FI68743B - Laddningsanordning - Google Patents

Description

1 68743

Latauslaite

Esillä oleva keksintö koskee latauslaitetta, joka etupäässä, mutta ei yksinomaan, on tarkoitettu kiinteiden 5 akkujen, esim. hätä- tai varavalaistuslaitoksissa tms. käytettävien akkujen, lataamiseen ja on varustettu kapasi-tiivisella virranrajoittimella, joka on sarjassa sen muuntajan ensiökäämin kanssa, jonka toisiokäämin ja tasasuun-taajapiirin kautta akku saa latausvirtansa.

10 Erilaisia akkuja ladattaessa tarvitaan laite lataus- virran säätämiseksi lataamisen aikana, koska akun napajännite tällöin voimakkaasti vaihtelee ja voisi siis ilman la-tausvirran säätöä lataustapahtuman alussa helposti nousta liian suuriin arvoihin. Monissa tilanteissa voidaan lataus-15 laitteen eräät ominaisuudet, kuten fyysinen koko, tehohäviö, lämmönkehitys, kestoikä tai paino, katsoa suurin piirtein merkityksettömiksi. Näin voidaan olettaa asian olevan esim. latauslaitteissa, jotka on tarkoitettu vain autonakkujen tilapäiseen lataamiseen. Kun kyseessä <^va+· alassa mainitun"! ai-20 set latauslaitteet, ne on miltei aina sijoitettava ahtaisiin tiloihin, jotka lisäksi voivat olla vaikeita jäähdyttää, ja ovat pysyvästi liitetyt verkkoon. Tämä merkitsee, että niiden tulee olla mahdollisimman pienikokoisia, että tehohäviön ja siten lämmönkehityksenkin täytyy olla suurin piirtein 25 nolla ja että kestoiän täytyy olla turvallisen pitkä.

Kun on kyseessä latauslaitteen säätölaitteen muoto, käytännössä virranrajoitin latausvirran suuruuden rajoittamiseksi lataustapahtuman alussa, on aiemmin turvauduttu re-sistiiviseen tai induktiiviseen virranrajoitukseen verkko-30 muuntajan ensiöpiirissä tai resistiiviseen, kapasitiiviseen tai induktiiviseen virranrajoitukseen muuntajan toisiopii-rissä. Kapasitiivista virranrajoitusta muuntajan ensiöpiirissä ei ole tähän saakka voitu soveltaa, koska eräissä käyttötilanteissa, etenkin tyhjäkäynnissä, on syntynyt sarja-35 resonanssi ensiökäämin induktanssin johdosta.

2 68743

Muuntajan toisiopiirin virtaa rajoitettaessa täytyy muuntaja mitoittaa itse lataustoiminnan mitoittavan VA-luvun ja säätötoiminnan mitoittavan VA-luvun, joka on yleensä kaksi kertaa lataustoiminnan VA-luku, summalle.

5 Luonnollisesti tulee tällaisessa rakenteessa sekä muuntajasta suurempi että läromönkehittymisestä vaikeampi kuin jos virranrajoitin olisi sijoitettu ensiöpiiriin. Virranrajoit-timen ollessa kapasitiivinen täytyy sitä paitsi käytännön syistä käyttää elektrolyyttikondensaattoreita, jolloin näil-10 lä kondensaattoreilla on suuri itsekulutus, niiden kapasitanssi muuttuu aikaa myöten eivätkä ne kestä korkeita ympäristön lämpötiloja.

Virranrajoittimen sijoittaminen ensiöpiiriin on sinänsä edullista, mutta asianlaita on niin, että sekä resis-15 tiivisellä että induktiivisella virranrajoituksella on suurempia häviöitä kuin mitä kapasitiivisella olisi, jos sitä voitaisiin käyttää ilman komplikaatioita.

Siksi esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan yllä mainitunlainen latauslaite, joka on muodostettu 20 sellaiseksi, että verkkomuuntajan ensiöpiirissä voidaan käyttää kapasitiivista virranrajoitusta ilman vaaraa sarjareso-nanssista ja siitä seuraavasta vahingollisesta virtasysäyk-sestä.

Tähän tavoitteeseen päästään keksinnön mukaan siten, 25 että alussa mainitunlaiselle latauslaitteelle on tunnusomaista, että latausvirran rajoittamiseksi on kondensaattori liitetty sarjaan verkkomuuntajan ensiökäämin kanssa, jolloin tämän kanssa sarjaan on liitetty myös suojapiiri, joka vahingollisten virtasysäysten estämiseksi on muutettavissa pie-30 niohmisen ja suuriohmisen , johtavuustilan välillä, että sarjaan verkkomuuntajan toisiokäämin kanssa on liitetty ohjauspiiri, joka on järjestetty, kun ennalta määrätty latausvirta toisiokäämin läpi ylitetään, saattamaan suojapiiri pieniohmiseen johtavuustilaan.

