ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электропитания (СЭП) автономных объектов, использующих в качестве накопителей энергии аккумуляторные батареи.

Известно зарядно-разрядное устройство для аккумуляторных батарей, выполненное на однотактных схемах непосредственного преобразования энергии с промежуточным накоплением энергии в дросселе (П. Чети. Проектирование ключевых источников электропитания. М., Энергоатомиздат, 1990, стр. 202-211).

Известно также зрядно-разрядное устройство, принятое за прототип, содержащее первый и второй конденсаторы фильтра, первый и второй транзисторы, первый и второй диоды, при этом сток первого транзистора и катод первого диода подсоединены к первому выводу первого конденсатора фильтра, исток первого транзистора и анод первого диода соединены с первым выводом дросселя, стоком второго транзистора и катодом второго диода, исток второго транзистора и анод первого диода подсоединены ко вторым выводам первого и второго конденсаторов фильтра и общему проводу схемы (Патент РФ №2165669, H02J 7/10, приоритет 01.12.1999, опубл. 20.04.2001).

Известное устройство выполнено на МДП-транзисторах и содержит дополнительные транзистор и диод, исток и катод которых подключены ко второму выводу дросселя, сток дополнительного транзистора соединен с первым выводом второго конденсатора фильтра, а анод дополнительного диода подключен к общему проводу схемы, причем выводы первого конденсатора фильтра предназначены для подключения аккумуляторной батареи, а выводы второго конденсатора фильтра - для подключения источника питания и нагрузки Рассмотренная схема зарядно-разрядного устройства (ЗРУ) имеет ограниченное применение, поскольку обеспечивает зарядное напряжение, не превышающее уровень напряжения первичного источника энергии.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение диапазона зарядного напряжения за пределы уровня напряжения первичного источника.

Для решения поставленной задачи в зарядно-разрядное устройство, содержащее первый и второй конденсаторы фильтров, первый и второй МДП-транзисторы и первый и второй диоды, в котором катод первого диода подсоединен к первому выводу первого конденсатора, точка соединения анода первого диода, стока второго транзистора и катода второго диода соединена с первым выводом дросселя, второй вывод которого связан с первым выводом второго конденсатора, сток второго транзистора и анод второго диода соединен со вторыми выводами обоих конденсаторов фильтра и общим проводом для подключения нагрузки, источника энергии и аккумуляторной батареи, причем первый вывод первого конденсатора фильтра предназначен для подключения нагрузки и источника энергии, а первый вывод второго конденсатора фильтра для подключения аккумуляторной батареи, дополнительно введен инвертор напряжения, подключенный к выводам первого конденсатора, и выпрямитель, включающий обмотку со средней точкой и третий и четвертый диоды, при этом средняя точка обмотки связана с первым выводом первого конденсатора, начало и конец обмотки подключены к анодам третьего и четвертого диодов выпрямителя, а их катоды подключены к стоку первого МДП-транзистора.

На фигуре приведена схема ЗРУ с разрядным устройством понижающего типа и зарядное устройство, которое может как понижать уровень зарядного напряжения, так и повышать зарядное напряжение свыше уровня первичного источника энергии.

На фигуре представлены:

1 - первый конденсатор,

2 - второй конденсатор,

3 - первый МДП-транзистор,

4 - второй МДП-транзистор,

5 - первый диод,

6 - втрой диод,

7 - дроссель,

8 - инвертор напряжения,

9 - выпрямитель,

10 - обмотка со средней точкой,

11 - третий диод выпрямителя,

12 - четвертый диод выпрямителя,

13 - первичный источник, солнечная батарея,

14 - нагрузка,

15 - аккумуляторная батарея.

Роль повышающего устройства выполняет нерегулируемое выпрямительное устройство на основе инвертора 8 с выпрямителем 9, включенным для зарядной цепи согласно с первичным источником энергии (в виде вольтодобавки).

Разрядное устройство повышающего типа выполнено на первом диоде 5, втором транзисторе 4 и дросселе 7.

Зарядное устройство понижающего типа выполнено на первом транзисторе 3 и первом 5 и втором 6 диодах и дросселе 7, вольтодобавочное устройство на обмотке инвертора 8 и третьем 11 и четвертом 12 диодах с напряжением U_доб.

Инвертор 8 получает энергию от первичного источника, преобразовывает ее в переменное напряжение, которое выпрямляется введенными в ЗРУ диодами 11, 12, образуя нерегулируемое вольтодобавочное напряжение (U_доб.).

В режиме разряда управляющий ШИМ сигнал поступает на второй транзистор 4, при этом первый транзистор 3 закрыт и внутренний низкочастотный диод МДП первого транзистора 3 отделен от схемы регулирования дополнительными третьим 11 и четвертым 12 диодами, что обеспечивает высокий к.п.д. режима разряда. Ток на вторичной обмотке инвертора 8 отсутствует, инвертор 8 работает на холостом ходу.

В режиме заряда управляющий ШИМ-сигнал поступает на первый транзистор 3, при этом второй транзистор 4 закрыт - работают первый транзистор 3, третий 11 и четвертый 12 диоды, через вторичную обмотку инвертора 8 протекает импульсный ток заряда.

При полностью открытом первом транзисторе 3 зарядное напряжение равно сумме напряжения источника энергии и вольтодобавочного напряжения U_доб. вторичной цепи инвертора 8. Регулирование зарядного напряжения за счет изменения управляющего ШИМ-сигнала обеспечивается от «0» до суммы напряжения источника энергии и вольтодобавки U_доб..

Предложенное схемное решение зарядно-разрядного устройства имеет высокий к.п.д. в режиме разряда, позволяет поднять зарядное напряжение до уровня суммы напряжения и источника энергии и вольтодобавки U_доб..

Уровень вольтодобавки определяется коэффициентом трансформации инвертора 8.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электропитания (СЭП) автономных объектов, использующих в качестве накопителей энергии аккумуляторные батареи. Для расширения диапазона зарядного напряжения за пределы уровня напряжения первичного источника в зарядно-разрядное устройство, содержащее первый и второй конденсаторы фильтров, первый и второй МДП-транзисторы и первый и второй диоды, дополнительно введен инвертор напряжения и выпрямитель, включающий обмотку со средней точкой и третий и четвертый диоды, при этом средняя точка обмотки связана с первым выводом первого конденсатора, начало и конец обмотки подключены к анодам третьего и четвертого диодов выпрямителя, а их катоды подключены к стоку первого МДП-транзистора. 1 ил.

Зарядно-разрядное устройство, содержащее первый и второй конденсаторы фильтров, первый и второй МДП-транзисторы и первый и второй диоды, катод первого диода подсоединен к первому выводу первого конденсатора, точка соединения анода первого диода, стока второго транзистора и катода второго диода соединена с первым выводом дросселя, второй вывод которого связан с первым выводом второго конденсатора, сток второго транзистора и анод второго диода соединен со вторыми выводами обоих конденсаторов фильтра и общим проводом для подключения нагрузки, источника энергии и аккумуляторной батареи, причем первый вывод первого конденсатора фильтра предназначен для подключения нагрузки и источника энергии, а первый вывод второго конденсатора фильтра для подключения аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что он содержит инвертор напряжения, подключенный к выводам первого конденсатора, и выпрямитель, включающий обмотку со средней точкой и третий и четвертый диоды, при этом средняя точка обмотки связана с первым выводом первого конденсатора, начало и конец обмотки подключены к анодам третьего и четвертого диодов и выпрямителя, а их катоды подключены к стоку первого МДП-транзистора.