подключен к другому полюсу аккумуляторной батареи, а затвор соединен со второй обкладкой конденса. тора и через третий резистор — с базой выходного и коллектором регулирующего транзисторов, Устройство удерживается во включенном состоянии напряжением, которое поступает на затвор нолевого транзистора через открытый регулирующий транзистор и резистор. Когда напряжение становится ниже напряжения стабилизации стабилитрона, регулирующий транзистор

3 97823 закрывается, положительный потенциал на затворе возрастает и закрывает полевой транзистор, что еще больше закрывает регулирующий транзистор, который в свою очередь закрывает выходной транзистор, и аккумуляторная батарея отключается OT нагрузкиЛ1.

Недостатком устройства является включение выходного транзистора по схеме с общим коллектором, что приводит к потерям энергии, а также к снижению напряжения на нагрузке, tO так как транзистор, включенный по такой схеме, не может находиться в режиме насыщения и работает только в активном режиме.

Кроме этого, схема не имеет защиты от перегрузок и коротких замыканий, а также пред- 15

:упредительного периода перед отключением нагрузки, когда батарея разрядится! до установленного уровня.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей и повышение эффектив- З1 ности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее выходной и регулирующий транзисторы, стабилитрон, конденсатор,. резисторы и третий транзистор, дополнительно 2$ введены три диода, из которых первый одним выводом подключен к коллектору выходного транзистора и через выключатель к выводу нагрузки, вторым выводом — к базе третьего транзистора и к одной из обкладок конденсато;-чп ра, второй диод одним выводом подключен ко второй обкладке конденсатора и через дополнительный резистор к коллектору выходного транзистора, а вторым выводом связан через первый резистор и стабилитрон с коллектором третьего транзистора ичерез третий диод, включенный встречно, с базой регулирующего транзистора.

При этом база регулирующего транзистора связана через второй резистор с общей точкой первого полюса аккумуляторной батареи, второго вывода для подключения нагрузки и змиттера регулирующего транзистора. Эмиттер третьего транзистора подключен к эмиттеру выходного транзистора и к второму полюсу аккуму45 ляторной батареи, эмиттеру выходного транзистора и к полюсу аккумуляторной батареи, эмиттер регулирующего транзистора — ко второму полюсу аккумуляторной батареи и к нагрузке, а коллектор регулирующего транзистора через соответствующие резисторы связан с базами выходного и третьего транзисторов и со второй обкладкой конденсатора.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит выходной транзистор 1, включенный по схеме с. общим эмиттером, регулирующий транзистор 2 и транзистор 3, являющиеся основными элементами схемы триг7 4 гера, стабилитрон 4, резистор 5, диод 6, включенные последовательно между базой транзистора

2 и коллектором транзистора 3, диод 7, конденсатор 8 и резистор 9, связывающие базу транзистора 3 с коллектором транзистора 1, диод 10, резисторы 11 — 15, аккумуляторную батарею 16, . выключатель 17, нагрузку 18.

Устройство работает следующим образом.

При подключении нагрузки 18 с помощью выключателя 17 (который может быть установлен как со стороны батареи,, так и со стороны нагрузки) на базу транзистора 3 через резистор 9 и..Конденсатор 8 поступает отпирающий импульс. Транзистор 3 открывается и через ,элементы 4 — 6 открывает транзистор 2, который в свою очередь через резистор 12 открывает транзистор 1, а через резистор 11 удерживает транзистор 3 в открытом состоянии. После открывания транзистора 1 по цепи нагрузки начинает протекать ток. Если отключить нагрузку 18 (или произойдет обрыв цепи нагрузки), то падение напряжения между коллектором и змиттером транзистора 1 станет практически равным нулю, и база транзистора 3 окажется зашунтированной с эмиттером через диод 7.

Потенциала, поступающего на его базу, станет недостаточно для полного открывания, и он начнет закрываться. Это приведет к закрыванию транзисторов 2, 1 и в конечном итоге к отключению схемы.

Если в цепи нагрузки произойдет короткое замыкание, то цепь запуска транзистора 2 оказывается зашунтированной через диод 10 и резистор 9 .на общую шину (на фигуре минусовой вывод аккумуляторной батареи). В этом случае произойдет запирание транзистора 2.

Транзисторы 1 и 3 также закроются, и аккумуляторная батарея окажется отключенной от цепи нагрузки.

В отключенном состоянии схема потребляет ток, величина которого незначительна и определяется токами утечки транзисторов 2 и 3. Для кремниевых транзисторов этот ток. не превышает

20 мхА.

