Зарядное устройство для аккумуляторных батарей
Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для заряда электрохимических накопителей энергии, а именно аккумуляторных батарей. Зарядное устройство для аккумуляторных батарей содержит сетевой фильтр, выпрямитель, первый сглаживающий фильтр, преобразователь напряжения, делитель напряжения, узел защиты, обеспечивающий защиту от короткого замыкания выхода зарядного устройства и неправильного включения аккумуляторной батареи, и датчик тока, включенные последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей, узел индикации, включенный параллельно заряжаемой аккумуляторной батарее, узел стабилизации, на первый вход которого подан сигнал с делителя напряжения, на второй и третий входы подан сигнал с датчика тока, а выход узла стабилизации через узел гальванической развязки соединен с управляющим входом преобразователя напряжения. Предложенное зарядное устройство обеспечивает улучшенное качество заряда аккумуляторной батареи за счет более высокой стабильности зарядного напряжения и тока, а также исключения порчи аккумуляторной батареи и зарядного устройства при случайном неправильном подключении аккумуляторной батареи. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для заряда электрохимических накопителей энергии, а именно аккумуляторных батарей.
Известно зарядное устройство, содержащее входной и сетевой фильтры, выпрямитель, управляемый ВЧ преобразователь, соединенный с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка соединена с выходным выпрямителем, выходной фильтр, токовый датчик, первый и второй ключ с нагрузкой, программируемый блок управления и индикации, соединенный с управляемым ВЧ преобразователем через схему гальванической развязки [Патент РФ на полезную модель 
87049. МПК H02J 15/00. Опубл. в Б.И. 26, 20.09.2009].
Недостатками этого зарядного устройства являются отсутствие защиты от неправильного подключения аккумулятора, а также сложное и дорогое устройство управления и индикации.
Известно зарядное устройство, содержащее входной и сетевой фильтры, выпрямитель, однотактный высокочастотный преобразователь на основе микросхемы VIPer-100A, работающий на частоте 100 кГц, трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр [Косенко С. VIPer-100A и "карманное" зарядное устройство на его основе / С.Косенко // Радио. - 2002. - 11, - С.30-32].
Недостатками данного зарядного устройства являются отсутствие защиты от неправильного подключения аккумулятора и от короткого замыкания нагрузки, отсутствие индикации работы и неправильного подключения, а также недостаточная стабилизация зарядного тока и напряжения.
Известно малогабаритное зарядное устройство, содержащее входной фильтры, выпрямитель, полумостовую инверторную схему, выполненную на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором, узел гальванического разделения, высокочастотный трансформатор, выходной выпрямитель, сглаживающий дроссель и шунт, включенные последовательно с нагрузкой [Патент РФ на полезную модель 97880. МПК H02J 7/10. Опубл. в Б.И. 26, 20.09.2010].
Недостатками данного малогабаритного зарядного устройства являются отсутствие защиты от неправильного подключения аккумуляторной батареи и отсутствие индикации неправильного подключения.
Наиболее близким к предложенному устройству является зарядное устройство для аккумуляторных батарей [Патент РФ на полезную модель 81854. МПК H02J 7/10. Опубл. в Б.И. 9, 27.03.2009], выбранный в качестве прототипа и содержащий сетевой фильтр, выпрямитель напряжения, преобразователь напряжения, узел стабилизации, узел защиты, второй и третий выпрямители и делитель напряжения.
Недостатком прототипа является отсутствие защиты от неправильного подключения аккумуляторной батареи и отсутствие индикации неправильного подключения.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании высокочастотного зарядного устройства, обеспечивающего улучшенное качество заряда аккумуляторной батареи, имеющего защиту от короткого замыкания выхода зарядного устройства и неправильного подключения аккумуляторной батареи, а также индикацию неправильного подключения аккумуляторной батареи.
Техническим результатом, обеспечиваемым совокупностью признаков, является более высокая стабильность зарядного напряжения и тока, а также исключение порчи аккумуляторной батареи и зарядного устройства при случайном коротком замыкании выхода зарядного устройства и неправильном подключении аккумуляторной батареи.
