Зарядная схема для зарядки двух аккумуляторных батарей

ЗАРЯДНАЯ СХЕМА ДЛЯ ЗАРЯДКИ ДВУХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Зарядная схема для зарядки двух аккумуляторных батарей с сетевым трансформатором, имеющим первичную и вторичную обмотки, причем оба вывода вторичной обмотки соединены с соответствующими емкостными цепями, а выводы такой же полярности соответствующих емкостных цепей соединены с указанными выводами вторичной обмотки, и каждая емкостная цепь содержит по меньшей мере один электролитический конденсатор большой емкости и подключенный встречно диод, причем по меньшей мере один другой вывод одной из указанных емкостных цепей соединен с общим узлом двух диодов, соединенных последовательно друг с другом, а два оставшихся свободных электрода указанных двух диодов (D1, D2) подключены по меньшей мере к двум из четырех выводов двух аккумуляторных батарей (В 1, В 2), а второй вывод другой емкостной цепи с противоположной полярностью непосредственно или через дополнительный диод(D5) соединен с четвертым выводом аккумуляторной батареи. 015032 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к зарядной схеме для зарядки двух аккумуляторных батарей, которая содержит сетевой трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем оба вывода вторичной обмотки соединены с выводами такой же полярности соответствующих емкостных цепей, каждая из которых содержит по меньшей мере один электролитический конденсатор большой емкости и встречно подключенный диод, причем по меньшей мере один другой вывод одной из емкостных цепей соединен с общим узлом двух диодов, соединенных последовательно друг с другом. Предшествующий уровень техники В международной публикации WO 01/06614 приведено описание схемы зарядного устройства для аккумуляторных батарей указанного выше типа, в которой фактическое зарядное напряжение равно векторной сумме напряжений заряженных электролитических конденсаторов и находящейся под напряжением индуктивности. Находящаяся под напряжением индуктивность реализована вторичной обмоткой сетевого трансформатора. В данной схеме используются оба полупериода сетевого напряжения и обеспечивается характерная зарядка большим током. Поскольку одна составляющая выходного напряжения является напряжением на заряженном конденсаторе, обеспечивается определенная гибкость зарядки, так как любое короткое замыкание, которое может возникнуть в аккумуляторной батарее, не повредит зарядное устройство, а сам процесс зарядки в достаточной мере регулируется фактическим напряжением аккумуляторной батареи. Данная схема обладает несколькими преимуществами, но один ее недостаток заключается в том,что двухполупериодная работа требует использования большого количества элементов, а для некоторых других прикладных задач, связанных с зарядкой, было бы достаточно более простого и дешевого, но такого же гибкого зарядного устройства, даже если бы оно обеспечивало более медленную зарядку и было бы непригодным для использования в качества зарядного устройства для быстрой зарядки. Регулирование такого традиционного зарядного устройства реализовано в том числе путем изменения емкости используемых электролитических конденсаторов. Ввиду больших выбросов тока, образующихся при работе, наличие таких конденсаторов требует использования специальных полупроводниковых ключей, которые могут немного ограничить выбросы тока. Описание такой предпочтительной полупроводниковой схемы переключения приведено в международной публикации WO 2005/078888. Зарядка аккумуляторных батарей большой емкости в целом требуется для профессиональных потребителей, когда используется большое количество аккумуляторных батарей, а эффективность зарядки аккумуляторных батарей определяется не только временем и необходимой для зарядки конкретной аккумуляторной батареи энергией, но также принимается во внимание возможность зарядного устройства для аккумуляторных батарей заряжать одновременно более одной батареи. При этом зарядная схема может рассматриваться эквивалентной другому зарядному устройству, которое может полностью зарядить две аккумуляторные батареи за