專利名稱：同步移相可控整流充電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種給蓄電池，特別是大容量蓄電池組充電的快速、安全、自動的同步移相可控整流充電裝置。
在已有的給蓄電池充電的充電裝置中一類是利用與市電隔離的電源變壓器的二次電壓通過整流或可控整流獲得，再配以適當?shù)母街娐?，用以完善裝置的功能。這類充電裝置一般對操作者是安全的，因有龐大的電源變壓器，視其功率容量不等，其造價也是相對昂貴的。
另一類是不與電源隔離，利用半導體元件及阻容元件組成移相網(wǎng)絡或施張振蕩定時觸發(fā)電路來控制晶閘管的導通，從而達到給蓄電池充電的目的，同樣加以適當?shù)母街娐吠晟蒲b置的功能。這類充電裝置與前者相比在同等功率容量下造價低，但功能不盡齊全，且操作者在使用時要預先找好電源相線和中線，在充電過程中不允許觸摸蓄電池極柱及裸露的充電導線，否則將有觸電危險，給操作者帶來諸多不便。
近年來，用微電腦控制的充電裝置已開始走入市場。它是利用電腦控制整個充電的動態(tài)過程，隨時采集和記錄被充蓄電池的各項參數(shù)，加以調節(jié)和控制，實現(xiàn)了充電過程的完全自動化。但昂貴的價格限制了它的普及應用。
本實用新型的目的是提供一種對操作者安全、充電電流穩(wěn)定、結構簡單、造價低廉、功能齊全的新型充電裝置。它具有安全、方便、體積小的特點，根據(jù)被充蓄電池、蓄電池組的電壓不同分為6V、12V、24V、48V、96V五檔可任選擇，充電電流0-30A連續(xù)可調。(根據(jù)需要若加大晶閘管的電流容量，充電電流還可加大，這時脈沖電流互感器TA的功率容量和裝置的體積也應相應加大。)本實用新型采用簡單的單穩(wěn)電路和微電子固態(tài)繼電器IC SSR為控制的核心部件擴展了裝置的各項功能，該裝置具有電源相線鑒別功能、短路保護功能、反接保護功能、過電流保護功能、常規(guī)充電自動轉入快速充電功能、充滿自停等多項功能，可對蓄電池、蓄電池組進行預調自動充電。其體積比普通飯盒稍大。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種新型同步移相可控整流充電裝置，其特征在于倒相變壓器T，兼作控制變壓器，其初級繞組L通過開關S1接220V工頻電源，次級有四個繞組，帶中心抽頭的繞組L1與電容C1、電阻R1、電位器RP組成移相橋路，移相橋輸出端串接有一固態(tài)繼電器IC SSR4的OUT端；L2繞組串接有一固態(tài)繼電器ICSSR5的OUT端；L3繞組通過交一直變換后作為控制電源接有一單穩(wěn)電路，單穩(wěn)電路中晶體管V11的基極通過電阻R5接有一固態(tài)繼電器IC SSR3、IC SSR4兩個并聯(lián)的OUT端，晶體管V13的集電極通過電阻R7接有一固態(tài)繼電器IC SSR2的IN端。
一種同步移相可控整流充電裝置，其特征是繞組L1的兩端分別接電容C1、電阻R1、電位器RP串聯(lián)后的兩端，其中心抽頭接晶閘管SCR1的陰極，在電容C1、電阻R1的結點連線上通過二極管V1的正極、負極接固態(tài)繼電器IC SSR4的OUT的一端，另一端通過電阻R2接晶閘管SCR1的控制極，IC SSR4的IN端負極通過二極管V4的正極、負極接裝置輸出的負極連線上、其正極接電阻R12-R16的一端、電阻R12-R16的另一端分別通過開關S2-1-S6-1串聯(lián)、S2-1-S6-1的另一端連在一起接裝置輸出的正極線上。
