FR2752650A1 - Protection circuit for battery chargers used with lead-acid batteries - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE PROTECTION POUR LES CHARGEURS DE
BATTERIE
La présente invention concerne les chargeurs pour batterie au plomb.PROTECTION DEVICE FOR CHARGERS
DRUMS
The present invention relates to chargers for lead-acid batteries.
Les normes exigent que ces chargeurs, lors d'un court-circuit en sortie ou d'une inversion de polarité de la batterie ne présentent pas de risques pour la sécurité de l'utilisateur. Cette fonction de protection est en général assurée par un fusible ou un disjoncteur thermique. Dans les appareils connus, le seuil de déclenchement, comme le temps de réaction, sont déterminés avec des tolérances tres larges et varient avec la température ambiante ce qui nuit a leur rapidité de réaction, c'est-à-dire à leur sécurité. The standards require that these chargers, during a short circuit in output or of a reverse polarity of the battery, do not present risks for the safety of the user. This protection function is generally provided by a fuse or a thermal circuit breaker. In known devices, the triggering threshold, like the reaction time, are determined with very wide tolerances and vary with ambient temperature which affects their speed of reaction, that is to say their safety.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif de protection contre les courts-circuits ou les inversons de pol arité de la batterie qui ne présente pas ces inconvenients. The object of the invention is to provide a device for protection against short circuits or battery polarity inversions which does not have these drawbacks.
La presente invention a pour objet un dispositif de protection pour chargeur de batterie, contre les défauts en sortie et notamment contre les courts-circuits en sortie de chargeur, etfou les inversions de polarite de la batterie, le chargeur de batterie comportant un circuit bifilaire a deux bornes de sortie pour la charge- de la batterie, caractérisé en ce qu'il comporte
- au moins un organe de contrôle de la conduction du circuit de charge de la batterie, et
- entre les bornes de sortie du chargeur, un détecteur, sensible a la tension de la batterie, et susceptible, en l'absence de défaut en sortie du chargeur, de delivrer un courant pour commander la fermeture du circuit de charge de la batterie par ledit organe de contrôle. The present invention relates to a protective device for a battery charger, against output faults and in particular against short circuits at the charger output, and / or battery polarity reversals, the battery charger comprising a two-wire circuit having two output terminals for charging the battery, characterized in that it comprises
at least one member for controlling the conduction of the battery charging circuit, and
- between the charger output terminals, a detector, sensitive to the battery voltage, and capable, in the absence of a fault at the charger output, of delivering a current to control the closing of the battery charging circuit by said control body.
Selon vautres caractéristiques
- le détecteur présente deux entrées reliées respectivement aux deux sorties du chargeur de batterie, et une sortie reliée à une électrode de commande de l'organe de ontrôle de la conduction du circuit de charge de la batterie;
- le détecteur comprend un transistor pnp monté en série avec une résistance et une diode, entre d'une part la sortie positive du chargeur et d'autre part l'électrode de de commande de i organe de contrôle commandé;
- la base du transistor pnp est reliée dune part, par i s'intermédiaire d'une diode Zener, au point commun à la résistance et ta la diode, d'autre part, par l'intermédiaire d'une resistance, a la sortie négative du chargeur;
- organe de contrôle est un composant semiconducteur commandé;
- le composant semi-conducteur commandé est un thyristor dont l'électrode de commande est la gâchette;
- le composant semi-conducteur commande est un transistor MOS dont l' l'électrode de commande est la porte, une résistance entant disposée entre la source e t la porte dudit transistor;
- le composant semi-conducteur commande est un transistor bipolaire dont l'électrode de commande est la base;
- organe de contrôle est le contact d'un relais électromécanique, la bobine dudit relais étant alimentée entre les bornes de sortie du chargeur par l'intermédiaire d'une diode.According to specific characteristics
- The detector has two inputs connected respectively to the two outputs of the battery charger, and an output connected to a control electrode of the control member of the conduction of the battery charging circuit;
- The detector comprises a pnp transistor connected in series with a resistor and a diode, on the one hand between the positive output of the charger and on the other hand the control electrode of the controlled control member;
- the base of the pnp transistor is connected on the one hand, by i through a Zener diode, to the point common to the resistor and ta the diode, on the other hand, via a resistor, at the output charger negative;
- control device is a controlled semiconductor component;
- the controlled semiconductor component is a thyristor, the control electrode of which is the trigger;
- the semiconductor control component is a MOS transistor, the control electrode of which is the gate, a resistor being disposed between the source and the gate of said transistor;
- the control semiconductor component is a bipolar transistor of which the control electrode is the base;
- control member is the contact of an electromechanical relay, the coil of said relay being supplied between the charger output terminals via a diode.