Технический результат достигается за счет того, что зарядное устройство для аккумуляторных батарей содержит выпрямитель, сетевой фильтр, присоединенный к входу выпрямителя, преобразователь, первый сглаживающий фильтр, включенный между выпрямителем и входом преобразователя напряжения, второй сглаживающий фильтр, подключенный к выходу преобразователя напряжения, делитель напряжения, подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра, узел стабилизации и узел защиты, причем узел защиты, обеспечивающий защиту зарядного устройства при коротком замыкании выхода зарядного устройства и неправильном подключении аккумуляторной батареи, состоит из транзистора, в цепь коллектора которого включено электромеханическое реле и диод, включенный параллельно обмотке реле, первого резистора, включенного между выходом устройства и базой транзистора, и второго резистора, включенного между базой и эмиттером транзистора, причем в цепь эмиттера транзистора включен диод, при этом устройство дополнительно содержит резистивный датчик тока, включенный последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей и подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра, узел индикации, подключенный параллельно заряжаемой аккумуляторной батарее, узел гальванической развязки, включенный между выходом узла стабилизации и преобразователем напряжения, а также в качестве датчика тока используют датчик на эффекте Холла.
На фиг.1 изображена функциональная схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей. На фиг.2 изображена схема устройства защиты от неправильного подключения аккумуляторной батареи.
Зарядное устройство для аккумуляторных батарей содержит сетевой фильтр 1, выпрямитель 2, к входу которого подключен сетевой фильтр 1, первый сглаживающий фильтр 3, подключенный к выходу выпрямителя 2, преобразователь напряжения 4 (типа DC/DC), работающий на высокой частоте, к выходу которого подключен второй сглаживающий фильтр 5, делитель напряжения 6, подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра 5, узел защиты 7 и резистивный датчик тока 8, подключенные к выходу второго сглаживающего фильтра 5 и включенные последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей, узел индикации 9, включенный параллельно заряжаемой аккумуляторной батарее, узел стабилизации 10, на первый вход которого подан сигнал с делителя напряжения 6, на второй и третий входы подан сигнал с датчика тока 8, а выход узла стабилизации 10 через узел гальванической развязки 11 соединен с управляющим входом преобразователя 4.
Узел защиты 7 (фиг.2) обеспечивает защиту от короткого замыкания выхода зарядного устройства и неправильного включения аккумуляторной батареи, и представляет собой электромеханическое реле 12, ток через обмотку которого коммутируется транзистором 13. Резисторы 14 и 15 образуют делитель напряжения, при помощи которого можно установить минимальное значение напряжения аккумуляторной батареи, при котором происходит включение зарядного устройства. Диод 16 предотвращает протекание тока в цепях базы и коллектора транзистора при неправильном подключении аккумуляторной батареи, и, таким образом, предотвращает включение реле, а диод 17 предназначен для защиты схемы от импульса напряжения при выключении реле.
Зарядное устройство для аккумуляторных батарей работает следующим образом. Напряжение питания от сети переменного тока 220 В поступает через сетевой фильтр 1 на выпрямитель 2, с выхода выпрямителя 2 выпрямленное напряжение 220 В сглаживается при помощи первого сглаживающего фильтра 3, и поступает на вход преобразователя напряжения 4. На выходе преобразователя имеется напряжение постоянного тока низкого уровня, которое дополнительно сглаживается при помощи второго сглаживающего фильтра 5. Зарядный ток с выхода второго сглаживающего фильтра 5 подается на заряжаемую аккумуляторную батарею через узел защиты 7 и резистивный датчик тока 8, которые включены последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей.
При отсутствии заряжаемой аккумуляторной батареи контакты реле 12 разомкнуты (фиг.2). При правильном подключении аккумуляторной батареи через резисторы 14, 15, базу транзистора 13 и диод 16 протекает ток, транзистор открывается и включает реле 12, в результате чего выход зарядного устройства подключается к аккумуляторной батарее, и начинается процесс заряда.
