Limited, Johannesburg (Repu¬ blika Poludniowej Afryki) Urzadzenie do ladowania baterii akumulatorów Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do lado¬ wania baterii akumulatorów, a zwlaszcza do lado¬ wania baterii o duzej pojemnosci.Baterie o duzej pojemnosci stosowane sa w sprze¬ cie zasilajacym urzadzenia niezbedne w naglych wypadkach, na przyklad stanowiacych wyposaze¬ nie szpitalnej sali operacyjnej czy w systemach oswietleniowych. Szczególnie waznym zastosowa¬ niem trwalych i niezawodnych baterii sa systemy lacznosci.Znane urzadzenia do ladowania lub doladowy¬ wania takich baterii wymagaja zasilania z sieci pradu zmiennego. Stosuje sie w nich tyrystory i niewygodne, ciezkie transformatory sieciowe. Zna¬ ne sa tez tyrystorowe urzadzenia ladujace z nie¬ porecznymi i drogimi filtrami wyjsciowymi, które sluza do wygladzenia stalego napiecia wyjsciowego.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie urzadzenia ladujacego pozbawionego w znacznym stopniu powyzszych wad i zlozonego z latwych do naprawy modulów.Cel ten zostal osiagniety poprzez zaprojektowanie urzadzenia zawierajacego diodowy prostownik mo¬ stkowy przylaczany do sieci zasilajacej pradu prze¬ miennego, które wedlug wynalazku, sklada sie co najmniej z jednego zespolu przetwarzajacego, w którym wymieniony diodowy prostownik mostko¬ wy przylaczany do sieci zasilajacej pradu prze¬ miennego jest polaczony z przetwornikiem pradu stalego na prad staly, pracujacym z wykorzystaniem 10 15 25 30 zasady modulacji szerokosci impulsów, zawieraja- czym tranzystory w stopniu wyjsciowym przysto¬ sowanym do podlaczenia do baterii ladowanej.Przy tym drugie wejscie przetwornika pradu stalego na prad staly jest polaczone z ukladem sterujacym przeznaczonym do sterowania pradem kolektorowym wyjsciowych tranzystorów przetwor¬ nika pradu stalego na prad staly w wymaganym zakresie.Wedlug wynalazku urzadzenie do ladowania mo¬ ze zawierac kilka zespolów przetwarzajacych zala¬ czonych równolegle.Korzystnym jest, gdy miedzy wyjsciem diodowe¬ go prostownika mostkowego zalaczonego do sieci zasilajacej pradu przemiennego a wejsciem prze¬ twornika pradu stalego na prad staly pracujacego z wykorzystaniem zasady modulacji szerokosci im¬ pulsów, jest zalaczony szybki detektor pradowy.Szybki detektor pradowy wedlug wynalazku za¬ wiera uklad tranzystorowy z bocznikiem w jednej galezi, srodkami do przylozenia napiecia polaryzu¬ jacego do drugiej galezi i srodkami do.wykrywa¬ nia równosci pradów w obydwóch galeziach. korzystnym jest, gdy szybki detektor pradowy zawiera uklad dwóch tranzystorów, z których jeden tranzystor zalaczony jako dioda jest przystosowany do doprowadzenia pradu polaryzujacego do jego bazy, a drugi tranzystor jest zalaczony w normal¬ nym ukladzie i zawiera w obwodzie emiterowym bocznik, przy czym miedzy baza a kolektorem 83 461s pierwszego tranzystora zalaczonego jako dioda jest zalaczony rezystor.Wedlug wynalazku w przetworniku pradu stale¬ go na prad staly pracujacym z wykorzystaniem zasady modulacji szerokosci impulsów w obwodzie emitera wyjsciowego tranzystora mocy, jest zala¬ czony obwód sterowania z przelacznikiem tranzy¬ storowym.Bazy wyjsciowego tranzystora mocy i przelaczni¬ ka tranzystorowego dzialajacego szybciej, niz tran¬ zystor wyjsciowy sa podlaczone do jednego zródla zasilania.Korzystnym jest, gdy obwód sterowania wyjscio- wegoJxan?ystora mocy zawiera tranzystor zalaczo¬ ny w obwócjzie bazy przelacznika tranzystorowego oraz kondensator usprawniajacy zalaczony równo¬ legle do rezystora zalaczonego szeregowo w obwo- (jzie bazy przelacznika tranzystorowego.* K^rzy^tnynjL^^^pbnad to, gdy do bazy wyjscio¬ wego tranzystora mocy przetwornika pradu stalego na prad staly jest dolaczona dioda Zenera.