D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suit faite avec référence aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 présente un mode de réalisation d'un dispositif de protection de chargeur de batterie suivant l'état de l'art.Other characteristics appear from the following description made with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 shows an embodiment of a battery charger protection device according to the state of the art.
La figure 2 présente un autre mode de réalisation d'un dispositif de protection d'un chargeur de batterie suivant l'état de l'art. FIG. 2 shows another embodiment of a device for protecting a battery charger according to the state of the art.
La figure 3 présente, de maniere simplifiée, un mode de réalisation d'un dispositif de protection de chargeur de batterie sel on l'invention. FIG. 3 presents, in a simplified manner, an embodiment of a device for protecting the battery charger according to the invention.
La figure 4 présente, de maniere simplifiee,. un second mode de réalisation d'un dispositif de protection de chargeur de batterie sel on l'invention. Figure 4 presents, in a simplified manner ,. a second embodiment of a device for protecting the battery charger according to the invention.
La figure 5 présente, de manière simplifiee, un troisième mode de réalisation d'un dispositif de protection de chargeur de batterie selon l'invention. FIG. 5 shows, in a simplified manner, a third embodiment of a battery charger protection device according to the invention.
La figure 6 présente, de manière simplifiée, un quatrieme mode de réalisation d'un dispositif de protection de chargeur de batterie selon l'invention. FIG. 6 shows, in a simplified manner, a fourth embodiment of a battery charger protection device according to the invention.
La figure 7 présente un cinquième mode de réalisation d'un dispositi-f de protection de chargeur de batterie selon l'invention. Figure 7 shows a fifth embodiment of a dispositi-f battery charger protection according to the invention.
La figure 8 présente un mode de réalisation. Figure 8 shows an embodiment.
d'un détecteur de défaut pour la réalisation d'un dispositif de protection de chargeur selo-n linvention.. a fault detector for producing a selo-n invention charger protection device.
La figure 1 présente le schéma electri-que d'un chargeur de batterie, avec une protection par disjoncteur thermique, selon l'état de V art. Figure 1 shows the circuit diagram of a battery charger, with protection by thermal circuit breaker, according to the state of V art.
La tension alternative du secteur est appliquée au primaire d'un transformateur 1. La tension alternative presente au secondaire dudit transformateur 1 est redressee par un pont de diodes 2. Ce pont de diodes 2 délivre un courant de charge d une batterie 3 connectez de maniere connue aux sorties 4 et 5 du chargeur de batterie. La borne positive de la batterie 3 est reliée a la sortie- 4. Entre le pont de diodes 2 et la sortie 4 se trouve un disjoncteur thermique 6. Si le courant débité par le chargeur dépasse l.e calibre du disjoncteur 6, il provoque un échauffement suffisant pour obtenir l'ouverture du disjoncteur 6 et assurer i-a protection de l'utilisateur. The AC mains voltage is applied to the primary of a transformer 1. The AC voltage present at the secondary of said transformer 1 is rectified by a diode bridge 2. This diode bridge 2 delivers a charging current from a battery 3 connect in a way known at outputs 4 and 5 of the battery charger. The positive terminal of the battery 3 is connected to the output- 4. Between the diode bridge 2 and the output 4 is a thermal circuit breaker 6. If the current delivered by the charger exceeds the rating of the circuit breaker 6, it causes heating sufficient to obtain the opening of the circuit breaker 6 and ensure the protection of the user.
Si l'utilisature provoque un court-circuit entre les sorties 4 et 5 ou relie la borne positive de la batterie 3 b la sortie 5, et la borne negative de la batterie 3 a la sortie 4, un courant anormal, supérieur au courant normal de fonctionnement du chargeur va traverser 7e disjoncteur 6. If the use causes a short circuit between outputs 4 and 5 or connects the positive terminal of battery 3 b to output 5, and the negative terminal of battery 3 to output 4, an abnormal current, greater than normal current operating mode of the charger will cross 7th circuit breaker 6.
Suivant la valeur de ce courant anormal par rapport au calibre du disjoncteur thermique 6, le déclenchement du disjoncteur 6 interviendra plus ou moins rapidement. Le rearmement du disjoncteur 6, qu'il soit automatique ou m a n u e i , fait démarrer u n nouveau processus de protection tant que le défaut n'a pas été éliminé. Depending on the value of this abnormal current with respect to the rating of thermal circuit breaker 6, tripping of circuit breaker 6 will occur more or less quickly. Resetting the circuit breaker 6, whether automatic or automatic, starts a new protection process until the fault has been eliminated.