3 68743

Keksinnön edullisessa soveltamismuodossa suojapiiri käsittää transistorin, joka pohjatussa tilassa kollektori-emitterin kautta olennaisesti oikosulkee suojapiirin tämän pieniohmisessa johtavuustilassa ja joka kollektori-emitterin 5 ja kanta-emitterin kautta ei-pohjatussa tilassa johtaa virtaa suojapiirin läpi tämän suuriohmisessa tilassa, jolloin ohjaus-piirillä on yhteys transistorin kantaan ja emitteriin.

Edelleen keksinnön mukaan on sopivaa, että ohjaus-piiri sisältää toisen muuntajan, jonka ensiökäämi on kytketty 10 sarjaan verkkomuuntajan toisiokäämin ja tasasuuntaajalaitteen kanssa sen toisiokäämin ollessa tasasuuntaajapiirin kautta liitetty transistorin kantaan ja emitteriin.

Keksintöä selitetään nyt lähemmin sovellutusesimerkin avulla, joka on valotettu latauslaitteen oheistetussa 15 kytkentäkaaviossa.

Latauslaite käsittää tavalliseen tapaan verkkomuuntajan, jossa on ensiökäämi Li, sydän Kl ja toisiokäämi L2. Ensiökäämi on kondensaattorin Cl kautta liitetty verkkoliit-timeen R, jolloin kondensaattorin tehtävänä on rajoittaa 20 virtaa lataustapahtuman alussa, niin että liian suuret virrat eivät vahingoita akkua eivätkä latauslaitteeseen kuuluvia komponentteja. Verkkomuuntajan ensiökäämin toinen pää on suojapiirin SK kautta liitetty toiseen verkkoliittimeen N. Verkkomuuntajan toisiokäämi L2 on liitetty tasasuuntaajapiirin 25 kautta, joka pääasiassa muodostuu neljästä diodista DlO, Dll, D12 ja D13, ladattavaan akkuun B. Tasasuuntaajapiiriin kuuluu myös muita komponentteja, joiden tarkoitusta selitetään tuonnempana.

Erikoisesti tyhjäkäynnin aikana syntyisi kondensaat-30 torin Cl ja verkkomuuntajan ensiökäämin LI induktanssin johdosta resonanssi-ilmiö, joka johtaisi hyvin suuriin virtoihin, jotka voisivat vahingoittaa laturia. Tällaisen virtasysäyksen estämiseksi on sarjaan verkkomuuntajan ensiökäämin kanssa asetettu suojapiiri SK, jonka pääkomponentit ovat transistori 35 Tl ja diodit Dl, D2, D3, D4 ja D5 sekä vastukset Rl ja R2.

4 6Θ743

Suojapiirin ohjaamiseksi on sarjaan verkkomuunta-jan toisiokäämin L2 ja tasasuuntaajapiirin D10-13 kanssa kytketty ohjauspiiri ST, joka sisältää muuntajan, jossa on ensiökäämi L3, sydän K2 ja toisiokäämi L4, jol-5 loin käämin L3 läpi kulkee se virta, joka menee verkko-muuntajan toisiokäämistä L2 tasasuuntaajapiiriin. Käämi L4 on diodeista D6, D7, D8 ja D9 muodostuvan tasasuur.taa-jasillan kautta liitetty pluspuoleltaan transistorin Tl kantaan ja miinuspuoleltaan saman transistorin emitteriin. 10 Kun vaihtojännite kytketään verkkoliittimiin R ja N, liittimestä R lähtevä esivirta kulkee Cl:n, Ll:n, Dl:n, Rl:n ja D5:n läpi, minkä jälkeen virta haarautetaan transistorin Tl kanta-emitterille ja R2:lle ja sitten taas yhdistetään D4:ään. Vaihtoehtoisesti (toisen puolijakson 15 aikana) esivirta kulkee N:stä D3:n, Rl:n ja D5:n läpi ennen kuin se haarautetaan Tl ja R2 avulla ja sitten jälleen yhdistetään D2 avulla ja kulkee Ll:n ja Cl:n läpi R:ään. Transistorin Tl kanta-emitterin kautta kulkeva esivirta on sovitettu sellaiseksi, että kollektori-emit-20 terireitti on suuriohminen eikä salli vahingollista virta-sysäystä. Maksimivirraksi tässä tilassa (tyhjäkäynnillä, esim. verkkomuuntajan toisiopiirin ollessa auki) verkko-muuntajan ensiöpiirin läpi tulee siis transistorin kanta-emi t te rivi r ran ja sen kollektori-emitterivirran summa, 25 joka myöhemmin nousee arvoon virtavahvistuskerroin kertaa kanta-emitterivirta. Tämä Tl:n maksimiarvoon rajoitettu esivirta (tyhjäkäyntivirta) Ll:n läpi indusoi sydämen Kl avulla L2:een jännitteen, jonka hetkellisarvo ylittää sopivalla määrällä akun B napajännitteen.

