УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ БАТАРЕИ АККУМУЛЯТОРОВ

Устройство относится к технике генерации и хранения электрической энергии и предназначено для зарядки, например, малогабаритных электрических аккумуляторов.
Известны устройства для зарядки аккумуляторов.
Наиболее совершенное устройство выполнено на основе специализированной микросхемы MAX713 фирмы "MAXIM" ("Интеллектуальное" зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов". - журнал "Радио", №1, 2001 г., с.72). Оно обеспечивает практически идеальный режим зарядки аккумуляторов, однако, достаточно сложно, обладает низким к.п.д., а микросхема имеет высокую стоимость.
Известно устройство для зарядки батареи аккумуляторов, содержащее резистивный делитель напряжения, последовательно включенные источник переменного напряжения, реактивный элемент, например, конденсатор или дроссель, выпрямитель (диодный мост), диод и аккумуляторы, а также соединенные параллельно и подключенные к выходу выпрямителя усилительный элемент, например, транзистор, последовательно соединенные резистор и регулируемый стабилитрон, например, TL431 фирмы "Texas Instruments", причем, вход усилительного элемента включен параллельно резистору, а выход делителя напряжения соединен с управляющим входом регулируемого стабилитрона (С.Бирюков. Зарядное устройство с "регулируемым стабилитроном". - журнал "Радио", №3, 2003 г., с.57). Это устройство принято за прототип.
При всех достоинствах этого устройства следует отметить его главные недостатки - пониженный к.п.д. на цикле работы по поддержанию заряда аккумуляторов и отсутствие индикации режимов работы.
Целью создания предлагаемого устройства является устранение недостатков прототипа, т.е., повышение к.п.д. устройства и введение в него индикации окончания зарядки батареи аккумуляторов.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для зарядки батареи аккумуляторов, содержащее делитель напряжения, последовательно включенные источник переменного напряжения, реактивный элемент, выпрямитель, диод и батарею аккумуляторов, а также соединенные параллельно и подключенные к выходу выпрямителя усилительный элемент, последовательно соединенные резистор и регулируемый стабилитрон, причем, вход усилительного элемента включен параллельно резистору, а выход делителя напряжения соединен с управляющим входом регулируемого стабилитрона, - усилительный элемент выполнен в виде тринистора, параллельно
которому включены вновь введенные и последовательно соединенные второй резистор и светодиод, а вход делителя напряжения и вновь введенный конденсатор подключены к батарее аккумуляторов.
На фиг.1 представлена схема электрическая устройства для зарядки батареи аккумуляторов. Устройство содержит источник переменного напряжения (ИПН) 1 (например, промышленная электросеть), реактивный элемент 2 (конденсатор или дроссель), выпрямитель 3 (диодный мост), диод 4, батарею аккумуляторов (БА) 5, усилительный элемент (УЭ) 6 (тринистор), резистор 7, регулируемый стабилитрон (РС) 8, второй резистор 9, светодиод 10, делитель напряжения 11 (например, подстроечный резистор) и конденсатор 12. При этом последовательно включены ИПН 1, реактивный элемент 2, выпрямитель 3, диод 4 и БА 5; к выходу выпрямителя 3 подключен тринистор 6 и последовательно соединенные резистор 7 и РС 8, а также последовательно соединенные второй резистор 9 и светодиод 10. К БА 5 подключены конденсатор 12 и делитель напряжения 11, выход которого соединен с управляющим входом РС 8.
Устройство для зарядки батареи аккумуляторов работает автоматически следующим образом.
В зависимости от состояния заряженности БА 5 при работе устройства чередуются циклы зарядки и паузы.
Ток заряда формируется с помощью ИПН 1, реактивного элемента 2 и выпрямителя 3. Потери мощности в реактивном элементе 3 практически отсутствуют, что и определяет высокую экономичность устройства.
В цикле зарядки ток заряда через диод 4 заряжает БА 5. Падение напряжения на диоде 4 и БА 5 обеспечивает нормальное свечение светодиода 10, ток которого ограничивается вторым резистором 9.
Критерием заряженности БА 5 является ее начальная электродвижущая сила (ЭДС), которая, например, для металлгидридных аккумуляторов лежит в диапазоне (1,43...1,45)В на один аккумулятор.
С помощью делителя напряжения 11 обеспечивается задание порогового напряжения, вызывающего срабатывание РС 8, когда БА 5 заряжена (например, для РС типа TL 431 фирмы "Texas Instruments" оно стабильно и составляет 2,5 В). При срабатывании РС 8 ток, протекающий через резистор 7 и управляющий электрод (анодный p-n переход) тринистора 6 приводит к его включению. При этом практически весь ток заряда протекает через него, минуя БА 5. Напряжение на включенном тринисторе обычно не превышает 2 В, т.е., много меньше, чем на цикле зарядки БА 5. Диод 4 оказывается запертым обратным напряжением БА 5 и цикл ее зарядки заканчивается. Соответственно
падает и мощность, потребляемая от источника ИПН 1. Яркость свечения светодиода резко падает, сигнализируя об окончании зарядки БА 5.
В цикле зарядки БА 5 конденсатор 12 способствует повышении. к.п.д. устройства, шунтируя динамичекое сопротивление БА 5, а также обеспечивает защиту радиокомпонентов устройства от перенапряжения при ошибочном включении его без нагрузки, т.е., без БА 5.
При снижении начальной ЭДС БА 5 РС 8 выключается, вызывая выключение тринистора 6 в момент, когда мгновенное значение тока заряда близко нулю. Следовательно, вновь включается цикл зарядки БА 5 для восстановления начальной ЭДС БА 5.
Таким образом, предлагаемое устройство для зарядки батареи аккумуляторов работает автоматически, обеспечивая поддержание начальной ЭДС БА 5 и соответствующую сигнализацию ее состояния сколь угодно долго.
Следует отметить, что тринистор 6 и резистор 7 могут быть исключены из схемы, если ток заряда БА 5 не превышает допустимого тока катода РС 8.
Проведя анализ уровня техники по научно - техническим источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, идентичными признакам заявляемой полезной модели.
Выбранный прототип позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель "Устройство для зарядки батареи аккумуляторов" соответствует критерию новизны.
Критерий промышленной применимости заявляемого устройства подтверждается его потенциальной эффективностью - более высоким к.п.д. и наличием индикации режимов работы.
Макетный образец устройства исправно заряжает аккумулятор мобильного телефона или батарею аккумуляторов типоразмеров АА, ААА. При этом экспериментально подтверждена ожидаемая "тонкая" особенность цикла паузы зарядки, заключающаяся в том, что в нем осуществляется подзарядка батареи аккумуляторов очень короткими импульсами тока. При этом средний ток подзарядки меньше тока заряда примерно на два порядка.