Зарядное устройство системы "суперконденсатор-аккумулятор"

Зарядное устройство системы "суперконденсатор-аккумулятор" включает устройство сравнения, выполненное на компараторе, и силовой ключ. Устройство дополнительно содержит транзисторный усилитель, вход которого соединен с выходом устройства сравнения, а выход подключен ко входу силового ключа, при этом схема содержит три развязывающих силовых диода.

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам преобразования параметров электрической энергии, и может быть использована при разработке и изготовлении источников вторичного электропитания на базе солнечных батарей (СБ), суперконденсаторов (СК) и аккумуляторных батарей (АБ).

Известный "Устройство управления импульсным стабилизатором" [Патент Украины 63727, МПК-7 G05F 1/56, H02M 3/335, H02M 7/00, Бюл. 1, 2004 р.], Содержащей задающего генератора выполнен в виде функционального генератора, включающего генератор треугольных импульсов, реализован по схеме интегратора, и синхронизирован с ним генератор прямоугольных импульсов, реализован по схеме компаратора, формирователь импульсов, включая триггер и схему совпадения, преобразователь обратной связи, преобразователь обратной связи выполнен на компараторе, инверсный вход которого соединен с выходом генератора треугольных импульсов, а прямой вход соединен через переключатель с напряжением сети или с выходом выпрямителя напряжения обратной связи, включающей диодный мост, дроссель и сглаживающий конденсатор, а выход компаратора соединен с первыми входами логических элементов схемы совпадения, на вторые входы которых поступает управляющее напряжение с выхода блока токовой защиты, причем указанные входы логических элементов схемы совпадения через переключатель соединены с параметрическим стабилизатором, а третьи входы логических элементов схемы совпадения соединены с выходом триггера формирователя импульсов, причем выходы логических элементов схемы совпадения соединены с входами предыдущего усилителя импульсного стабилизатора.

Недостатком известного устройства является сложная схемотехника устройства.

То же касается и известного "Устройства управления многофункционального преобразователя напряжения" [Патент Украины 9031, МПК-7 G05F 1/56, H02M 3/335, H02M 7/00, Бюл. 9, 2005 р.]

Наиболее близким по технической сущности и результата, что достигается, и выбранным в качестве прототипа является "Модуль управления коммутатором нагрузок солнечных батарей" [Патент Украины 45368, МПК-8 G05F1/56, H02M 3/335, H02M 7/00, Бюл. 21 2009 р.], Включающий устройство сравнения (УС), выполненный на компараторе, и первый предварительный усилитель (ППУ), при этом дополнительно введен второй предварительный усилитель (ВПУ) и блок коммутации (БК), при этом оба предварительные усилители и первый и второй выходные ключи выполнены в виде блока предварительных усилителей с выходными ключами, а БК выполнен в виде транзисторной логической схемы, входы которой подключены в плюсовым выводам солнечной батареи (СБ) и аккумуляторной батареи (АБ), а выход подключен к нагрузке, кроме того, ППУ выполнен на транзисторах, при этом на базу ППУ подается сигнал "заряд АБ", а на базу ВПУ подается сигнал "Импульсный стабилизатор напряжения" ("ИСН"), причем в коллекторные цепи ППУ и ВПУ включены соответственно делители напряжения на двух резисторах, а базовые цепи выходных ключей подключены к средним точек соответствующих делителей резисторов напряжения, кроме того, эмиттер первого выходного ключа подключен к входу "ИСН", а коллектор второго выходного ключа через развязывающий диод подает "+" ВБ на силовой ключ БК, а прямой вход компаратора УС через делитель на резисторе и стабилитроне подключен к "+" АБ, а инверсный вход компаратора через делитель напряжения подключен в "+" СБ, при этом выход УС подключен к входу БК управляющей при этом БК выполнен на четырех транзисторах и логическом инверторе и четырех решающих диодах, вход БК, при этом управляющая подключен к выходу компаратора УС, сигнал с которого поступает на базу первого транзистора, управляющего коллектор которого соединен с базой первого коммутатора, подключаемый "+" ИСН через развязывающий диод к нагрузке, кроме того, сигнал с выхода компаратора ЧП через логический инвертор поступает на базу второго транзистора, управляющего коллектор которого соединен с базой второго коммутатора, подключаемый "+" СБ или АБ через развязывающий диод к нагрузке.

Недостатками прототипа являются сложные функциональная и принципиальная схемы устройства.

Задачей настоящей полезной модели является разработка новой схемотехники зарядного устройства достижением технического результата - упрощение схемотехники устройства.

Поставленная задача решается тем, что в "зарядное устройство системы" суперконденсатор-аккумулятор», включающий устройство сравнения, выполнен на компараторе, и силовой ключ, является транзисторный усилитель, вход которого соединен с выходом устройства сравнения, а выход подключен к входу силового ключа, при этом схема содержит три развязывающие силовые диоды, кроме того, устройство сравнения выполнен на компараторе, реализованном на операционном усилителе, первый развязывающий силовой диод включен на входе питающего напряжения, второй развязывающий силовой диод включен между вывода СК и вывода АБ, а третий развязывающий силовой диод включен между выводом А Б и выходом устройства.

Новым в заявляемом устройстве чрезвычайно простая и эффективная схемотехника построения зарядного устройства, позволяющего решить задачу, поставленную в данной полезной модели, с достижением технического результата - упрощение схемотехники устройства.

Существенными признаками устройства, заявляемого совпадающими с прототипом, являются следующие 5 признаки:

- Устройство сравнения (ЧП), выполненный на компараторе;

- Силовой ключ.