La figure 2 présente le schéma électrique d'un chargeur de batterie avec une protection par fusible 7 selon l'état de l'art. Figure 2 shows the electrical diagram of a battery charger with fuse protection 7 according to the state of the art.
Si l'utilisateur provoque un court-circuit entre les sorties 4 et 5 ou relie la borne positive de la batterie 3 a la sortie 5, et la borne négative de la batterie 3 a la sortie 4, un courant anormal, superieur au courant nornial du chargeur v a traverser le fusible 7 entraînant sa fusion et la protection de l'utilisateur. If the user causes a short circuit between outputs 4 and 5 or connects the positive terminal of battery 3 to output 5, and the negative terminal of battery 3 to output 4, an abnormal current, greater than the nominal current of the charger will pass through the fuse 7, causing it to melt and protecting the user.
Dans ce cas, le seul réarmement possîb-le implique la disponibilité d'un autre fusible pour remplacer le précédent. Si le défaut n'a pas été éli-miné, le processus de protection recommence.In this case, the only resetting possible implies the availability of another fuse to replace the previous one. If the fault has not been eliminated, the protection process starts again.
La figure 3 présente un chargeur de batterie avec un dispositif de protection selon l'invention. Un detecteur 8, muni de deux entrées 9 et 10 respectivement reliées aux sorties 4 et 5 du chargeur, délivre, par l'intermédiaire d'une sortie 11, un courant d la gâchette 12 d'un thyristor 13 placé dans le circuit de charge de la batterie 3. Figure 3 shows a battery charger with a protection device according to the invention. A detector 8, provided with two inputs 9 and 10 respectively connected to outputs 4 and 5 of the charger, delivers, via an output 11, a current from the trigger 12 of a thyristor 13 placed in the charging circuit battery 3.
Une batterie 3, ayant sa borne positive reliée a la sortie 4 et sa borne négative reliée a sa sortie 5, même largement déchargée, présente toujours une tension résiduelle positive suffisante pour ai i mente r le détecteur 8 par l'intermédiaire des entrées 9 et 10 et lui permettre de délivrer, grâce b sa sortie 11, un courant à la gâchette 12 du thyristor 13, ce qui a pour effet de ren-dre conducteur l-edit thyristor 13. La batterie peut alors se chargeur. A battery 3, having its positive terminal connected to the output 4 and its negative terminal connected to its output 5, even when largely discharged, always has a positive residual voltage sufficient to have the detector 8 through the inputs 9 and 10 and allow it to deliver, thanks to its output 11, a current to the trigger 12 of the thyristor 13, which has the effect of making the conductor the edit thyristor 13. The battery can then be charged.
Si l'utilisateur place les sorties 4 et 5 en court-circuit, les entrées 9 et 10 du détecteur 8 sont aussi court-circuitées. Le détecteur 8 ne reçoit plus d'alimentation électrique. I1 ne délivre plus d-e courant par sa sortie 11 a la gâchette du thyristor 13, qui reste non conducteur, empêchant tou.t passage de courant anormal a travers le transformateur 1 et le pont de diodes 12. La protection de l'utilisateur est instantanée et se maintient tant que le court-circuit entre les bornes de sortie 4 et 5 persiste. Le réarmement se fa i t automatiquement a la disparition du court-circuit. If the user places outputs 4 and 5 in short circuit, the inputs 9 and 10 of detector 8 are also short-circuited. The detector 8 no longer receives electrical power. I1 no longer delivers current via its output 11 to the trigger of the thyristor 13, which remains non-conductive, preventing all the passage of abnormal current through the transformer 1 and the diode bridge 12. The protection of the user is instantaneous and is maintained as long as the short circuit between the output terminals 4 and 5 persists. Resetting occurs automatically when the short circuit disappears.
Si l'utilisateur relie le e pôle positi-f de la batterie a la sortie 5 et le pôle négatif à la sortie 4, le détecteur 8 reçoit, par l'intermédiaire de ses entrées 9 et 10 une alimentati-on négative qui empêche sa sortie 11 de délivrer un courant a la gâchette 12 du thyristor 13. Le thyristor 13 reste bloque tant qu.e persiste 1 V l'inversion de batterie, empêchant tout passage de courant anormal a travers le transformateur 1 et le pont de diodes 2. Le réarmement se fait automatiquement å la disparition de l'inversion de batterie. If the user connects the positive pole of the battery to the output 5 and the negative pole to the output 4, the detector 8 receives, via its inputs 9 and 10 a negative supply which prevents its output 11 to deliver a current to the trigger 12 of the thyristor 13. The thyristor 13 remains blocked as long as 1 V the battery inversion persists, preventing any passage of abnormal current through the transformer 1 and the diode bridge 2. Resetting occurs automatically when the battery reversal disappears.