время, в два раза большее, если ее потребление энергии такое же, как первого зарядного устройства. Из этих двух типов зарядных схем для аккумуляторных батарей предпочтительной является более простая и дешевая. Сущность изобретения Целью данного изобретения является создание схемы зарядного устройства для зарядки двух аккумуляторных батарей, которая с точки зрения указанного выше сравнения является, по меньшей мере,такой же, как схема зарядного устройства, приведенная в указанной выше международной публикацииWO 01/06614, и может использоваться предпочтительно большим количеством потребителей, так как она может заряжать две аккумуляторные батареи одновременно. Данная цель достигнута путем создания зарядной схемы для зарядки двух аккумуляторных батарей,которая содержит сетевой трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем оба вывода вторичной обмотки соединены с выводами такой же полярности соответствующих емкостных цепей, каждая из которых содержит по меньшей мере один электролитический конденсатор большой емкости и встречно подключенный диод, причем по меньшей мере один другой вывод одной из емкостных цепей соединен с общим узлом двух диодов, соединенных последовательно друг с другом. Два оставшихся свободных электрода этих двух диодов подключены по меньшей мере к двум из четырех выводов двух аккумуляторных батарей, а второй вывод другой емкостной цепи с противоположной полярностью соединен непосредственно или через дополнительный диод с четвертым выводом аккумуляторной батареи. В примере осуществления, выполненном с возможностью зарядки двух, по существу, одинаковых емкостей, две аккумуляторные батареи соединены последовательно друг с другом, а два вывода последовательной цепи соединены со свободными концами этих двух диодов, а второй вывод другой емкостной цепи подключен к соединенным между собой выводам двух аккумуляторных батарей. С целью создания оптимальных условий для правильной работы зарядная схема дополнительно содержит уравнительную схему, обеспечивающую соответствующие регулируемые нагрузки аккумуляторных батарей для уменьшения всех воспринимаемых разностей напряжения между напряжениями их выводов. В предпочтительном примере осуществления емкостные цепи имеют, по существу, одинаковые емкости.-1 015032 Еще в одном примере осуществления, выполненном с возможностью зарядки двух отдельных аккумуляторных батарей, два свободных электрода двух диодов соединены с двумя выводами одной из аккумуляторных батарей и один из этих выводов заземлен, кроме того, второй вывод второй емкостной цепи соединен с общим узлом двух дополнительных диодов, соединенных последовательно, а из двух свободных концов этих двух дополнительных диодов первый свободный конец соединен с землей и первым выводом второй аккумуляторной батареи, а другой свободный конец подключен ко второму выводу второй аккумуляторной батареи. В емкостных цепях по меньшей мере один конденсатор имеет емкость по меньшей мере 100 мкФ,но предпочтительно намного больше, и по меньшей мере один дополнительный электролитический конденсатор подобной большой емкости может быть подключен параллельно к первому конденсатору с помощью соответствующих управляемых полупроводниковых ключей. Для регулирования мощности и выходного напряжения предпочтительно по меньшей мере одна из обмоток трансформатора имеет множество выводов обмоток с ответвлениями, выполненных с возможностью выбора соответствующими ключами. Краткий перечень чертежей Изобретение описано ниже с использованием предпочтительных примеров осуществления со ссылками на сопроводительные графические материалы. В графических материалах: фиг. 1 представляет собой принципиальную схему первого примера осуществления схемы зарядного устройства для аккумуляторных батарей в соответствии с изобретением; фиг. 2 представляет собой принципиальную схему еще одного примера осуществления, в котором зарядка двух аккумуляторных батарей фактически независима друг от друга; и фиг. 3 представляет собой другой вариант примера осуществления, показанного на фиг. 2. