УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах автономного электроснабжения подвижных объектов, в частности, для управления зарядом буферных аккумуляторных батарей железнодорожных вагонов с генератором самовозбуждения.
Известно наиболее близкое по технической сути устройство регулирования тока, взятое за прототип, (см. блок EGR, схема электрическая 2471.051-974:61/9, устройства регулирования и управления системы автономного электроснабжения ДУГГ28Б, техническое описание 2470.072-971:61/9, FAGA, Берлин, 1993 г.), которое содержит датчик тока (шунт), нуль-орган (компаратор), биполярный блок питания со средней точкой, ШИМ-контроллер с внутренним источником опорного напряжения, силовой блок, генератор, аккумуляторную батарею, индикатор включения питания, индикатор ограничения тока с подключающим транзистором, пушпульный буфер (двухтактный каскад), делитель опорного напряжения с выхода ШИМ-контроллера, выход делителя соединен с неинвертирующим входом компаратора,куда подключен и выход датчика тока, информационный выход ШИМ-контроллера подключен ко входу управления силового блока, а выход последнего соединен с обмоткой возбуждения генератора, выход генератора соединен с положительным полюсом аккумуляторной батареи, входом биполярного блока и входом питания силового блока, отрицательный полюс аккумуляторной батареи подключен ко входу токового датчика и к инвертирующему входу компаратора, входы индикатора включения питания и индикатора ограничения тока с подключающим транзистором, соединены с положительным выводом блока питания, выходы индикаторов подключены ко входу питания ШИМ-контроллера, пушпульный буфер, представляющий собой двухтактный каскад, собран на двух транзисторах p-n-p и n-p-n типа, причем эмиттеры этих транзисторов подключены к выходу компаратора, базы транзисторов соединены с сигнальным входом ШИМ-контроллера, коллектор n-p-n транзистора соединен с базой подключающего транзистора индикатора органичения тока, коллектор p-n-p транзистора подключен к инвертирующему входу компаратора.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая надежность, так как в случае обрыва в цепи с индикатором включения питания ШИМ-контроллер оказывается обесточенным, т.е. из-за нарушения целостности этой сервисной, технологической цепи прекращается основная работа;
- сложность устройства за счет использования в индикаторе ограничения тока дополнительного подключающего транзистора и еще двух транзисторов в пушпульном буфере;
- повышенная себестоимость в производстве и низкая экономичность в эксплуатации.
В основу полезной модели поставлена задача:
- повышение надежности и упрощение устройства за счет изменения функциональных связей между узлами, сокращения количества активных элементов;
- обеспечение снижения себестоимости в производстве и повышение экономичности в эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что устройство регулирования тока заряда аккумуляторной батареи, в котором к выходам биполярного блока питания со средней точкой подключены входы питания компаратора, к положительному выходу блока питания подключены входы индикаторов включения питания и ограничения тока, выход источника опорного напряжения ШИМ-контроллера подключен ко входу делителя напряжения, а выход последнего соединен с выходом датчика тока и неинвертирующим входом компаратора, вход токового датчика подключен к инвертирующему входу компаратора и к отрицательному полюсу аккумуляторной батареи, выход генератора соединен с положительным полюсом акккумуляторной батареи, входом биполярного блока питания и входом питания силового блока, к выходу которого подключена обмотка возбуждения генератора, информационный выход ШИМ-контроллера подключен ко входу управления силового блока, в соответствии с полезной моделью выход индикатора включения питания подключен к отрицательному выводу биполярного блока питания, выход индикатора ограничения тока соединен с выходом компаратора, между выходом компаратора и сигнальным входом ШИМ-контроллера введена новая цепь из параллельно соединенных диода и резистора, при этом катод диода подключен к выходу компаратора.
Суть предложения поясняется чертежом, где на фиг. представлена функциональная блок-схема предложенного устройства.
Предлагаемое устройство содержит датчик тока 1, биполярный блок питания со средней точкой 2, компаратор 3, индикаторы включения питания 4 и ограничения тока 5, цепь 6 из параллельно соединенных резистора и диода, включенную между выходом компаратора 3 и сигнальным входом ШИМ-контроллера 7, информационный выход ШИМ соединен с управляющим входом силового блока 10, встроенный в ШИМ источник опорного напряжения 8, выход которого подключен ко входу делителя 9, силовой блок 10 с нагрузкой - обмоткой возбуждения 11 генератора 12, дозаряжающего в процессе работы буферную аккумуляторную батарею 13 и запитывающего биполярный блок питания 2 и силовой блок 10. Кроме того, включенный в цепь заряда аккумуляторной батареи 13, датчик тока 1 подключен ко входу компаратора 3, причем вход датчика тока 1 соединен с инвертирующим входом компаратора 3, а выход датчика тока 1 совместно с выходом делителя 9 подключен к неинвертирующему входу компаратора. Индикатор включения питания 4 подключен непосредственно к выходу биполярного блока питания 2, индикатор ограничения тока 5 включен между положительным выходом блока питания 2 и выходом компаратора 3 совместно с катодом диода цепи 6, информационный выход ШИМ-контроллера 7 соединен с управляющим входом силового блока 10.