30 Latauksen tapahtuessa, so. verkkomuuntajan toisio piirin ollessa suljettu, toisiokäämiin L2 indusoitunut jännite aiheuttaa virran, joka myös kulkee ohjauspiirin muuntajan käämin L3 läpi, joka syöttää transistorin Tl kanta-emitteriin ohjausvirran. Tämä ohjausvirta on sovi-35 tettu riittävän suureksi transistorin Tl pöhjäämiseksi kollektori-emitterisiirtymässä, mikä suurin piirtein mer- 5 68743 kitsee, että suojapiiri on transistorin oikosulkema, minkä vuoksi latausvirtaa rajoittavat vain verkkojännitteen hetkellisarvo ja kondensaattori Cl.

Akun ylilatauksen estämiseksi ja ylläpitolataami-5 sen sallimiseksi on akun rinnalle kytketty jännitteen vartija SV, joka antaa optisen signaalin, kun akku on täysin ladattu. Jännitteenvartija on optisesti kytketty valo-vastukseen Fm, joka yhdessä transistorin T3 ja vastuksen R3 kanssa on kytkentäkaaviosta ilmenevällä tavalla kytket-10 ty suojapiiriin.

»

Kun akku B on täysin ladattu ja latausvirtaa on siis voimakkaasti vähennettävä, jännitteenvartija Sv antaa optisen signaalin valovastukselle Fm, joka valaistussa tilassa johtaa virtaa transistorin T3 kanta-emitterin kaut-15 ta. Esivirta (puolijakson alussa) suojapiirin läpi ei tällöin enää mene transistorin Tl kanta-emitterin läpi vaan johdetaan pois transistorin T3 kollektori-emitterin kautta. Tämä merkitsee, että transistori Tl ei saa sitä ohjaus-virtaa, joka tarvitaan, jotta verkkomuuntajän toisiopii-20 rin virta synnyttäisi ohjauspiirin ST kautta sen ohjaus- virran, joka tarvitaan transistorin Tl pohjaamiseksi, minkä johdosta latausvirtaa siis estetään saavuttamasta täyttä arvoaan. Virta kulkee nyt R:stä Cl:n, Ll:n, Dl:n kautta, minkä jälkeen se haarautetaan toisaalta Rl:n, T3:n kol-25 lektori-emitterin kautta ja toisaalta valovastuksen Fm, T3:n kanta-emitterin sekä sen kanssa rinnan olevan R3 kautta, minkä jälkeen osavirrat taas yhdistetään D4:n kautta N:ään. Vaihtoehtoisesti (toisen puolijakson aikana) virta kulkee N:stä D3:een, minkä jälkeen se haarautetaan toi-30 saalta FM:n, T3:n kanta-emitterin ja R3:n kautta ja toisaalta Rl:n ja T3:n kollektori-emitterin kautta, minkä jälkeen osavirrat jälleen yhdistetään ja kulkevat D2:n ja Ll:n sekä Cl:n kautta R:ään.

Resistanssin Rl sopivalla valinnalla annetaan verkko-35 muuntajan läpi kulkevalle virralle sellainen arvo akun oi- 6 68743 lessa täyslatauksessa (periaatteessa transistorin Tl ollessa pois kytkettynä), että sen toisiopiirin läpi kulkevasta virrasta, so. latausvirrasta, tulee sopiva akun B ylläpitolataamiseksi. Tätä virtaa ei kuitenkaan 5 saa valita niin suureksi, että ohjauspiiriin muuntajan toisiokäämlin L4 indusoitunut jännite ylittää diodien D6-D9 kynnysarvot, koska tässä tapauksessa ohjausvirta annettaisiin Tl:lle, joka siten pohjattaisiin ja lataus-virta saisi jälleen täyden voimakkuutensa.