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na zalaczonym rysunku na któ¬ rym: fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadze¬ nia do ladowania baterii, fig 2 — schemat ideowy detektora pradowego, fig. 3 — schemat ideowy ob¬ wodu sterowania przetwornicy pradu stalego, fig. 4 — schemat ideowy najprostszego urzadzenia do ladowania baterii z dlawikowa przetwornica relak¬ sacyjna.Schemat blokowy z fig. 1 przedstawia, typowe urzadzenie do ladowania baterii zlozone tylko z dwóch zespolów.Liczba zespolów polaczonych równolegle moze byc powiekszona stosownie do wymagan moco- wych. Napiecie sieci zasilajacej doprowadzone do kazdego zespolu 2, & jest prostowane na prosto¬ wniku 4. Nastepnym elementem skladowym jest przetwornica 5 napiecia stalego na prad staly z mo¬ dulacja szerokosci impulsów pracujaca na stosun¬ kowo duzej czestotliwosci (od 1 kHz do 40 kHz).Eliminuje to z ukladu transformator o duzych rozmiarach czyniac caly modul stosunkowo ma¬ lym.Przetwornica napiecia stalego moze byc dowolne¬ go typu, to znaczy dlawikowa relaksacyjna prze- ciwsobna, mostkowa lub inna z modulacja szero¬ kosci impulsów, najlepiej tranzystorowa lub ty¬ rystorowa Wydaje sie, ze przetwornica typu mo¬ stkowego jest najodpowiedniejsza.Figura 1 najlepiej jest zrozumiala przy zalozeniu, ze zastosowano przetwornice typu mostkowego.Moc wyjsciowa kazdego z zespolów 2, 3 jest ograniczona parametrami granicznymi elementów skladowych. Nalezy zatem zastosowac uklad za¬ pewniajacy niezawodna, równolegla prace wielu zespolów. Kazda przetwornica napiecia stalego za¬ wiera wlasny uklad regulacji 6 skonstruowany w sposób konwencjonalny. Rozwiazanie takie zasto¬ sowano po to, by utrzymac na wyjsciu przetwor¬ nicy stale napiecie i prad niezaleznie od zmian wejsciowego napiecia sterujacego lub pradu steru¬ jacego.Uklady regulacyjne 6 przystosowane sa do wspól¬ pracy z centralnym ukladem regulacji 7 takze 461 4 skonstruowanym konwencjonalnie, aby skoordyno¬ wac dzialanie calego urzadzenia do ladowania ba¬ terii.Stale napiecie czy prad mozna zapewnic przy po- 5 mocy odpowiednio szybkiego detektora pradowe¬ go 8. Powoduje on zmniejszanie sie szerokosci im¬ pulsów sterujacych dla kazdego modulu w taki sposób, ze utrzymywany jest staly prad wyjscio¬ wy. Detekcja i sterowanie szerokoscia impulsów io sa dostatecznie szybkie, by wyeliminowac skladowa zmienna napiecia zasilajacego. Elementy pólprze¬ wodnikowe przetwornicy pradu stalego sa zabez¬ pieczone przed przejsciowymi przeciazeniami ukla¬ du i dlatego detektor pradowy umieszczony jest na 15 wejsciu przetwornicy pradu stalego. Detektor pra¬ dowy sluzy do sterowania obwodu wejsciowego przetwornicy. Pewne specyficzne rozwiazanie de¬ tektora przedstawiono na fig. 2.Jak przedstawiono na fig. 2, uklad jest zasilany 20 przewodami 9, które dalej biegna do obciazenia.Korzystnym jest, gdy tranzystory znajduja sie w tym bloku monolitycznym.^T7| Jezeli nie doprowadzono zadnego pradu polary¬ zujacego IB oraz nie plynie prad obciazenia, to pra- *5 dy kolektorowe tranzystorów Ti i T2 sa w przy¬ blizeniu równe, a wiec prady w rezystorach Ri i R2 takze sa w przyblizeniu równe. Jesli nato¬ miast doprowadzony jest prad polaryzujacy IB, to prawie caly prad plynie do kolektora tranzystora 30 T2, a napiecie na bazie Ti zmniejsza sie w przy¬ blizeniu o wielkosc równa IbRs- Wzmocnienie pra¬ dowe tranzystora T2 musi byc odpowiednio duze.Litera R z odpowiednim indeksem oznacza poszcze¬ gólne rezystory w ukladzie. & Jesli teraz napiecie na boczniku 10 próbkujacym wyniesie w przyblizeniu IbR«, to prady w rezy¬ storach Ri i R2 beda ponownie równe. Ten ostatni warunek moze byc wykorzystany do wykrywania pradu obciazenia przy pomocy wzmacniacza 11. Sto- 40 sujac odpowiednie elementy zapewnia sie odpo¬ wiednia szybkosc detektora pradowego. Rezystor R4 kompensuje dryft temperatury spowodowany przez R5.Zaleta ukladu sa minimalne straty w przetwor¬ za nicach pradu stalego. Uzyskano to dzieki zastoso¬ waniu