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей, показанная на фиг. 1, содержит сетевой трансформатор Tr, имеющий первичную обмотку 1 с множеством отходящих выводов ответвлений и вторичную обмотку 2 также с множеством отходящих выводов ответвлений. Первичная обмотка 1 соединена с однофазной сетью переменного тока в секции обмотки, выбранной ключом K1, а вторичная обмотка 2 также имеет активную секцию обмотки, которая может быть выбрана ключом K2. Ключ K2 подключен к первому (положительному) выводу электролитических конденсаторов С 1 и С 2, оба из которых имеют большую емкость (по меньшей мере 100 мкФ или предпочтительно намного больше, даже в 10 или 20 раз больше). Электролитический конденсатор С 2 может подключаться к конденсатору С 1 параллельно (и отключаться от него) с помощью полупроводникового ключа K3. Следует отметить, что с помощью дополнительных подобных полупроводниковых ключей с конденсатором С 1 могут соединяться дополнительные электролитические конденсаторы (не показаны). Величина емкости, необходимая для правильной работы, может быть отрегулирована с помощью ключа K3 и дополнительных подобных ключей. Ключ K3 может быть выполнен предпочтительно, как описано в указанной выше международной публикации WO 2005/078888. Другой (отрицательный) вывод параллельных электролитических конденсаторов С 1 и С 2 соединен с анодом диода D1 и катодом диода D2. Параллельно конденсаторам С 1 подключен обратный диод D3, который предотвращает возникновение напряжения обратной полярности на электролитических конденсаторах и не допускает протекание тока в обратном направлении. Другой вывод вторичной обмотки соединен с цепью, содержащей электролитические конденсаторы С 3, С 4 и защитный диод D4, причем электролитический конденсатор С 4 может быть подключен и отключен с помощью полупроводникового ключа K4, подобного ключу K3. Два внешних (т.е. не подключенных) электрода диодов D1 и D2 образуют соединительные выводы А и В схемы зарядного устройства для аккумуляторной батареи или батарей, подлежащих зарядке, причем в представленном примере осуществления используются две аккумуляторные батареи В 1 и В 2 одинакового типа и емкости. Соединенная общая линия аккумуляторных батарей В 1 и В 2 образует третий соединительный вывод С схемы зарядного устройства, подключенный к выводу конденсаторов С 3 и С 4, не соединенному со вторичной обмоткой 2. Зарядная схема в соответствии с изобретением имеет три соединительных вывода А, В и С, подводимых к двум аккумуляторным батареям В 1 и В 2. Следует отметить, что в процессе зарядки необходимо обращать внимание на поддержание состояния зарядки двух аккумуляторных батарей В 1, В 2 предпочтительно на одном уровне, что имеет большее значение для окончательной стадии процесса зарядки, т.е. стадии, когда аккумуляторные батареи заряжены почти полностью. Для обеспечения данного условия целесообразно подключить уравнительную схему EQ, которая контролирует мгновенные напряжения обеих аккумуляторных батарей и в случае,когда напряжение одной батареи выше напряжения другой батареи, подключает нагрузку к аккумуляторной батарее с более высоким напряжением, причем нагрузка также зависит от разности напряжений. Нагрузка отключается, когда напряжения двух аккумуляторных батарей вновь становятся равны. Такие уравнительные устройства, по существу, известны, и их подробное исполнение не входит в настоящее изобретение.-2 015032 На фиг. 1 пунктирные линии между выводами А, В и С соединяют пару диодов D5 и D6, причем их наличие на работу существенно не влияет. Работа зарядной схемы, показанной на фиг. 1, подразумевает, что подлежащие зарядке аккумуляторные батареи В 1 и В 2 являются аккумуляторными батареями одинакового типа, имеют одинаковую емкость и запасают одинаковый заряд в процессе зарядки. Номинальное напряжение между выводами А и В равно двойному напряжению вторичной обмотки, поэтому целесообразно выполнять вторичную обмотку 2 с возможностью подачи напряжения, которое может регулироваться от примерно 30 до 50% от напряжения, необходимого между выводами А и В. Путем соответствующего выбора активных секций первичной и вторичной обмоток можно регулировать