Пристрій регулювання струму заряду акумуляторної батареї

Реферат: Пристрій регулювання струму заряду акумуляторної батареї, в якому до виходів біполярного блока живлення з середньою точкою підключені входи живлення компаратора, до позитивного виходу блока живлення підключені входи індикаторів включення живлення і обмеження струму, вихід джерела опорної напруги ШІМ-контролера підключений до входу дільника напруги, а вихід останнього з'єднаний з виходом датчика струму і неінвертуючим входом компаратора. Вхід токового датчика підключений до інвертуючого входу компаратора і до негативного полюса акумуляторної батареї, вихід генератора з'єднаний з позитивним полюсом акумуляторної батареї, входом біполярного блока живлення і входом живлення силового блока, до виходу якого підключена обмотка збудження генератора, інформаційний вихід ШІМ-контролера підключений до входу управління силового блока. Вихід індикатора включення живлення підключений до негативного виводу біполярного блока живлення, вихід індикатора обмеження струму з'єднаний з виходом компаратора, між виходом компаратора і сигнальним входом ШІМконтролера введений новий ланцюг з паралельно з'єднаних діода і резистора, при цьому катод діода підключений до виходу компаратора. UA 86899 U (12) UA 86899 U UA 86899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана у системах автономного електропостачання рухомих об'єктів, зокрема для керування зарядом буферних акумуляторних батарей залізничних вагонів з генератором самозбудження. Відомий найбільш близький за технічною суттю пристрій регулювання струму, взятий як найближчий аналог (див. блок EGR схема електрична 2471.051-974:61/9 пристрою регулювання та управління системи автономного електрозабезпечення ДУГГ 28Б, технічний опис 2470.072971:61/91 FАGА, Берлін, 1993 р.), який містить датчик струму (шунт), нуль-орган (компаратор), біполярний блок живлення з середньою точкою, ШІМ-контролер з внутрішнім джерелом опорної напруги, силовий блок, генератор, акумуляторну батарею, індикатор включення живлення, індикатор обмеження струму з підключаючим транзистором, пушпульний буфер (двотактний каскад), дільник опорної напруги з виходу ШІМ-контролера, вихід дільника з'єднаний з неінвертуючим входом компаратора, куди підключений і вихід датчика струму, інформаційний вихід ШІМ-контролера підключений до входу управління силового блока, а вихід останнього з'єднано з обмоткою збудження генератора, вихід генератора з'єднаний з позитивним полюсом акумуляторної батареї, входом біполярного блока і входом живлення силового блока, негативний полюс акумуляторної батареї підключений до входу датчика струму і до інвертуючого входу компаратора, входи індикатора включення живлення і індикатора обмеження струму з підключаючим транзистором з'єднані з позитивним виводом блока живлення, виходи індикаторів підключені до входу живлення ШІМ-контролера, пушпульний буфер, який представляє собою двотактний каскад, зібраний на двох транзисторах р-n-р і n-p-n типу, причому емітери цих транзисторів підключені до виходу компаратора, бази транзисторів з'єднані з сигнальним входом ШІМ-контролера, колектор n-p-n транзистора з'єднаний з базою підключаючого транзистора індикатора обмеження струму, колектор р-n-р транзистора підключений до інвертуючого входу компаратора. Недоліками цього пристрою є: низька надійність, так як у випадку обриву ланцюга з індикатором включення живлення ШІМконтролер залишається знеструмленим, тобто через порушення цілісності цього сервісного, технологічного ланцюга припиняється основна робота; складність пристрою за рахунок використання в індикаторі обмеження струму додаткового підключаючого транзистора і ще двох транзисторів в пушпульному буфері; підвищена собівартість у виробництві і низька економічність в експлуатації. В основу корисної моделі поставлено задачу: підвищення надійності і спрощення пристрою за рахунок зміни функціональних зв'язків між вузлами, скорочення кількості активних елементів; забезпечення зниження собівартості у виробництві та підвищення економічності в експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій