DE2301801A1 - BATTERY CHARGER - Google Patents
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Description
Batterieladegerät Priorität: 2. Pebruar 1972; V. St. A.; Nr. 222 949 Die erfindung bezieht sich auf ein Batterieladegerät zur Aufladung der Batterie einer unabhängig von einer Steckdose batteriebetriebenen Vorrichtung, wie zum Beispiel eines tragbaren Werkzeuges, Gebrauchsgegenstandes oder Gerätes wie etwa eines Radios oder dergleichen, und insbesondere auf ein Batterieladegerät, welches den Ladestrom automatisch abschaltet, wenn die Batterie auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen ist, wobei das Ladegerät einfach aufgebaut und in sehr gedrängter Bauweise herstellbar sein soll. Battery charger priority: February 2, 1972; V. St. A .; No. 222 949 The invention relates to a battery charger for charging the battery a device that is battery operated independently of an outlet, such as a portable tool, object of daily use or device such as a radio or the like, and in particular to a battery charger, which the charging current automatically turns off when the battery is charged to a predetermined value is, the charger is simple and can be produced in a very compact design should be.
Batterieladegeräte zur Aufladung der Batterien batteriebetriebener V0rrichtungen sind an sich bekannt. Es sind auch Batterieladegeräte bekannt, welche Mittel aufweisen, um die Batterie automatisch elektrisch von der Aufladeschaltung zu trennen, wnn die Batterie vollständig aufgeladen ist.Battery chargers for charging the batteries battery operated Devices are known per se. There are also known battery chargers which Have means to automatically charge the battery electrically from the charging circuit when the battery is fully charged.
In der am 25. März 1969 veröffentlichten U.S.-PS 3 435 318 wird ein Batterieladegerät für Trockenzellen beschrieben, welches zwei Sätze von Batterien aufzunehmen vermag, wobei jeder Satz während einer Halbperiode des zugeführten Wechselstromes aufgeladen wird.U.S. Patent 3,435,318, issued March 25, 1969, discloses a Battery charger for dry cells described which two sets of batteries capable of receiving, each set during a half cycle of the supplied alternating current being charged.
Wenn der jeweilige Batteriesatz seine vollständige Aufladung erreicht hat, geht der Ladestrom im wesentlichen auf Null, da der feste Wert der zugeführten Spannung in der Nähe der Spannung der vollständig aufgeladenen Batterie bzw. des Jeweiligen Batteriesatzes liegt. Die Aufladespannung-ist so gewählt, daß sie die Spitzenspannung, d. h. die Spannung des unbelasteten Batteriesatzes nicht wesentlich übersteigt.When the relevant battery pack is fully charged has, the charging current goes essentially to zero, since the fixed value of the supplied Voltage close to the voltage of the fully charged battery or the The respective battery pack is located. The charging voltage is chosen so that it the Peak voltage, d. H. the voltage of the unloaded battery pack is not significant exceeds.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Batterieladegerät zu schaffen, welches eine gedrängte Bauweise aufweist sowie Mittel zum automatischen elektrischen Trennen der Batterie von der Aufladeschaltung, wenn die Batterie auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen ist oder vollständig aufgeladen ist.The present invention has as its object a battery charger to create, which has a compact design and means for automatic electrically disconnecting the battery from the charging circuit when the battery is on charged to a predetermined value or fully charged.
Das erfindungsgemäße Batterieladegerät zur Aufladung von batteriebetriebenen Vorrichtungen, wie tragbaren Werkzeugen, Gebrauchsgegenständen, Apparaten wie Radios und ähnlichem, weist eine Ladeschaltung auf, der ein durch Ganzwellengleichrichtung gewonnener Gleichstrom zugeführt wird, sowie einen Halbleiterschalter mit Anode, Kathode und Steuerelektrode, der zum automatischen elektrischen Trennen der Aufladeschaltung von der Batterie dient, wenn die Batterie auf ihren vorbestimmten Wert aufgeladen ist. Die Ganzwellengleichrichterschaltung wird durch einen Transformator gespeist, der ein Paar vorstehender Kontaktstifte zum Einstecken in eine übliche Wechselstromsteckdose aufweist. Vorzugsweise weist das Ladegerät eine gedruckte Schaltung auf, die an dem Transformator befestigt ist und den genannten Halbleiterschalter enthält.The battery charger according to the invention for charging battery-operated Devices such as portable tools, utensils, apparatus such as radios and the like, has a charging circuit which is one by full-wave rectification obtained direct current is supplied, as well as a semiconductor switch with anode, Cathode and control electrode for the automatic electrical disconnection of the charging circuit Served by the battery when the battery is charged to its predetermined value is. The full-wave rectifier circuit is fed by a transformer, of a pair of protruding contact pins for plugging into a standard AC socket having. Preferably, the charger has a printed circuit that instructs is attached to the transformer and contains said semiconductor switch.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand von Ausfiihrungs be ispie len im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Batterie ladege räte s; Pig. 2 ein schematisches Diagramm der Schaltung des Ladegerätes von Fig. 1; und Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer abgewandelten Schaltung für ein erfindungsgemäßes Batterieladegerät.Further advantages and features of the invention are based on the following of execution examples in connection with the accompanying drawings explained. In the drawings show: Fig. 1 is a perspective View of a battery charger according to the invention s; Pig. 2 a schematic Diagram of the circuit of the charger of Fig. 1; and Fig. 3 is a schematic Diagram of a modified circuit for a battery charger according to the invention.
