Устройство для ограничения разряда аккумуляторной батареи Советский патент 1982 года по МПК H01M10/48 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, в шахтных головных светильниках для ограничения разряда герметичных аккумуляторов. Известно устройство для ограничения разряда аккумуляторных батарей, содержащее выходной и регулирующий транзисторы, конденсатор, стабилитрон и резисторы. Когда напряжение батареи достаточно высоко, ток нагрузки протекает через открьпый последовательно включенный выходной транзистор. Для предотвращения полного разряда батареи нагру ка отключается запиранием транзистора с помощью цепи обратной связи 1. К недостаткам устройства относятся: завиг симость напряжения отключения от тока нагрузки, например, с ростом тока нагрузка бу дет отключена преждевременно за счет увеличения падения напряжения на выходном тран- знсторе; потребление тока цепями управления при отключении нагрузки (или обрьюе провода в цепи нагрузки), что приводит к потере емкости аккумуляторной батареи; отключение нагрузки производится без предупредительного периода, что может привести к аварийной ситуации, например, внезапное отключение лампы головного светильника в шахте. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее выходной и регулирующий транзисторы, стабилитрон, конденсатор, резисторы и полевой транзистор, исток которого соединен с базой регулирующего транзистора и одновременно через резистор подключен к общей точке одного полюса батареи, одной из обкладок конденсатора, эмиттера регулирующего транзистора и коллектора выходного транзистора. Сток полевого транзистора через стабилитрон и второй резистор пощслючен к другому полюсу аккумуляторной батареи, а затвор соеданен со второй обкладкой конденсат тора и через третий резистор - с базой выходного и коллектором регулирующего транзисторов. Устройство удерживается во включенном состоянии напряжением, .которое поступает на затвор полевого транзистора через открытый регулирующий транзистор и резистор. Когда напряжение становится ниже напряжения Ьтабилизации стабилитрона, регулирующий транзистор закрывается, положительный потенциал на затворе возрастает и закрывает полевой транзистор, что еще больше закрывает регулирующий транзистор, который в свою очередь закрывает выходной транзистор, и аккумуляторная батаре отключается от нагрузкиС З. Недостатком устройства является включение выходного транзистора по схеме с общим коллектором, что приводит к потерям знергии, а также к снижению напряжения на нагрузке, так как транзистор, включенный по такой схеме, не может находиться в режиме насыщения и работает только в активном . Кроме зтого, схема не имеет защиты от пере: грузок и коротких замыканий, а также предупредительного периода перед отключением нагрузки, когда батарея разрядится; до установленного уровня. Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей и повьпиение зффективности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее выходной и регулирующий транзисторы, стабилитрон, конденсатор, резисторы и третий транзистор :, дополнительно введены три диода, из которых первый одним вьшодом подключен к коллектору выходного транзистора и через выключатель к выводу нагрузки, вторым выводом - к базе третьего транзистора и к одной из обкладок конденсато ра, второй диод одним выводом подключен ко второй обкладке конденсатора и через допо нительный резистор к коллектору выходного транзистора, а вторым выводом связан через первый резистор и стабилитрон с коллектором третьего транзистора и через третий диод, включенный встречно, с базой регулирующего транзистора. При этом база регулирующего транзистора связана через второй резистор с общей точкой первого полюса аккумуляторной батареи, второ го вьшода для I подключения нагрузки и эмитт ра регулирующего транзистора. Эмиттер третьего транзистора подключен к эмиттеру выходного транзистора и к второму полюсу аккумуляторной батареи, эмиттеру выходного транзистора и к полюсу аккумуляторной батареи, эмиттер регулирующего транзистора - ко второ му полюсу аккумуляторной батареи и к нагруз а коллектор регулирующего транзистора через соответствующие резисторы связан с базами выходного и третьего транзисторов и со второй обкладкой конденсатора. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит вь1ходной транзистор 1 включенный по схеме с общим эмиттером, регулирующий транзистор 2 и транзистор 3, являющиеся основными элементами схемы триггера, стабилитрон 4, резистор 5, диод 6, включен ные последовательно между базой транзистора 2 и коллектором транзистора 3, диод 7, конденсатор 8 и резистор 9, связывающие базу транзистора 3 с коллектором транзистора 1, диод 10, резисторы И-15, аккумуляторнуюбатарею 16,. выключатель 17, нагрузку 18. Устройство работает следующим образом. При подключении нагрузки 18 с помощью выключателя 17 (который может быть установлен как со стороны батареи,, так и со стороны нагрузки) на базу транзистора 3 через резистор 9 и .koндeнcaтop 8 поступает отпирающий импульс. Транзистор 3 открывается и через элементы 4-6 открьгеает транзистор 2, который в свою очередь через резистор 12 открывает транзистор 1, а через резистор 11 удерживает транзистор 3 в открытом состоянии. После открывания транзистора 1 по цепи нагрузки начинает протекать ток. Если отключить нагрузку 18 (или произойдет обрыв цепи нагрузки), то падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 1 станет практически равным нулю, и база транзистора 3 окажется защунтированной с эмиттером через диод 7. Потенциала, поступающего на его базу, станет недостаточно для полного открывания, и он начнет закрываться. Это приведёт к закрыванию транзисторов 2, 1 и в конечном итоге к отключению схемы. Если в цепи нагрузки произойдет короткое замыкание, то цепь запуска транзистора 2 оказывается защунтированной через диод 10 и резистор 9 на общую щину (на фигуре минусовой вывод аккумуляторной батареи). В этом случае произойдет запирание транзистора 2. Транзисторы 1 и 3 также закроются, и аккумуляторная батарея .