Пристрій для заряду акумуляторної батареї

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть предназначено для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей (АБ). Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи (А.с. СССР №1365244, кл. H02J7/10, Бюл. №1, 1988), содержащее соединенный с выводами для подключения аккумуляторной, выпрямитель на двух тиристорах, управляющие входы которых подключены к выходу релаксационного генератора, включающего времязадающую RC-цепь, вход которого соединен с источником стабилизированного напряжения и узлом управления и защиты, содержащим первый транзисторный ключ. Недостатком указанной схемы является невысокая эксплуатационная надежность из-за отсутствия защиты от перегрузок в случае короткого замыкания и плохое качество функционирования, обусловленное отсутствием автоматической регулировки величины тока заряда аккумулятора и контроля его окончания, а также, отсутствием учета пульсаций и падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому техническому решению является устройство для заряда аккумуляторной батареи (А.с. СССР №1236574, кл. H02J7/10, Бюл. №21, 1986), содержащее, соединенный с выводами для подключения аккумуляторной батареи, выпрямитель на двух тиристорах, управляющие входы которых подключены к выходу релаксационного генератора, включающего времязадающую RC-цепь, вход которого соединен с источником стабилизированного напряжения и узлом управления и защиты, содержащим первый транзисторный ключ и связанным с пороговым устройством измерения ЭДС, соединенным с выводами для подключения аккумуляторной батареи и включающим второй транзисторный ключ, первый делитель напряжения и стабилитрон. К недостаткам указанного устройства можно отнести следующие: - невысокую надежность, обусловленную отсутствием защиты устройства при коротком замыкании на выводах для подключения АБ, а также наличием большого количества активных элементов и постоянной работы некоторых из них в усилительном режиме; - заряд АБ стабильным током не позволяет обеспечить в конце зарядки достаточно малый ток для предотвращения интенсивного кипения электролита; - наличие в устройстве шун та в цепи заряда приводит к потере мощности устройства; схема известного устройства не предусматривает учета падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, что может привести к перезарядке или неполному заряду аккумуляторной батареи; - в пороговом устройстве не предусмотрен регулятор напряжения, что исключает использование зарядного устройства для аккумуляторов различных типов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для заряда аккумуляторной батареи, путем достижения технического результата, заключающегося в переводе основных блоков функциональной схемы устройства в ключевой режим работы при одновременном осуществлении уменьшения тока заряда и автоматического учета падения напряжения на аккумуляторной батарее, что позволяет достигнуть повышения надежности устройства и расширения функциональных возможностей. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для заряда аккумуляторной батареи, содержащем соединенный с выводами для подключения аккумуляторной батареи выпрямитель на двух тиристорах, управляющие входы которых подключены к выходу релаксационного генератора, включающего времязадающую RC-цепь, вход которого соединен с источником стабилизированного напряжения и узлом управления и защиты, содержащим первый транзисторный ключ и связанным с пороговым устройством измерения ЭДС, соединенным с выводами для подключения аккумуляторной батареи и включающим второй транзисторный ключ, первый делитель напряжения и стабилитрон, согласно изобретению, релаксационный генератор выполнен на транзисторном аналоге тиристора, вход которого подключен к средней точке времязадающей RC-цепи, а управляющий вы ход соединен со вторым делителем напряжения, подключенным параллельно времязадающей RCцепи, узел управления и защиты содержит третий транзисторный ключ, включенный в цепь управления первого и через отсекающий диод в цепь индикации окончания заряда, содержащую светодиод и резистор, и соединенный со вторым транзисторным ключом порогового устройства, включающим нагрузочный резистор и сглаживающий фильтр состоящий из последовательно соединенных диода и конденсатора, параллельно подключенных к выводам для подключения аккумуляторной