如圖所示，主回路由電磁開關K及其觸點K1、K2、主晶閘管SCR1、充放電晶閘管SCR2、SCR3、放電電容C5和放電電阻R23組成。
倒相變壓器T，兼作控制變壓器(其功率只有2-3W)，其初級繞組L通過開關S1接220V工頻電源，S1是裝置的工作開關。變壓器T次級有四個繞組，帶中心抽頭的次級繞組L1與電容C1、可調電阻R1及電位器RP組成與電源周波同步的移相橋路(其移相角可調整R1和RP在0°--180°任意控制)，根據(jù)被充電蓄電池、蓄電池組的電壓不同，控制移相角在150°以上。移相后的電流通過二極管V1、固態(tài)繼電器ICSSR4的OUT端、限流電阻R2去觸發(fā)晶閘管SCR1，二極管V1的作用是給晶閘管SCR1的控制極提供正向觸發(fā)電壓，發(fā)光二極管V2與二極管V3串聯(lián)接于晶閘管SCR1的陰極和控制極，給其提供了2.5V的穩(wěn)定電壓，這不但保證了晶閘管SCR1控制極的安全，也保證了充電電流的相對穩(wěn)定，同時發(fā)光二極管V2兼作晶閘管SCR1的工作指示。電位器RP用來調節(jié)和控制充電電流的大小。
二極管V4、固態(tài)繼電器IC SSR4的IN端與電阻R12-R16及開關S2-1-S6-1的選擇串聯(lián)構成反接保護和短路保護電路。在被充蓄電池、蓄電池組正確連接于X1、X2兩端時，二極管V4是正向導通狀態(tài)，有電流流過二極管V4及IC SSR4的IN端，此時固態(tài)繼電器IC SSR4被激勵，其輸出OUT端導通，從而接通晶閘管SCR1的觸發(fā)電源，SCR1導通給蓄電池充電。當被充蓄電池反接于X1、X2接線端時，由于二極管V4受反偏而阻斷，使固態(tài)繼電器IC SSR4的IN端不能被激勵，因而其輸出OUT端呈關斷狀態(tài)，這時晶閘管SCR1得不到觸發(fā)而呈阻斷狀態(tài)，使裝置得到保護。
晶體三極管V11、V13、穩(wěn)壓管V10、V12、電阻R5、R6、R7及固態(tài)繼電器IC SSR1、IC SSR2、IC SSR3構成單穩(wěn)電路。單穩(wěn)電路的電源由變壓器T的次極繞組L經二極管V5-V8橋式整流，電容C2平滑濾波后提供，這部分電路有電源相線鑒別、過電流保護、充滿自停三個功能。其特征是單穩(wěn)電路中晶體管V11的基極與發(fā)射極間接有穩(wěn)壓管V10、電容C3、相串聯(lián)的二極管V9和電阻R4，測驗點M接在控制電源負極即發(fā)射極的連線上，在電阻R4和二極管V9正極連線上接電阻R3的一端、電阻R3的另一端接裝置電源接線N端的連線上；在晶體管V11基極與控制電源正極間串接有電阻R5和固態(tài)繼電器IC SSR3、IC SSR1兩個并聯(lián)的OUT端；晶體管V11的集電極與控制電源正極間串接有電阻R6和正向聯(lián)接的發(fā)光二極管V14；晶體管V13的集電極通過電阻R7接固態(tài)繼電器IC SSR2的IN端負極、正極接控制電源正極；固態(tài)繼電器IC SSR2的OUT端通過與電磁開關K線圈串聯(lián)、接于裝置電源熔斷器后端和裝置電源N端；固態(tài)繼電器IC SSR1的IN端通過電阻R8正向并聯(lián)于電容C4兩端；固態(tài)繼電器IC SSR3的IN端負極接裝置輸出負極，正極通過穩(wěn)壓管V16接在電阻R10和電阻R17-R21的結點連線上，電阻R10的另一端接裝置輸出負極，電阻R17-R21的另一端分別接開關S2-2-S6-2的一端，開關S2-2-S6-2的另一端連在一起接裝置輸出的正極。
