Введение

Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его.

Самым распространенным типом зарядных устройств считается конструкция, в составе которого имеется понижающий трансформатор. Его первичная обмотка подключается к сети. Кроме понижающего трансформатора в таком зарядном устройстве установлен выпрямитель. Такие устройства просты в разработке и надёжны, но имеют значительные размеры и вес, для их изготовления требуется много электротехнической стали и меди.

В импульсных зарядных устройствах переменное напряжение на входе вначале выпрямляется, а потом преобразуется в переменное напряжение повышенной частоты. Преобразованное напряжение поступает на трансформатор, имеющий небольшие размеры и вес. Это вызвано тем, что при возрастании частоты увеличивается эффективность работы устройства, тем самым становятся меньше требования к размерам магнитопровода, необходимого для отдачи равнозначной мощности. Как правило, такой магнитопровод изготавливается из ферритов.

Стабилизация тока зарядки осуществляется за счет цепи отрицательной обратной связи (ООС). С учетом значения величины напряжения отрицательной обратной связи, которое зависит от выходного тока, меняется скважность импульсных сигналов на выходе ШИМ-контроллера.

Импульсные зарядные устройства имеют небольшие размеры и вес, а также высокий КПД, который может достигать 90% и более.

1 Анализ технического задания

Назначением разрабатываемого устройства является преобразование электрической энергии из сети переменного тока 127В 60Гц в постоянный ток для зарядки кислотной АБ номинальным напряжением 72В. Устройство должно состоять из силовой части, включающей в себя бестрансформаторный выпрямитель и преобразователь напряжения, и системы управления, обеспечивающей стабилизацию тока зарядки АБ и ограничение максимального напряжения на ней.

Согласно техническому заданию, силовая часть должна представлять собой двухтактный мостовой инвертор, также должна быть обеспечена гальваническая развязка входного напряжения от аккумуляторной батареи (АБ). Для того чтобы обеспечить заданную статическую точность, преобразователь должен быть охвачен обратной связью. В зависимости от тока нагрузки, схема обратной связи изменяет относительную длительность интервала передачи энергии в цепь нагрузки. Элементная база силовой части и схемы управления не оговорена в ТЗ, поэтому существует возможность выбора среди нескольких вариантов, в частности, типа силового ключа, а также построения системы управления – на специализированной интегральной микросхеме или на дискретных элементах.

2 Разработка структурной схемы

Структурная схема зарядного устройства приведена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема зарядного устройства

Схема содержит следующие блоки:

В – сетевой выпрямитель с фильтром;

Пр – преобразователь;

АБ – аккумуляторная батарея;

ДТ – датчик тока;

БПСН – блок питания собственных нужд;

ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения;

УМ – усилитель мощности;

СКН – схема контроля напряжения АБ;

К – компаратор;

ИОН – источник опорного напряжения;

Σ – сумматор-вычитатель;

У – усилитель сигнала ошибки.

Переменное напряжение из сети поступает на выпрямитель. Затем преобразователь понижает его до необходимого уровня. Напряжение с выхода преобразователя поступает на нагрузку (аккумуляторную батарею).

Генератор линейно изменяющегося напряжения вырабатывает пилообразное напряжение с заданной амплитудой и частотой. Блок питания собственных нужд вырабатывает напряжение питания схемы управления и усилителей мощности.

Схема обратной связи включает в себя датчик тока, источник опорного напряжения, сумматор-вычитатель и усилитель ошибки. Напряжение с датчика тока совместно с опорным напряжением поступает на сумматор-вычитатель, на выходе которого формируется напряжение, равное их разности. Далее разностное напряжение усиливается для достижения заданной статической точности. Усиленный сигнал ошибки поступает на компаратор, где сравнивается с пилообразным напряжением. Сигнал с выхода компаратора поступает на усилители мощности, и далее – на силовые транзисторы. Если ток на выходе преобразователя больше заданного, обратная связь уменьшает относительное значение времени, в течение которого происходит передача энергии во вторичную цепь, тем самым уменьшая среднее значение выходного тока, и наоборот.

Также в процессе зарядки контролируется напряжение на АБ. При достижении напряжением на выходе значения, соответствующего окончанию зарядки, преобразователь отключается.