регулювання струму заряду акумуляторної батареї, в якому до виходів біполярного блока живлення з середньою точкою підключені входи живлення компаратора, до позитивного виходу блока живлення підключені входи індикаторів включення живлення і обмеження струму, вихід джерела опорної напруги ШІМ-контролера підключений до входу дільника напруги, а вихід останнього з'єднаний з виходом датчика струму і неінвертуючим входом компаратора, вхід датчика струму, підключений до інвертуючого входу компаратора і до негативного полюса акумуляторної батареї, вихід генератора, з'єднаний з позитивним полюсом акумуляторної батареї, входом біполярного блока живлення і входом живлення силового блока, до виходу якого підключена обмотка збудження генератора, інформаційний вихід ШІМ-контролера підключений до входу управління силового блока, та, згідно з корисною моделлю, вихід індикатора включення живлення підключений до негативного виводу біполярного блока живлення, вихід індикатора обмеження струму, з'єднаний з виходом компаратора, між виходом компаратора і сигнальним входом ШІМ-контролера введений новий ланцюг з паралельно з'єднаних діода і резистора, при цьому катод діода підключений до виходу компаратора. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де представлена функціональна блок-схема запропонованого пристрою. Запропонований пристрій містить датчик струму 1, біполярний блок живлення 2 з середньою точкою, компаратор 3, індикатори включення живлення 4 і обмеження струму 5, ланцюг 6 з паралельно з'єднаних резистора і діода, включений між виходом компаратора 3 і сигнальним входом ШІМ-контролера 7, інформаційний вихід ШІМ з'єднаний з керуючим входом силового блока 10, вбудоване в ШІМ джерело опорної напруги 8, вихід якого підключений до входу дільника 9, силовий блок 10 з навантаженням - обмоткою збудження 11 генератора 12, дозаряджаючого у процесі роботи буферну акумуляторну батарею 13 і підживлюючий 1 UA 86899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 біполярний блок живлення 2 і силовий блок 10. Крім цього включений в ланцюг заряду акумуляторної батареї 13 датчик струму 1, підключений до входу компаратора 3, причому вхід датчика струму 1, з'єднаний з інвертуючим входом компаратора 3, а вихід датчика струму 1 спільно з виходом дільника 9, підключений до неінвертуючого входу компаратора, індикатор включення живлення 4, підключений безпосередньо до виходу біполярного блока живлення 2, індикатор обмеження струму 5, включений між позитивним виходом блока живлення 2 і виходом компаратора 3 спільно з катодом діода ланцюга 6, інформаційний вихід ШІМ-контролера 7, з'єднаний з керуючим входом силового блока 10. Пристрій регулювання струму заряду акумуляторної батареї працює наступним чином: у процесі пуску і розгону генератора 12 його вихідна напруга збільшується відносно початкового значення, обумовленого залишковим намагнічуванням магнітної системи, до номінального. При цьому підживлюється силовий блок 10, відбувається дозаряд буферної акумуляторної батареї 13, включається блок живлення 2, про що сигналізує індикатор 4, подається біполярна напруга живлення на компаратор 3, позитивна напруга підводиться до ШІМ-контролера 7, від джерела опорної напруги 8 з допомогою дільника 9 формується і встановлюється на неінвертуючому вході компаратора 3 еталонний рівень постійної напруги "+Уставка". В процесі заряду акумуляторної батареї 13 протікає струм через датчик 1, створює на ньому падіння напруги "+Uпоточн.", яке підводиться до інвертуючого входу компаратора 3. Співвідношення сигналів на вході компаратора 3 визначає стан його виходу. Як компаратор в схемах точного керування фазовим зсувом у ШІМ доцільно використовувати диференціальний підсилювач широкого застосування з пропорційно-інтегральною характеристикою. У цьому випадку забезпечується плавна зміна вихідної напруги компаратора в процесі регулювання. Коли напруга уставки (+Uуставки) перевищує поточне значення падіння напруги від зарядного струму акумуляторної батареї 13 на датчику 1, на виході компаратора 3 буде позитивна напруга, яка приблизно дорівнює позитивній напрузі