電源相線鑒別功能是這樣實現(xiàn)的高阻電阻R3、R4串聯(lián)，電阻R3的一端接裝置的電源接線N端，電阻R4的一端接測驗點M(M點為人體觸摸或接地點)。若裝置的電源接線N端接電源相線，A端接電源中線時，操作者用手觸摸M點(或M點接地)時，則有2 20V相電壓加于A、N兩端，通過電阻R3、R4的分壓作用，電壓信號由電阻R4兩端取出，這個信號電壓通過二極管V9整流，電容C3平滑濾波后有一正向偏壓加于晶體管V11的基極使V11飽和導通，這時晶體管V11的集電極電流通過電阻R6使發(fā)光二極管V14導通發(fā)光，提示操作者電源線接錯，調換電源相線和中線。這時由于晶體管V11的飽和導通，其集電極維持0.7V的正電位，穩(wěn)壓管V12不能被反向擊穿，晶體管V13得不到基極偏流而截止，固態(tài)繼電器IC SSR2的IN端無電流激勵，輸出OUT端關閉，電磁開關K失電使觸頭K1、K2斷開，充電機不能工作。當操作者調換電源后，即N接線端接電源中線，A接線端接電源相線，手觸測驗點M(或M點接地)，因M點和N接線端同是地電位，電阻R4兩端無電壓，這時晶體管V11因基極得不到正偏置電壓而截止，穩(wěn)壓二極管V12被反向擊穿給晶體管V13提供正向偏流使之迅速飽和導通。此時集電極電流通過電阻R7激勵固態(tài)繼電器IC SSR2的輸入端IN，因而OUT端導通使電磁開關K吸合其觸頭K1、K2閉合接通充電機電源。
過電流保護功能的實現(xiàn)是利用脈沖電流互感器TA(其鐵芯功率容量只有0.4W)由次級取出電流信號，通過二極管V15、限流電阻R8和電容C4的積分平波后，加于固態(tài)繼電器IC SSR1的IN端。電流表PA也接于電流互感器TA的次級回路，用作充電電流的指示儀表，電阻RA的作用是校正電流表PA的電流。
當裝置的充電電流未超過裝置的額定電流時，脈沖電流互感器TA次級產生的電流信號通過二極管V15和電阻R8不足以激勵固態(tài)繼電器IC SSR1的IN端，使OUT端呈關斷狀態(tài)。這時晶體管V11維持原來的截止狀態(tài)，充電工作正常進行。
當充電電流超過裝置的額定電流時，與上述情況相反，固態(tài)繼電器IC SSR1被激勵使OUT端導通晶體管V11由截止變?yōu)閷?，而晶體管V13由導通迅速截止，固態(tài)繼電器IC SSR2關閉，電磁開關K失電、觸點K1、K2斷開，充電工作停止。從而使裝置得到保護。
充滿自停功能是利用電阻R10與電阻R17-R21和開關S2-2-S6-2選擇串聯(lián)分壓采集信號，其電壓信號有電阻R10兩端取出，通過穩(wěn)壓管V16加于固態(tài)繼電器IC SSR3的IN端。當被充蓄電池的電壓低于規(guī)定的充滿電壓數(shù)值時，電阻R10產生的壓降不足以擊穿穩(wěn)壓二極管V16，因而固態(tài)繼電器IC SSR3得不到激勵電流呈關閉狀態(tài)，單穩(wěn)電路不翻轉充電正常進行。當被充電蓄電池的電壓等于規(guī)定的充滿電壓上限值時，電阻R10產生的壓降足以擊穿穩(wěn)壓二極管V16，固態(tài)繼電器IC SSR3的IN端有激勵電流通過使OUT端導通，晶體管V11的基極通過電阻R5得到正向偏壓迅速飽和導通，這時晶體管V13因穩(wěn)壓二極管V12不能提供基極偏流而迅速截止，固態(tài)繼電器IC SSR2無激勵電流而關閉，電磁開關K失電，觸點K1、K2斷開，充電工作停止。
