CS198517B1

CS198517B1 - Connexion of thyristor selfbreaking accumulator charger with continuous regulation of the charging current

Info

Publication number: CS198517B1
Application number: CS628177A
Authority: CS
Inventors: Jiri Cizek
Original assignee: Jiri Cizek
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1977-09-28
Publication date: 1980-06-30

Description

Vynález se týká zapojení nabíječů akumulátorů, napájených střídavým napětím, obvykle přes transformátor ze sítě 220 V nebo 380 V, u nichž řeší eamovypínatelnoet nabíječe po dosažení plynule nastavitelného stupně nabití akumulátoru současně e plynulou regulací nabíjecího proudu.The invention relates to the connection of alternating voltage battery chargers, usually via a transformer from a 220 V or 380 V mains, in which the eamo switch-off of the charger resolves at the same time by continuously adjusting the charging current of the battery.

U dosud známých nabíječů bývá obvykle nedostatečně vyřešena samovypínatelnost. Při nedostatečném dohledu při nabíjení nebo špatným odhadem potřebné nabíjecí doby obsluhou nastává přebíjení akumulátoru, tím taká zkracování jeho životnosti, poškozování desek, zbytečná ztráta elektrické energie přeměnou na teplo a na plynování článků. Regulace proudu bývá obvykle stupňovitá, např. přepínáním odboček transformátoru, přepínáním předřadných odporů, někdy i plynulá. Časové vypínání lze použít jen u nabíječů e nabíjecí charakteristikou typu I, to je e konstantním nabíjecím proudem (např. kondenzátorové), přičemž ruční vypínání bývá nahrazeno například spínacími hodinamu. Problematické je již časové vypínání u nabíječů e charakteristikou typu V, to je kde ee zmenšujícím ee nabíjecím proudem roste stupeň nabití akumulátoru. Zde ee však obvykle čáet elektrické energie maří na předřadných odporech v teplo. Snad nejvýhodnější Je proto charakteristika typu U, to je s konstantním výstupním napětím a s proudovým omezením nabíjecího proudu na počátku nabíjení. Jsou také vyvíjeny elektronická obvody, která podle nabíjeoího svorkového napětí akumulátoru řídí a ukončují proces nabíjení. Jedná ee však o složitá obvody, často i s integrovanými obvody.In the known chargers, the self-switch-off is usually insufficiently solved. Insufficient charging supervision or incorrect estimation of the required charging time by the operator results in overcharging the battery, thus shortening its life, damaging the boards, unnecessary loss of electrical energy converted to heat and gassing of cells. Current regulation is usually stepped, eg by switching transformer taps, switching resistors, sometimes smooth. The time switch-off can only be used with the chargers e with the type I charging characteristic, i.e. with a constant charging current (eg capacitor), with manual switch-off being replaced, for example, by a timer. It is already problematic to switch off the chargers e with a type V characteristic, that is where the ee decreases by the charging current increases the degree of charge of the battery. Here, however, the amount of electrical energy is usually thwarted by the resistors in heat. Perhaps the most advantageous is therefore a U-type characteristic, i.e. with a constant output voltage and a current limit of the charging current at the start of charging. Electronic circuits are also developed which control and terminate the charging process according to the battery charging voltage. However, these are complex circuits, often with integrated circuits.

198 517198 517

Nejsou zatím příliš rozšířeny.They are not very widespread yet.