Das in Pig. 1 gezeigte Batterieladegerät enthält einen Transformator 10, der eine -Primär- und eine Sekundärspule 12 bzw. 14 aufweist und an dem ein zweipoliger Stecker 16 angebracht ist, der in eine übliche Stromquelle, wie etwa in eine Wechselstromquelle von 110 V eingesteckt werden kann. Das Ladegerät kann somit direkt in eine übliche Wandsteckdose eingesteckt werden und weist vorzugsweise eine extrem gedrängte Bauweise auf. Zum Beispiel können die Abmessungen des Ladegerätes etwa 9 cm x 9 cm x 14 cm betragen, und zwar einschließlich der vorstehenden KOntaktteile des Zweifachsteckers 16.That in Pig. The battery charger shown in FIG. 1 includes a transformer 10, which has a primary and a secondary coil 12 and 14, respectively, and on which a Two-pin plug 16 is attached, which is connected to a common power source, such as can be plugged into a 110V AC power source. The charger can can thus be plugged directly into a standard wall socket and preferably has an extremely compact design. For example, the dimensions of the charger about 9 cm x 9 cm x 14 cm, including the above contact parts of the double plug 16.
Der Transformatorwickel kann einen Bügel 18 enthalten, der mit dem Transform tor mechanisch verbunden ist und eine Platte 20 aus nicht leitendem Material in seitlichem Abstand von dem Transformator trägt, wobei die Platte vorzugsweise an dem Bügel 18 mithilfe von Klammern 22 lösbar gehalten ist.The transformer winding may include a bracket 18 that is connected to the Transform gate is mechanically connected and a plate 20 made of non-conductive material at a lateral distance from the transformer, the plate preferably is releasably held on the bracket 18 with the aid of clips 22.
Die Platte 20 ist mit einer gedruckten Schaltung versehen, die auf der Platte 20 in übl icher Weise gebildet werden kann unter Bildung von streifenförmigen Leiterbahnen auf der gedruckten Schaltungsplatte 20. Die Leiterbahnen können aus irgend einem leitenden Material bestehen, wie zum Beispiel aus silberhaltiger Tinte, und während des Aufdruckens der Leiterbahnen können gleichzeitig Widerstandselemente gebildet werden.The plate 20 is provided with a printed circuit which is based on the plate 20 can be formed in the usual way with the formation of strip-shaped Conductor tracks on the printed circuit board 20. The conductor tracks can be made from consist of any conductive material, such as ink containing silver, and during the printing of the conductor tracks, resistance elements can be used at the same time are formed.
Auf der Platte 20 ist ein Halbleiterschalter 26 ausgebildet, der in dem gezeigten Beispiel aus einem-siliziumgesteuerten Gleichrichter mit einer Anode 26a, einer Kathode 26b und einer Steuerelektrode 26c besteht. Auf der Platte sind ferner Dioden CR1 und CR2 angeordnet, die, wie man in Fig. 2 sieht, mit der Sekundärspule 14 des Transformators 10 in Reihe geschaltet, und zwar derart, daß sie eine Ganzwellengleichrichtung des von der Sekundärspule zu dem Halbleiterschalter 26 gelieferten Stromes bewirken. Die Dioden CR1 und CR2 sind mittels Leitungen 28 und 28a mit der Sekundärspule 14 des Transformators 10 verbunden.A semiconductor switch 26 is formed on the plate 20 and is shown in FIG the example shown from a silicon-controlled rectifier with an anode 26a, a cathode 26b and a control electrode 26c. on furthermore diodes CR1 and CR2 are arranged on the plate, which, as can be seen in FIG. connected in series with the secondary coil 14 of the transformer 10 in such a way that that they do a full-wave rectification of the from the secondary coil to the semiconductor switch 26 caused the supplied current. The diodes CR1 and CR2 are connected by lines 28 and 28a connected to the secondary coil 14 of the transformer 10.
