ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК H02J7/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к зарядному устройству, которое заряжает батарею инструмента с электроприводом.

Предшествующий уровень техники

Первый пример обычного зарядного устройства, заряжающего батарею, раскрыт в выложенной японской патентной заявке № 08-031461.

Зарядное устройство по первому примеру, должно заряжать батарею, имеющую на выходе специфическое напряжение. Зарядное устройство сконфигурировано таким образом, что опорное напряжение для определения, достигло ли зарядное напряжение, которое должно подаваться на батарею, заданного целевого зарядного напряжения, может регулироваться переменным резистором

Кроме того, первый пример сконфигурирован таким образом, что зарядное напряжение управляется на основе опорного напряжения таким образом, чтобы достичь целевого зарядного напряжения.

Второй пример обычных зарядных устройств раскрыт в выложенной японской патентной заявке № 2003-284334. Во втором примере первое опорное напряжение подается на схему смещения уровня, с помощью которой генерируется второе опорное напряжение, большее, чем первое опорное напряжение и подается на интегрирующую схему. Подача второго опорного напряжения на интегрирующую схему управляется сигналом широтно-импульсной модуляции (PWM), что обеспечивает, таким образом, изменение выходного напряжения интегрирующей схемы от 0 В до второго опорного напряжения.

Краткое изложение существа изобретения

В инструменте с электроприводом, питаемым от батареи, поскольку требуемое выходное напряжение батареи изменяется в зависимости от типа инструмента с электроприводом, то зарядное напряжение, необходимое для заряда батареи, может изменяться. Поэтому в описанном выше первом примере может иметь место проблема, заключающаяся в том, что когда пользователь приносит на рабочее место несколько типов инструментов с электроприводом, необходимо также приносить на рабочее место несколько типов зарядных устройств.

С учетом сказанного, в первом примере можно использовать выходное напряжение из интегрированной схемы во втором примере в качестве опорного напряжения, вместо опорного напряжения, генерируемого посредством использования переменного резистора. Однако, хотя диапазон изменения выходного напряжения из интегрированной схемы во втором примере может быть более широким, чем диапазон изменения опорного напряжения в первом примере, можно понять, что если продолжительность включения сигнала PWM не установлена должным образом, выходное напряжение интегрированной схемы становится не соответствующим заданному.

Согласно настоящему изобретению предложено зарядное устройство, предназначенное для заряда батареи инструмента с электроприводом, и в котором опорное напряжение для определения, достигло ли зарядное напряжение для заряда батареи целевого зарядного напряжения, может быть изменено до любых значений в пределах соответствующего диапазона.

Зарядное устройство согласно изобретению содержит блок вывода зарядного напряжения, блок установки продолжительности включения, блок вывода сигнала PWM, блок генерации опорного напряжения, блок ограничения опорного напряжения, блок генерации обнаруженного напряжения и блок управления зарядным напряжением.

В зарядном устройстве блок вывода зарядного напряжения выводит на батарею зарядное напряжение, являющееся напряжением для заряда батареи для инструмента с электроприводом; блок установки продолжительности включения устанавливает продолжительность включения сигнала PWM, основываясь на целевом зарядном напряжении, являющемся целевым напряжением для зарядного напряжения; блок вывода сигнала PWM выводит сигнал PWM, имеющий продолжительность включения, установленную с помощью блока установки продолжительности включения; блок генерации опорного напряжения генерирует опорное напряжение для определения, достигло ли зарядное напряжение целевого зарядного напряжения, посредством сглаживания сигнала PWM, выводимого из блока вывода сигнала PWM; блок ограничения опорного напряжения ограничивает, по меньшей мере, одно из максимального значения или минимального значения опорного напряжения, сгенерированного блоком генерации опорного напряжения; блок генерации обнаруженного напряжения обнаруживает зарядное напряжение, выводимое из блока вывода зарядного напряжения, и генерирует обнаруженное напряжение, являющееся напряжением, соответствующим результату обнаружения; и блок управления зарядным напряжением управляет зарядным напряжением, выводимым из блока вывода зарядного напряжения, основываясь на обнаруженном напряжении и опорном напряжении.

В зарядном устройстве, содержащем перечисленные выше блоки, возможно генерирование опорного напряжения, изменяемого на любое значение посредством сглаживания сигнала PWM. Также возможно ограничивать, по меньшей мере, одно из максимального значения или минимального значения опорного напряжения. Учитывая сказанное, если, по меньшей мере, одно из максимального значения или минимального значения опорного напряжения должным образом установлено, можно запретить отклонение опорного напряжения от соответствующего диапазона, даже когда продолжительность включения сигнала PWM не установлена соответствующим образом.

То есть согласно изобретению предложено зарядное устройство, в котором опорное напряжение может изменяться на любое значение в пределах соответствующего диапазона.

Блок ограничения опорного напряжения может быть сконфигурирован любым образом, чтобы ограничивать, по меньшей мере, одно из максимального значения или минимального значения опорного напряжения.

Например, блок ограничения опорного напряжения может включать в себя первый резистор, второй резистор и третий резистор. В блоке ограничения опорного напряжения сигнал PWM может быть подан на один конец первого резистора, заданное первое напряжение может быть подано на один конец второго резистора и заданное второе напряжение, большее, чем первое напряжение, может быть подано на один конец третьего резистора. Кроме того, другой конец первого резистора, другой конец второго резистора и другой конец третьего резистора могут быть соединены друг с другом.

В случае когда блок ограничения опорного напряжения сконфигурирован описанным выше образом, когда амплитуда напряжения сигнала PWM, которая может определять величину опорного напряжения, величину первого напряжения, величину второго напряжения, значение сопротивления первого резистора, значение сопротивления второго резистора и значение сопротивления третьего резистора, устанавливаются соответствующим образом, максимальное значение и минимальное значение напряжения, генерируемое в точке, где другой конец первого резистора, другой конец второго резистора, и другой конец третьего резистора соединены друг с другом, могут ограничиваться до заданной величины.

