Устройство для заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1992 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для заряда аккумуляторной батареи от источника постоянного тока, и может быть использовано в составе автономных систем электроснабжения.

Целью изобретения является улучшение массоэнергетических показателей путем снижения потерь мощности в устройстве.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройства для

заряда аккумуляторной батареи; на фиг. 2 - диаграммы его работы.

Устройство содержит датчик 1 зарядного тока (ЛЗТ) , конденсатор 2, подключенный параллельно выходным клеммам, последовательно включенные между входной и выходной положительными клеммами устройства дроссель 3 и диод , точка соединения которых связана с входной и выходной отрицательными клеммами устройства через силовой транзистор (СТ) 5, базовая

ел

со

СЛ

СО

цепь которого соединена с широтно- импульсным модулятором (ШИМ) 6 и через элемент 7 сравнения (ЭС), связанный также с ДЗТ 1, с эталонным эле- , ментом (ЭЭ) 8, два логических блока (ЛБ) 9 и 10, три электронных ключа (ЭК) 11, 12 и 13, три пороговых элемента (ПЭ) , 15 и 16 и датчик 17 напряжения (ДН)0 Вход ДН 17 подключен ю через выпрямитель 18 к дополнительной обмотке дросселя 3, а выход - к одному из входов первого ЛБ 9, другой вход которого связан с выходом первого ПЭ 1, а выход - с первыми вхо- 15 дами электронных ключей 11, 12 и 13. Третий ЭК 13 выходной цепью шунтирует установленный в базовую цепь СТ 5Ч третий ПЭ 16, выходом связанный с одним из входов второго ЛБ 10, другой 20 вход которого подключен к выходу второго ПЭ 15. Выход второго ЛБ 10 связан с вторыми входами электронных ключей 11, 12 и 13. Входы первого Ц и второго 15 ПЭ соединены с выходом 25 ДЗТ 1. Выходы первого 11 и второго 12 ЭК включены соответственно в цепь, шунтирующую вход и выход ШИМ 6, и в цепь питания этого модулятора. Каждый из ЛБ 9 и 10 выполнен в виде совокуп- зо ности логических элементов НЕ, И, причем выход элемента И и один из его входов образуют соответственно выход и один из входов ЛБ 9 О0). Другой

рядный ток по цепи: ИПТ 22 - основная обмотка дросселя 3 - диод - ДЗТ 1 - АБ 23о Зарядный ток из-за наличия переходных процессов в устройстве постепенно нарастает и в некоторый момент времени достигает порога срабатывания ПЭ И,контролирующего верхние °

нюю границу тока заряда ЛБ I На его выходе формируется сигнал, поступающий на вход ЛБ 9, на другом входе которого сигнал во время переходных процессов в устройстве отсутствует, благодаря подключению катода диода 21 к концу дополнительной обмотки дросселя 3° Указанная комбинация сигналов на соответствующих входах ЛБ 9 вызывает появление на его выходе сигнала, переводящего соответственно в открытое и закрытое состояния ЭК 11, 12 и 13 В результате эмиттер-базовая цепь СТ 5 через открытый ЭК 11, усилитель 19 и ПЭ 16 подключается к выходу ЭС 7о Сигналом с выхода ЭС 7 обеспечивается заданный зарядный ток АБ 23, раоный 1И, при этом СТ 5 работает в режиме параллельного регулятора непрерывного действия. Одновременно на выходе ПЭ 15, контролирующего уменьшение зарядного тока АБ 23 ниже минимального допустимого уровня 1МИн сигнал отсутствует, а через ПЭ 16 протекает управляющий ток

