ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

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 высокочастотный (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 БИ №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 малогабаритное зарядное устройство, содержащее входной фильтр, 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 БИ №26, 20.09.2010].
Недостатками данного малогабаритного зарядного устройства являются отсутствие защиты от неправильного подключения аккумуляторной батареи и отсутствие индикации неправильного подключения.
Известно зарядное устройство для аккумуляторных батарей, содержащее сетевой фильтр, выпрямитель напряжения, сглаживающий фильтр, преобразователь напряжения, узел стабилизации, узел защиты, второй и третий выпрямители и делитель напряжения [Патент РФ на полезную модель №81854. МПК H02J 7/10. Опубл. в БИ №9, 27.03.2009].
Недостатком данного зарядного устройства для аккумуляторных батарей является 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 №110561. МПК H02J 7/00. Опубл. в БИ №32, 20.11.2011], содержащее сетевой фильтр, выпрямитель, к входу которого подключен сетевой фильтр, первый сглаживающий фильтр, подключенный к выходу выпрямителя, преобразователь напряжения типа DC/DC, работающий на высокой частоте, к выходу которого подключен второй сглаживающий фильтр, делитель напряжения, подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра, узел защиты и резистивный датчик тока, подключенные к выходу второго сглаживающего фильтра и 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.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании высокочастотного зарядного устройства с защитой от короткого замыкания выхода зарядного устройства и не требующего соблюдения полярности при подключении аккумуляторной батареи.
Технический результат - повышение удобства пользования зарядным устройством для аккумуляторных батарей, а также повышение надежности защиты от короткого замыкания нагрузки.
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, 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, причем устройство содержит узел коммутации, состоящий из двух транзисторов, в цепь коллектора каждого из которых включено электромеханическое реле с двумя группами контактов и диод, включенный параллельно обмотке реле, первого резистора и соединенного последовательно с ним коллекторно-эмиттерным переходом фототранзистора первой оптопары, включенных между положительным выходом напряжения второго сглаживающего фильтра и базой первого транзистора, второго резистора и соединенного последовательно с ним коллекторно-эмиттерным переходом фототранзистора второй оптопары, включенных между положительным выходом напряжения второго сглаживающего фильтра и базой второго транзистора, а также двух цепей, первая из которых состоит из последовательно соединенных диода и светодиода первой оптопары, а вторая - из диода и светодиода второй оптопары, включенных встречно-параллельно, соединенных последовательно с третьим резистором и подключенных к выходу зарядного устройства.
Сущность полезной модели заключается в использовании в зарядном устройстве узла коммутации по предложенной схеме построения, который обеспечивает правильное подключение аккумуляторной батареи к зарядному устройству без соблюдения полярности, а также повышенную надежность защиты от короткого замыкания нагрузки, которая обеспечивается двумя группами контактов электромеханического реле, включенными последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей.
На фиг. 1 изображена функциональная схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей. На фиг. 2 изображена схема узла коммутации.
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 коммутации 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 коммутации 7 (фиг. 2) обеспечивает правильное подключение заряжаемой аккумуляторной батареи к зарядному устройству без соблюдения полярности, а также обеспечивает защиту от короткого замыкания выходных клемм 12 и 13 (фиг. 1) зарядного устройства и представляет собой два электромеханических реле 14 и 15 с двумя группами контактов, ток через обмотку которых коммутируется транзисторами 16 и 17 соответственно. Резисторы 18 и 19 задают базовый ток транзисторов 16 и 17. Последовательно с резисторами 18 и 19 включены транзисторы оптопар 20 и 21, коммутирующие базовые токи транзисторов 16 и 17 соответственно. Управляющая цепь оптопары 20 состоит из светодиода оптопары и соединенного последовательно с ним диода 22, управляющая цепь оптопары 21 состоит из светодиода оптопары и соединенного последовательно с ним диода 23, причем управляющие цепи включены встречно-параллельно и одной стороной подключены к верхнему выходу узла коммутации, а другой стороной через последовательно соединенный с ними резистор 24 - к нижнему выходу узла коммутации. Выходы узла коммутации отделены от электромеханических реле 14 и 15 группой контактов 25-28, причем контактами 25 и 26 управляет электромагнитное реле 14, а контактами 27 и 28 управляет электромагнитное реле 15. Диод 22 обеспечивает протекание тока через светодиод оптопары 20, когда положительный вывод заряжаемого аккумулятора подключен к верхней клемме 12 зарядного устройства для аккумуляторных батарей, при этом происходит отпирание транзистора 16 и включение реле 14.