Устройство регулирования тока заряда аккумуляторной батареи работает следующим образом:
в процессе пуска и разгона генератора 12 его выходное напряжение увеличивается от начального значения, обусловленного остаточным намагничиванием магнитной системы, до номинального, при этом запитывается силовой блок 10, происходит дозаряд буферной аккумуляторной батареи 13, включается блок питания 2, о чем сигнализирует индикатор 4, подается биполярное напряжение питания на компаратор 3, подводится положительное напряжение к ШИМ-контроллеру 7, от источника опорного напряжения 8 с помощью делителя 9 формируется и устанавливается на неинвертирующем входе компаратора 3 эталонный уровень постоянного напряжения ”+Уставка”. В процессе заряда аккумуляторной батареи 13 протекающий ток через датчик 1, создает на нем падение напряжения ”+Uтекущ.”,которое подводится к инвертирующему входу компаратора 3. Соотношение сигналов на входе компаратора 3 определяет состояние его выхода. В качестве компаратора в схемах точного управления фазовым сдвигом в ШИМ предпочтительно использовать дифференциальный усилитель широкого применения с пропорционально-интегральной характеристикой. В этом случае обеспечивается плавное изменение выходного напряжения компаратора в процессе регулирования. Когда напряжение уставки (+Иуставки) превышает текущее значение падения напряжения от зарядного тока аккумуляторной батареи 13 на датчике 1, на выходе компаратора 3 будет положительное напряжение, примерно равное положительному напряжению источника питания 2. В этом случае индикатор ограничения тока 5 заперт и через резистор цепочки 6 на сигнальном входе ШИМ-контроллера устанавливается необходимый для его нормальной работы положительный потенциал, при котором длительность импульсов с выхода ШИМ максимальна и не меняется. С выхода ШИМ-контроллера 7 подводятся ко входу силового блока 10 тактовые прямоугольные импульсы максимальной длительности, при заданном периоде следования, и коммутируют силовой ключ, в результате чего на обмотке возбуждения 11 появляются импульсы напряжения возбуждения с уровнем, примерно равным выходному напряжению генератора 12, а длительность их повторяет длительность тактовых импульсов от ШИМ-контроллера. При приближении зарядного тока аккумуляторной батареи до максимально допустимого значения увеличивается падение напряжения на датчике тока 1, которое может быть равно или превосходить +Uуставки. При этом на выходе компаратора 3 плавно уменьшается уровень положительного напряжения, переходя в нуль, а затем в отрицательное напряжение. Теперь включается индикатор ограничения тока 5, сигнализируя о предельном значении зарядного тока батареи. Одновременно через диод цепочки 6 на входе ШИМ-контроллера появляется активизирующий его отрицательный потенциал, благодаря чему длительность выходных импульсов ШИМ уменьшается, соответственно уменьшается длительность и импульсов напряжения возбуждения практически до 0. В этом случае электрогенератор 12 развозбуждается, напряжение на его выходе и на выходе аккумуляторной батареи 13 уменьшается, уменьшается ток через датчик тока 1, увеличивается разность между +U уставки и Uтекущ. напряжение на выходе компаратора становится положительным и длительность импульсов с выхода ШИМ-контроллера начинает увеличиваться, может до Тимп.макс - происходит доразгон генератора 12 и режим автоматического регулирования тока повторяется.
Таким образом предлагаемое устройство регулирования тока заряда аккумуляторной батареи позволяет:
- повысить надежность, поскольку здесь подача напряжения на ШИМ- контроллер осуществляется непосредственно с выхода блока питания и любые неисправности в цепи подключения индикатора включения питания не приводят к прекращению основной работы. Кроме того, использование в индикаторе ограничения тока в качестве подключающего транзистора выходного ключа компаратора упрощает схему, более того позволяет отказаться от сложного пушпульного буфера (двухтактного транзисторного каскада) и реализовать нормальный режим управления ШИМ с помощью простой диодно-резисторной цепи;
- снизить себестоимость и повысить экономичность в эксплуатации за счет исключения из состава устройства 3-х транзисторов и их связей, т.к. в условиях серийного производства уменьшаются затраты на закупку активных элементов, сокращаются электромонтажные, регулировочные работы и сокращаются расходы на обслуживающий персонал.