常規(guī)充電自動轉入快速充電是這樣實現(xiàn)的變壓器T的次級繞組L2產生的電壓，通過固態(tài)繼電器IC SSR5的OUT端和二極管V17整流、電阻R11限流后做為觸發(fā)電源，加于晶閘管SCR2的陰極和控制極。其特征是倒相變壓器T的L2繞組一端(與電源的同名端)通過二極管V17正極、負極、電阻R11接晶閘管SCR2的控制極，L2繞組的另一端(與電源的異名端)通過固態(tài)繼電器IC SSR5的OUT端串聯(lián)接晶閘管SCR2的陰極；IC SSR5的IN端正極接電容C4正極、二極管V15的負極、ICSSR5的IN端負極通過電阻R9接電容C4的負電位端。常規(guī)充電轉入快速充電是利用脈沖電流互感器TA次級一回路兩端通過二極管V15及電阻R9加到固態(tài)繼電器IC SSR5的IN端。在充電電流較小時，固態(tài)繼電器IC SSR5的IN端不能通過脈沖電流互感器TA次級、二極管V15、電阻R9獲得足夠的激勵電流而使OUT端關閉，晶閘管SCR2得不到觸發(fā)而關斷，電容C5不能被充放電，快速充電不能進行。當充電電流較大時，與上述相反，固態(tài)繼電器IC SSR5的IN端被激勵使OUT端導通，接通晶閘管SCR2的觸發(fā)電源，合理安排在電源正半周開始時觸發(fā)晶閘管SCR2使之在電源正半周開始時導通，電容C5被迅速充電，因充電時間常數(shù)很小，在觸發(fā)電源正半周未結束時，晶閘管SCR2已被迫關斷，在這段時間內晶閘管SCR1是關斷的。變壓器T的次級繞組L4，通過整流管V19、限流電阻R22作為晶閘管SCR3的觸發(fā)電源，合理安排在電源負半周時使晶閘管SCR3被觸發(fā)導通，這時電容C5儲存的電荷通過電阻R23的部分或全部被迅速泄放，放電電阻R23的阻值根據(jù)被充蓄電池的電壓和容量不同通過選擇線開關SA分五檔選擇，這時晶閘管SCR3呈關斷狀態(tài)。隨著電源周波的變化，電容C5的充放電工作不斷循環(huán)進行，使蓄電池進入快速充電狀態(tài)。由于電容C5的充放電作用，消除了因大電流充電引起的蓄電池極板極化，并控制了蓄電池因大電流充電產生的溫升。指示燈HL并接于電阻R23的0、1兩端，作為快速充電指示燈。
穩(wěn)壓管V18、V20分別是晶閘管SCR2和SCR3控制極過壓保護元件。壓敏電阻Rv是為吸收電源瞬時過電壓而設的，使晶閘管SCR1免受突變的電壓上升速率增加而遭損壞。圖中PV是電壓表，用以指示被充蓄電池的電壓。GB是被充電蓄電池、蓄電池組。FU是裝置的熔斷器。
使用表明，本實用新型在給6V-48V的蓄電池、蓄電池組充電時，在一般環(huán)境中，對操作者是安全的。若給96V蓄電池組充電時，因超出了安全操作電壓范圍，操作者在充電對應予注意。
本實用新型與已有技術比較，其最大優(yōu)點是采用簡單的單穩(wěn)電路及廉價的微電子器件IC SSR固態(tài)繼電器為裝置的控制核心，不但解決了輸入(IN)、輸出(OUT)間的電壓隔離傳送，而且完善了裝置的各項功能，使得裝置在同等功能下電路更趨簡化、體積更加縮小、造價更加低廉、使用更加安全。
本實用新型操作安全、簡單、攜帶方便是一種很好的廉價普及型安全充電裝置。
權利要求1.一種同步移相可控整流充電裝置，其特征在于倒相變壓器T，廉作控制變壓器，其初級繞組L通過開關S1接220V工頻電源，次級有四個繞組，帶中心抽頭的繞組L1與電容C1、電阻R1、電位器RP組成移相橋路，移相橋輸出端串接有一固態(tài)繼電器IC SSR4的0UT端；L2繞組串接有一固態(tài)繼電器ICSSR5的OUT端；L3繞組通過交一直變換后作為控制電源接有一單穩(wěn)電路，單穩(wěn)電路中晶體管V11的基極通過電阻R5接有一固態(tài)繼電器IC SSR3、IC SSR4兩個并聯(lián)的OUT端，晶體管V13的集電極通過電阻R7接有一固態(tài)繼電器IC SSR2的IN端。