Výše uvedené nevýhody jednotlivých typů nabíječů jsou odstraněny zapojením eamovypínatelného tyristorovóho nabíječe s plynulou regulací nabíjecího proudu podle vynálezu» které obsahuje fázovaoí větev s RC členem, tranzistorový klopný obvod, větev pro tvarování napětí s omezovaoími Zenerovými diodami a řízený spínací prvek- tyristor a jehož podstatou je, že fázovaoí RC člen skládající se z kondenzátoru neměnné velikosti a potenciometru pro regulaci nabíjecího proudu je zapojen na vstupní napětí, na bod společný kondenzátoru a potenciometru pro regulaci proudu je připojen tranzistorový klopný obvod emitorem prvního tranzistoru s vodivostí typu PNP, jehož báze je připojena na běžeo potenciometru a těká na kolektor druhého trenzistoru vodivosti typu NPN, kolektor prvního tranzistoru je připojen na bázi druhého tranzistoru, emitor druhého tranzistoru je připojen přes oddělovaoí diodu na vstup tyristoru, mezi jehož elektrody katodu a gate je připojen polarizační odpor, na vstupní napětí je dále připojena větev pro tvarování napětí, vytvořená sériovým zapojením předřadného odporu, první omezovači Zenerovy diody, druhé omezovaoí Zenerovy diody a ochranné diody, přičemž první omezovači Zenerova dioda je přemostěna drahou potenoiometru a výstup celého obvodu nabíječe je připojen na akumulátor tak, že kladný pól akumulátoru je připojen na kathodu tyristoru a záporný pól akumulátoru je připojen na bod společný kondenzátoru a ochranné diodě.The above-mentioned disadvantages of the individual types of chargers are eliminated by the connection of an eamo-switchable thyristor charger with continuous regulation of the charging current according to the invention which comprises a phased branch with RC element, transistor flip-flop, voltage shaping branch with Zener diodes. that a phase RC member consisting of a fixed size capacitor and a charge current regulating potentiometer is connected to the input voltage, a transistor flip-flop is connected to the common capacitor point and the current regulating potentiometer by emitting the first PNP conductor transistor, the base of which is connected to running on the potentiometer and leaking to the collector of the second conductor of the NPN type, the collector of the first transistor is connected on the basis of the second transistor, the emitter of the second transistor is connected through the diode to the thyristor input, wherein a polarization resistor is connected to the cathode and gate electrodes, the voltage shaping branch formed by the series connection of the series resistor, the first Zener diode limiter, the second Zener diode limiter, and the protective diode is connected to the input voltage, the first Zener diode is bridged by an expensive potenoiometer; the output of the whole circuit of the charger is connected to the battery so that the positive pole of the battery is connected to the thyristor cathode and the negative pole of the battery is connected to the point common to the capacitor and the protective diode.

Zapojením podle vynálezu je vyřešena plynulá regulaoe nahíjeoího proudu v širokém rozmezí podle úhlu otevření tyristoru, samovypínatelnost podle předem plynule (i stupňovitě) zvolítelneho stupně nabití akumulátoru v závislosti na nabíjeoím svorkovém napětí akumulátoru bez rizika přebíjení. Dále lze samočinně udržovat zvolený stupeň nabití akumulátoru zmenšeným (cyklovaoím) nabíjeoím proudem pro jakoukoliv časově omezenou dobu tak, aby byla pokryta ztráta náboje akumulátoru svodem (samočinným vybíjením), je omezeno kolísání nabíjecího proudu podle změny napájecího střídavého vstupního napětí, je omezeno kolísání hodnoty nabíjeoího svorkového napětí akumulátoru, dosahuje se vyěěí energetioké účinnosti nabíječe díky impulsnímu průběhu nabíjecího proudu a menšího opotřebení desek akumulátoru. Rovněž zůstává možnost volbou průřezu jádra transformátoru, sekundárního napětí atd. volit nabíjecí charakteristiku typu 1 až V.By the connection according to the invention a continuous regulation of the charging current in a wide range according to the opening angle of the thyristor is solved, self-switch-off according to a pre-selected continuously (even stepwise) battery charge depending on the charging terminal voltage of the battery without risk of overcharging. Furthermore, it is possible to automatically maintain the selected battery charge level by reducing (cycling) charging current for any limited period of time so as to cover the loss of battery charge by leakage (self-discharge); the battery voltage, the higher energy efficiency of the charger is achieved due to the pulse current of the charging current and less wear on the battery plates. It is also possible to select the charging characteristic of type 1 to V by selecting the transformer core cross-section, secondary voltage, etc.