В случае неправильного подключения аккумуляторной батареи к зарядному устройству ток через резисторы 14, 15, базу транзистора 13 и диод 16 не протекает, транзистор 13 закрыт, ток через обмотку реле 12 отсутствует и контакты реле разомкнуты. В этом случае аккумуляторная батарея не подключена к зарядному устройству.
При коротком замыкании выходных контактов зарядного устройства также не будет протекать ток через резисторы 14, 15, базу транзистора 13 и диод 16, следовательно, также не произойдет включения реле 12 устройства защиты.
При коротком замыкании выхода зарядного устройства в процессе заряда аккумуляторной батареи, когда контакты реле 12 были замкнуты, ток через резисторы 14, 15, базу транзистора 13 и диод 16 перестанет протекать, транзистор 13 закроется, и реле 12 отключит аккумуляторную батарею от зарядного устройства.
Узел индикации 9 индицирует нормальный режим работы устройства, режим короткого замыкания и неправильное подключение аккумуляторной батареи. Стабилизация тока и напряжения осуществляется при помощи измерения режима работы преобразователя напряжения 4. В начале процесса заряда аккумуляторной батареи происходит стабилизация зарядного тока с погрешностью не более 1% от установленной величины тока, который пропорционален напряжению, снимаемому с резистивного датчика тока 8, и подаваемому на второй и третий входы узла стабилизации 10. В конце процесса заряда аккумуляторной батареи происходит увеличение напряжения на аккумуляторной батарее, уменьшение зарядного тока, и преобразователь переходит в режим стабилизации напряжения с погрешностью не более 1% по сигналу с делителя напряжения 6, подаваемому на первый вход узла стабилизации 10. Сигнал с выхода узла стабилизации 10 через узел гальванической развязки 11 поступает на управляющий вход преобразователя 4, и изменяет его режим работы таким образом, чтобы автоматически происходила стабилизация зарядного тока или напряжения в зависимости от степени заряженности аккумулятора.
В качестве датчика тока применен низкоомный резистор. Также в качестве датчика тока может быть использован датчик на эффекте Холла, например, датчик ACS712 (ACS714) фирмы Allegro MicroSystems. Узел гальванической развязки может быть выполнен с применением оптопары, например 4N25, РС817 или другой подобной. В качестве реле узла защиты может быть применено реле на напряжение 12 В и ток, равный или превышающий ток заряда аккумулятора, например, реле BS-115С.
Построение зарядного устройства по предложенной схеме обеспечивает улучшенное качество заряда аккумуляторной батареи за счет более высокой стабильности зарядного напряжения и тока, а также исключения порчи аккумуляторной батареи и зарядного устройства при случайном неправильном подключении аккумуляторной батареи.
1. Зарядное устройство для аккумуляторных батарей, содержащее выпрямитель, сетевой фильтр, присоединенный к входу выпрямителя, преобразователь, первый сглаживающий фильтр, включенный между выпрямителем и входом преобразователя напряжения, второй сглаживающий фильтр, подключенный к выходу преобразователя напряжения, делитель напряжения, подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра, узел стабилизации и узел защиты, отличающееся тем, что узел защиты, обеспечивающий защиту зарядного устройства при коротком замыкании выхода зарядного устройства и неправильном подключении аккумуляторной батареи, состоит из транзистора, в цепь коллектора которого включены электромеханическое реле и диод, включенный параллельно обмотке реле, первого резистора, включенного между выходом устройства и базой транзистора, и второго резистора, включенного между базой и эмиттером транзистора, причем в цепь эмиттера транзистора включен диод, при этом устройство дополнительно содержит резистивный датчик тока, включенный последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей и подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра, узел индикации, подключенный параллельно заряжаемой аккумуляторной батарее, узел гальванической развязки, включенный между выходом узла стабилизации и преобразователем напряжения.
2. Зарядное устройство для аккумуляторных батарей по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчика тока используют датчик на эффекте Холла.
