Устройство для защиты аккумулятора от глубокого разряда Советский патент 1987 года по МПК H02H7/18 

Изобретение относится к источникам электропитания и может быть использовано для защиты маломощных аккумуляторов от глубокого разряда.

Цель изобретения - повьшение экономичности и надежности.

Использование в предлагаемом устройстве комплементарной металл-окисел-полупроводниковой (К/МОП) логики является необходимостью, так как она обладает тремя принципиальными особенностями: широким диапазоном допускаемых напряжений питания (например, для серий микросхем К561 и К564 он составляет 3...15 В); высокой стабильностью логических уровней и их близостью к потенциалу нулевой шины в случае Лог. О, и к потенциалу шины питания в случае Лог. 1, отличаясь от них на 0,005...0,1 В, исключительно низким потреблением энергии в статистическом режиме (ток потребления при этом измеряется единицами микроампер).

Учитывая то, что в закрытом сос- тоянии сопротивление канала МОП-транзистора составляет сотни мегаом, и то, что один из транзисторов ячейки .постоянно находится в закрытом состоянии, ток, протекающий по ячейке, практ1-гчески равен нулю в установившемся режиме. А, принимая по внимание низкое (десятки ом) сопротивление открытого транзистора, становится понятной стабильность логических уровней и их близость к потенциалам нулеззой и потенциальной mmi,

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства для защиты аккумулятора.

Эмиттер коммутирующего транзистора 1 соединяется с первой клеммой аккумулятора 2. Коллектор коммутирующего транзистора 1 является вторым выходом устройства. Выводы питания RS-триггера 3, инвертора 4 и 5, схе мы ИЛИ 6, схемы 7 совпадения, цепочк 8 установки, состоящей из конденсатора 9 и третьего резистора 10, соединяются с клеммами аккумулятора. Первый выход триггера (прямой) 3 соединен с входом инвертора 5. Выход инвертора 5 подключен к выводу питания операционного усилителя 11 (ОУ) Крайние точки переменного резистора 12 и источника опорного напряжения (ион) 13 подключены к выводам питани ОУ 11 о Регулируемый вывод переменног

0

5

0

резистора 12 соединен с инвертирующим входом ОУ 11. Выход ИОН 13 соединен с неинвертирующим входом ОУ 11. Выход ОУ 11 соеданен с первым входом схемы 7 совпадения. Выход схемы ИПИ 6 соединен с R-входом RS-триггера 3 и с вторым входом схемы 7 совпадения. Выхо;з, схемы 7 совпадентш соединен с S-входом RS-триггера 3. Выход цепочки 8 установки подключен к первому входу схемы ИЛИ 6. Второй вход схемы ИЛИ 6 соединен с клеммой 14 Установ, Второй выход (инверсный) триггера 3 соединен с входом инвертора 4. Выход инвертора 4 через второй резистор 15 подключен к базе коммутирующего транзистора 1. ИОН 13 состоит из последовательно соединенных первого резистора 16 и стабилитрона 17.

В качестве элементов К/МОП логики могут использованы микросхемы К561, ЛН2, 564ПН2, К561ТМ2, 564ТМ2, 5 К176ТМ2, К561ЛА7, 564ЛА7, К176ЛА7, К561ЛЕ5, 564ПЕ5, К176ЛЕ5.

Устройство работает следующим образом.

В момент подключения заряженного аккумулятора 2 к устройству происходит начальная установка RS-триггера 3 за счет действия цепочки 8 установки, на выходе которой в это время действует нулевой потенциал. Этот низкий логический уровень проходит через схему ИЛИ 6 и производит начальную установку RS-триггера 3 по входу R. RS-триггер 3 устанавливается в первое устойчивое состояние - Лог, О на прямом выходе, Лог. на инверсном выходе. Напряжение на выходе инвертора 4 принимает уровень Лог. О, которьм, действуя через второй резистор 15, открывает транзистор 1. Транзистор 1 оказывается в области насьпцения, за счет чего внешняя нагрузка подключается к аккумулятору 2. Одновременно на выходе инвертора 5 устанавливается, потенциал Лог. 1, практически равный напряжению аккумулятора. Тем самым подается питание на ИОН 13, переменный резистор 12 и ОУ 11. Регулирующий вывод переменного резистора 12 устанавливается в положение, при котором напряжение на первом входе ОУ 1 1 несколько вьш1е, чем напряжение на выходе ИОН 13. В результате сравнения этих напряжений напряжение на

0

5

0

5

0

5

выходе ОУ 11 принимает низкий уровень, который, поступая на первый вход схемы 7 совпадения, устанав-- ливает на ее выходе уровень Лог,О, не являющийся переключающим для триггера 3. .

По мере разряда аккумулятора 2 снижается напряжение на его клеммах. Одновременно снижается напряжение и на выходе инвертора 5, отслеживающее напряжение питания. В некоторый момент это напряжение снижается настолько, что его величина на регулируемом выводе переменного резистора 12, а следовательно, и на инвертирующем входе ОУ 11, становится меньше, чем на его инвертирующем входе. В результате на выходе ОУ 11 устанавливается Лог. 1, которая через схему 7 совпадения устанавливает триггер 3 по З-входу во второе устойчивое положение с уровнем Лог,, 1

на прямом выходе и Лог. О - на инверсном. При этом через инверторы

-4 и 5 снимается питание с ИОН 13, потенциометра 12 и ОУ 11, а также через резистор 15 на базу транзистора 1 поступает высокий уровень, который закрывает этот транзистор и тем самым отключает нагрузку от аккумулятора 2.