Соответственно, подавая в качестве опорного напряжения на блок управления зарядным напряжением то напряжение, которое сгенерировано в точке, в которой другой конец первого резистора, другой конец второго резистора и другой конец третьего резистора соединены друг с другом, для величины опорного напряжения, которое должно подаваться на блок управления зарядным напряжением, может быть запрещено отклонение от соответствующего диапазона.

Например, напряжение сигнала PWM, когда логический уровень сигнала PWM является "Низким", может быть установлено так, чтобы быть равным первому напряжению, и амплитуда напряжения сигнала PWM может быть установлена так, чтобы быть равной разности напряжений между первым напряжением и вторым напряжением.

В этом случае когда продолжительность включения сигнала PWM становится, например, максимальной (то есть 100%), величина опорного напряжения, поданного на один конец первого резистора, и величина второго напряжения, поданного на один конец третьего резистора, являются одинаковыми.

В описанном выше случае, для блока ограничения опорного напряжения образуется эквивалентная схема, в которой первый резистор и третий резистор соединены параллельно друг с другом, и второй резистор соединен последовательно с параллельно соединенной схемой. В эквивалентной схеме, по существу, опорное напряжение имеет величину, полученную делением амплитуды напряжения сигнала PWM (разность напряжений между первым напряжением и вторым напряжением) с помощью объединенного резистора, образованного первым резистором и третьим резистором, и второго резистора.

Когда продолжительность включения сигнала PWM становится минимальной (то есть, 0%), величина опорного напряжения, поданного на один конец первого резистора, и величина первого напряжения, поданного на один конец второго резистора, являются одинаковыми.

В описанном выше случае, для блока ограничения опорного напряжения образуется эквивалентная схема, в которой первый резистор и второй резистор соединены параллельно друг с другом, а третий резистор соединен последовательно с параллельно соединенной схемой. В эквивалентной схеме, по существу, опорное напряжение имеет величину, полученную делением разности напряжений между первым напряжением и вторым напряжением с помощью объединенного резистора, образованного первым резистором и вторым резистором, и третьего резистора.

Таким образом, в соответствии с описанным выше блоком ограничения опорного напряжения, возможно создать максимальное значение опорного напряжения, меньшее, чем амплитуда напряжения сигнала PWM, и создать минимальное значение опорного напряжения, большее, чем напряжение сигнала PWM, когда логический уровень сигнала PWM находится в состоянии "Низкий".

Блок генерации опорного напряжения может быть сконфигурирован любым способом, чтобы сгладить сигнал PWM. Например, блок генерации опорного напряжения может включать в себя, по меньшей мере, один конденсатор для сглаживания сигнала PWM.

В этом случае сигнал PWM может сглаживаться посредством упрощенной конфигурации схемы. Кроме того, в этом случае, зарядное устройство может включать в себя разрядный блок, которое разряжает электрический заряд, накопленный, по меньшей мере, в одном конденсаторе.

Для зарядного устройства, как оно представлено выше, посредством разряда электрического заряда, накопленного, по меньшей мере, в одном конденсаторе, опорное напряжение может быть быстро уменьшено.

Кроме того, описанное выше зарядное устройство может включать в себя блок обнаружения опорного напряжения и блок регулировки продолжительности включения. Блок обнаружения опорного напряжения обнаруживает величину опорного напряжения. Блок регулировки продолжительности включения регулирует продолжительность включения, установленную блоком установки продолжительности включения, так что величина опорного напряжения, обнаруженная блоком обнаружения опорного напряжения, совпадает с величиной целевого опорного напряжения, которое является целевым напряжением для опорного напряжения, в соответствии с целевым зарядным напряжением.

В зарядном устройстве, представленном так, как описано выше, поскольку продолжительность включения сигнала PWM регулируется таким образом, что величина опорного напряжения совпадает с величиной целевого опорного напряжения, опорное напряжение может быть точно доведено до целевого опорного напряжения и, дополнительно, зарядное напряжение может быть точно доведено до целевого зарядного напряжения.

Целевое зарядное напряжение может быть неизменным во время заряда или изменяться во время заряда.

Зарядное устройство может включать в себя блок установки целевого зарядного напряжения, который устанавливает целевое зарядное напряжение, основываясь, по меньшей мере, на одном заданном условии установки.

В этом случае, возможно установить целевое зарядное напряжение в соответствии, по меньшей мере, одним условием установки.

В случае когда зарядное устройство включает в себя блок обнаружения окружающей среды, который обнаруживает состояние окружающей среды вокруг зарядного устройства, по меньшей мере, результат обнаружения блоком обнаружения состояния окружающей среды может быть установлен в блок установки целевого зарядного напряжения в качестве, по меньшей мере, одного условия установки.

В этом случае, поскольку возможно установить целевое зарядное напряжение в зависимости от состояния окружающей среды зарядного устройства, батарея может заряжаться зарядным напряжением в зависимости от состояния окружающей среды зарядного устройства.

Блок обнаружения окружающей среды может определять любую окружающую среду в качестве объекта обнаружения. Объект обнаружения может быть таким, как температура, влажность и т.п.

В случае когда зарядное устройство включает в себя блок получения информации о батарее, который получает от батареи информацию о батарее, являющуюся информацией, связанной с батареей, например, по меньшей мере, информацию о батарее, полученную блоком получения информации о батарее, такая информация может быть установлена в блок установки целевого зарядного напряжения в качестве, по меньшей мере, одного условия установки.

В этом случае, поскольку возможно установить целевое зарядное напряжение в зависимости от информации о батарее, батарея может заряжаться зарядным напряжением в зависимости от информации о батарее.

Информация о батарее может быть любой информацией, относящейся к батарее.

В случае если информация о батарее является информацией, указывающей, по меньшей мере, одну из характеристик батареи, возможно, например, установить целевое зарядное напряжение в зависимости, по меньшей мере, от одной из характеристик батареи и дополнительно заряжать батарею зарядным напряжением, зависящим, по меньшей мере, от одной из характеристик батареи.