джерела живлення 2. У цьому випадку індикатор обмеження струму 5 закритий і через резистор ланцюга 6 на сигнальному вході ШІМ-контролера встановлюється необхідний для його нормальної роботи позитивний потенціал, при якому тривалість імпульсів з виходу ШІМ максимальна і не змінюється. З виходу ШІМ-контролера 7 підводяться до входу силового блока 10 тактові прямокутні імпульси максимальної тривалості при заданому періоді проходження, і комутують силовий ключ, в результаті чого на обмотці збудження 11 з'являються імпульси напруги збудження з рівнем, приблизно рівним вихідній напрузі генератора 12, а тривалість їх повторює тривалість тактових імпульсів від ШІМконтролера. При наближенні зарядного струму акумуляторної батареї до максимально допустимого значення збільшується падіння напруги на датчику струму 1, яке може дорівнювати або перевершувати +U уставки. При цьому на виході компаратора 3 плавно зменшується рівень позитивної напруги, переходячи в нуль, а потім в негативну напругу. Тепер включається індикатор обмеження струму 5, сигналізуючи про граничне значення зарядного струму батареї. Одночасно через діод ланцюга 6 на вході ШІМ-контролера з'являється активізуючий його негативний потенціал, завдяки чому тривалість вихідних імпульсів ШІМ зменшується, відповідно зменшується тривалість імпульсів напруги збудження практично до 0. В цьому випадку роззбуджується електрогенератор 12, напруга на його виході і на виході акумуляторної батареї 13 зменшується, зменшується струм через датчик струму 1, збільшується різниця між +U уставки і Uпоточн., напруга на виході компаратора стає позитивною і тривалість імпульсів з виходу ШІМ-контролера починає збільшуватися, може до Тімп.макс. Відбувається дорозгін генератора12 і режим автоматичного регулювання струму повторюється. Таким чином запропонований пристрій регулювання струму заряду акумуляторної батареї дозволяє: підвищити надійність, оскільки тут подача напруги на ШІМ-контролер здійснюється безпосередньо з виходу блока живлення і будь-які несправності в ланцюзі підключення індикатора включення живлення не призводять до припинення основної роботи. Крім цього використання в індикаторі обмеження струму як підключаючого транзистора вихідного ключа компаратора спрощує схему, більше того, дозволяє відмовитися від складного пушпульного буфера двотактного транзисторного каскаду і реалізувати нормальний режим керування ШІМ з допомогою простого діодно-резисторного ланцюга; знизити собівартість і підвищити економічність в експлуатації за рахунок виключення зі складу пристрою 3-х транзисторів і їх зв'язків, оскільки в умовах серійного виробництва зменшуються витрати на закупівлю активних елементів, скорочуються електромонтажні, регулювальні роботи і скорочуються витрати на обслуговуючий персонал. 2 UA 86899 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Пристрій регулювання струму заряду акумуляторної батареї, в якому до виходів біполярного блока живлення з середньою точкою підключені входи живлення компаратора, до позитивного виходу блока живлення підключені входи індикаторів включення живлення і обмеження струму, вихід джерела опорної напруги ШІМ-контролера підключений до входу дільника напруги, а вихід останнього з'єднаний з виходом датчика струму і неінвертуючим входом компаратора, вхід токового датчика підключений до інвертуючого входу компаратора і до негативного полюса акумуляторної батареї, вихід генератора з'єднаний з позитивним полюсом акумуляторної батареї, входом біполярного блока живлення і входом живлення силового блока, до виходу якого підключена обмотка збудження генератора, інформаційний вихід ШІМ-контролера підключений до входу управління силового блока, який відрізняється тим, що вихід індикатора включення живлення підключений до негативного виводу біполярного блока живлення, вихід індикатора обмеження струму з'єднаний з виходом компаратора, між виходом компаратора і сигнальним входом ШІМ-контролера введений новий ланцюг з паралельно з'єднаних діода і резистора, при цьому катод діода підключений до виходу компаратора. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3