Устройство для питания нагрузки постоянным током Советский патент 1980 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к cxeMaiM питания нагрузки постоянным током при параллельной работе аккумуляторов и источника постоянного тока (термоэлектрогенератора, топливной батареи, солнечной батареи), и применяется э автоматических срействах навигационного оборудования.jO

Известны устройства и схемы питания, нагрузки, в которых аккумуляторы работают параллельно с другш и источниками постоянного тока i,, 2 и 3.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для питания нагрузки, содержащее источник постоянного тока и аккумуляторную батарею, разделенную на несколько последовательно соединенных2р секций, каждая из которых подключена к источнику постоянного тока через два автоматически управляемых выключа- теля. Оно позволяет увеличить напряжение на нагрузке в необходимое коли-25 чество раз по сравнению с: напряжением источника зарядного тока }}5.

Поочередный заряд секций аккумуляторов происходит при коммутации автоматических выключателей (транзисто- Q

ров, электромеханических контактов/, которые требуют управления в функции времени. При этом количество автоматических выключателей равно удвоенному количеству аккумуляторных секций (на три секции требуется шесть автоматических выключателейj, что обусловливает необходимость соответствующего увеличения количества выходов в управляющем устройстве и усложнение программы этого устройства. Таким образом, наличие большого количества выключателей и необходимость применения сложного, программного устройства для управления выключателями не способствует повышению надежности питания нагрузки постоянным током.

Цель изобретения - повышение надежности действия устройства, а также защита аккумуляторов от перезаряда.