В случае если информация о батарее является информацией, указывающей историю использования батареи, возможно, например, установить целевое зарядное напряжение в зависимости от истории использования батареи и дополнительно заряжать батарею зарядным напряжением, зависящим от истории использования батареи.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг. 1 - общий вид спереди варианта воплощения зарядного устройства, показывающий внешний вид зарядного устройства;

фиг. 2 - структурная схема электрической конфигурации зарядного устройства при присоединенной батарее;

фиг. 3 - электрическая схема, показывающая подробности конфигураций схемы зарядного источника электропитания, схемы обнаружения температуры и схемы управления зарядом;

фиг. 4 - блок-схема последовательности выполнения операций способа управления зарядом батареи.

Описание предпочтительного варианта воплощения изобретения

Как показано на фиг. 1, зарядное устройство 1 содержит в верхней части соединительный участок 2. Соединительный участок 2 сконфигурирован таким образом, что батарея 20 (фиг. 2 и 3), присоединена с возможностью съема к зарядному устройству 1. Более подробно, соединительный участок 2 сконфигурирован таким образом, что батарея 20 может быть присоединена с возможностью съема к зарядному устройству 1 посредством скольжения батареи 20 по соединительному участку от задней стороны к передней стороне зарядного устройства 1. Кроме того, соединительный участок 2 сконфигурирован таким образом, что батарея 20 может быть отделена от зарядного устройства 1 посредством скольжения батареи 20 по соединительному участку 2 от передней стороны к задней стороне зарядного устройства 1.

Как показано на фиг. 2, зарядное устройство 1 содержит схему 11 зарядного источника электропитания, схему 12 управления источника электропитания, схему 13 обнаружения перенапряжения, схему 14 определения напряжения, схему 15 обнаружения электрического тока 15, схему 16 определения температуры, основной блок 17 управления, схему 18 управления зарядом, схему 19 запрета заряда, батарею 20 и соединительную вилку 21.

Схема 11 зарядного источника электропитания преобразует мощность промышленного источника (в настоящем варианте воплощения это мощность переменного тока (АС) 100 ВА), подаваемую снаружи через соединительную вилку 21, в мощность постоянного тока (DC) (в настоящем варианте воплощения это зарядная мощность 42 ВА постоянного тока в максимуме) для заряда батареи 20. Схема 11 зарядного источника электропитания подает зарядную мощность на батарею 20 через линию L1 стороны положительного напряжения и линию L2 стороны отрицательного напряжения.

Схема 12 управления источника электропитания преобразует мощность промышленного источника электропитания, подаваемую извне через соединительную вилку 21, в мощность постоянного тока (мощность управления) для обеспечения работы всех схем в зарядном устройстве 1, путем подачи мощности управления на каждую схему.

Схема 13 обнаружения перенапряжения обнаруживает, достигло ли напряжение (зарядное напряжение) между линиями электропитания (линией L1 стороны положительного напряжения и линией L2 стороны отрицательного напряжения) напряжения, заранее определенного как перенапряжение. Схема 13 обнаружения перенапряжения выводит на схему 19 запрета заряда сигнал обнаружения перенапряжения, имеющий два логических уровня (уровня напряжения) в зависимости от результата обнаружения. Более конкретно, схема 13 обнаружения перенапряжения в настоящем варианте воплощения устанавливает логический уровень сигнала обнаружения перенапряжения как "Высокий", когда схема 13 обнаружения перенапряжения определяет, что зарядное напряжение не достигло перенапряжения. Когда схема 13 обнаружения перенапряжения определяет, что зарядное напряжение достигло перенапряжения, схема 13 обнаружения перенапряжения устанавливает логический уровень сигнала обнаружения перенапряжения как "Низкий". Логические уровни сигнала обнаружения перенапряжения по отношению к результату определения схемой 13 обнаружения перенапряжения могут быть изменены на противоположные относительно описанных выше логических уровней.

Схема 14 определения напряжения определяет величину зарядного напряжения и выводит на основной блок 17 управления первый сигнал определения напряжения, имеющий напряжение (аналоговое значение), соответствующее результату обнаружения.

Схема 15 определения тока определяет величину электрического тока, протекающего через линию L2 стороны отрицательного напряжения и выводит на основной блок 17 управления сигнал электрического тока, имеющий напряжение (аналоговое значение), соответствующее результату определения.

Схема 16 определения температуры обнаруживает температуру (приблизительно ту же самую, что и окружающая температура вокруг зарядного устройства 1) внутри зарядного устройства 1 и выводит на основной блок 17 управления сигнал определения температуры, имеющий напряжение (аналоговое значение), соответствующее результату обнаружения.

Основной блок 17 управления является, так называемым, однокристальным микрокомпьютером и включает в себя, по меньшей мере, центральный процессор (CPU) 171, постоянное запоминающее устройство (ROM) 172, оперативное запоминающее устройство (RAM) 173, порт 174 параллельного ввода-вывода (I/O), интерфейс 175 последовательной связи (I/F связи), и аналого-цифровой (A/D) преобразователь 176.

В основном блоке 17 управления CPU 171 выполняет различные процессы в соответствии с различными программами, хранящимися в ROM 172. Кроме того, в основном блоке 17 управления аналоговые сигналы, введенные во входные порты I/O 174, преобразуются в цифровые сигналы A/D-преобразователем 176 для считывания CPU 171.

Вводимыми в основной блок 17 управления сигналами от батареи 20 являются сигнал разрешения заряда и сигнал данных.

Сигнал разрешения заряда является сигналом двоичной логики. Когда заряд батареи 20 разрешен, логический уровень сигнала разрешения заряда устанавливается в состояние "Высокий", в то время, как когда заряд батареи 20 запрещен, логический уровень сигнала разрешения заряда устанавливается в состояние "Низкий". Логический уровень сигнала разрешения заряда может быть установлен в состояние "Низкий", когда заряд батареи 20 разрешен, в то время как логический уровень сигнала разрешения заряда может быть установлен в состояние "Высокий", когда заряд батареи 20 запрещен.