батареи, а также третий делитель, при этом первый делитель напряжения, снабженный регулятором, и третий, образованный эмиттерным резистором второго и третьего ключей и дополнительным резистором, подключены параллельно конденсатору сглаживающего фильтра. Выполнение релаксационного генератора на транзисторном аналоге тиристора, вход которого подключен к средней точке времязадающей RCцепи, а управляющий вход соединен со вторым делителем напряжения, подключенным параллельно времязадающей RC-цепи позволяет упростить схемное решение и осуществить автоматическую регулировку величины тока заряда аккумуляторной батареи и за счет этого повысить надежность и расширить функциональные возможности устройства. Выполнение узла управления и защиты в виде транзисторного ключа, включенного в цепь управления другого транзисторного ключа и через отсекающий диод в цепь индикации окончания заряда, содержащую светодиод и резистор позволяет максимально просто осуществить управление устройством для заряда аккумуляторной батареи в ключевом режиме, с обеспечением индикации окончания заряда, защиты его от короткого замыкания. Введение в устройство третьего транзисторного ключа и порогового устройства с использованием нагрузочного резистора и сглаживающего фильтра, параллельно подключенных к выводам для подключения аккумуляторной батареи, а также двух делителей напряжения, один из которых снабжен регулятором, а третий образован эмиттерным резистором ключей и дополнительным резистором подключенных параллельно конденсатору сглаживающего фильтра, дает возможность просто и эффективно осуществлять регулировку порога срабатывания устройства, автоматический учет падения напряжения на аккумуляторной батарее и защиту от короткого замыкания, что повышает его надежность и расширяет функциональные возможности по сравнению с устройством прототипа. Таким образом, все отличительные признаки являются общими, необходимыми и достаточными для осуществления указанного технического результата и решения поставленной задачи. На чертеже (фиг.) представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для заряда аккумуляторной батареи. Устройство для заряда аккумуляторной батареи содержит выпрямитель, выполненный на тиристорах 1 и 2, катоды которых соединены с положительным выводом для подключения аккумуляторной батареи, аноды подключены к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора 3, средний вывод которой соединен с отрицательным выводом для подключения аккумуляторной батареи, при этом управляющие электроды тиристоров 1 и 2 подключены через ограничительные резисторы 4 и 5 к выходу релаксационного генератора 6, вход которого соединен с источником стабилизированного напряжения, включающем стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне 7 и резисторе 8, и выпрямитель на диодах 9 и 10, аноды которых подключены к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора 3. Релаксационный генератор 6 ее стоит из транзисторного аналога тиристора 11, вход которого подключен к средней точке времязадающей RC-цепи, включающий последовательно соединенные конденсатор 12, потенциометр 13 управления, ограничительный резистор 14, подключенные параллельно второму делителю 15 напряжения, соединенному с управляющим входом транзисторного аналога тиристора 11. Релаксационный регенератор 6 через резистор 8 подключен к коллектору первого транзисторного ключа на транзисторе 16, узла управления и защиты 17, эмиттер которого через резистор 18 подключен к отрицательному выводу для подключения аккумуляторной батареи, а через диод 19 - к катодам диодов 9 и 10 выпрямителя стабилизированного источника питания. При этом катоды диодов 9 и 10 через резистор 20 подключены к базе тиристора 16, соединенной через резистор 21 с коллектором третьего транзисторного ключа на транзисторе 22, и через отсекающий диод 23 - с цепью индикации окончания заряда, содержащей светодиод 24 и резистор 25. Третий транзисторный ключ на транзисторе 22 подключен ко второму транзисторному ключу на транзисторе 26 порогового устройства 27 измерения ЭДС по схеме триггера Шмитта, включающего эмиттерный 28, базовый 29, коллекторный 30 резисторы и резистор 31 обратной связи. Пороговое устройство 27 также включает нагрузочное сопротивление 32 и сглаживающий фильтр, состоящий из последовательно соединенных диода 33 и конденсатора 