Устройство для ограничения разряда аккумуляторной батареи Советский патент 1983 года по МПК H01M10/48 

Изобретение относигея к электротехнике и может быть использовано, в част HocTHj в шахтных головных светильйиках для ограничения разряда герметичных акKjMyjiJiiopoBiИзвестно устройство для ограничения разряда ак1огмуляторных батарей, схема которого содержит выходной транзистор, управляющие транзисторы, диоды, резисторы, конденсатор, .предохранитель, аккумуяяторную батарею, переключатель и на грузку (лампа головного светильника). С помощью транзистора осущестнхяется вкп чение, оислючение тока накала лампы го ловного светильника. Транзисторы включе ны по схеме триггера и управляют работой транзистора. Диод более точно определяет ппрого срабатывания cxe№i триггера в зависим х;ти от напряжения акку муляторной батареи. При разомкнутом переключателе схема обесточена. При замыкании его на ка1сую-либо нить накала на резисторах создается определенное на пряжение. Если напряжение аккумуляторной батареи превышает уровень порога . включения, то падение напряжения на ука занных резисторах достаточно для включения устройства в р&боту. Во включенном состоянии все транзисторы работают 3 режиме насыщения. По мере разряда батареи и уменьшения ее напряжения до определенного уровня происходит лавинообразное аакрБГваниа транзисторов. Лампа оталючается от батареи. При деполяри зации электродов напряжение на аккумуляторной батарее возрастает, и, когда оно достигнет порога включения, произой дет открывание всех транзисторов и в1сшо чение лампы, аналогичное описанному вы ше 1. К недостаткам устройства относятся. бапьшой ток потребления в цепях управления транзисторами, йе зависящий от величины тока нагрузки; отсутствие защиты от коротких замыканий в цепи нагрузки; потребление тока цепями управ- ления при отключении нагрузки (или обрыве провода в цепи нагрузки), что приводит к потере емкости аккумуляторной батареи. Наиболее близким к предлагаемому яв ляется устройство, содержащее выходной транзистор, включенный в цепь нагрузки по схеме с общим эмиттером, регулирующий транзистор, включенный в цепь управления выходным транзистором, и третий транзистор, являющиеся основными элементами схемы триггера, первый диод связывающий базу третьего транзистора с коллектором выходного транзистора. Второй и третий диоды, включенные встречно, стабилитрон, конденсатор и резисторы. Если напряжение на аккумуляторной .батареи высокое, то при подклю чении нагрузки на схему триггера поступает отпирающий импульс и устройство включается. При разряде батареи и уменьшении напряжения до определенного уровня (например, до 1 В на аккумулятор) происходит частичное запирание регулирующего и выходного транзисторов и ток нагрузки уменьшается. Когда напряжение станет ниже этого уровня, то все транзисторы лавинообразно закрыва,ются и ток нагрузки станови тся равным ну- лю, В отключенном состоянии схема потребляет ток, вепичина которого определяется токами утечки транзисторов. Устройство отключается и в тех случаях, когда в цепи нагрузки произойдет короткое замыкание, или цепь нагрузки будет отключена , Недостатком устройства является отcjTCTBHe автоматического повторного включения тока нагрузки при деполяризации электродов в аккумуляторах и новышении напряжения на выводных клеммах аккумуляторной батареи. Чтобы повторно включить устройство необходимо откяючить цепь нагрузки и через определенный промежуток времени вновь включить. Это снижает эффективность работы устройства и срок службы выключателей (например, переключателя, установленного в головке шахтного головного светильника). Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем выходной и рехулирующий транзисторы, стабилитрон, резисторы, третий транзистор и ДИОДЫ, первый резистор связывает через последовательно включенный стабилитрон базу третьего транзистора с базой регулирующего транзистора, эмиттер третьего транзистора через прямо включенный диод соединен с первым полюсом аккумуляторной .батареи и эмиттером выходного транзистора, коллектор третьего транзистора через второй резистор связан с базой регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен ко второму полюсу аккумуляторной батареи и выводу нагрузки, а коллектор через отдельные резисторы связан с базами выходного и третьего транзисторов, коллектор выходного транзистора соединен через прямо включенный диод с базой третьего транзистора, через последовательную цепочку, содержащую резистор и обратно включенный диод у- с базой регулирующего транзистора и через выключатель - со вторым выводом нагрузки. На чертеже изображена схема устрой-j ства. Устройство содержит выходной транзистор 1, включенный по схеме с общим (эмиттером, регулирующий транзистор 2 и транзистор 3, 5юлякщиеся основными эле . ментами схемы триггера, стабилитрон 4 и резистор 5, связывающие базы транзисторов 2 и 3, резисторы 6 и 7, свя зывающие копиектор регулирующего транзистора 2 с базами транзисторов 3 и 1, диод 8, щунтируюшйй .базу транзистора 3 с коллектором транзистора 1, резистор 9 и диод 10 связывающие базу транзистора 2 с коллектором транзистора 1, резистор 11, диод 12, резисторы 13 и 14 аккумуляторную батарею 15, выключатель 16, а также нагрузку 17, Предлагаемое устройство работает еле дующим образом. При подключении нагрузки 17 с помощью выключателя 16 на коллектор транзистора 1 со Второго полюса аккумулятор ной батареи поступает потенциал (отри|цательный). Диод 8 под действием этого потенциала окажется запертым. Если напряжение на аккумуляторной .батарее достаточно высоко, то через делитель, состоящий из резистора 13, стабилитрона О. 4, резисторов 5,.6, 7 и 14, на базу транзистора 3 поступает отпирающий импульс. Транзистор 3 приоткрывается и приоткрывает транзистор 2, который, в свою очередь, через резистор 7 подает отпирающий импульс на транзистор 1, а через резистор 6 еще больще открывает транзистор 3. При открывании транзистора 1 на его коллекторе появляется положительный потенциал, под действием кото рого диод 10 запирается. В результате этого снимается ограничение тока управления транзистором 2, степень его откры тия увеличивается и открывается транзис тор 1. Однако псэтного насыщения транзисторов не происходит, так как при полном открывании транзистора 1 на его-кол лекторе появляется большой положительный потенциал, под действием которого диод 8 открывается и ограничивает ток управления транзистора 3. П оэтому все транзисторы работают в активном режиме. Этим достигается значительное снижение потерь при работе устройства. В данной схеме ток управления транзистором 1 зависит от коэфф циента усиления по току и от величины тока нагрузки. Лля того, чтобы транзистор 1 работал в режиме, близком к насыщению, диоды 8 и 12 подбираются таким обра гзом, чтобы прямое падение напряжения на диоде 8 было больше, чем на диоде 12. В случае необходимости последовательно с диодом 8 можно включать либо еще один диод, либо резистор. При отключении нагрузки (или обрыве провода в цепи нагрузки) отрицатепьный потенциал снимается с коллектора транзистора 1, в результате чего диод 8 полностью открывается и шунтирует базу транзистора 3. Транзистор 3 закрывается, и схема отключается. В отключенном состоянии схема потреб, ляет незначительный ток, который в основном определяется величиной сопротив-г лени я резисторов 13, 5, 6, 7 и 14 делителя, величиной напряжения на аккумуля торной батареи 15 и падением напряжения на стабилитроне 4. При нормальной работе устройства по мере разряда батареи и уменьшения ее напряжения до определенного уровня начинает уменьшаться ток транзистора 3 изза уменьшения тока его базы. В результате уменьшается ток базы транзистора 2. Ток нагрузки также снизится. Это приведет к закрыванию диода 8 и поддержанию транзисторов 3 и 2 во включенном состоянии еше некоторое время,, пока напряжение на аккумуляторной батарее не станет ниже определенного предела. Начиная с этого момента, благодаря положитефзной обратной связи с. коллектора транзистора 2 на базу транзистора 3 через резистор 6 произойдет лавинообразное закрывание этих транзисторов, а вместе с ними и транзистора 1. Нагрузка отключается от батареи. После выключения тока нагрузки в аккумуляторах происходит процесс деполяризации электродов, сопровождающийся повышением напряжения на батарее, В момент, когда оно станет выше порога включения, произойдет повторное включение нагрузки, аналогично вышеописанному. Процессы включения и отключения будут повторяться до тех пор, пока не будет израсходован запас энергии батареи и напрян ение после деполяризации электродов не поднимется выше порога срабатывания транзисторов 3 и 2. Уровни напряжения, при которых производится