Сигнал разрешения заряда может быть многозначным аналоговым сигналом (по меньшей мере, трехзначным аналоговым сигналом). В этом случае, когда заряд батареи 20 разрешен, напряжение сигнала разрешения заряда может быть установлено на напряжение, которое не соответствует напряжению при описанном выше логическом уровне в состоянии "Низкий", а когда заряд батареи 20 запрещен, логический уровень напряжения разрешения заряда может быть установлен в состояние "Низкий".

Сигнал данных является сигналом двоичной логики и вводится как последовательные данные в основной блок 17 управления от батареи 20.

Основной блок 17 управления управляет схемой 18 управления зарядом и схемой 19 запрета заряда, основываясь на первом сигнале обнаружения напряжения, сигнале обнаружения электрического тока, сигнале обнаружения температуры, сигнале разрешения заряда и сигнале данных.

Более подробно, основной блок 17 управления выводит сигнал PWM (поясняемый ниже) и сигнал разряда, поясняемый ниже, на схему 18 управления зарядом, а сигнал определения заряда - на схему 19 запрета заряда, обнаруживая при этом опорное напряжение (поясняется ниже) от схемы 18 управления зарядом. Сигнал определения заряда является сигналом двоичной логики. Когда заряд батареи 20 разрешен, логический уровень сигнала определения заряда устанавливается в состояние "Высокий", при этом, когда заряд батареи 20 запрещен, логический уровень сигнала определения заряда устанавливается в состояние "Низкий". Логический уровень сигнала определения заряда может быть установлен в состояние "Низкий", когда заряд батареи 20 разрешен, в то время как логический уровень сигнала определения заряда может быть установлен в состояние "Высокий", когда заряд батареи 20 запрещен.

Схема 18 управления зарядом управляет операцией заряда схемы 11 зарядного источника электропитания, основываясь на сигнале PWM и сигнале разряда от основного блока 17 управления.

Схема 19 запрета заряда запрещает операцию заряда схемы 11 зарядного источника электропитания, когда, по меньшей мере, один из логических уровней сигнала обнаружения перенапряжения, сигнала разрешения заряда и сигнала определения заряда имеет уровень "Низкий" (другими словами, когда обнаружено перенапряжение или запрещен заряд). Более подробно, когда все логические уровни сигнала обнаружения перенапряжения, сигнала разрешения заряда и сигнала определения заряда имеют уровень в состоянии "Высокий", схема 19 запрета заряда устанавливает логический уровень выходного сигнала для схемы 11 зарядного источника электропитания в состояние "Высокий", разрешая операцию заряда схемы 11 зарядного источника электропитания. Когда, по меньшей мере, один из логических уровней сигнала обнаружения перенапряжения, сигнала разрешения заряда и сигнала определения заряда имеет логический уровень в состоянии "Низкий", схема 19 запрета заряда устанавливает логический уровень выходного сигнала для схемы 11 зарядного источника электропитания в состояние "Низкий", запрещая операцию заряда схемы 11 зарядного источника электропитания.

Батарея 20 снабжена схемой 201 управления батареей и частью 202 элементов.

Схема 201 управления батареей включает в себя, по меньшей мере, CPU (не показан), ROM (не показан), RAM (не показан), энергонезависимый запоминающий блок (не показан), где хранятся данные с возможностью их перезаписи, интегральную схему (IC) управления (не показана) для управления частью 202 элементов и интерфейс последовательной связи (не показан). Схема 201 управления батареей управляет операцией заряда батареи 20.

Схема 201 управления батареей выводит сигнал разрешения заряда на основной блок 17 управления (более конкретно, на один из входных портов I/O 174, имеющихся в основном блоке 17 управления), и на схему 19 запрета заряда и выводит сигнал данных на основной блок 17 управления (более конкретно, на I/F 175 связи, имеющийся в основном блоке 17 управления).

Часть 202 элементов включает в себя множество элементов, соединенных последовательно. Оба конца части 202 элементов электрически подключаются, соответственно, к линии L1 стороны положительного напряжения и к линии L2 стороны отрицательного напряжения.

Как показано на фиг. 3, схема 11 зарядного источника электропитания включает в себя переключающую схему 111 и схему 112 трансформаторного выпрямителя.

Переключающая схема 111 преобразует мощность промышленного источника в мощность постоянного тока и периодически выводит мощность постоянного тока на схему 112 трансформаторного выпрямителя. В настоящем варианте воплощения переключающая схема 111 включает в себя двухполупериодную выпрямительную схему и, по меньшей мере, один переключающий элемент. Переключающая схема 111 сконфигурирована таким образом, что двухполупериодное выпрямление мощности промышленного источника осуществляется двухполупериодным выпрямителем и двухполупериодно выпрямленная мощность промышленного источника периодически выводится на схему 112 трансформаторного выпрямителя посредством переключения переключающего элемента с частотой выше частоты промышленного источника. Переключающая схема 111 также выполнена с возможностью остановки переключения переключающего элемента, когда логический уровень выходного напряжения схемы 19 запрета заряда указывает на запрет заряда.

Схема 112 трансформаторного выпрямителя содержит трансформатор 113, диод D1 и конденсатор C2.

В трансформаторе 113 положительная сторона вторичной обмотки трансформатора 113 соединяется с линией L1 стороны положительного напряжения через диод D1, тогда как отрицательная сторона вторичной обмотки трансформатора 113 соединяется с линией L2 стороны отрицательного напряжения и отрицательным электродом (в зарядном устройстве l установлен в 0 В) схемы 12 источника электропитания управления, который не показан на фиг. 3. Трансформатор 113 понижает напряжение мощности постоянного тока, периодически подаваемой на первичную обмотку трансформатора 113 от переключающей схемы 111, на вторичной обмотке трансформатора 113, чтобы выводить мощность постоянного тока с пониженным напряжением на линию L1 стороны положительного напряжения и на линию L2 стороны отрицательного напряжения.

