Устройство для заряда накопителя энергии

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2238608

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к устройствам для заряда аккумуляторных батарей от сети через преобразователи и может быть использовано для заряда накопителей энергии в различных устройствах автоматики и вычислительной техники.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известны устройства для заряда накопителя энергии, например зарядное устройство для аккумуляторной батареи, содержащее выпрямитель, датчик тока, корректирующую цепь, выполненную в виде цепи отрицательной обратной связи, состоящей из диода и резистора, компаратор напряжения, клеммы для подключения аккумуляторной батареи, стабилизатор тока и источник опорного напряжения, при этом первый силовой вывод датчика тока соединен с клеммой подключения отрицательного полюса аккумуляторной батареи, а второй силовой и один потенциальный выводы соединены с общей точкой устройства, силовой ввод стабилизатора тока соединен с клеммой подключения положительного полюса аккумуляторной батареи, а аналоговый вход отрицательной обратной связи соединен с другим потенциальным выводом датчика тока, выход компаратора напряжения подключен к цифровому входу управления стабилизатора тока, а один из входов соединен с клеммой подключения положительного полюса аккумуляторной батареи, а общий измерительный провод подключен к второму потенциальному выходу датчика тока, один вход источника опорного напряжения соединен с выпрямителем, а другой вход подключен к второму потенциальному выходу датчика тока, а выход источника опорного напряжения соединен с другим выходом компаратора напряжения, один вывод диода соединен с выходом источника опорного напряжения, а другой вывод через резистор подключен к выходу компаратора напряжения [1].

Известно также устройство для заряда накопителя энергии, содержащее источник питания, статический преобразователь постоянного напряжения в переменное с ключевыми элементами, выходным трансформатором, задающим генератором с ключевыми элементами и трансформатором с дополнительной обмоткой, выпрямитель, дроссель, включенный между выходным трансформатором преобразователя и выпрямителем, датчик тока заряда, включенный между выпрямителем и накопителем, времязадающую цепочку в виде транзистора и конденсатора, подключенного к выводам базовых обмоток трансформатора задающего генератора, а коллектор и эмиттер транзистора времязадающей цепочки включены в диагональ выпрямительного моста, другая диагональ которого подключена соответственно к базе одного из транзисторов задающего генератора и к одному из выводов дополнительной обмотки трансформатора задающего генератора, второй вывод которого соединен с базой другого транзистора задающего генератора [2].

Недостаток описанных устройств заключается в том, что они не предназначены для работы в буферном режиме, что бывает необходимо, например, при работе с удаленным объектом, когда в случае отсутствия напряжения от источника питания необходимо оперативно перейти на резервное питание от аккумуляторной батареи. При этом необходимо иметь оперативную информацию о наличии или отсутствии аккумулятора на удаленном объекте и в случае каких-либо неполадок произвести ремонт или установку нового аккумулятора.

При создании изобретения стояла задача разработки надежного зарядного устройства, которое позволяло бы при напряжении питания, равном напряжению аккумулятора при работе в буферном режиме, определять наличие или отсутствие аккумулятора в цепи заряда, а также исключить возможность переполюсовки при установке аккумулятора.

Описанная задача решается за счет того, что в устройство для заряда накопителя энергии, содержащее преобразователь постоянного напряжения, подключенный к источнику питания, и выходной фильтр, введены ключевой элемент, генератор импульсов управления зарядом, блок определения наличия аккумулятора, схема индикации переполюсовки, диод и резисторы, причем выход преобразователя постоянного напряжения соединен с первым входом ключевого элемента и с входом генератора импульсов управления зарядом, выход которого подключен к управляющему входу блока определения наличия аккумулятора, выходом соединенного с вторым входом ключевого элемента, выход которого подключен к второму входу блока определения наличия аккумулятора, к аноду диода и к одному из выводов первого резистора, а через выключатель - к положительной клемме аккумулятора и к входу схемы индикации переполюсовки, катод диода подключен к входу выходного фильтра и к одному из выводов второго резистора, второй вывод первого резистора, второй вывод второго резистора и отрицательная клемма аккумулятора подключены к общему проводу. При этом блок определения наличия аккумулятора содержит транзистор, второй и третий диоды, третий, четвертый и пятый резисторы, конденсатор и соединенные последовательно элемент И-НЕ и инвертор, выход инвертора через третий резистор соединен с базой транзистора, коллектор которого является выходом блока определения наличия аккумулятора, первый вход элемента И-НЕ является управляющим входом блока определения наличия аккумулятора, аноды второго и третьего диодов соединены с одним из выводов четвертого резистора и с одним из выводов конденсатора, катод второго диода соединен с вторым входом элемента И-НЕ и с одним выводом пятого резистора, второй вывод которого, второй вывод конденсатора и эмиттер транзистора подключены к общему проводу, катод третьего диода соединен с вторым выводом четвертого резистора, точка соединения которых является вторым входом блока определения наличия аккумулятора.