В случае разряда аккумуляторной батареи до заданного уровня ток, протекающий по цепи: положительный полюс аккумуляторной батареи, коллекторно — змиттерный переход транзистора 3, стабилитрон 4, резистор 5, диод

6, база-эмиттер транзистора 2, отрицательный полюс аккумуляторной батареи, начнет умень.: шаться и транзистор 2 из режима насыщения переходит в активный режим работы. При этом транзистор 1 начнет закрываться, что приведет к уменьшению тока нагрузки.

Величина сопротивления резистора 11 подбирается таким образом, что транзистор 3 в этот период остается открытым, поэтому полного отключения схемы сразу не происходит.

5 9782

Полное отключение схемы произойдет только тогда„когда напряжения . снимаемого с

-коллектора транзистора 2, станет недостаточно для полного открывания транзистора 3, и он начнет закрываться. Это приведет к лавинообразному закрыванию транзисторов 2 и 1 и к полному отключению схемы.

Во время снижения тока нагрузки напря жейие на аккумуляторной батарее снижается незначительно (практически остается на заданном уровне) и поэтому перезаряда аккуму ляторов не происходит. Уровень напряжения, до которого производится разряд; аккумуляторной батареи, задается с помощью стабилитрона 4 и резисторов 5 и 15. Заданный уровень, при котором производится отключение, можно регулировать, если вместо постоянного резистора 15 использовать переменный.

Если нагрузкой является нить, накала лампы шахтного головного светильника, то при 20 снижении тока лампа медленно снижает яркость свечения, создавая предупоедительный период, в течение которого можно принять необходимые меры, чтобы не создавать аварийной ситуации. Если в этот период лампа была И включена на основную нить накала, то ее можно переключить на резервную нить меньшей мощности, и лампа будет еще гореть в течение 5 — 10 мин, обеспечивая рабочему возможность выхода из шахты или на освещен-30 ное место. После погасания резервной нити ее можно при необходимости включать и выключать периодически в течение 2 — 3 ч.

Введение дополнительных диодов повышает

° эффективность работы схемы и расширяет ее функциональные возможности. Диод 7 служит для запирания транзисторов при отключении нагрузки. Диоды 10 и 6 введены для защиты от коротких замыканий в цени нагрузки.

Включение транзистора 1 по схеме с общим эмиттером позволяет снизить потери, так как. он работает в режиме, близком к насыщению, и падение напряжения между коллектором и эмиттером минимальное.

Таким образом, предлагаемое устройство для ограничения разряда аккумуляторной батареи обеспечивает своевременное отключение. аккумуляторной батареи при разряде ее до . заданного уровня. Отключение производится не мгновенно, а плавно, по мере снижения напряже . ния на нагрузке, создавая предупредительный, период.

При отключении нагрузки производится эапирание всех транзисторов, и схема практически не потребляет тока. Это дает возможность уста-, .

37 6 навливать выключатель 17 как со стороны аккумуляторной батареи, так и со стороны нагрузки.

Эту особенность устройства можно использовать при установке его в корпус аккумуляторной батареи шахтного головного светильника, у которого выключатель находится на самой головке светильника

Аккумуляторная батарея-будет отключена и в случае короткого замыкания в цепи нап>чзки.

При этом после устранения короткого замыкания светильник можно использовать для дальнейшей работы.

Формула изобретения

Устройство для ограничения разряда аккумуляторной батареи, содержащее выходной. и регулирующий транзисторы, стабилитрон, конденсатор, резисторы, третий транзистор и выводы для подключения нагрузки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения эффективности работы, в него дополнительно введены три диода, из которых первый подключен одним выводом к коллектору выходного транзистора и через выключатель к одному выводу для подключения нагрузки, а вторым выводом — к базе третьего транзистора и к.одной из обкладок конденсатора, второй диод подключен одним выводом ко второй обкладке конденсатора и через дополнительный резистор к коллектору выходного транзистора, а вторым выводом связан через йоследовательно включенные первый резистор и сгабилитрон с коллектором третьего транзистора и через третий диод, включенный встречно, с базой регулирующего транзистора, при этом база регулирующего транзистора связана через второй резистор с общей точкой первого полюса: аккумуляторной батареи, второго вывода для подключения нагрузки и эмиттера регулирующего транзистора, коллектор регулирующего транзистора через соответствующие резисторы связан со второй обкладкой конденсатора и с базами выходного и третьего транзисторов, а змиттер третьего транзистора подключен к змиттеру выходного транзистора и к второму полюсу аккумуляторной батареи.

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе

1. "E1ectronics", М., 1968, с. 10.

2. Авторское свидетельство СССР М 530374, кл. Н 01 М 10/48, 1975.

978237

Редактор П. Макаревич

Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д., 4/5

Заказ 9230/69

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Найдина

Техред Ж.Кастелевич Корректор У. Пономаренко