La figure 4 présente un autre mode de réalisation d'un dispositif de protection selon linvention. Pour simplifier la figure, le transformateur et le pont de diodes ne sont plus représentes. En fonctionnement normal, la sortie 11 du détecteur 8 délivre un courant qui traverse une résistance 15. La tension aux bornes d-e la résistance 15 polarise positivement par rapport a la source, l'électrode de commande d'un transistor MOS 14 en le rendant conducteur, ce qui auto ri se le fonctionnement du chargeur. En cas de défaut en sortie, court-circuî-t entre les bornes de sortie 4 et 5 ou inversion de batterie, la sortie 11 ne délivre pas de courant. Le transistor MOS 14 est bloqué tant que le defau.t persiste, ce qui assure la protection de l'utilisateur. Figure 4 shows another embodiment of a protection device according to the invention. To simplify the figure, the transformer and the diode bridge are no longer shown. In normal operation, the output 11 of the detector 8 delivers a current which crosses a resistor 15. The voltage across the resistor 15 polarizes positively with respect to the source, the control electrode of a MOS transistor 14 by making it conductive , which enables the charger to operate. In the event of an output fault, short circuit between output terminals 4 and 5 or battery reversal, output 11 does not deliver current. The MOS transistor 14 is blocked as long as the defau.t persists, which ensures the protection of the user.
La figure 5 présente un autre mode de réalisation d'un dispositif de protecti-on selon l'invention. Pour simplifier la figure, le transformateur et le pont de diode ne sont plus représentés. En fonctionnement normal, la sortie 11 du détecteur 8 délivre un courant a la base du transi-stor bipolaire 16, ce qui le rend conducteur et autorise le fonctionnement du chargeur. En cas de défaut en sortie, la sortie 11 ne délivre aucun courant a la base du transistor 16, qui est bloqué, ce qui assure la protection de l'utilisateur. Figure 5 shows another embodiment of a protection device according to the invention. To simplify the figure, the transformer and the diode bridge are no longer shown. In normal operation, the output 11 of the detector 8 delivers a current to the base of the bipolar transi-stor 16, which makes it conductive and authorizes the operation of the charger. In the event of a fault at the output, the output 11 does not deliver any current to the base of the transistor 16, which is blocked, which ensures the protection of the user.
La figure 6 présente un autre mode de réalisation d'un dispositif de protection selon l'invention. FIG. 6 shows another embodiment of a protection device according to the invention.
Le secondaire du transformateur 1 alimente un pont de redresssment forme de deux thyristors 17 et 18 et deux diodes 19 et 20. En fonctionnement normal, le detecteur 8 délivre sur sa sortie Il, fun courant aiguillé grâce aux diodes 21 et 22 sur les gâchettes des thyristors 17 et 18 qui sont alternativement conducteurs suivant le signe de la tension presente au secondaire du transformateur 1 : le chargeur fonctionne. The secondary of the transformer 1 supplies a rectification bridge in the form of two thyristors 17 and 18 and two diodes 19 and 20. In normal operation, the detector 8 delivers on its output Il, fun switched current thanks to the diodes 21 and 22 on the triggers of the thyristors 17 and 18 which are alternately conductive according to the sign of the voltage present at the secondary of transformer 1: the charger is operating.
En cas de défaut sur la sortie du chargeur, aucun courant n'est délivre par la sortie 11 du détecteur 8. Les thyristors 17 et 18 sont bloqués, ce qui assure la protection de l'utilisateur. In the event of a fault on the charger output, no current is delivered by the output 11 of the detector 8. The thyristors 17 and 18 are blocked, which protects the user.
La figure 7 présente un mode de réalisation d'un dispositif de protection selon l'invention utilisant un relais électromécanique 23. En fonctionnement normal la batterie 3 reliée aux sorties 4 et 5 du chargeur alimente la bobine 24. du relais 23 par l'intermédiaire d'une diode 25 alors passante. Le contact 26 du relais 23 se ferme, ce qui autorise le passage du courant de charge vers la batterie. En fonctionnement anarmal, court-circuit entre les bornes 4 et 5 ou inversion de la batterie 3, aucun courant ne peut traverser la bobine 24 du relais 23. Le contact 26 reste ouvert, ce qui assure la protection de l'utilisateur tant que le défaut persiste. Le réarmement s e fait automatiquement lors de la disparition du court-circuit ou de l'inversion de batterie. FIG. 7 shows an embodiment of a protection device according to the invention using an electromechanical relay 23. In normal operation the battery 3 connected to the outputs 4 and 5 of the charger supplies the coil 24. of the relay 23 via of a diode 25 then passing. The contact 26 of the relay 23 closes, which authorizes the passage of the charging current to the battery. In anarmal operation, short circuit between terminals 4 and 5 or battery reversal 3, no current can pass through the coil 24 of the relay 23. The contact 26 remains open, which protects the user as long as the fault persists. Resetting takes place automatically when the short circuit or battery reversal disappears.