Таким образом, за счет введения в устройство ключевого элемента, генератора импульсов управления зарядом, блока определения наличия аккумулятора, заряд аккумулятора осуществляется не постоянно, а в ключевом режиме, при этом имеется возможность определить наличие или отсутствие аккумулятора, работающего в буферном режиме, а наличие в схеме диода, включенного между ключевым элементом и выходным фильтром, позволяет исключить возможность появления отрицательного напряжения на выходе в случае переполюсовки при установке аккумулятора.

При проведении информационно-патентного поиска технических решений, идентичных заявляемому, не обнаружено.

схема устройства для заряда накопителя энергии

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства для заряда накопителя энергии, на фиг.2 приведен конкретный пример реализации ключевого элемента, на фиг.3 - пример конкретной схемной реализации блока определения наличия аккумулятора.

Предлагаемое устройство для заряда накопителя энергии содержит (см. фиг.1) преобразователь 1 напряжения постоянного тока, входом соединенный с выходом источника напряжения (на чертеже не показан), а выходом подключенный к первому входу ключевого элемента 2 и к входу генератора 3 импульсов управления зарядом, выход которого подключен к управляющему входу блока 4 определения наличия аккумулятора, выход и второй вход блока 4 определения наличия аккумулятора соединены соответственно с вторым входом и с выходом ключевого элемента 2, выход которого соединен также с анодом диода 5, катодом подключенного к входу выходного фильтра 6, а через выключатель 7 - с положительным полюсом аккумулятора 8 и с первым выводом схемы 9 индикации переполюсовки, отрицательный полюс аккумулятора 8 и второй вывод схемы 9 индикации переполюсовки непосредственно, а анод и катод диода 5 - через первый 10 и второй 11 резисторы соответственно подключены к общему проводу.

Преобразователь 1 напряжения представляет собой стабилизатор напряжения и стабилизатор тока и обеспечивает стабилизацию напряжения и тока заряда аккумулятора 8 и питание генератора 3 импульсов управления зарядом.

конкретный пример реализации ключевого элемента

Ключевой элемент 2 (фиг.2) выполнен на полевом транзисторе и предназначен для обеспечения заряда аккумулятора в ключевом режиме и для защиты преобразователя 1 в случае переполюсовки аккумулятора при установке.

Генератор 3 импульсов управления зарядом предназначен для формирования импульсов управления зарядом аккумулятора.

Блок 4 определения наличия аккумулятора представлен на фиг.3 и позволяет определить наличие аккумулятора при работе его в буферном режиме с преобразователем напряжения 1. Блок 4 содержит элемент И-НЕ 12, выходом подключенный к входу инвертора 13, транзистор 14, второй 15 и третий 16 диоды, третий 17, четвертый 18, пятый 19 резисторы и конденсатор 20, выход инвертора 13 через третий резистор 17 соединен с базой транзистора 14, коллектор которого является выходом блока 4 определения наличия аккумулятора и подключен к второму входу ключевого элемента 2, первый вход элемента И-НЕ 12 является управляющим входом блока 4 определения наличия аккумулятора и соединен с выходом генератора 3 импульсов управления зарядом, аноды второго 15 и третьего 16 диодов соединены с одним из выводов четвертого резистора 18 и с одним из выводов конденсатора 20, катод второго диода 15 соединен с вторым входом элемента И-НЕ 12 и с одним выводом пятого резистора 19, второй вывод которого, второй вывод конденсатора 20 и эмиттер транзистора 14 подключены к общему проводу, катод третьего диода 16 соединен с вторым выводом четвертого резистора 18, точка соединения которых является вторым входом блока 4 определения наличия аккумулятора и подключена к выходу ключевого элемента 2. Третий диод 16 предназначен для быстрого разряда конденсатора 20, а четвертый резистор 18, включенный параллельно третьему диоду 16, задает ток заряда конденсатора 20.

пример конкретной схемной реализации блока определения наличия аккумулятора.

Устройство для заряда накопителя энергии работает следующим образом

Питание нагрузки осуществляется от источника питания постоянного тока (на чертеже не показан). В случае отсутствия питающего напряжения в силу каких-либо причин питание нагрузки осуществляется от аккумулятора. Подключение питающего напряжения к нагрузке осуществляется с помощью электронного переключателя (на чертеже не показан).