Příklad zapojení samovypinatelného nabíječe s plynulou regulaoí proudu podle vynálezu je nakreslen na obr, 1, kde je nabíječ bez usměrňovaoíoh diod D5. D6. pouze o půlvlnným usměrněním nabíjeoího proudu přímo tyriatorem. Na obr. 2 je nakreslena jiná možná alternativa s dvouoestným usměrněním diodami ££, D6. Na obr. 3 je nakreslena závislost nabíjeoího svorkového napětí Ugypjjg ^na stupni nabití akumulátoru, platná pro články olověné, β elektrolytem kyselinou sírovou.An example of a continuous current control charger connection according to the invention is illustrated in Fig. 1, where the charger is without rectifier diodes D5. D6. only by half-wave rectification of the charging current directly through the thyriator. FIG. 2 shows another possible alternative with two-way rectification by diodes R, D6. Fig. 3 shows the dependence of the charge terminal voltage Ugypjg ^on the charge level of the battery, valid for lead cells, with β-electrolyte with sulfuric acid.

Zapojení samovypinatelného nabíječe s plynulou regulaoí proudu podle vynálezu obsahuje větev s fázovacím RC členem pro získání napětí Ul. složenou z kondenzátoru £ neměnné velikosti a potenoiometru P£, zapojenou na vstupní napětí ^·® hlopného obvodu tranzistorů TI vodivosti PNP a T2 vodivosti NPN, zapojeného tak, že emitor tranzistoru je připojen na společný hod kondenzátoru £ a potenoiometru Pl. báze tranzistoru TI js připojena naThe continuous current control charger of the present invention includes a branch with a phased RC member to obtain a voltage U1. consisting of a fixed size capacitor 4 and a potenoiometer P4 connected to the input voltage · ® of the heater circuit of the PNP conductivity transistors T and the NPN conductivity T2 connected so that the transistor emitter is connected to a common throw of the capacitor átoru and the potenoiometer P1. base of transistor T1 are connected to