2.根據(jù)權利要求1所述的充電裝置，其特征是繞組L1的兩端分別接電容C1、電阻R1、電位器RP串聯(lián)后的兩端，其中心抽頭接晶閘管SCR1的陰極，在電容C1、電阻R1的結點連線上通過二極管V1的正極、負極接固態(tài)繼電器IC SSR4的OUT的一端，另一端通過電阻R2接晶閘管SCR1的控制極，IC SSR4的IN端負極通過二極管V4的正極、負極接裝置輸出的負極連線上、其正極接電阻R12-R16的一端、電阻R12-R16的另一端分別通過開關S2-1-S6-1串聯(lián)、S2-1-S6-1的另一端連在一起接裝置輸出的正極線上。
3.根據(jù)權利要求1所述的充電裝置，其特征是L2繞組一端(與電源的同名端)通過二極管V17正極、負極、電阻R11接晶閘管SCR2的控制極，L2繞組的另一端(與電源的異名端)通過固態(tài)繼電器IC SSR5的OUT端串聯(lián)接晶閘管SCR2的陰極；IC SSR5的IN端正極接電容C4正極、二極管V5的負極、ICSSR5的IN端負極通過電阻R9接電容C4的負電位端。
4.根據(jù)權利要求1所述的充電裝置，其特征是單穩(wěn)電路中晶體管V11的基極與發(fā)射極間接有穩(wěn)壓管V10、電容C3、相串聯(lián)的二極管V9和電阻R4，測驗點M接在控制電源負極即發(fā)射極的連線上，在電阻R4和二極管V9正極連線上接電阻R3的一端、電阻R3的另一端接裝置電源接線N端的連線上；在晶體管V11基極與控制電源正極間串接有電阻R5和固態(tài)繼電器IC SSR3、IC SSR1兩個并聯(lián)的OUT端；晶體管V11的集電極與控制電源正極間串接有電阻R6和正向聯(lián)接的發(fā)光二極管V14；晶體管V13的集電極通過電阻R7接固態(tài)繼電器IC SSR2的IN端負極、正極接控制電源正極；固態(tài)繼電器IC SSR2的OUT端通過與電磁開關K線圈串聯(lián)、接于裝置電源熔斷器后端和裝置電源N端；固態(tài)繼電器IC SSR1的IN端通過電阻R8正向并聯(lián)于電容C4兩端；固態(tài)繼電器IC SSR3的IN端負極接裝置輸出負極，正極通過穩(wěn)壓管V16接在電阻R10和電阻R17-R21的結點連線上，電阻R10的另一端接裝置輸出負極，電阻R17-R21的另一端分別接開關S2-2-S6-2的一端，開關S2-2-S6-2的另一端連在一起接裝置輸出的正極。
專利摘要一種給蓄電池、蓄電池組充電的新型安全充電裝置，利用與電源同步移相可控整流原理，以單穩(wěn)電路及微電子器件IC SSR固態(tài)繼電器為控制核心，具有短路保護、反接保護、過電流保護、電源相線鑒別、充滿自停、并有常規(guī)充電和大電流自動轉入快速充電等多項功能。可對6V、12V、24V、48V的蓄電池、蓄電池組進行常規(guī)和快速充電，對操作者使用安全可靠，還可對96V蓄電池組進行常規(guī)和快速充電。
文檔編號H02H7/12GK2235672SQ9421381
公開日1996年9月18日 申請日期1994年5月28日 優(yōu)先權日1994年5月28日
發(fā)明者李福生 申請人:李福生