Диод 23 обеспечивает протекание тока через светодиод оптопары 21, когда положительный вывод заряжаемого аккумулятора подключен к нижней клемме 13 зарядного устройства для аккумуляторных батарей, при этом происходит отпирание транзистора 17 и включение реле 15. Диоды 29 и 30 предназначены для защиты транзисторов 16 и 17 соответственно от импульса напряжения при выключении реле 14 и 15.
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 коммутации 7 и резистивный датчик тока 8, которые включены последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей.
При отсутствии заряжаемой аккумуляторной батареи контакты 25, 26 реле 14 и контакты 27, 28 реле 15 разомкнуты (фиг. 2). При подключении положительной клеммы аккумуляторной батареи к выходной клемме 12 зарядного устройства для аккумуляторных батарей начинает протекать ток через диод 22, светодиод оптрона 20 и резистор 24, транзистор 16 открывается и включает реле 14, в результате чего замыкаются контакты 25 и 26, при этом выход зарядного устройства подключается к аккумуляторной батарее и начинается процесс заряда.
При подключении положительной клеммы аккумуляторной батареи к выходной клемме 13 зарядного устройства для аккумуляторных батарей начинает протекать ток через резистор 24, светодиод оптрона 21 и диод 23, транзистор 17 открывается и включает реле 15, в результате чего замыкаются контакты 27 и 28, при этом выход зарядного устройства подключается к аккумуляторной батарее и начинается процесс заряда.
При коротком замыкании выходных клемм 12 и 13 зарядного устройства ток через резистор 24, через светодиоды оптронов 20 и 21, через диоды 22 и 23 протекать не будет, при этом транзисторы 16 и 17 будут закрыты, контакты 25 и 26 реле 14 или контакты 27 и 28 реле 15 будут разомкнуты, и аккумуляторная батарея не будет подключена к зарядному устройству.
При коротком замыкании выхода зарядного устройства в процессе заряда аккумуляторной батареи, когда контакты 25 и 26 реле 14 или контакты 27 и 28 реле 15 были замкнуты, ток через резистор 24, через светодиоды оптронов 20 и 21, через диоды 22 и 23 протекать прекращает, при этом транзистор 16 или транзистор 17 будет закрыт, контакты 25 и 26 реле 14 или контакты 27 и 28 реле 15 разомкнутся, и аккумуляторная батарея будет отключена от зарядного устройства.
Узел индикации 9 индицирует полярность подключения аккумуляторной батареи в нормальном режиме работы устройства и режим короткого замыкания. 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 опытном экземпляре зарядного устройства для аккумуляторных батарей в качестве датчика тока применен низкоомный резистор. Узел гальванической развязки выполнен с применением оптопары РС817. В качестве реле узла защиты может быть применено реле с двумя группами контактов на напряжение 12 В и ток, равный или превышающий ток заряда аккумулятора, например реле 40.52.9.12 (Finder), или два параллельно соединенных реле с одной группой контактов, например реле BS-115С.
Таким образом, построение зарядного устройства по предложенной схеме обеспечивает высокое качество заряда аккумуляторной батареи, улучшенную защиту от короткого замыкания на выходе зарядного устройства, а также повышенное удобство пользования зарядным устройством для аккумуляторных батарей за счет отсутствия необходимости определения полярности подключения аккумуляторной батареи.