198 517 kolektor tranzistoru T2 a běžec potenciometru P2. kolektor tranzistoru TI je připojen na bázi tranzistoru 22, emitor tranzistoru T2 je připojen přes oddělovací diodu D4 zapojenou v propustném směru na vstup-gate elektrodu tyristorů Ty. dále větev pro tvarovaoí napětí Uyg.fcQp na U2_& a U2|>, zapojenou mezi oba konce napětí Uyg^jg,· ^v sérii s předřadným odporem R1 jsou zapojeny omezovači Zenerovy diody D3 a D2 v závěrném směru a ochranná dioda PÍ v propustném směru, přičemž Zenerova dioda D3 je přemostěna drahou potenciometru P2. dále řízený spínací prvek tyristor Ty. anodou připojen na konec napětí Uys^up do společného bodu s předřadným odporem Rl a poteneiometrem Pl. katodou připoje na + svorku (kladnou) nabíjeného akumulátoru, přičemž katodata gate je přemostěna polarizačním odporem R2. a kde společný bod kondenzátoru C a ochranné diody Dl je spojen s - svorkou (zápornou) akumulátoru a na konec napětí Uvstup. V místě připojení emitoru tranzistoru TI na fázovaoí větev s poteneiometrem Pl a kondenzátorem C získáváme fázově posunutý průběh napětí Ul. kde fázové posunutí oproti U2 je úměrné velikosti odporu potenciometru Pl. Ve společném bodě báze tranzistoru TI. kolektoru tranzistoru T2 a běžce potenciometru P2 získáváme průběh napětí U2. který je vytvořen limitací-omezením kladných půlvln Uvstup Zenerovými diodami D3 a D2 a diodou Dl přes srážecí předřadný odpor Rl. Typem Zenerových diod je dána vroholová hodnota U2 takto» je-li běžeo potenciometru P2 v dolní poloze b, platíš ^²b“ ^UD2 ^{+ U}Dlsat* J®¹·'· běžec potenciometru P2 v horní poloze a, platí» U2ft*U_D2 + + + U_Dj_gat Ochranná dioda Dl slouží k odřezání záporných půlvln vstupního střídavého napětí Uvstup a ke zmenšení tepelného zatížení odporu Rl. V alternativě s dvoucestným usměrněním diodami D5. D6 takto dioda Dl odpadá. V okamžiku, kdy průběh napětí Ul převýší napětí U2, tranzistory TI a T2 vedou a přes oddělovací diodu D4 impulsem do vstupu tyristorů Ty. tyristor Ty se stává vodivý a přechody anoda-katoda propouští kladný nabíjecí impuls do akumulátoru. Při průchodu sinusovky Uvstup nulou do záporné púlvlnny se tyristor Ty uzavře a setrvává až do dalšího spouštěcího impulsu. Fázovým posunutím Ul oproti U2 je určován úhel otevření tyristorů v kladné půlvlně Uvstup. a lze tak řídit velikost energie dodané do akumulátoru, tedy nabíjecí proud. Při nabíjení roste podle stupně nabití akumulátoru také nabíjecí svorkové napětí akumulátoru (viz obr. 3). Nejvyšší Usvork je dáno odečtením součtu υ_οθβα$»ρ2 ⁺ ^D4sat ^{+ U}gspín ^vrcbolové hodnoty 22· Pokud je Usvork vyšší, tyristor Ty není spouštěn a také nepropouští nabíjecí impulsy do akumulátoru. Při praktickém návrhu je nutné volbou velikosti odporu Rl dosáhnout co největší limitace napětí na Zenerových diodách D2. D3 a tím pravoúhlosti napětí U2. Potom je činnost obvodu stabilizována a je nezávislá na změnáoh-kolísání Uvstup. Obvod je v každé kladné půlvlně Uvstup při každém poklesu Usvork ihned uveden v činnost a doplňuje svodem akumulátoru ztracenou energii několika nabíjecími impulsy. Po dobití akumulátoru na předem zvolenou hodnotu Usvork opět obvod nepracuje do dalšího poklesu Usvork. Tímto cyklováním drží akumulátor s nepatrnou hysterezí obvodu po jakoukoliv časově neomezenou dobu v nastaveném stupni nabití.198 517 collector of transistor T2 and slider of potentiometer P2. the collector of transistor T1 is connected on the basis of transistor 22, the emitter of transistor T2 is connected via a forward diode D4 connected to the input-gate electrode of the thyristors Ty. further branch for tvarovaoí Uyg.fcQp voltages U2 and U2 _& |> connected between both ends of the voltage Uyg jg ^, · ⁱⁿ series with a series resistor R1 are connected in limiting zener diode D3 and D2 reverse-biased and the protective diode in the forward direction PI wherein the Zener diode D3 is bridged by an expensive potentiometer P2. further a controlled switching element thyristor Ty. an anode connected to the end of the voltage Uys ^ up to a common point with a series resistor R1 and a poteneiometer P1. the cathode connects to + terminal (positive) of the charged battery, while the cathode gate is bridged by polarization resistor R2. and wherein the common point of the capacitor C and the protective diode D1 is connected to the - terminal (negative) of the battery and to the end of the voltage input. At the point of connection of the emitter of transistor T1 to the phasing branch with poteneiometer P1 and capacitor C, a phase shifted voltage U1 is obtained. where the phase offset relative to U2 is proportional to the resistor potentiometer P1. At the common base point of transistor T1. collector of transistor T2 and slider of potentiometer P2 we obtain the waveform of voltage U2. which is formed by limiting-positive positive halfwaves. Input by Zener diodes D3 and D2 and diode D1 through the collision resistor R1. The type of Zener diodes is given by the squared value of U2 as follows: if the potentiometer P2 is in the lower position b, then you apply ^ ² b “ ^U D2 ^{+ U} Dlsat * J® ¹ · '· the potentiometer P2 in the upper position a, U _D 2 + + + U _D j _gat The protective diode D1 is used to cut negative half-waves of the input AC voltage Input and to reduce the thermal load of resistor R1. In the alternative with two-way rectification diodes D5. D6 is thus omitted. When the voltage waveform U1 exceeds the voltage U2, the transistors T1 and T2 conduct an impulse to the input of the thyristors Ty through the diode D4. Thyristor Ty becomes conductive and the anode-cathode transitions pass a positive charge pulse to the battery. When passing the Zero sine wave into the negative pulse, the thyristor Ty closes and remains until the next trigger pulse. The phase displacement U1 relative to U2 determines the opening angle of the thyristors in the positive half-wave increment. and it is possible to control the amount of energy supplied to the battery, ie the charging current. When charging, the charging terminal voltage of the battery also increases according to the battery charge level (see Fig. 3). Highest Usvork balanced by subtracting the sum _υ οθβα $ »^ D4sat ρ2 ⁺ ^{U +} ^VRC gspín boluses value 22 · If Usvork higher thyristor Ty is not executed and also impervious to the charging pulses to the battery. In practical design, it is necessary to achieve the greatest voltage limitation on the Zener diodes D2 by selecting the resistor size R1. D3 and thus the squareness of the voltage U2. Thereafter, the operation of the circuit is stabilized and is independent of variation in input. The circuit is in every positive half wave The input at every drop Usvork is immediately activated and replenishes the lost energy by several charging pulses. After recharging the battery to a preselected Usvork value, the circuit does not operate again until Usvork drops again. By this cycling, the battery keeps the battery with a slight circuit hysteresis for any indefinite period of time at the set charge level.