Leitungen 30 und 72 verbinden die Dioden CR1 und CR2 mit der streifenförmigen aufgedruckten Leiterbahn 34, die mit der Anode 26a des Halbleiterschalters 26 verbunden ist. Eine von der Kathode 26b des Halbleiters-chalters 26 kommende Leitung 76 ist elektrisch mit der gedruckten Leiterbahn 38 verbunden, die ihrerseits mit dem festen Widerstand R3 verbunden ist, um den Stromfluß durch den Halbleiterschalter 26 auf einen Sicherheitswert zu begrenzen und die Dioden CR1 und CR2 für den Fall zu schützen, daß die Batterie B, die aufgeladen werden soll, "gestorben" ist.Lines 30 and 72 connect the diodes CR1 and CR2 to the strip-shaped one printed conductor 34, which is connected to the anode 26a of the semiconductor switch 26 is. A line 76 coming from the cathode 26b of the semiconductor switch 26 is electrically connected to the printed conductor 38, which in turn is connected to the fixed Resistor R3 is connected to the flow of current through the semiconductor switch 26 on limit a safety value and protect the diodes CR1 and CR2 in the event that that the battery B to be charged has "died".
Eine Vergleichsschaltung 40,bestehend aus dem Widerstand R4 und dem Kondensator C1 in Parallelschaltung (Fig. 2) dient zum Vergleichen der Spannung zwischen der Steuerelektrode 26 c des Halbleiterschalters 26 und einer Klemme der Batterie B, so daß, wenn die Batterie auf einen vorbestimmten Wert vollständig aufgeladen ist, dem Halbleiterschalter 26 kein Steuerstrom zugeführt wird und daher die Batterie elektrisch von dem Ladegerät getrennt wird.A comparison circuit 40, consisting of the resistor R4 and the Capacitor C1 in parallel (Fig. 2) is used to compare the voltage between the control electrode 26 c of the semiconductor switch 26 and a terminal of the Battery B so that when the battery is fully charged to a predetermined value is, the semiconductor switch 26 is supplied with no control current and therefore the battery is electrically disconnected from the charger.
Eine Bezugsspannung wird von der Mittelanzapfung 42 der Sekundärspule 14 des vransformators 10 auf die Leitung 43 gegeben und wird von dort an den veränd e rlichen Widerstand R2 und die Halbleiterdiode aR3 angeiegt, um der Vergleichsschaltung 40 ein Signal zuzuführen zur Ermöglichung einer Entscheidung darüber, wann der Halbleiterschalter 26 abzuschalten ist. Der Widerstand R , der gemäß Fig. 1 in die gedruckte Schaltung integriert ist, kann auf einen vorgegebenen Wert voreing-?stellt werden, um zu betimmen, wann der Halbleiterschalter die Abschaltung des durch ihn hindurchfließenden Stromes bewirken soll.A reference voltage is obtained from the center tap 42 of the secondary coil 14 of the transformer 10 given on line 43 and from there to the veränd E rlichen resistor R2 and the semiconductor diode aR3 attached to the comparison circuit 40 to supply a signal to enable a decision as to when the semiconductor switch 26 must be switched off. The resistor R, which is shown in FIG. 1 in the printed Circuit is integrated, can be preset to a specified value, to determine when the semiconductor switch will shutdown the flowing through it Stromes should cause.
Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgendermaßen. Wenn die Spannung der Batterie unter den vollständig aufgeladenen Zustand abfällt, beginnt der Halbleiterschalter 26 zu leiten, wobei die Dioden CR1 und CR2 den durch Ganzwellengleichrichtung gewonnenen Strom dem Halbleiterschalter zuführen. Der Halbleiterschalter 26 wird in Abhängigkeit von dem Spannungswert der Batterie bei verschiedenen Phasenwinkeln anschalten. Wenn die Batteriespannung verglichen mit dem vollständig aufgeladenen Zustand sehr gering ist, wird der Halbleiterschalter 26 relativ früh innerhalb jeder Halbperiode des Stromes zu leiten beginnen.The mode of operation of the device is as follows. When the tension the battery drops below the fully charged state, the semiconductor switch begins 26, the diodes CR1 and CR2 being the ones obtained by full-wave rectification Feed current to the semiconductor switch. The semiconductor switch 26 is dependent from the voltage value of the battery at different phase angles. if the battery voltage is very low compared to the fully charged state is, the semiconductor switch 26 is relatively early within each half cycle of the Begin to conduct electricity.