Диод D1 своим анодом соединен с положительной стороной вторичной обмотки трансформатора 113 и соединен своим катодом с линией L1 стороны положительного напряжения.

Конденсатор C2 является, так называемым, электролитическим конденсатором. Конденсатор C2 своим положительным электродом соединен с линией L1 стороны положительного напряжения и своим отрицательным электродом соединен с линией L2 стороны отрицательного напряжения. То есть, мощность постоянного тока, периодически выводимая с вторичной обмотки трансформатора 113, сглаживается диодом D1 и конденсатором С2, чтобы подаваться на батарею 20 в качестве мощности заряда.

Схема 16 определения температуры содержит термистор TM1, резисторы R10 и R11 и конденсатор C3.

Термистор TM1 является резистором, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Термистор TM1, соответствующий настоящему варианту воплощения, является резистором, в котором значение сопротивления уменьшается при повышении температуры окружающей среды. Термистор TM1 может быть резистором, сопротивление которого увеличивается при повышении температура окружающей среды.

Один конец термистора TM1 соединен с положительным электродом схемы 12 управления источника электропитания (в настоящем варианте воплощения напряжение Vcc является постоянным напряжением 5 В) через резистор R10, а другой конец соединен с отрицательным электродом схемы 12 управления источника электропитания.

Резистор R11 одним концом соединен с участком между термистором TM1 и резистором R10 и другим концом соединен с одним из входных портов I/O 174, имеющихся в основном блоке 17 управления.

Конденсатор C3 одним концом соединен с другим концом резистора R11 и другим концом соединен с отрицательным электродом схемы 12 управления источника электропитания. Таким образом, конденсатор C3 и резистор R11 образуют фильтр нижних частот, чтобы высокочастотные электрические помехи могли быть удалены.

В схеме 16 определения температуры, выполненной как описано выше, напряжение Vcc управления электропитания, подаваемое от схемы 12 управления источника электропитания, делится резистором R10 и термистором TM1. Поделенное напряжение выводится в качестве сигнала определения температуры на основной блок 17 управления.

В схеме 16 определения температуры, соответствующей настоящему варианта воплощения, поскольку термистор TM1 обладает описанными выше электрическими характеристиками, то когда окружающая температура схемы 16 определения температуры повышается, напряжение сигнала обнаружения температуры уменьшается, а когда окружающая температура схемы 16 определения температуры уменьшается, напряжение сигнала обнаружения температуры увеличивается.

Схема 18 управления зарядом содержит схему 181 генерирования опорного напряжения, разрядную схему 182, схему 103 определения зарядного напряжения, операционный усилитель OP1 и схему 184 вывода.

Схема 181 генерирования опорного напряжения содержит резисторы R1, R3 и R4 и конденсатор С1.

Резистор R1 одним концом соединен с одним из выходных портов I/O 174, имеющихся в основном блоке 17 управления, и другим концом соединен с неинвертирующим входом усилителя OP1 и с одним из входных портов I/O 174, имеющихся в основном блоке 17 управления.

Конденсатор С1 одним концом соединен с выводом неинвертирующего входа усилителя OP1 и другим концом соединен с отрицательным электродом схемы 12 управления источника электропитания.

Резистор R3 одним концом соединен с положительным электродом схемы 12 управления источника электропитания и другим концом соединен с выводом неинвертирующего входа усилителя OP1.

Резистор R4 соединен с отрицательным электродом схемы 12 управления источника электропитания и другим концом соединен с выводом неинвертирующего входа усилителя OP1.

То есть в схеме 181 генерирования опорного напряжения другой конец резистора R1, другой конец резистора R3 и другой конец резистора R4 соединены друг с другом.

Разрядная схема 182 содержит транзистор Tr1 и резистор R2. Транзистор Tr1 является биполярным транзистором n-p-n типа. Коллектор транзистора Tr1 соединен с выводом неинвертирующего входа усилителя OP1. Эмиттер транзистора Tr1 соединен с отрицательным электродом схемы 12 управления источника электропитания. База транзистора Tr1 соединена через резистор R2 с одним из выходных портов I/O 174, имеющихся в основном блоке 17 управления.

Схема 183 обнаружения зарядного напряжения содержит в себя резисторы R5, R6, R7 и R8.

Резистор R5 одним концом соединен с линией L1 стороны положительного напряжения и другим концом соединен с отрицательным электродом схемы 12 управления источника электропитания через резисторы R6, R7 и R8. Вывод инвертирующего входа усилителя OP1 соединен с участком между резисторами R6 и R7. Таким образом, на вывод инвертирующего входа усилителя OP1 подается второй сигнал напряжения, с напряжением (аналоговое значение), полученным делением зарядного напряжения резисторами R5-R8.

Схема 184 вывода содержит резистор R9 и оптопару 185. Резистор R9 одним концом соединен с выходным выводом усилителя OP1 и вторым концом соединен с катодом светодиода (LED) 185a оптопары 185. Анод LED 185 соединен с линией L1 стороны положительного напряжения. Эмиттер и коллектор фототранзистора Tr2 в оптопаре 185 соединены с переключающей схемой 111.

В схеме 18 управления зарядом, выполненной как описано выше, когда сигнал PWM подается на вывод неинвертирующего входа усилителя OP1 через резистор R1 от основного блока 17 управления, сигнал PWM, поданный от основного блока 17 управления сглаживается конденсатором С1. Сглаженный сигнал PWM подается на вывод неинвертирующего входа усилителя OP1 в качестве опорного напряжения для определения, достигло ли зарядное напряжение целевого зарядного напряжения. Сигнал PWM в настоящем варианте воплощения устанавливается таким образом, что когда логический уровень сигнала PWM находится в состоянии "Низкий", напряжение сигнала PWM равно 0 В. Сигнал PWM в настоящем варианте воплощения также устанавливается таким образом, что амплитуда напряжения сигнала PWM равна напряжению Vcc положительного электрода схемы 12 управления источника электропитания.