Питающее напряжение постоянного тока поступает от источника питания в нагрузку в качестве основного питающего напряжения и на вход преобразователя 1, который обеспечивает стабилизацию напряжения и тока на соответствующем уровне, необходимом для заряда аккумулятора 8 и питания генератора 3 импульсов управления зарядом. Стабилизированное напряжение с выхода преобразователя 1 поступает на вход генератора 3 импульсов управления зарядом, на выходе которого появляются импульсы заданной частоты и скважности. Эти импульсы поступают на управляющий вход блока 4 определения наличия аккумулятора.

При отсутствии в схеме устройства аккумулятора 8 или при разомкнутом выключателе 7 конденсатор 20 блока 4 определения наличия аккумулятора (см. фиг.3) разряжен. При этом на втором входе элемента И-НЕ 12 присутствует сигнал "логический 0", на выходе инвертора 13 также присутствует сигнал "логический 0". При этом выходной транзистор 14 блока 4 определения наличия аккумулятора и полевой транзистор ключевого элемента 2 закрыты, и на вход выходного фильтра 6 напряжение не поступает.

При подключенном аккумуляторе 8 на втором входе элемента И-НЕ 12 блока 4 появляется сигнал "логическая 1", и импульсы управления поступают на базу транзистора 14 блока 4. При этом на выходе блока 4 определения наличия аккумулятора появляется сигнал, который управляет полевым транзистором ключевого элемента 2. Этот сигнал открывает транзистор ключевого элемента 2 и удерживает его в открытом состоянии в течение большого промежутка времени, когда происходит заряд аккумулятора 8 от преобразователя 1, и закрывает его на короткий промежуток времени. В этот короткий промежуток времени заряда аккумулятора 8 не происходит, информация о наличии аккумулятора с выхода ключевого элемента 2 поступает на второй вход блока 4 определения наличия аккумулятора.

При наличии питающего напряжения питание нагрузки осуществляется от источника питания.

Диод 5 предназначен для защиты нагрузки от возможной переполюсовки при установке аккумулятора 8, выходной фильтр 6 обеспечивает необходимый уровень пульсаций выходного напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с аналогами имеет более широкие функциональные возможности за счет того, что может работать в буферном режиме и при этом позволяет определить наличие или отсутствие аккумулятора в цепи заряда, а также исключить возможность появления отрицательного напряжения на выходе в случае переполюсовки при установке аккумулятора.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Свидетельство РФ на полезную модель №20810 U1, кл. Н 02 J 7/10, опубл. 27.11.2001 г.

2. Описание изобретения к авт. свид. СССР №758381, кл. Н 02 J 7/02, опубл. 23.08.1980 г.

Формула изобретения

1. Устройство для заряда накопителя энергии, содержащее преобразователь постоянного напряжения, подключенный к источнику питания, и выходной фильтр, отличающееся тем, что в него введены ключевой элемент, генератор импульсов управления зарядом, блок определения наличия аккумулятора, схема индикации переполюсовки, диод и резисторы, причем выход преобразователя постоянного напряжения соединен с первым входом ключевого элемента и с входом генератора импульсов управления зарядом, выход которого подключен к управляющему входу блока определения наличия аккумулятора, выходом соединенного с вторым входом ключевого элемента, выход которого подключен к второму входу блока определения наличия аккумулятора, к аноду диода и к одному из выводов первого резистора, а через выключатель - к положительной клемме аккумулятора и к входу схемы индикации переполюсовки, катод диода подключен к входу выходного фильтра и к одному из выводов второго резистора, второй вывод которого, второй вывод первого резистора и отрицательная клемма аккумулятора подключены к общему проводу.

2. Устройство для заряда накопителя энергии по п.1, отличающееся тем, что блок определения наличия аккумулятора содержит транзистор, второй и третий диоды, третий, четвертый и пятый резисторы, конденсатор и соединенные последовательно элемент И-НЕ и инвертор, выход инвертора через третий резистор соединен с базой транзистора, коллектор которого является выходом блока определения наличия аккумулятора, первый вход элемента И-НЕ является управляющим входом блока определения наличия аккумулятора, аноды второго и третьего диодов соединены с одним из выводов четвертого резистора и с одним из выводов конденсатора, катод второго диода соединен с вторым входом элемента И-НЕ и с одним выводом пятого резистора, второй вывод которого, второй вывод конденсатора и эмиттер транзистора подключены к общему проводу, катод третьего диода соединен с вторым выводом четвертого резистора, точка соединения которых является вторым входом блока определения наличия аккумулятора.

Имя изобретателя: Ремпель В.А.
Имя патентообладателя: ООО Компания "МИР"
Почтовый адрес для переписки: 644105, г.Омск-105, ул. Успешная, 51, ООО Компания "МИР"
Дата начала отсчета действия патента: 2002.07.16

Разместил статью: admin
Дата публикации:  27-03-2004, 13:53

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!