10 Akun purkautuessa, esim. hätävalaistuslaitoksen kautta virtakatkon aikana, sen napajännite laskisi. Tämä tapahtuu myös ajan mittaan, jos se saa vain ylläpitola-tauksen. Kun näin on käynyt siinä määrin, että jännitteen-vartijassa Sv oleva ennalta määrätty arvo on alitettu, 15 jännitteenvartija antaa optisesti signaalin valovastuk- selle Fm, joka siten siirtyy johtamattomaan tilaan, minkä johdosta transistorin T3 estotoiminta lakkaa, niin että transistori Tl voi taas saada ohjausvirtaa ja siksi la-tausvirta voi taas saavuttaa täyden arvonsa kunnes akku on 20 jälleen täysin ladattu ja tämä toiminta toistetaan.

Laturin suojaamiseksi suurien jännitemuutosten aiheuttamilta vahingoilta, joita voi syntyä, jos akku (erehdyksessä) kytkettäisiin pois (sen virtapiiri avattaisiin) täyden latausvirran aikana, on kytkentäkaaviosta ilmene-25 väliä tavalla tasasuuntaajapiiriin järjestetty kondensaattori C2, transistori T2 ja vastus R4. Akun po.iskytkennäs-sä syntyvä jännitesysäys varaa kondensaattorin C2 transistorin T2 kanta-emitterin kautta, minkä johdosta transistori T2 enemmän tai vähemmän pohjataan kollektori-emitteriItään 30 ja näin estetään vaarallinen jännitesysäys.

Vastuksien (resistanssien) R2, R3 ja R4 tarkoituksena on antaa vastaaville transistoreille Tl, T3 ja T2 jännite, joka on sopiva halutun kanta-emitterivirran saavuttamiseksi.

7 68743

Keksintöä voidaan muunnella seuraavien patenttivaatimusten ulottuvuudessa. Niinpä esim. olisi mahdollista asettaa transistorin Tl tilalle rele, mahdollisesti kytkettynä yhteen resistanssin kanssa. On myös mahdollis-5 ta vaihtoehtona muuntajalle L3, L4, K2 järjestää optinen tai akustinen informaationsiirto latausvirran suuruudesta (L2:n läpi). Niinpä voidaan esim. käämi L3 vaihtaa hehkulamppuun, jonka valotehokkuus kuvaa latauspiirin virtaa, ja sitten ohjauspiirissä ST tuntea tämä valosignaali sen 10 ja siten suojapiirin SK tilan ohjaamiseksi.

Claims (3)

8 68743

1. Latauslaite sähköisen akun lataamiseksi, jossa laitteessa on ensimmäinen muuntaja (LI, Kl, L2), jonka 5 toisiokäämi (L2) on tasasuuntaajalaitteen (D10-D13) kautta yhteydessä akkuun (B), tunnettu siitä, että latausvirran rajoittamiseksi on kondensaattori (Cl) kytketty sarjaan ensimmäisen muuntajan ensiökäämin (LI) kanssa, jolloin sarjaan tämän kanssa on järjestetty suojapii-10 ri (SK), joka virranmuutosten estämiseksi on muutettavissa pieniohmisen ja suuriohmisen johtavuustilan välillä, että sarjaan ensimmäisen muuntajan toisiokäämin (L2) kanssa on kytketty ohjauspiiri (ST), joka on järjestetty, kun ennalta määrätty latausvirta toisiokäämin (L2) läpi ylite-15 tään, siirtämään suojapiiri pieniohmiseen johtavuustilaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen latauslaite, tunnettu siitä, että suojapiirin (SK) käsittää transistorin (Tl), joka pohjatussa tilassa kollektori-emitterinsä kautta olennaisesti oikosulkee suojapiirin tämän pieni- 20 ohmisessa johtavuustilassa ja joka kollektoriemitterinsä ja kanta-emitterinsä kautta ei-pohjatussa tilassa johtaa virtaa suojapiirin läpi tämän suuriohmisessa tilassa, jolloin ohjauspiiri (ST) on yhteydessä transistorin (Tl) kantaan ja emitteriin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen latauslaite, tun ne t t u siitä, että ohjauspiiri (ST) käsittää toisen muuntajan (L3, K2, L4), jonka ensiökäämi (L3) on kytketty sarjaan ensimmäisen muuntajan (LI, Kl, L2) toisiokäämin (L2) ja tasasuuntaajalaitteen (D10-D13) kanssa sen toisiokäämin 30 (L4) ollessa tasasuuntaajapiirin (D6, D7, D8, D9) kautta liitetty transistorin (Tl) kantaan ja emitteriin.