ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к зарядным устройствам аккумуляторных батарей.
Известно зарядное устройство, содержащее силовой трансформатор, выпрямитель, ограничитель тока, реле максимального напряжения с контактами и клеммы для подключения аккумулятора и дополнительное реле времени, Патент РФ №2118032 от 20.08.1998 г.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является патент РФ на полезную модель №31696 от 20.08.2003 г. «Автоматическое зарядное устройство для аккумуляторных батарей с индикацией заряда».
Компоновочная схема зарядного устройства содержит ограничитель потребляемого тока и напряжения на входе преобразователя напряжения, преобразователь напряжения, блок выпрямления и индикации наличия напряжения на входе устройства, блок управления зарядным током, управляемый через подстроечные сопротивления, схема контроля степени зарядки, блок, выполняющий функцию стабилизатора напряжения, и блок защиты устройства при коротких замыканиях на входах для подключения аккумуляторной батареи.
Разработанное устройство обеспечивает зарядку любых аккумуляторных батарей при разрядке ниже установленного уровня.
Приведенное выше автоматическое зарядное устройство собрано по схеме однотактного преобразователя напряжения. Несмотря на простоту в изготовлении и относительную дешевизну, оно обладает существенным недостатком - это низкий КПД по сравнению с двухтактной схемой преобразования.
Задачей разработанной полезной модели является создание зарядного устройства для аккумуляторных батарей по схеме двухтактного преобразователя напряжения.
Технический результат заключается в достижении более высокой выдаваемой мощности в нагрузку при тех же габаритах, что и импульсное зарядное устройство, собранное по схеме однотактного преобразователя напряжения.
Зарядное устройство для аккумуляторных батарей содержащее блок выпрямления напряжения, преобразователь напряжения, узел стабилизации, блок защиты устройства при коротких замыканиях на входах для подключения аккумуляторной батареи.
К преобразователю напряжения подключен второй выпрямитель, выход которого соединен со входом блока стабилизации и защиты, к выходу преобразователя напряжения подключен третий выпрямитель (5 В), выход которого связан со входом узла стабилизации
через дополнительно подключенный делитель напряжения, а выход узла стабилизации подключен к преобразователю напряжения.
Разработанное устройство обладает оригинальной схемой регулировки выходного напряжения на нагрузке в пределах от 11,5 до 23 В.
На базе разработанной схемы зарядное устройство может заряжать аккумуляторы емкостью от 0,8 А.ч. до 250 А.ч. с номинальным напряжением 12 В.
На фиг.1 представлена компоновочная схема зарядного устройства, которая включает следующие блоки:
Выпрямитель напряжения - 1 (220 В=300 В);
Преобразователь напряжения - 2 (300 В - 60 кГц имп.);
Выпрямитель напряжения - 3 (12 В);
Узел защиты - 4 (защита устройства при коротких замыканиях на входах во время подключения аккумуляторной батареи);
Сетевой фильтр - 5;
Узел стабилизации - 7;
Выпрямитель напряжения - 8 (5 В);
Делитель напряжения - 6 (Резисторы R-1 и R-2 (а)).
Выпрямитель 8 (5 В) необходим, в нем заключается суть регулировки напряжения от 11,5 до 23 В.
На фиг.1 а) изображен делитель напряжения - 6 состоящий из резисторов R-1 и R-2.
Изменение выходного напряжения на нагрузке АКБ зарядного устройства от 11,5 В до 23 В, а значит и зарядного тока выполняет узел стабилизации - 7, выход которого подключен к преобразователю 2.
Узел стабилизации и защиты выполнен на основе микросхемы TL 494 фирмы MOTOROLA и все электрические соединения выполнены согласно рекомендации вышеуказанной фирмы.
Устройство работает следующим образом. Сеть питания 220 В через сетевой фильтр приходит на выпрямитель 220 В. С его выхода два постоянных напряжения по 150 В попадают на преобразователь, который запускается как двухполупериодный генератор и на выходе силового трансформатора преобразователя появляется вторичное напряжение как на выпрямителе 12 В, так и на выпрямителе 5 В. И как только на выходе выпрямителя 12 В напряжение достигнет 8 вольт, то это напряжение через узел защиты попадет на узел стабилизации как питающее и сразу же начинает работать узел стабилизации (микросхема TL 494) и она захватывает управление стабилизатора, т.е. включается обратная связь от выпрямителя к узлу стабилизации. И если нет никакой регулировки, то эта обратная связь
поддерживает на выходе выпрямителей 12 В и 5 В. Если подключить нагрузку, например АКБ, то начинается потребление тока, а, соответственно, пытается упасть напряжение 12 В. Для того, чтобы это напряжение не упало узел стабилизации начинает воздействовать на преобразователь (увеличивать ширину импульсов управления) и напряжение 12 В остается на месте.
Если проводить регулировку выходного напряжения через выпрямитель 12 В, то регулировку выходного напряжения можно добиться от 11 В до 16 В. Далее, если пытаться менять напряжение, то происходит выход из строя преобразователя, при этом уменьшается КПД и выдаваемый выходной ток.
Существо разработанной схемы зарядного устройства заключается в том, что введя дополнительный выпрямитель 5 В, который стоит очень дешево, и воздействуя с него через дополнительные сопротивления R1, R2 на узел стабилизации небольшим изменением напряжения от 5 до 5,8 В, получаем на выходе выпрямителя 12 В напряжение от 11,5 до 23 В соответственно, не доводя до критического значения ширину импульсов преобразователя, а значит, и выхода из строя преобразователя. Поэтому получается довольно большой ток в нагрузке и высокий КПД.
Узел защиты выполнен по стандартной схеме фирмы MOTOROLA для микросхем TL 494. При коротком замыкании на выходе блока, микросхема TL 494 прекращает управлять преобразователем и закрывает выходные транзисторы преобразователя. Для того, чтобы восстановить работу блока, необходимо устранить короткое замыкание и снять питание с блока (220 В) на 5-6 секунд - это полное время разряда конденсаторов на входе преобразователя. После этого блок вновь готов к работе.
Недостатки однотактных схем заключаются в следующем: один самый главный из них - подмагничивание магнитопровода трансформатора, из-за чего приходится использовать магнитопровод сечением в 2-2,5 раза большим, чем для двухтактных преобразователей.
Кроме того, выбросы напряжения на коммутирующем элементе обратноходовых преобразователей, как правило, значительно превышают напряжение питания, что требует введения дополнительных подавляющих и рекуперационных цепей. Энергетические потери в них наиболее ощутимо сказываются при большой выходной мощности, поэтому однотактные преобразователи применяют в узлах питания малой мощности.