как зарядное напряжение, так и зарядную мощность, причем изменять зарядную мощность можно, в первую очередь, путем регулирования общей емкости конденсаторов. Работа схемы, показанной на фиг. 1, может быть объяснена, если считать, что после окончания первоначальных переходных процессов при включении схемы ток во вторичной обмотке 2 меняет свое направление каждые полпериода с частотой сети и ток протекает либо через диод D1, либо через диод D2. Условие протекания тока заключается в том, что напряжение между выводами А и В должно быть меньше суммы мгновенного напряжения вторичной обмотки и напряжения параллельных конденсаторов. При увеличении напряжения вторичной обмотки заряд, накопленный в последовательном конденсаторе, разряжается через аккумуляторные батареи, подлежащие зарядке. Условия изменяются каждые полпериода. Преимуществом этой схемы является то, что оба полупериода сетевого напряжения используются для зарядки, хотя соответствующие отдельные аккумуляторные батареи В 1 и В 2 заряжаются только в течение половины периода в каждом периоде, но этот процесс многократно чередуется для двух аккумуляторных батарей. Энергия, передаваемая трансформатором Tr, полностью используется в течение обоих полупериодов, как в случае двухполупериодных зарядных устройств и зарядной схемы, описанной в указанной выше WO 01/06614, но в данном изобретении обе аккумуляторные батареи заряжаются в два раза меньшей энергией. Количество электролитических конденсаторов такое же, как в данной ссылочной схеме зарядного устройства, выполненной с возможностью зарядки одной аккумуляторной батареи, а количество используемых диодов меньше. В схеме в соответствии с изобретением используется такое же количество элементов, и схема выполнена с возможностью зарядки в два раза большего количества аккумуляторных батарей, но процесс отдельной зарядки требует несколько большего времени. Использование энергии, однако, является преимуществом, так как используются оба полупериода. Ограничение применения зарядной схемы, показанной на фиг. 1, связано с необходимостью использования одинаковых аккумуляторных батарей, подлежащих зарядке, поэтому схема не может быть использована как одно зарядное устройство для независимой зарядки двух отдельных аккумуляторных батарей. Для такой задачи независимой зарядки может быть использована схема, показанная на фиг. 2, которая очень похожа на схему на фиг. 1, поэтому соответствующие компоненты и элементы показаны одинаковыми ссылочными номерами позиций. Отличие заключается в том, что в настоящей схеме использование диодов D5, D6 обязательно, а напряжение вторичной обмотки 2 должно соответствовать напряжению на выводах аккумуляторных батарей В 1, В 2 (а не сумме напряжений двух аккумуляторных батарей),и в соответствующие зарядные полупериоды соответствующие направления зарядных токов всегда проходят через разные пары диодов (D1-D6 и соответственно D2-D5). В настоящем случае уравнительная схема не требуется, так как зарядка двух аккумуляторных батарей происходит во взаимно сдвинутых полупериодах, и зарядная схема может рассматриваться как две независимые зарядные схемы, расположенные в одном корпусе. Использование энергии в этом примере осуществления предпочтительно такое же, как в схеме, показанной на фиг. 1, при одновременной зарядке двух аккумуляторных батарей. Вариант схемы этого второго примера осуществления показан на фиг. 3, и эта схема может быть выполнена таким образом, что положительные выводы аккумуляторных батарей В 1 и В 2 соединены между собой и соединены с землей (т.