Man sieht, dafd der Steuerstrom dann fließen wird, wenn die Spannung am Punkt A der Schaltung höher ist als der Spannungsabfall der Diode CR3 in Durchlaßrichtung und der Spannungsabfall von Torelektrode zu Kathode des Halbleiterschalters 26, woraufhin der Halbleiterschalter 26 zu leiten beginnt und der Aufiadestrom durch den Halbleiterschalter 26 zur Batterie B fließt. In dem Fall, daß die Batterie "gestorben" ist, wird der Widerstand R3 den Strom auf einen Sicherheitswert begrenzen, um die Dioden CR1 und CR2 zu schützen. Eine Lampe 44 kann parallel zu dem Widerstand R3 geschaltet werden, und zeigt durch. ihr Leuchten an, daß Strom zur Batterie fließt. Wenn kein kufladestrom fließt, erlischt die Lampe 44. Während der hufladestrom durch die Batterie fließt, steigt die Klemmen-Spannung der Batterie an. Die Vergleichaschaltung 40 vergleicht pannung zwischen dem Punkt C und der Klemmenspannung der batterie 3 und variiert dadurch nacn Maßgabe dieses Vergleiches den 3ins cha t pha snwinkel des Halbleiterschalters 26.It can be seen that the control current will flow when the voltage at point A of the circuit is higher than the forward voltage drop across diode CR3 and the voltage drop from gate electrode to cathode of semiconductor switch 26, whereupon the semiconductor switch 26 begins to conduct and the charging current through the semiconductor switch 26 to the battery B flows. In the event that the battery "died" the resistor R3 will limit the current to a safety value in order to avoid the Protect diodes CR1 and CR2. A lamp 44 can be connected in parallel with the resistor R3 and shows through. their glow indicates that current is flowing to the battery. If no charging current flows, the lamp 44 goes out. During the charging current through the battery flows, the terminal voltage of the battery increases. The comparison circuit 40 compares voltage between point C and the terminal voltage of the battery 3 and thus varies the 3ins cha t pha snwinkel according to this comparison of the semiconductor switch 26.
Wann die Batterie voll aufgeladen ist, so daß die Spannung am P@@@@ A den Spannungsabfal der Diode CR3 in Vorwëntsrichtung und den Spannungsabfall zwischen Steuerelektrjle und Kathode des Halbleiterschalters 26 nicht mehr übertrifft, wird dem Halbleiterschalter 26 kein Steuer strom mehr zugeführt, so daß der Halbleiterschalter 26 abgeschaltet wird. Wenn danach aus der Batterie Strom entnommen worden ist und die Spannung derselben abgesunken ist und wenn die Spannung am Pünkt C größer ist als die Klemmenspannung der Batterie, wird der Steuerstrom wieder dem Halbleiterschalter 26 zugeführt, worauf hin dieser leitend wird und die Batterie wieder auflädt. Die Aufladeleitungen 46 und 48 können mit Klammern versehen sein zwecks lösbarer Verbindung mit den Batterieklemmen.When the battery is fully charged so that the voltage at the P @@@@ A the voltage drop of the diode CR3 in Vorwëntsrichtung and the voltage drop between the control electrode and the cathode of the semiconductor switch no longer exceeds 26, the semiconductor switch 26 is no longer supplied control current, so that the semiconductor switch 26 is switched off. If power has been drawn from the battery afterwards and the voltage of the same has dropped and when the voltage at point C is greater than the terminal voltage of the battery, the control current is returned to the semiconductor switch 26 supplied, whereupon this becomes conductive and recharges the battery. the Charge lines 46 and 48 may be provided with clips for releasable connection with the battery terminals.
Der Widerstand R1 ist genügend groß, um am Punkt A eine Spannung bereitzustellen, deren Wert genügend nahe an der Steuerspannung des Halbleiterschalters 26 liegt, so daß dieser Wert mittels des Widerstandes R2 modifiziert werden kann, um die Steuerspannung einzustellen.The resistor R1 is large enough to provide a voltage at point A, whose value is sufficiently close to the control voltage of the semiconductor switch 26, so that this value can be modified by means of the resistor R2 to the control voltage to adjust.