отключение нагрузки и ее повторное включение, задаются с помощью стабилитрона 4 и подбором величины сопротивлений резисторов 5 и 6.

Защита от коротких замыканий осуществляется с помощью резистора 9 и диода 10. При коротком замыкании базй транзистора 2 щунтируется этой цепочкой и транзистор 2 остается в приоткрытом состоянии, оганичивая эгим ток управления транзистора 1 и ток нагрузки До минимальных пределов, безопасных для транзистора 1. Ве 1ичину тока короткого замыкания при достаточно заряженной аккумуляторной батареи можно изменять с помощью резисторов 9 и 11.

Для аккумуляторных батарей с низким напряжением вместо стабилитрона 4 можно использовать диоды, включенные в прямом направлении.,

Предлагаемое устройство используется в основном, для защиты аккумуляторной .батареи ЗНКГК-11Д в шахтных головных светильниках, в которых нагрузкой являются основная и резервная нити накала

лампы светильника. Устройство может быть вмонтировано в корпус, либо в го- . ловку светильника..

Устройство обеспечивает автсл1атическое включение и отключение нагрузки.

Включение производится при повыщег НИИ напряжения на зажимах батареи в результате деполяризации электродов, а отключение - при снижении этого напря- жения Б процессе разряда до уровня, безопасного для аккумуляторов.

Таким образом, данное устройство в аварийных сичуациях позволяет полнее использовать энергию, запасенную аккумуляторной батареей, а также увеличить срок службы коммутационных средств (например, пслючателя, стоящего в головке щахтного головного светильника).

Применение предлагаемого устройства для аккумуляторных светильников повь,1щает безопасность людей в аварийных ситуациях, когда батарея разряжена в результйте увеличения времени свечения и устранения необходимости ручного переключения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИ ЧЕЙИЯ РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ ЁАТАРЕИ,- содержащее регистры, диоды стабилитрон, выходной тр анзистор, вклю ченный между первым полюсом aккy Iyляторной батареи и нагрузкой по схеме общим эмиттером, регулирующий транзи тор, подключенный эмиттером к второму полюсу батареи и нагрузке, коллектором через первый резистор - к базе выходного транзистора, а базой через второй резистор - к второму полюсу батареи, третий транзистор, база которого через диод подключена к коллектору выходного транзистора, а через соответствующий резистор - к коллектору регулирующего транзистора, отличающееся тем, что, с цепью повышения эффективности работы, цепочка, состоящая из тре« тьего резистора и стабилитрона, связана с базами регулирующего и третьего транзисторов, эмиттер третьего транзистора через прямо включенный диод связан с первым полюсом аккумуляторной батареи и эмиттером выходного трайзистора, коллектор третьего транзистора через четвертый резистор соединен.с базой регулирующего транзистора, а коплектор выходного транзистора через последовательную цепочку из пятого резистора и обратно включенного диода связан 6 базой регулирующего транзистора.