е. катоды диодов D1 и D5), а линия, соединяющая диоды D2 и D6, и соединение с землей должны быть разорваны. Таким образом, этот вариант отличается от варианта схемы, показанной на фиг. 2, тем, чтоположительные выводы аккумуляторных батарей заземлены, а отрицательные выводы отделены, в остальном исполнение и работа такие же, как в схеме, показанной на фиг. 2. Зарядная схема в соответствии с изобретением является идеальным решением для потребителей,использующих множество аккумуляторных батарей, так как одна зарядная схема может заряжать две аккумуляторные батареи одновременно с полным использованием доступной энергии, а количество элементов в два раза меньше по сравнению со случаем использования одной традиционной зарядной схемы для аккумуляторных батарей. Еще одно преимущество заключается в том, что с аккумуляторной батареей, подлежащей зарядке,всегда последовательно соединен электролитический конденсатор большой емкости, что обеспечивает несколько предпочтительных свойств, включая применимость схемы зарядного устройства, форму зарядных импульсов и в конечном счете автоматическое регулирование процесса зарядки в зависимости от фактического напряжения аккумуляторной батареи.-3 015032 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Зарядная схема для зарядки двух аккумуляторных батарей (В 1, В 2), содержащая сетевой трансформатор (Tr) с первичной обмоткой (1) и вторичной обмоткой (2), причем оба вывода вторичной обмотки (2) соединены с соответствующими емкостными цепями, а выводы такой же полярности соответствующих емкостных цепей соединены с указанными выводами вторичной обмотки (2), при этом каждая емкостная цепь содержит по меньшей мере один электролитический конденсатор (С 1 или С 2) большой емкости и встречно подключенный диод (D3 или D4), а по меньшей мере один другой вывод одной из указанных емкостных цепей соединен с общим узлом двух диодов (D1, D2), соединенных последовательно друг с другом, отличающаяся тем, что два оставшихся свободных электрода указанных двух диодов (D1, D2) подключены по меньшей мере к двум из четырех выводов двух аккумуляторных батарей(В 1, В 2), а второй вывод другой емкостной цепи с противоположной полярностью непосредственно или через дополнительный диод (D5) соединен с четвертым выводом аккумуляторной батареи. 2. Зарядная схема по п.1, отличающая тем, что она выполнена с возможностью зарядки двух аккумуляторных батарей (В 1, В 2), имеющих, по существу, одинаковые емкости, причем указанные аккумуляторные батареи (В 1, В 2) соединены последовательно друг с другом, два вывода последовательной цепи соединены со свободными концами этих двух диодов (D1, D2), а второй вывод другой емкостной цепи подключен к соединенным между собой выводам указанных двух аккумуляторных батарей (В 1, В 2). 3. Зарядная схема по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит уравнительную схему(EQ), обеспечивающую соответствующие регулируемые нагрузки для указанных аккумуляторных батарей (В 1, В 2) для уменьшения всех воспринимаемых разностей напряжения между напряжениями выводов указанных аккумуляторных батарей (В 1, В 2). 4. Зарядная схема по п.2, отличающаяся тем, что указанные емкостные цепи имеют, по существу,одинаковые емкости. 5. Зарядная схема по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью зарядки двух отдельных аккумуляторных батарей, а указанные два свободных электрода двух указанных диодов (D1,D2) соединены с двумя выводами одной из указанных аккумуляторных батарей (В 1), причем один из этих выводов заземлен, при этом указанный второй вывод указанной второй емкостной цепи соединен с общим узлом двух дополнительных диодов (D5, D6), соединенных последовательно, а из двух свободных концов указанных двух дополнительных диодов (D5, D6) первый свободный конец соединен с землей и первым выводом второй аккумуляторной батареи (В 2), а другой свободный конец подключен к второму выводу указанной второй аккумуляторной батареи (В 2). 6. Зарядная схема по п.1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один конденсатор(С 1) в указанных емкостных цепях имеет емкость по меньшей мере 100 мкФ, предпочтительно намного больше, а по меньшей мере один дополнительный электролитический конденсатор (С 2 или С 4) подобной большой емкости может быть подключен параллельно к указанному первому конденсатору (С 1) с помощью соответствующих управляемых полупроводниковых ключей (K3, K4). 7. Зарядная схема по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из указанных обмоток (1, 2) указанного трансформатора (Tr) имеет множество выводов обмоток с ответвлениями, выполненных с возможностью выбора соответствующими ключами (K1, K2).