La figure 8 presente un mode de réalisation du détecteur 8. Pour la simplicité du sc-héma, on a uniquement representé la batterie 3, connectée aux sorties 4 et 5 du chargeur et le détecteur 8 muni de ses entrées 9 et 10 et de sa sortie 11 pilotant par exemple la gâchette 12 d'un thyristor 13. Une diode 25 est reliee par son anode à la sortie 9 et alimente par sa cathode une source de courant constituée d'un transistor pnp 27 en série avec une résistance 28. Une diode Zener 29 est montée entre la base du transistor 27 et le point commun a la diode 25 et a la resistance 28. Une résistance 30 est montée entre 7a base du transistor 27 et l'entrée 10 du detecteur 8. Lorsque la batterie 3 a sa borne positive reliée a la sortie 4 du chargeur et sa borne négative reliee a la sorti-e 5, la source de courant est normalement polarisé, et la diode 25 est passante puisqu'une tension positive existe entre les entrées 9 et 10. Le collecteur du transistor 27 délivre alors à la sortie 11 le courant de gâchette nécessaire pour rendre conducteur le thyristor 13. Si un court-circuit existe entre les sorties 4 et 5 ou si la batterie 3 est inversée, la presence de la d-iode 25 dans le détecteur 8 impose une polarisation nulle a la source de courant. FIG. 8 presents an embodiment of the detector 8. For the simplicity of the diagram, only the battery 3 is shown, connected to the outputs 4 and 5 of the charger and the detector 8 provided with its inputs 9 and 10 and its output 11 controlling for example the trigger 12 of a thyristor 13. A diode 25 is connected by its anode to output 9 and supplies by its cathode a current source constituted by a pnp transistor 27 in series with a resistor 28. A Zener diode 29 is mounted between the base of transistor 27 and the point common to diode 25 and to resistor 28. A resistor 30 is mounted between 7a base of transistor 27 and input 10 of detector 8. When battery 3 has its positive terminal connected to the output 4 of the charger and its negative terminal connected to the output-e 5, the current source is normally polarized, and the diode 25 is conducting since a positive voltage exists between the inputs 9 and 10. The collector of transistor 27 then delivers to the output 11 the trigger current necessary to make the thyristor 13 conductive. If a short circuit exists between outputs 4 and 5 or if the battery 3 is reversed, the presence of d-iodine 25 in detector 8 imposes zero polarization at the power source.
Le collecteur du transistor 27 ne délivre aucun courant vers la sortie 11 et la gâchette 12. Le thyristor 13 n'est pas conducteur. La protection de l'utilisateur est assuree tant que le défaut persiste. The collector of transistor 27 does not deliver any current to the output 11 and the trigger 12. The thyristor 13 is not conductive. User protection is ensured as long as the fault persists.
Le système se rearme automatiquement a la disparition du defaut.The system automatically resets when the fault disappears.
Le detecteur 8 est sensible à la polarité de la batterie 3 et ne peut autoriser la charge de la batterie que si la batterie est correctement m-ontée, avec sa borne positive reliée a la sortie 4 du chargeur et sa borne négative reliée a la sortie 5. The detector 8 is sensitive to the polarity of the battery 3 and can only authorize the charging of the battery if the battery is correctly m-onté, with its positive terminal connected to the output 4 of the charger and its negative terminal connected to the output 5.
Lorsque la batterie est correctement montée et qu'il nty a pas de court-circuit entre les sorties 4 et 5 du chargeur, cest-à-dire en T'absence de défau.t en sortie, le détecteur 8 délivre un courant de sortie a l'électrode de commande du- semi-conducteur commandé (13, 14, 16, 17, 18) de façon à fermer le circuit de charge bifilaire et a assurer la charge de la batterie. When the battery is correctly fitted and there is no short-circuit between the outputs 4 and 5 of the charger, that is to say in the absence of a fault at the output, the detector 8 delivers an output current to the control electrode of the controlled semiconductor (13, 14, 16, 17, 18) so as to close the two-wire charging circuit and to ensure the charging of the battery.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2752650B1 (en) | 1998-11-27 |
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Legal Events
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Effective date: 20090430 |