In-Fig. 3 wird eine abgewandelte Schaltung für ein erfindungsgemäßes Ladegerät gezeigt, wobei es sich um eine geriegelte Schaltung handelt. Eine Zener-Diode 50 ist zwischen den Leiter 34' und den Leiter 43' geschaltet und arbeitet als Strompfad der zu der von dem Transformator 10' gespeisten Stromquelle parallel geschaltet ist. Die Schaltung kann ebenfalls auf einer Platte der Art, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet werden, und die Schaltungskomponenten der Fig. 3 weisen gleiche Bezugszeichen und Buchstaben auf wie die in Fig. 2, wobei lediglich ein Strich angehängt ist.In-Fig. 3 shows a modified circuit for a circuit according to the invention Charger shown, which is a locked circuit. A zener diode 50 is connected between conductor 34 'and conductor 43' and operates as a current path connected in parallel to the current source fed by the transformer 10 ' is. The circuit can also be on a board of the type shown in FIG is to be arranged, and the circuit components of Fig. 3 have the same Reference numerals and letters as in Fig. 2, with only a dash appended is.
Die an der Mittelanzapfung 42' des Transformators 10' bereitgestellte Bezugsspannung, die über den veränderlichen Widerstand R2, und die Ealble terdiode CR3, geführt wird, um der Vergleichsschaltung 40' ein SignaL zuzuführen, welches eine Entscheidung darüber herbeiführt, wann d: der leiterscha te r 26' abgeschaltet wird, wird gereg-,t 3der +bilisiert mithilft Res Ste:nor-Diode E Die zwisch.e} zwischen die Leitungen 43' und 34' gelegte Zener-Diode 50 kann zum Beispiei eine konstante Spannung von 9 V am Verbindungspunkt der mit dem Widerstand R1, verbundenen eitung 52 mit der Leitung 51 aufrechterhalten und dadurch eine geregelte, d. h. stabilisierte Spannung für die Bestimmung darüber zu sichern, wann der Helbleiterschalter 26' abgeschaltet wird. Ein Stabilisierwiderstand R4a ist in der eitung 51 zwischen den Verbindungspunkt D und der Leitung 34' vorgesehen. Es ist offensichtlich, daß dieseXchaltungsmäßige Verwendung einer Zener-Diode Schwankungen der Spannungsquelle kompensiert und dem Halbleiterschalter 26' eine stabilisierte Spannung zuführt, so da3 die Batterie B' in genauer Weise vollständig aufgeladen wird.The one provided at the center tap 42 'of the transformer 10' Reference voltage across the variable resistor R2, and the Ealble terdiode CR3, in order to supply a signal to the comparison circuit 40 ', which brings about a decision as to when the conductor switch 26 'is switched off is stimulated, t 3der + bilized with the help of Res Ste: nor-Diode E Die zwisch.e} between lines 43 'and 34' laid Zener diode 50 can for example a constant voltage of 9 V at the junction point of those connected to resistor R1 line 52 maintained with line 51 and thereby a regulated, d. H. stabilized voltage for determining when to secure the semiconductor switch 26 'is switched off. A stabilizing resistor R4a is in line 51 between the connection point D and the line 34 'is provided. It is obvious that this circuit-wise use of a Zener diode fluctuations of the voltage source compensated and the semiconductor switch 26 'supplies a stabilized voltage, so that the battery B 'is fully charged in an accurate manner.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß durch die Erfindung ein Batterieladegerät geschaffen wird, welches insbesondere zur Aufladung solcher Batterien geeignet ist, die in tragbaren Werkzeugen, Gebrauchsgegenständen, Geräten wie Radios usw. Verwendung finden, wobei das Ladegerät in sehr kompakter raumsparender Weise ausführbar ist und Mittel vorgesehen sind, um die Batterie von der madeschaltung automatisch elektrisch zu trennen, wenn die Batterie vollständig aufgeladen ist; dabei enthält die Schaltung eine gedruckte Schaltungsplatte und einen Halbleiterschalter mit Anode,-Kathode und Steuerelektrode.From the above description it is clear that by the invention a battery charger is created, which in particular for charging such Batteries are suitable for use in portable tools, utensils, devices such as radios etc. use, the charger in a very compact space-saving Manner is feasible and means are provided to the battery from the madeschaltung automatically disconnect electrically when the battery is fully charged; the circuit includes a printed circuit board and a semiconductor switch with anode, cathode and control electrode.
Patentansprüche:Patent claims:
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