вход ЛБ 9 (Ю), соединенный с выхода- 35

ми ДН 17 или третьего ПЭ 16 соответственно лля первого 9 или второго 10 ЛБ, связан с вторым входом логического элемента И через элемент НЕ. Для согласования параметров ЭС 7 и ШИН 6 од используется усилитель 19. Выпрямитель 18 включает конденсатор 20 и вентиль 21, подсоединенный анодом к концу дополнительной обмотки дросселя 3, начало основной обмотки которого под- 45 ключено к входной положительной клемме устройства. Устройство подключается к источнику 22 постоянного тока (ИПТ), а к его выходу подсоединяется заряжаемая аккумуляторная батарея сп (АБ) 23.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ЭК 11, 12 и 5 13 и СТ 5 закрыты, конденсатор 2 разряжен. При подключении ЛБ 23 к устройству через батарею начинает течь заде формируется сигнал, подтверждающий работу СТ 5 в линейном режиме. Указанная комбинация сигналов с выходов ПЭ 15 и 16 подается на соответствующие входы ЛБ 10, в результате чего подтверждается закрытое состояние ЭК 12 и 13 и открытое состояние ЭК 11. По мере заряда ЛБ 23 ее напряжение увеличивается, ток через эмиттер-коллекторную цепь СТ 5 уменьшается (тран зистор 5 призакрывается), скорость нарастания напряжения ЛБ 23 также уменьшается и с момента времени t до момента t2 зарядное напряжение изменяется незначительно. Параметры схемы управления выбраны такими, что, если напряжение ИПТ 22 постоянно, в момент времени t СТ 5 полностью закрывается и заряд АБ 23 на интервале t, tq производится непосредст венно от ИПТ 22 без промежуточного преобразования потребляемой мощности. При этом дроссель 3 используется, для сглаживания зарядного тока, изменяю, ю 152025 зо

5953

рядный ток по цепи: ИПТ 22 - основная обмотка дросселя 3 - диод - ДЗТ 1 - АБ 23о Зарядный ток из-за наличия переходных процессов в устройстве постепенно нарастает и в некоторый момент времени достигает порога срабатывания ПЭ И,контролирующего верхние °

нюю границу тока заряда ЛБ I На его выходе формируется сигнал, поступающий на вход ЛБ 9, на другом входе которого сигнал во время переходных процессов в устройстве отсутствует, благодаря подключению катода диода 21 к концу дополнительной обмотки дросселя 3° Указанная комбинация сигналов на соответствующих входах ЛБ 9 вызывает появление на его выходе сигнала, переводящего соответственно в открытое и закрытое состояния ЭК 11, 12 и 13 В результате эмиттер-базовая цепь СТ 5 через открытый ЭК 11, усилитель 19 и ПЭ 16 подключается к выходу ЭС 7о Сигналом с выхода ЭС 7 обеспечивается заданный зарядный ток АБ 23, раоный 1И, при этом СТ 5 работает в режиме параллельного регулятора непрерывного действия Одновременно на выходе ПЭ 15, контролирующего уменьшение зарядного тока АБ 23 ниже минимального допустимого уровня 1МИн сигнал отсутствует, а через ПЭ 16 протекает управляющий ток

де формируется сигнал, подтверждающий работу СТ 5 в линейном режиме. Указанная комбинация сигналов с выходов ПЭ 15 и 16 подается на соответствующие входы ЛБ 10, в результате чего подтверждается закрытое состояние ЭК 12 и 13 и открытое состояние ЭК 11. По мере заряда ЛБ 23 ее напряжение увеличивается, ток через эмиттер-коллекторную цепь СТ 5 уменьшается (транзистор 5 призакрывается), скорость нарастания напряжения ЛБ 23 также уменьшается и с момента времени t до момента t2 зарядное напряжение изменяется незначительно. Параметры схемы управления выбраны такими, что, если напряжение ИПТ 22 постоянно, в момент времени t СТ 5 полностью закрывается и заряд АБ 23 на интервале t, tq производится непосредст венно от ИПТ 22 без промежуточного преобразования потребляемой мощности. При этом дроссель 3 используется, для сглаживания зарядного тока, изменяющегосяДО 1/иин

-г}

1-от I.

на интервале Ч.,, j.. .макс В течение интервала времени t,, tz описанное выше состояние элементов устройства сохраняется По мере заряда АБ 23 зарядный ток умень шается и в момент времени t2 достигает порога срабатывания ПЭ 15 Новая комбинация сигналов, поступающая на соответствующие входы ЛБ 10 с выходов

ПЭ 15 и 16, обеспечивает формирование на выходе ЛБ 10 сигнала, открывающего ЭК 12 и 13 и закрывающего ЭК 11„ При этом подается питание на ШИМ 6, модулятор запускается и сигнал управления СТ 5 проходит через ЭК 13, шунтирующий входную цепь ПЭ 1б„ В результате на выходе ДН 17 появляется сигнал, поступающий на вход ЛБ 9, который при отсутствии сигнала с ПЭ 1 формирует сигнал, подтверждающий закрытое состояние ЭК 11 и открытое состояние ЭК 12 и 13 Дальнейшая стабилизация зарядного тока АБ 23 до мо

мента времени t.