В схеме 18 управления зарядом, когда продолжительность включения сигнала PWM максимальна (то есть, 100%), величина напряжения (Vcc), поданного, как описано выше, на один конец резистора R1, и величина напряжения (Vcc), поданного, как описано выше, на один конец резистора R3, является одной и той же.

В этом случае, в схеме 18 управления зарядом образуется эквивалентная схема, в которой резисторы R1 и R3 соединены параллелью друг с другом, а резистор R4 соединен последовательно с параллельно соединенной схемой. Благодаря эквивалентной схеме, составленной таким образом, напряжение (опорное напряжение), поданное на вывод неинвертирующего входа усилителя OP1, имеет величину, полученную делением напряжения Vcc посредством объединенного резистора R1 и R3 и резистора R4.

В схеме 18 управления зарядом, когда продолжительность включения сигнала PWM минимальна (то есть, 0%), величина напряжения (0 В), поданного, как описано выше, на один конец резистора R1, и величина напряжения (0 В), поданного, как описано выше, на один конец резистора R4, являются одинаковыми.

В этом случае, в схеме 18 управления зарядом образуется эквивалентная схема, в которой резисторы R1 и R4 соединены параллелью друг с другом и резистор R3 соединен последовательно с параллельно соединенной схемой. Благодаря эквивалентной схеме, составленной таким образом, напряжение (опорное напряжение), поданное на вывод неинвертирующего входа усилителя OP1, имеет величину, полученную делением напряжения Vcc посредством объединенного резистора R1 и R4 и резистора R3.

Значения сопротивлений резисторов R1, R3, и R4 в настоящем варианте воплощения устанавливаются таким образом, что когда продолжительность включения сигнала PWM минимальна, напряжение (опорное напряжение), поданное на вывод неинвертирующего входа усилителя OP1, имеет величину, соответствующую нижнему пределу (в настоящем варианте осуществления - постоянному напряжению 18 В) целевого зарядного напряжения.

В схеме 18 управления зарядом, когда токовый сигнал для включения транзистора Tr1 подается на базу транзистора Tr1 через резистор R2 от основного блока 17 управления, транзистор Tr1 включается, чтобы разрядить электрический заряд, накопленный в конденсаторе С1, на отрицательный электрод схемы 12 управления источника электропитания.

Кроме того, в схеме 18 управления зарядом усилитель OP1 сравнивает напряжение второго сигнала обнаружения напряжения и опорное напряжение. Когда напряжение второго сигнала обнаружения напряжения не достигло опорного напряжения, логический уровень выходного напряжения усилителя OP1 устанавливается в состояние "Высокий", а когда напряжение второго сигнала обнаружения напряжения достигло опорного напряжения, логический уровень выходного напряжения усилителя OP1 устанавливается в состояние "Низкий".

Дополнительно, в схеме 18 управления зарядом, когда логический уровень выходного напряжения усилителя OP1 устанавливается в состояние "Высокий", LED 185a в оптопаре 185 выключается и фототранзистор Tr2 в оптопаре 185 выключается. Когда логический уровень выходного напряжения усилителя OP1 устанавливается в состояние "Низкий", LED 185a в оптопаре 185 включается и фототранзистор Tr2 в оптопаре 185 включается. Когда фототранзистор Tr2 выключен, переключающая схема повторяет переключение переключающего элемента, при этом устанавливает период включения (ON) переключающего элемента в цикле переключения постепенно увеличивающимся. В результате описанной выше операции переключения, зарядное напряжение постепенно увеличивается. Когда фототранзистор Tr2 включается, переключающая схема 111 прекращает переключение переключающего элемента. В результате остановки переключающей операции зарядное напряжение постепенно уменьшается.

Далее будет объяснен процесс управления зарядом, выполняемый основным блоком 17 управления (более конкретно, центральным процессором 171).

Основной блок 17 управления выполняет настоящий процесс, когда батарея 20 присоединена к зарядному устройству 1.

Как показано на фиг. 4, сначала определяется, находится ли логический уровень сигнала данных, введенный от батареи 20, в состоянии "Низкий" в течение заданного периода времени (в настоящем варианте воплощения это 10 мс) (S10). Другими словами, на этапе S10 определяется, может ли запрашиваться от батареи 20 сигнал данных.

Если логический уровень сигнала данных не соответствует состоянию "Низкий" в течение заданного периода времени (на этапе S10: Нет), настоящий процесс немедленно переходит к этапу S120 (поясняется ниже). Если состоянием логического уровня сигнала данных является состояние "Низкий" в течение заданного периода времени (на этапе S10: Да), данные CV запрашиваются для схемы 201 управления батареей 20 (S20). Данные CV являются данными, в которых установлены, по меньшей мере, одна из характеристик батареи 20 (например, емкость батареи 20) и история использования батареи 20 и т. п.

Когда данные CV приняты (S30), температура, определенная схемой 16 определения температуры, получается, на основании сигнала температуры от схемы 16 определения температуры (S40). В дальнейшем, основываясь на данных CV и температуре, определенной схемой 16 определения температуры, устанавливается целевое зарядное напряжение, соответствующее заряду батареи 20 (S50). После этого, устанавливается целевое опорное напряжение (S60), которое должно быть установлено в качестве опорного напряжения в зависимости от целевого зарядного напряжения. Целевое опорное напряжение, соответствующее целевому зарядному напряжению, может быть заранее запомнено в ROM 172, имеющемся в основном блоке 17 управления. Альтернативно, процедура вычисления целевого опорного напряжения, которое должно быть установлено в соответствии с целевым зарядным напряжением, может быть заранее запомнена в ROM 172, причем CPU 171 может выполнить вычисление целевого опорного напряжения в соответствии с процедурой вычисления.