odpowiedniego obwodu sterowania w bazie tranzystora mocy na wyjsciu przetwornicy. Po¬ kazano to na fig. 3.Tranzystory T8, T4, T5 i T6 tworza mostkowy 50 obwód sterujacy 12. Gdy wyjsciowy tranzystor mo¬ cy T9 jest odciety, to albo tranzystory T8 i T5 albo T4 i T6 sa w stanie nasycenia. Wobec tego impe- dancja wyjsciowa transformatora 13 w czasie trwa¬ nia stanu odciecia jest bardzo mala. Natomiast gdy 55 albo T3 i T$ albo T4 i Ts przewodza, to na uzwo¬ jeniu wtórnym 14 transformatora 13 wystapi na¬ piecie, a tranzystor wyjsciowy bedzie nasycony.W stanie, gdy tranzystor T9 przewodzi, napiecie wyjsciowe transformatora 13 jest dodatnie i wla- 00 cza tranzystory T7, Tg i Tg. W ukladzie znajduje sie tez kondensator usprawniajacy 15. Gdy tylko napiecie wyjsciowe transformatora 13 spadnie do zera, to bezzwlocznie wylacza sie tranzystor T7, a nieco pózniej Tg. Wsteczny prad wylaczajacy 08 tranzystor Te plynie przez diode 16, Natychmiast5 83 461 6 po wylaczeniu sie tranzystora Tg, przez diode Ze- nera 17 zaczyna plynac prad kolektora tranzysto¬ ra Tg. Prad ten plynie dopóty, dopóki nie zostanie usuniety ladunek zmagazynowany w zlaczu ko¬ lektor — baza tranzystora Tg.Nalezy zwrócic uwage, by tranzystor T8 pracuja¬ cy jako przelacznik tranzystorowy, zalaczony w obwodzie emitera tranzystora wyjsciowego T9 byl elementem dzialajacym szybciej niz ten ostatni.Takze T7 powinien byc tego samego typu i miec szybkosc dzialania tego samego rzedu co Tg. Ele¬ menty ukladu powinny byc tak dobrane, aby w czasie wylaczania sie tranzystora Tg i po jego wy¬ laczeniu nie przeplywal w nim zaden. prad emi- terowy. Ujemne napiecie emiter — baza tego tran¬ zystora mogloby bowiem osiagnac wtedy zbyt du¬ za wartosc.Uklad taki zapewnia bardzo szybki zanik pradu kolektora wyjsciowego tranzystora mocy i w kon¬ sekwencji male straty przelaczenia. Innym przy¬ kladem przetwornicy pradu stalego jest uklad przedstawiony na fig. 4. Jest to przetwornica dla¬ wikowa relaksacyjna.W sklad tej przetwornicy wchodzi konwencjo¬ nalny prostownik typu mostkowego dolaczony do sieci zasilajacej pradu zmiennego 19. Stale napie¬ cie z wyjscia prostownika doprowadzone! jest prze- wodami 20 do indukcyjnosci 22. Równolegle dola¬ czono kondensator wygladzajacy 21.Indukcyjnosc 22 jest sprzezona z cewka uzwoje¬ nia wtórnego 23. Jeden z przewodów 20 dolaczony jest do tranzystora 24, którego baza sterowana jest przewodami 25 i 26.Szeregowo z uzwojeniem wtórnym wlaczona jest dioda lub równowazny prostownik pólfalowy 27, a równolegle miedzy przewody wyjsciowe 29 wla¬ czono kondensator wygladzajacy 28. Przewody 29 polaczone sa z ladowana bateria.W trakcie dzialania ukladu energia jest maga¬ zynowana, a nastepnie uwalniana z cewki 22 od¬ powiednio do tego, czy tranzystor 24 jest wlaczony czy wylaczony. Srednia wartosc pradu ladowania baterii 30 zalezy od szerokosci i czestotliwosci im¬ pulsów podawanych na baze tranzystora 24.Jesli ta czestotliwosc jest duza, wymiary induk¬ cyjnosci 22 sa niewielkie. Unikamy wiec stosowa¬ nia niewygodnych transformatorów sieciowych. Ko¬ rzystnym jest, gdy czestotliwosc impulsów wynosi od 10 do 40 kHz.Dane techniczne obwodu przemiany mocy opisa¬ nego wyzej urzadzenia idealnie odpowiadaja pro¬ cesowi ladowania baterii wówczas, gdy elementy obwodu sa odpowiednio dobrane, aby zapewnic sta¬ ly prad wyjsciowy, jaki ma byc zastosowany przy ladowaniu baterii. Osiaga sie to bez trudu dzieki zastosowaniu szybko dzialajacego detektora prado¬ wego opisanego w poprzedniej czesci niniejszego tekstu.Urzadzenie do ladowania baterii wedlug wynalaz¬ ku moze byc latwo naprawione przez malo do¬ swiadczonego pracownika, poniewaz poszczególne bloki sa zaprojektowane jako wymienne moduly.Ulatwia to równiez przechowywanie czesci za¬ miennych niezbednych do utrzymywania urzadze¬ nia do ladowania baterii w stanie pelnej sprawnosci technicznej. PL