34, соединенных с выводами для подключения аккумуляторной батареи и первый делитель напряжения 35 с регулятором на потенциометре 36. При этом, вход триггера Шмитта через резистор 37 истабилитрон 38 подключен к потенциометру 36. Пороговое устройство 27 также содержит третий делитель, образованный эмиттерным резистором 28 триггера Шмитта и резистором 39. Причем, первый и третий делители напряжения подключены параллельно конденсатору 34 сглаживающего фильтра. Устройство работает следующим образом. Переменное напряжение с вывода трансформатора 3 через выпрямитель на диодах 9 и 10 подается через открытый первый транзисторный ключ 16 на источник стабилизированного напряжения и на релаксационный генератор 6. При этом по цепи: выпрямитель на диодах 9 и 10, транзистор 16, резисторы 8, 14, 13, аккумуляторная батарея (на фиг. не показана), начинается заряд конденсатора 12. Напряжение на конденсаторе 12 повышается с постоянной времени t » (R14 + R13)C12 и, когда потенциал конденсатора 12 достигает необходимого значения, открывается транзисторный аналог тиристора 11 и напряжение подается на управляющие электроды тиристоров 1 и 2 выпрямителя. Тиристор, который в данном полупериоде находится под прямым напряжением, открывается и по его анодной цепи начинает идти ток к аккумулятору, а через цепь управляющий электрод - катод открытого в данный период времени тиристора происходит быстрый разряд конденсатора 12. В следующий полупериод аналогично открывается другой тиристор, а первый закрывается, и ток также идет через аккумулятор, Изменяя постоянную времени цепи заряда конденсатора 12 с помощью потенциометра 13 управления, можно изменить угол открывания тиристоров 1 и 2 (т.е. установить необходимый ток заряда аккумулятора). В процессе зарядки аккумуляторной батареи ее ЭДС возрастает и после достижения напряжения на потенциометре 36 регулятора делителя 35 величины, характеризующей полный заряд аккумулятора, происходит пробой стабилитрона 38 и он начинает проводить ток. Этот ток протекает через диод 33, делитель 35, стабилитрон 38, резисторы 37 и 29, создавая падение напряжения на базе транзистора 26, который при этом открывается. Транзисторы 22 и 26 образуют схему триггера Шмитта, поэтому транзистор 22 закрывается и базовый ток транзистора 16 прекращается, транзистор 16 закрывается и отключает релаксационный генератор, т.е. импульсы на управляющие электроды тиристоров 1 и 2 не подаются и они закрываются. Одновременно по цепи: диод 33, резистор 23, светодиод 24, резистор 28 протекает ток. Светодиод 24 загорается, сигнализируя о конце заряда АБ. Если АБ подключена неправильно (переполюсовка) или выход у устройства соединен по какой-либо причине накоротко, то ток через транзистор 22 не протекает, транзистор 16 закрыт и силовые тиристоры 1 и 2 закрыты. В этом случае исключается аварийный режим отпирания тиристоров 1 и 2. Следует указать дополнительно о существенных преимуществах предлагаемого устройства. 1. Автоматическая регулировка величины тока заряда АБ осуществляется в устройстве следующим образом. Напряжение на конденсаторе 12 изменяется по закону где -напряжение диодного выпрямителя; - напряжение на выводах АБ; t постоянная времени заряда, определяющая ток заряда АБ. По мере зарядки АБ возрастает) уменьшается. Следовательно, происходит дополнительное уменьшение тока заряда АБ по мере его зарядки. 2. В устройстве также происходит автоматический учет п ульсаций и падения напряжения на сопротивлении АБ при работе узла контроля окончания заряда. Это обеспечивается тем, что порог срабатывания порогового устройства 27 измерения ЭДС АБ, определяемый как где - напряжение на стабилизаторе 38; - падение напряжения на резисторе 28, изменяется в зависимости от пульсаций или падения напряжения на внутреннем сопротивлении АБ (не показано), так как резистор 28 через резистор 39 и диод 33 соединен с выводами для подключения АБ и любое изменение выходного напряжения вызывает соответствующее изменение Использование предлагаемого устройства при простоте схемного решения позволяет повысить его надежность за счет предотвращения аварийных ситуаций при неправильном подключении АБ, а также повысить качество функционирования за счет контроля окончания заряда АБ, автоматической регулировки величины тока заряда и учета пульсаций и падения напряженим на внутреннем сопротивлении аккумулятора.