После того как установка целевого опорного напряжения закончена, вычисляется продолжительность включения, соответствующая целевому зарядному напряжению, и вычисленная продолжительность включения устанавливается в качестве продолжительности включения сигнала PWM, который будет выводиться (S70). Сигнал PWM с продолжительность включения, установленной на этапе S70, выводится (S80) и опорное напряжение обнаруживается (S90). Затем определяется, совпадает ли обнаруженное опорное напряжение с целевым опорным напряжением (S100).

Если обнаруженное опорное напряжение не совпадает с целевым опорным напряжением (на этапе S100: Нет), продолжительность включения регулируется (S110) и затем этот процесс возвращается на этап S100. На этапе S110 продолжительность включения может регулироваться путем увеличения или уменьшения продолжительности включения на заданную величину. Альтернативно, разность между обнаруженным опорным напряжением и целевым опорным напряжением может быть вычислена и продолжительность включения может быть отрегулирована, основываясь на вычисленной разности.

Если обнаруженное опорное напряжение совпадает с целевым опорным напряжением (на этапе S100: Да), определяется, обнаружен ли полный заряд батареи 20 или обнаружено ли отклонение от нормы в батарее 20 (S120). Если ни полный заряд батареи 20, ни отклонение от нормы в батарее 20 не обнаружены (на этапе S120: Нет), настоящий процесс возвращается на этап S10. Если обнаружены полный заряд батареи 20 или отклонение от нормы в батарее 20 (на этапе S120: Да), вывод сигнала PWM прекращается (S130) и затем транзистор Tr1 включается (S140). После того описываемый процесс закончен.

В зарядном устройстве 1, выполненном как описано выше, возможно генерирование опорного напряжения, которое может быть любым значением, посредством сглаживания сигнала PWM и, дополнительно, ограничение максимального значения и минимального значения опорного напряжения. Поэтому можно запретить отклонение опорного напряжения от соответствующего диапазона, даже если продолжительность включения сигнала PWM не установлена должным образом. То есть, зарядное устройство 1 может изменять опорное напряжение на любое значение в пределах соответствующего диапазона.

Более конкретно, в зарядном устройстве 1 максимальное значение опорного напряжения может быть установлено меньшим, чем напряжение Vcc, в то время как минимальное значение опорного напряжения может быть установлено большим, чем 0 В. Кроме того, в зарядном устройстве 1 электрический заряд, накопленный в конденсаторе С1, может разряжаться транзистором Tr1 на отрицательный электрод схемы 12 управления источника электропитания. Таким образом, опорное напряжение может быть быстро уменьшено.

Кроме того, в зарядном устройстве 1, поскольку продолжительность включения сигнала PWM регулируется таким образом, что опорное напряжение совпадает с целевым опорным напряжением, опорное напряжение может точно достигать целевого опорного напряжения и, дополнительно, зарядное напряжение может точно достигать целевого зарядного напряжения.

Кроме того, в зарядном устройстве 1 целевое зарядное напряжение устанавливается в соответствии с температурой окружающей среды зарядного устройства 1, являющейся, по меньшей мере, одной из характеристик батареи 20, и историей использования батареи 20. В зависимости от установленного целевого зарядного напряжения устанавливается продолжительность включения сигнала PWM. Поэтому батарея 20 может заряжаться при соответствующем для батареи 20 зарядном напряжении.

Хотя выше был описан один вариант воплощения настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение не должно ограничиваться вышеупомянутым вариантом воплощения и может быть осуществлено в различных формах в пределах технического объема настоящего изобретения.

Например, в зарядном устройстве 1, соответствующем описанному выше варианту воплощения, опорное напряжение генерируется посредством сглаживания сигнала PWM. Однако, для генерирования опорного напряжения может использоваться цифро-аналоговый преобразователь.

Кроме того, в зарядном устройстве 1, соответствующем описанному выше варианту воплощения, определяется температура окружающей среды зарядного устройства 1 и затем устанавливается продолжительность включения, основываясь на определенной температуре. Однако, для установки продолжительности включения, основываясь на состоянии окружающей среды, может детектироваться другой показатель окружающей среды, отличный от температуры, например, влажность.

В описанном выше варианте воплощения транзистор Tr1 является биполярным транзистором n-p-n типа. Однако, транзистор Tr1 может быть биполярным транзистором p-n-p типа. Альтернативно, транзистор Tr1 может быть другим переключающим элементом, таким как полевой транзистор или биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT).

Кроме того, в описанном выше варианте осуществления для сглаживания сигнала PWM используется один конденсатор. Однако, сглаживание сигнала PWM может быть выполнено, используя множество конденсаторов, каждый из которых присоединен последовательно или параллельно.

Кроме того, хотя в описанном выше варианте воплощения основной блок 17 управления выводит сигнал PWM, электронная схема, которая выводит сигнал PWM, может быть предусмотрена отдельно.

В описанном выше варианте осуществления амплитуда напряжения сигнала PWM устанавливается равной напряжению Vcc. Однако, амплитуда напряжения сигнала PWM может быть установлена на напряжение, отличное от напряжения Vcc.

Хотя в описанном выше варианте воплощения на один конец резистора R3 подается напряжение Vcc, может быть подано напряжение, отличное от напряжения Vcc. Кроме того, хотя в описанном выше варианте воплощения напряжение на одном конце резистора R4 устанавливается равным 0 В, напряжение может быть установлено равным напряжению, отличному от 0 В.

Кроме того, в описанном выше варианте воплощения для сравнения величины опорного напряжения и величины напряжения второго сигнала определения напряжения используется операционный усилитель. Однако, вместо операционного усилителя может использоваться компаратор.

Дополнительно, в описанном выше варианте воплощения схема 181 генерирования опорного напряжения выполнена с возможностью ограничения как максимального значения, так и минимального значения опорного напряжения. Однако, схема 181 генерирования опорного напряжения может быть выполнена с возможностью ограничения только максимального значения или только минимального значения опорного напряжения.