когда

зарядное напряжение достигает значения ид4

25

35

40

JMOKC

осуществляется за счет работы устройства в режиме широтно-импульсной мо- дуляции. При уменьшении напряжения ИПТ 22 или при жестких требованиях к 0 точности стабилизации зарядного тока возможен переход к работе устройства в режиме широтно-импульсной модуляции и раньше момента времени t2 по снижению тока до минимального значения 1МИН и срабатыванию ПЭ 15, как это было описано выше В случае увеличения напряжения ИПТ 22 возможен и обратный переход от режима широтно-импульсной модуляции к режиму без стабилизации зарядного тока или к режиму работы СТ 5 в качестве параллельного регулятора непрерывного действия. При этом за счет увеличения напряжения ИПТ 22 коэффициент передачи по напряжению устройства становится близким к единице, напряжение ИПТ 22 практически полностью прикладывается к ЛБ 23, вызывая увеличение ее зарядного тока„ В результате сигнал, 50 поступающий с ДН 17 на один вход ЛБ9, снимается, а на другом входе ЛБ 9 по достижении зарядным током установленного верхнего граничного значения формируется сигнал от ПЭ IV. На выходе 55 ЛБ 9 формируется сигнал, переводящий в открытое состояние ЭК 11 ив закрытое состояние ЭК 12 и 1 3 „

45

о

5

0

5

5

0

0 0 5

5

В оезупътате устройство продолжает заряд АБ 23 либо в режиме линейной стабилизации зарядного тока, либо без промежуточного преобразования мощности ИПТ 22.

Использование изобретения обеспечивает улучшение массоэнергетических показателей устройства для заряда АБ.

Формула изобретения

1 о Устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее датчик зарядного тока, конденсатор, подключенный параллельно выходным клеммам, последовательно включенные между входной и выходной положительными клеммами устройства дроссель и диод, точка соединения которых связана с входной и выходной отрицательными клеммами устройства через силовой транзистор, базовая цепь которого соединена с широтно-импульсным модулятором и через элемент сравнения, связанный также с датчиком зарядного тока с эталонным элементом, отличающееся тем, что, с целью улучшения массоэнергетических показателей, оно снабжено двумя логическими блоками, тремя электронными ключами, тремя пороговыми элементами и датчиком напряжения, входом подключенным через выпрямитель к дополнительной обмотке дросселя, а выходом - к одному из входов первого логического блока, другой вход которого связан с выходом первого порогового элемента, а выход - с первыми входами электронных ключей, последний из которых выходной цепью шунтирует установленный в базовую цепь силового транзистора третий пороговый элемент, выхо-- дом связанный с одним из входов второго логического блока, другой вход которого подключен к выходу второго порогового элемента,а выход второго логического блока связан с вторыми входами электронных ключей, причем входы первого и второго пороговых элементов соединены с выходом датчика зарядного тока, а выходы первого и второго электронных ключей включены соответственно в цепь, шунтирующую вход и выход широтно-импульсного модулятора, и в цепь питания этого модулятора.

20 Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из

7170 953 логических блоков выполнен в вид совокупности логических элементов НЕ, И, причем выход элемента И и один из его входов образуют соответственно выход и один из входов логического блока, другой вход которого, соединенный с выходами датчика напряжения или третьего порогового элемента соответственно для первого или второго логического блока, связан с вторым входом логического элемента И через элемент НЕ.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для заряда аккумуляторной батареи от источника постоянного тока. Цель изобретения - улучшение массоэнерге- тических показателей путем снижения потерь мощности в устройстве. Устройство выполнено на основе транзисторного повышающего конвертора параллельного типа, который содержит цепь иа соединенных последовательно датчика зарядного тока, зарядного диода и первичной обмотки дросселя, соединяющую входные клеммы для подключения источника постоянного тока и выходные клеммы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи, конденсатор, шунтирующий последи юо вместе с датчиком ее зарядного тока„ Управление силовым транзистором конвертора производится от широтно-импульсного модулятора с системой логических блоков и коммутаторов на основе данных контроля зарядного тока и изменения зарядного напряжения по ЭДС вторичной обмотки дросселя. Режим заряда батареи выбирается таким, что в начале и в конце его транзисторный конвертор работает в прерывистом режиме, а промежуточная стадия заряда реализована превращением конвертора в параллельный регулятор непрерывного действия. 1 з.п„ ф-лы, 2 ил. г л

Редактор А„ Лежнина

Составитель В. Оглоблев

Техред Л.Опийных Корректор Л. Пилипенко

Заказ 200

Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГККТ СССР , Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,101

t.

Подписное