Zapojení podle vynálezu lze využít i ve větším provedení v autoopravnách. Zapojení nabíječe je vhodné také například k inovaci nabíječek pro motoristy. Princip nabíječe je lze využít i při nabíjení článků Ni-Cd, Ni-Fe a Ag-Zn.The circuit according to the invention can also be used in larger versions in car repair shops. Wiring the charger is also suitable, for example, to innovate chargers for motorists. The charger principle can also be used when charging Ni-Cd, Ni-Fe and Ag-Zn cells.

198 817198 817

Seznam použltýoh zkratek v popísužList of abbreviations in the description

U1 je fázově posunuté napětí RG členem,U1 is the phase shifted voltage RG element,

U2 je vrcholová hodnota napětí v rozmezí U_2a až Ug^U2 is the peak voltage value in the range of U _2a to Ug 1

Ug_a je napětí limitovaná diodami Dl, D2, D3,Ug _and is voltage limited by diodes D1, D2, D3,

Ugb je napětí limitovaná diodami Dl, D2,Ugb is voltage limited by diodes D1, D2,

Ujjg je Zenerovo napětí diody D2, ^UD3 Zenerovo napětí diody D3, ^UDlsat *}^e aatttrační napětí diody Dl, tfgepín zapínaoí napětí tyristoru, , ^D4aat ^sa^^ura^ⁿ^ napětí diody D4,Ujjg a Zener voltage of diode D2, D3, ^U zener voltage of diode D3, ^U} ^e * Dlsat aatttrační voltage of the diode Dl, tfgepín zapínaoí voltage thyristor, ^the D4aat ^ ^ ^ ⁿ ^ ^ura voltage of the diode D4.

UoesatT2 je saturační napětí kolektor emitor tranzistoru T2,UoesatT2 is the saturation voltage collector emitter of transistor T2,

Vystup J® střídavé vstupní napětí a ^Usvork *J^e nabíjecí svorková napětí akumulátoru·*J® output AC input voltage terminals and ^U * J ^e rechargeable battery terminal voltage · *

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Connection of a self-switchable thyristor battery charger with continuous charge current control comprising a phase branch and RC element, a transistor flip-flop, an input voltage shaping branch with Zener diodes and a controlled thyristor switching element, characterized in that the phase RC element consists of a capacitor (C). size and potenoiometer (P1) for charge current control and connected to the input voltage (Uvetup), to the point of common capacitor (C) and potenoiometer (P1) to control charge current, a transistor flip-flop is connected with the first transistor (TI) conductivity type PNP whose base is connected to a potentiometer (P2) and also to a collector of a second conductor transistor (T2) of NPN type, a collector of a first transistor (T1) It is connected based on a second transistor (T2), the emitter of the second transistor (T2) a separating diode (D4) at the input of the thyristor (Ty) between which The electrode, cathode and gate are connected with polarization resistor (R2), the voltage shaping branch is connected to the input voltage, formed by series connection of the ballast resistor (R1), the first Zener diode limiter (D3), the second Zener diode limiter (D2) the diode (D1), wherein the first Zener diode (D3) is bridged by an expensive potenoiometer (P2) and the whole circuit output is connected to the battery so that the positive pole of the battery is connected to the cathode of the thyriator (Ty) and negative pole to the common capacitor ( C) and protective diode (D1).