В описанном выше варианте воплощения схема, в которой резисторы R1, R3 и R4 соединены друг с другом, используется для ограничения максимального значения и минимального значения опорного напряжения. Однако, для ограничения максимального значения и минимального значения опорного напряжения может использоваться схема, отличная от описанной выше схемы. Например, для ограничения, по меньшей мере, только максимального значения или только минимального значения опорного напряжения может использоваться известная схема ограничителя, использующая, по меньшей мере, один операционный усилитель.

Кроме того, схема 181 генерирования опорного напряжения в описанном выше варианте воплощения выполнена с возможностью ограничения максимального значения или минимального значения опорного напряжения, когда продолжительность включения сигнала PWM составляет 100% или 0%. Однако, схема 181 генерирования опорного напряжения может быть выполнена с возможностью ограничения максимального значения и минимального значения опорного напряжения, когда продолжительность включения отличается от 100% и 0%. В этом случае может использоваться, например, описанная выше схема ограничителя.

Основной блок 17 управления, который в описанном выше варианте воплощения представляет собой микрокомпьютер, может быть выполнен с помощью ASIC (прикладные специализированные интегральные схемы) или программируемого логического устройства, такого как FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица).

Изобретение относится к электротехническим устройствам, используемым для заряда аккумуляторов. Технический результат - унификация зарядного устройства для обеспечения заряда аккумуляторов с различными напряжениями. Зарядное устройство, содержащее блок вывода зарядного напряжения; блок установки продолжительности включения; блок вывода сигнала PWM; блок генерации опорного напряжения; блок ограничения опорного напряжения; блок генерации обнаруженного напряжения; и блок управления зарядным напряжением. Блок генерации опорного напряжения генерирует опорное напряжение для определения, достигло ли зарядное напряжение целевого зарядного напряжения посредством сглаживания сигнала PWM, выводимого из блока вывода сигнала PWM. Блок ограничения опорного напряжения ограничивает, по меньшей мере, одно из максимального значения или минимального значения опорного напряжения, генерированного блоком генерации опорного напряжения. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Зарядное устройство, содержащее:
блок вывода зарядного напряжения, выполненный с возможностью вывода к батарее зарядного напряжения, являющегося напряжением заряда батареи для инструмента с электроприводом;
блок установки продолжительности включения, выполненный с возможностью установки продолжительности включения сигнала PWM (ШИМ), основываясь на целевом зарядном напряжении, являющимся целевым напряжением для зарядного напряжения;
блок вывода сигнала PWM, выполненный с возможностью вывода сигнала PWM, имеющего продолжительность включения, установленную блоком установки продолжительности включения;
блок генерации опорного напряжения, выполненный с возможностью генерирования опорного напряжения для определения, достигло ли зарядное напряжение целевого зарядного напряжения посредством сглаживания сигнала PWM, выводимого из блока вывода сигнала PWM;
блок ограничения опорного напряжения, выполненный с возможностью ограничения, по меньшей мере, одного из максимального значения или минимального значения опорного напряжения, генерированного блоком генерации опорного напряжения;
блок генерации детектируемого напряжения, который детектирует зарядное напряжение, выводимое из блока вывода зарядного напряжения, и генерирует детектируемое напряжение, являющееся напряжением, соответствующим результату обнаружения; и
блок управления зарядным напряжением, который управляет зарядным напряжением, выводимым из блока вывода зарядного напряжения, основываясь на детектируемом напряжении и опорном напряжении.

2. Зарядное устройство по п.1, в котором блок ограничения опорного напряжения содержит:
первый резистор;
второй резистор; и
третий резистор,
при этом сигнал PWM подается на один конец первого резистора, заданное первое напряжение подается на один конец второго резистора, и заданное второе напряжение, большее, чем первое напряжение, подается на один конец третьего резистора, и
другой конец первого резистора, другой конец второго резистора и другой конец третьего резистора соединены друг с другом.

3. Зарядное устройство по п.2, причем напряжение сигнала PWM равно первому напряжению, когда логический уровень сигнала PWM имеет состояние "НИЗКИЙ", и амплитуда напряжения сигнала PWM равна разности напряжений между первым напряжением и вторым напряжением.

4. Зарядное устройство по п.1, в котором блок генерации опорного напряжения содержит, по меньшей мере, один конденсатор для сглаживания сигнала PWM.

5. Зарядное устройство по п.4, дополнительно содержащее разрядный блок, выполненный с возможностью разрядки электрического заряда, накопленного, по меньшей мере, в одном конденсаторе.

6. Зарядное устройство по п.1, дополнительно содержащее:
блок определения опорного напряжения, выполненный с возможностью определения величины опорного напряжения; и блок регулировки продолжительности включения, выполненный с возможностью регулирования продолжительности включения, установленной блоком установки продолжительности включения, чтобы величина опорного напряжения, определенного блоком определения опорного напряжения, совпала с величиной целевого опорного напряжения, являющегося целевым напряжением для опорного напряжения в соответствии с целевым зарядным напряжением.

7. Зарядное устройство по п.1, дополнительно содержащее блок установки целевого зарядного напряжения, выполненный с возможностью установки целевого зарядного напряжения, основываясь, по меньшей мере, на одном заданном условии установки.

8. Зарядное устройство по п.7, дополнительно содержащее блок детектирования окружающей среды, выполненный с возможностью определения состояния окружающей среды вокруг зарядного устройства, причем, по меньшей мере, результат определения блоком детектирования окружающей среды, устанавливается в блоке установки целевого зарядного напряжения в качестве, по меньшей мере, одного условия установки.

9. Зарядное устройство по п.7, дополнительно содержащее блок получения информации о батарее, выполненный с возможностью получения от батареи информации о батарее, являющейся информацией, связанной с батареей,
причем, по меньшей мере, информация о батарее, полученная блоком получения информации о батарее, устанавливается в блок установки целевого зарядного напряжения в качестве, по меньшей мере, одного условия установки.

10. Зарядное устройство по п.9, в котором информация о батарее является информацией, указывающей, по меньшей мере, одну из характеристик батареи.

11. Зарядное устройство по п.9, в котором информация о батарее является информацией, указывающей историю использования батареи.