Поставленная цель достигается.тем, что в устройстве для питания нагрузки постоянным током, содержащем разделенную на несколько включенных последовательно секций аккумуляторную батарею, соединенную с источником постоянного тока автоматическими выключателями, во-первых, функции последних выполняют соответствующие числу секций и имеющие по два разнополярных ключа и одну управляющую входную и выходную цепь ключевые ячейки, в каждой из которых два .гран зйетора эмиттерами соединены с положйТёльным полюсом источника постоянного тока, у первого транзистора кол лёктор соединен с положительным полюсом секции, а база связана через резистор со средней точкой цепи, состоящей из последовательно и йбглас НО включенных диода, подключенного анодом и отрицательному полюсу секции, и тиристора, подключенного катодом к отрицательному полюсу источ нйка постоянного тока, у второго транзистора коллектор соединен с клеммой управляняцего выхода и с точкой соединения анодов двух диодов, катод одного из которы54 подключен к базе первого транзистора, а катод второго - к положительному полюсу источника постоянного тока, и база соединена с катодом стабилитрона, анод которого связан через конденсатор с положительным полюсом источника постоянного тока и через резистор - с анодоМ упомянутого тиристора, управляющий электрод которого соединен с клеммой управлянядего выхода, причем управляющие цепи ключевых ячеек соединены каскадно через конденсаторы, входная клемма первой ключевой ячейки конденсатора связана с выходом одновибрат.ора, база одного из транзисторов которого через диод и резистор соединена со средней точкой цепи, состоящей из согласно и последовательно включенных диода, соединенного анодом с положительным полюсом концевой секции, и тиристора, подключенного катодом к отрицательному полюсу источника постоянно го тока и управляющим электродам - через конденсатор к выходной клемме последней ключевой ячейки,- во-вторых, база и эмиттер выходного транзистора бдновибратора соединены меж ду собой через ключ, который связан с устройством контроля состояния ак кумуляторов,. Йа чертеже представлена электри ческая схема устройства для питания нагрузки постоянным током, Предлагаемое устройство содержит нагрузку 1, секции аккумулято Р( источник 3 постоянного тока, ключевые ячейки , каждая из ко торых имеет входные 5-7 и выходные 8-10 клеммы, тиристор 11, транзисто ры 12 и 13, диоды 14-16, стабилитро 17, конденсатор 18 и резисторы 19-2 конденсаторы связи , тиристор 23, резистор 24, диод 25, одновибратор 26, иключа л.ций в себя тран зисторы 27 и 28, резисторы 29-32, конденсатор 33 и диод 34, конденсаор 35; диод 36, резистор 37, ключ 38 устройство 39 контроля состояния ккумуляторов. Нагрузка 1 находится под суммарным напряжением соединенных последовательно секций аккумуляторов, оторые поочередно получают энергию заряда от низковольтного источника 3 остоянного тока через ключевые ячейки 4(|-4гх клеммами 5-10, имеющими индексацию соответствующих ключевых Ячеек. Входные клеммы 5 всех ключевых ячеек соединены с положительным полюсом источника 3 постоянного тока, входные клеммы 6 соединены с отрицательным его полюсом, а выходные клемы 8 и 9 соединены соответственно с отрицательным и положительным полюсами .соответствующих секций аккумуяторов . Устройство работает следующим образом. На входную клемму 7 первой ключевой ячейки 4. от источника 3 постоянного тока через транзистор 27 одновибратора 26 и конденсатор 35 поступает положительный импульс, под действием которого срабатывает первый ключевой элемент 4. При этом тиристор 11 и транзистор 12 открываются, обеспечивая заряд первой секции 2 аккумуляторов (Ток заряда проходит по цепи: + источника 3 постоянного тока, клемма 5 , транзистор 12, клемма 9, секция 2 аккумуляторов, клем ма 8, диод 14, тиристор 11-, клемма 6, - источника 3 постоянного то ка), Одновременно происходит заряд конденсатора 18 через резистор 20 и тиристор 11. Когда конденсатор 18 зарядится до напряжения пробоя стабилитрона 17, откроется транзистор 13, а транзистор 12 закроется, так как на его базе будет запирающий положительный потенциал, прикладываемый через открытый транзистор 13 и диод 15. При этом выдается положительный имйульс через клемму 10 и конденсатор 22 на выходную клемму 7 второй ключевой ячейки 4. Заряд секции 2 прекращается, нотиристор 11 остается открытым за счет коллекторного тока транзистора 13. Закрытие тиристора 11 в первой ключевой. ячейке 4 происходит под действием обратного напряжения секции 2jj, прикладываемого к нему в момент открытия тиристора 11 второй ключевой ячейки 4. Работа схемы второй ключевой ячейки 4, и последукяцях ячеек происходит аналогично работе первой ключевой ячейки 4j.Когда закончится рабочий цикл последней ключевой ячейки 4, (после прекращения заряда секции 2 аккумуляторов), положительным импульсом через конденсатор 22 откроется тиристор 23, обеспечивая выключение тиристора 11 в ключевой ячейке 4 обратны.м напряжением секции 2 п. При этом откроется транзистор 28 в одновибраторе 26 за счет базового тока, проходящего через диод 36, резистор 37 и тиристор 23, а тиристор 27 закроется. Когда транзистор 27 в одновибра торе 26 закрыт, создаются условия для разряда конденсатора 35 через резисторы 31 и 21 и подготовки одновибратора 26 , к очередному включению первой ключевой ячейки 4. Так как ток через тиристор 23 имеет незначительную величину, определяемую базовым током транзистора 28 через диод 36 И резис тор 37, то он закроется и одновибратор 26 переключится в исходное состояние. При этом через транзистор 27 и конденсатор 35 на клемму 7ц поступает положительный импульс, включается ключевая ячейка 4 и цикл заряда аккумуляторных секций 2;j-2r повторяется. Зарядные циклы следуют один за другим до тех пор, пока акку муляторы не заряжены, т.е. пока ключ 38 закрыт. Если аккумуляторы зарядят ся до предела, то устройство 39 конт роля их состояния выдает сигнал на вход ключа 38, который откроется и закроет транзистор 27 в одновибраторе 26. При этом заряд аккумуляторных секций 2д-2 PJ прекращается на время и возобновляется, когда сигнал с входа ключа 38 исчезает. Объединение двух разнополярных выключателей в одну ключевую ячейку с одним управляющим импульсным входом и выходом при касксщном соединении управляющих цепей ряда ключевых ячеек выгодно отличает схему предложенного устройства, так как существенно упрощается процесс программирования заряда секций аккумуляторов с использованием одновибратора. В результате повышается надежность дей ствия устройства, а также упрощается защита аккумуляторов от перезаряда с применением известных контрольных устройств (например, датчиков напряжения), от которых не требуется непосредственная коммутация цепи зарядного тока. Формула изобретения 1. Устройство для питания нагрузк постоянным током, содержащее разделенную на несколько включенных после довательно секций аккумуляторную батарею, соединенную с источником постоянного тока автоматическими выключателями , отличающееся тем, что, с целью повышения надежнос ти, оно снабжено одновибратором, при этом автоматические выключатели выполнены в виде соответствуклцих числу секций и имеющих по два разнополярных ключа и управлякяцие входную и выходную цепи ключевых ячеек, каск.ёщно соединенных между собой через конденсаторы, причём в каждой из ячеек два транзистора эмиттерами соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, у первого транзистора коллектор соединен с положительным полюсом секции, а база связана через первый резистор со средней точкой цепи, состоящей из последовательно и согласно включенных первого диода, пoдкJJЮчeниoгo анодом к отрицательному полюсу первой секции батареи, и тиристора, подключенного катодом и отрицательному полюсу источника постоянного тока, у второго транзистора коллектор соединен с клеммой управляющей выходной цепи и с точкой соединения анодов второго и третьего диодов, катод одного из которых подключен к базе первого транзистора, а катод другого - к положительному полюсу источника постоянного тока, а база соединена с катодом стабилитрона, анод которого связан через конденсатор с положительным полюсом источника постоянного тока и через второй резистор - с анодом упомянутого тиристора, управлякяций электрод которого соединен с клеммой управляющей входной цепи клк)чевой ячейки, причем клемма управляющей входной цепи первой ключевой ячейки через конденсатор связана с выходом одновибратора, база одного из транзисторов которого через диод и резисто- соединена со средней точкой цепи, состоящей из согласно включенных диода, соединенного анодом с положительным полюсом концевой секции батареи, и тиристора, подключенного катодом к отрицательному полюсу .источника постоянного тока и управляющим электродом - через конденсатор к клемме выходной управляющей цепи последней ключево.й ячейки. 2. Устройство по п. 1,отлич.ающееся тем, что, с целью защиты аккумуляторов от перезаряда, база и эмиттер другого транзистора одновибратора соединены между собой через ключ, который связан с блоком контроля состояния аккумуляторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 543090, кл, Н 02 J 7/34, 1977, 2.Патент ФРГ 2150961, кл. Н 02 Т 7/34, 1976. 3.Патент Швейцарии 570061, кл, Н 02 J 7/34, 1974. 4.Авторское свидетельство СССР № 269263, кл. Н 02 J 7/34, 1970.