Отличительными от прототипа существенными признаками устройства заявляется, являются следующие признаки:

- Устройство содержит транзисторный усилитель;

- вход транзисторного усилителя соединен с выходом устройства сравнения, а выход подключен к входу силового ключа;

- Схема содержит три развязывающие силовые диоды.

Отдельными отличительными от прототипа существенными признаками устройства заявляется, являются следующие признаки:

- устройство сравнения выполнен на компараторе, реализованном на операционном усилителе;

- Первый развязывающий силовой диод включен на входе питающего напряжения;

- Второй развязывающий силовой диод включен между выводом СК и выводом АБ;

- Третий развязывающий силовой диод включен между выводом АБ и выходом устройства.

Между существенными признаками полезной модели заявляемого и техническим результатом, который достигается, существует следующий причинно-следственная связь.

Действительно, новая схемотехника предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет значительно упростить устройство и, за счет этого, повысить надежность его работы и снизить материальные затраты при тиражировании данного устройства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, которые содержат информацию об аналогах технического решения заявляемого позволяет установить, что заявителем не обнаружены полные аналоги, характеризующиеся всей совокупности признаков, идентичной всем существенным признакам заявленного устройства указанных в формуле полезной модели.

Поэтому можно утверждать, что полезная модель, которая заявляется, соответствует условию патентоспособности по критерию "новизна".

Кроме того, данная полезная модель промышленно применима, так как техническое решение, заявляется, позволяет использовать его при разработке и изготовлении источников вторичного электропитания на базе солнечных батарей (СБ), суперконденсаторов (СК) и аккумуляторных батарей (АБ).

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства, заявляется. Заявляемая зарядное устройство системы "суперконденсатор-аккумулятор" включает устройство сравнения, выполнен на компараторе, силовой ключ, транзисторный усилитель и три развязывающие силовые диоды.

Вход транзисторного усилителя соединен с выходом устройства сравнения, а выход подключен к входу силового ключа.

Устройство сравнения выполнен на компараторе, реализованном на операционном усилителе.

Первый развязывающий силовой диод включен на входе питающего напряжения. Второй развязывающий силовой диод включен между выводом СК и выводом АБ.

Третий развязывающий силовой диод включен между выводом АБ и выходом устройства. Рассмотрим подробнее заявляемое устройство.

Устройство сравнения, обеспечивает контроль заряда суперконденсатора СК и аккумуляторных батарей АБ, собранный на операционном усилителе ДА1. Транзисторный усилитель собран на транзисторе VT1. Силовой ключ реализовано на транзисторе VT2. Балластный сопротивление R6 ограничивает ток заряда до 18 А. Максимальный ток коллектора транзистора VT2 составляет 40 А.

Первый развязывающий силовой диод VД1 включен на входе питающего напряжения и развязывает источник питания устройства от АБ.

Второй развязывающий силовой диод VД3 включен между выводом СК и выводом АБ и развязывает СК и АБ.

Третий развязывающий силовой диод VД4 включен между выводом АБ и выходом устройства и развязывает АБ от источника питания устройства.

Рассмотрим работу заявляемого устройства.

Если СК разряжен, напряжение на прямом входе (3) DA1 ниже, чем на инверсном (2).

На выходе (6) DA1 имеем напряжение, соответствующее "1", транзистор VT1 открыт (в насыщении), так как на его базе напряжение выше, чем на эмиттере 2 В, из-за его нагрузка - резисторы R1 и R2 - течет ток.

На базе транзистора VT2 напряжение более негативная, чем на эмиттере и силовой ключ на транзисторе VT2 открыт, поскольку транзистор VT2 находится в насыщении.

По цепи "+Uист" е-к VT2>R6>СК>"- U" течет зарядный ток СК.

По цепи "+Uист" е-к VT2>R6> VД3>+АВ>"- U" течет зарядный ток АБ.

Как только СК и АБ заряжали, напряжение на инверсном входе (2) ДА1 становится выше напряжения на прямом входе (3) DA1 и на выходе (6) появляется "0", потенциал базы VT1 становится равным потенциалу эмиттера и транзистор VT1 закрывается.

По нагрузке R1, R2 ток не течет и потенциал базы VT2 становится равным потенциалу эмиттера VT2, VT2 закрывается, суперконденсатор СК и аккумуляторная батарея АБ заряженные, напряжение источника выше напряжение на суперконденсаторов и аккумуляторной батареи.

Все устройство питается от источника питания постоянного тока, например, от солнечных батарей.

При отсутствии напряжения источника питания или при понижении его напряжения, нагрузка питается через VД4 от АБ и СК.

При кратковременном отключении источника или превышении нагрузки устройство переводит нагрузку на питание от СК и АБ.

На основании всего вышеизложенного можно сделать вывод, что задача, поставленная в настоящий полезной модели - разработка новой схемотехники зарядного устройства - выполнена с достижением технического результата - упрощение схемотехники устройства.

1. Зарядное устройство, включающее устройство сравнения, выполненное на компараторе, и силовой ключ, отличающееся тем, что содержит транзисторный усилитель, вход которого соединен с выходом устройства сравнения, а выход подключен к входу силового ключа, при этом схема содержит три развязывающие силовые диоды.

2. Зарядное устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство сравнения выполнено на компараторе, реализованном на операционном усилителе.

3. Зарядное устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый развязывающий силовой диод включен на входе питающего напряжения.

4. Зарядное устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй развязывающий силовой диод включен между выводом суперконденсатора и выводом аккумуляторной батареи.

5. Зарядное устройство по п. 1, отличающееся тем, что третий развязывающий силовой диод включен между выводом аккумуляторной батареи и выходом устройства.