окажется отключенной от цепи нагрузки. В отключенном состояний схема потребляет ток, величина которого незначительна и определяется токами утечки транзисторов 2 и 3. Дня кремниевых транзисторов этот ток. не превышает 20 мкА. В случае разряда аккумуляторной батареи до заданного уровня ток, протекающий по цепи: положительный полюс аккумуляторной батареи, коллекторно-эмиттерный переход транзистора 3, стабилитрон 4, резистор 5, диод 6, база-эмиттер транзистора 2, отрицательный полюс аккумуляторной батареи, начнет щаться и транзистор 2 из режима насьпцения переходит в активный режим работы. При этом транзистор 1 начнет закрываться, что приведет к з еньщению тока нагрузки. Величина сопротивления резистора 11 подбирается таким образом, что транзистор 3 в этот период остается открытым, поэтому полного отключения схемы сраэу не происходит. Полное отключение схемы произойдет только тогда„ когда напряжения,, снимаемого с коллектора транзистора 2, станет недостаточно для полного открывания транзистора 3, и он начнет закрьюаться. Это приведет к лавинообразному закрыванию транзисторов 2 и 1 и к полному отключению схемы. Во время снижения тока нагрузки напряжение на аккумуляторной батарее снижается незначительно (практически остается на заданном уровне) и поэтому перезаряда аккуму ляторов не происходит. Уровень напряжения, до которого производится разряд; аккумуляторной батареи, задается с помощью стабилитрона 4 и резисторов 5 и 15. Заданный уровень, при котором производится отключение, можно регулировать, если вместо постоянного резистора 15 использовать переменный. Если нагрузкой является нить, накала лампы шахтного головного светильника, то при снижении тока лампа медленно снижает яркос свечения, создавая предупредительный период, в течение которого Можно принять необходимые меры, чтобы не создавать аварийной ситуации. Если в зтот период лампа была включена на OCHOBHJOO нить накала, то ее можно переключить на резервную нить меньшей мощности, и лампа будет еще гореть в течение 5-10 мин, обеспечивая рабочему возможность выхода из щахты или на освещен ное место. После погасания резервной нити ее можно при необходимости включать и выключать периодически в течение 2-3 ч. Введение дополнительных диодов повьпнает эффективность работы схемы и расширяет ее функциональные возможности. Диод 7 служит для запирания транзисторов при отключении нагрузки. Диоды 10 и б введены Д11Я защиты от коротких замыканий в цепи нагрузки. Включение транзистора 1 по схеме с общим эмиттером позволяет снизить потери, так как он работает в режиме, близком к насьпцению вГ падение напряжения между коллектором н эмиттером минимальное. Таким образом, предлагаемое устройство для ограничения разряда аккумуляторной бата реи обеспечивает своевременное отключение аккумуляторной батареи при разряде ее до . заданного уровня. Отключение производится н .мгновенно, а плавно, по мере снижения напряже кия на нагрузке, создавая предупредительный , период. При откгаочении нагрузки производится запирание всех транзисторов, и схема практическ не потребляет тока. Это дает возможность уст 76 навливать выключатель 17 как со стороны аккумуляторной батареи, так и со стороны нагрузки. Эту особенность устройства можно использовать при установке его в корпус аккумуляторной батареи щахтного головного светильника, у которого вьпслючатель находится на самой головке светильника. Аккумуляторная батарея-будет отключена и в случае короткого замыка шя в цепи НЯГОУЗКИ. При этом после устранения короткого замыкания светильник можно использовать для дальнейшей работы. Формула изобретения Устройство для ограничения разряда аккумуляторной батареи, содержащее выходной и регулирующий транзисторы, Лабилитрон, конденсатор, резисторы, третий транзистор н выводы для подключения нагрузки, отличающееся тем, что, с целью расширения функдаональных возможностей и , цЬвышения эффективности работ, в него дополнительно введены три диода, из первый пояключен одним вьтаодом к коллектору выходного транзистора н через шлключатель к одному выводу для подключениянагрузки, а вторым вьтодом - к базе третьего транзистора « оД«ой из обкладок конденсатора, второй диод подключен одним выводом ко второй обкладке кощеисатора и через дополнительный резистор к коллектору выходного транзистора, вторым вьгоодом связан через последователь«о включенные первый резистор и стабилитрон с коллектором третьего транзистора и через третий диод, включенный встречно, с базой регулирующего транзистора, при этом база ретулирующего транзистора связана через второй резистор с общей точкой первого полюса; аккумуляторной &1тарея, второго вьгаода для подключения нагрузки и эмиттера регулирующего транзистора,; коллектор регулирующего транзистора через соответств)гющие резисторы связан со второй обкладкой конденсатора и с базами выходного и третьего транзисторов, а эмиттер третьего транзистора подключен к эмиттеру выходного транзистора и к второму полюсу акку уляторной батареи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Electronics, М., 1968, с. Ю. 2.Авторское свидетельство СССР N 530374, кл. Н 01 М 10/48, 1975.

№П5

n

Ть

11 ч п

rt

ь fliH

л

16