Повторный запуск устройства возможен двумя способами: отключением и последующим подключением к устройству аккумулятора 2, - при этом в момент отключения конденсатор цепочки 8 установки разряжается и при повторном подключении по первому входу схемы ИЛИ 6 устанавливает RS-триггер 3 в первое исходное состояние, а также подачей на вход Установ на короткое время уровня Лог. О. Этот сигнал устанавливает в первое состояние триггер 3 через второй вход схемы ИЛИ 6. При этом возможны три варианта: когда необходимость в сигнале Установ 14 отсутствует, достаточно соединить эту клемму с положительной клеммой аккумулятора 2 для ручной установки необходимо . соединить клемму Установ 14 через размыкающие контакты с положительной клеммой аккумулятора 2, для автоматического запуска устройства в случае его отключения достаточно систематически подавать на клемму Установ 14, например с мультивибратора, редкие пусковые импульсы. При этом

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на нормальный режим работы устройства это никак не влияет, поскольку перепад уровней на выходе схемы ИЛИ 6 и на R-входе триггера 3 не меняет его состояния (точнее подтверждают первое устойчивое состояние, в котором он уже находится).

В момент первоначального или повторного устройства сигнал Лог.1 на выходе схемы ИЛИ 6 блокирует по вто-и рому входу схему 7 совпадения, сохраняя на ее выходе уровень Лог. О, независимо от уровня сигнала на ее первом входе. Таким образом устраняется влияние возможных перепадов напряжения на выходе ОУ 11 во время переходных процессов при включении на состояние триггера 3.

Из приведенного описания видно, что в рабочем режиме при заряженном аккумуляторе 2 потребление тока устройства определяется потреблением элементов логики.составляющее единицы микроампер.

Таким образом, особенностями уст- ройтсва является практически нулевой расход энергии в аварийном режиме, четкое отключение аккумулятора от нагрузки при падении напряжения ниже установленного уровня (исключается режим автогенерации), а также возможность использования элементов, входящих в устройство без предварительного отбора.

Формула изобретения

Устройство для защиты аккумулятора от глубокого разряда, содержащее коммутирующий транзистор, источник опорного напряжения, состоящий из последовательно соединенных первого резистора и стабилитрона, анод которого подключается к минусовой клемме защищаемого аккумулятора и является первым выходом устройства, второй резистор, третий резистор, первый вывод которого подключается к ллюсовой клемме аккумулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности путем уменьшения потребления энергии, а также повышения надежности, в него дополнительно введены комплементарный метапл-окисел- полупроводниковый (К/МОП) RS-триггер, два К/МОП инвертора, К/МОП схема сов- ,падений, К/МОП схема ИЛИ, операционный усилитель, переменный резистор и

.конденсатор, первым выводом подключенный к второму выводу третьего резистора и к первому входу К/МОП схемы ИЛИ, второй вход которой подключается к клемме ручной установки, а выход соединен с R-входом К/МОП RS-тригге- ра и с первым входом К/МОП схемы совпадения, второй вход которой подключен к выходу операционного усилителя, выход К/МОП схемы совпадений соедгдаен с З-рходом К/МОП RS-триггера, при этом инверсный выход К/МОП RS-триггера через последовательно соединенные первый инвертор и второй резистор подключен к базе коммутирующего транзис- тора, прямой выход К/МОП RS-триггера через второй инвертор соединен со свободным выводом первого резистора и с

Редактор Е.Папп Заказ 3494754

Составитель К.Шилан

Техред М.Ходанич Корректор А,Обручар

Тираж 617Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 О 88786

первым выводом переменного резистора, второй вывод которого подключен к первому выходу устройства, регулируемый вывод указанного резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к точке соединения катода стабилитрона и первого резистора, второй вывод конденсатора соединен с первым выходом устройства, первый вывод третьего резистора соединен с эмитте ром коммутирующего транзистора, коллектор которого является вторым выходом устройства, а выводы питания операционного усилителя подключены к первому выводу переменного резистора и к первому выходу устройства соответственно.

Изобретение относится к источникам электропитания и может быть использовано для защиты маломощных аккумуляторов от глубокого разряда. Целью изобретения является повышение экономичности и надежности. Указанная цель достигается введением в устройство комплементарного металл-окисел- полупроводниковог (к/МОП) RS-трИгге- ра 3, операционного усилителя 11, К/МОП схем совпадения 7 и схем ИЛИ 6. В рабочем режиме при заряженном акт кумуляторе 2 потребление устройством тока определяется единицами микроампер. В момент первоначального или повторного пуска устройства сигнал логической единицы на выходе схемы ИЛИ 6 блокирует по второму входу схему совпадений 7, сохраняя на ее выходе уровень логического нуля, независимо от уровня сигнала на ее первом входе. Таким образом устраня - ется влияние возможных перепадов напряжения на выходе операционного усилителя 11 во время переходных процессов при включении на состояние К/МОП RS-триггера 3. 1 ил. / О ЛУ/. S (Л О