Регулятор напряжения для генератора переменного тока с выпрямителем

Регулятор напряжения для генератора переменного тока с выпрямителем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

««s> 3 005262 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 15. 04. 80(21) 2910565/24-.07 (54) М. Ка.з с присоединением заявки Йо

H P 9/30

Н 02 4 7/14

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет (И) УДК 621. 316 °

° 722 (088 ° 8) Опубликовано 15.0383, Бюллетень Йо 10

Дата опубликования. описания 150383

Л.П.Домнин, Ю.Т.Федоров, Г..Б.Волобуев, A.Ñ.Ðóðèí и М.И.Карпушин .ч, (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

":,1 (54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ВЫПРЯМИТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания транспортных средств в качестве устройства для регулирования напряжения генератора переменного тока с выпрямителем и устройством защиты от перенапряжений.

Известны регуляторы напряжения для генераторов переменного тока, содержащйе задающий элемент в виде стабнлитрона, управляющий транзистор, регулирующий составной транзистор, цепочку обратной связи из последовательно соединенных резисторов и конденсатора, причем между средней точкой цепочки обратной связи и базой выходного составного транзистора включен защитный элемент в виде стабилитрона 1 11 °

Однако в этих регулягорах напряжения отсутствует защита от перенапряжений, что снижает его надежность.

Регулятор напряжения выполнен на дискретных элементах - низкоомных ре-зисторах, больших емкостях, регулировочных резисторах, технологический разброс параметров которых в интег-. ральном исполнении может достигать .200-ЗООВ. Таким образом, технологическая несовместимость элементов препятствует их взаимному согласованию, что снижает работоспособность cxema;

Отсутствие элементов термокомпенсации

5 приводит к ухудшению точности их регулирования за счет низкой термостабильности.

Известен также регулятор напряжения для генератора переменного тока с выпрямителем, содержащий составной регулирующий транзистор, эмиттер которого через резистор соединен с эмиттером управляющего транзистора, а база — с его коллектором, резис« торный делитель напряжения, соеди-.. ненный крайними выводами с выводайи для подключения выпрямителя, опорный стабилитрон, включенный между промежуточной точкой резисторного делите-. ля и базой управляющего транзистора, и гасящий диод P2g.

Включение резистора в цепь эмиттера составнбго регулирующего трал» знстора обеспечивает защиту этого транзистора от пере напряжений, однако . эффективность ее недостаточна, поскольку импульс напряжения значительно превышает тот уровень напряжения, на который данная заг«ита pacQöHTÿí а °

1005262

Наиболее близким к изобретению является регулятор напряжения автомобильного генератора, содержащий стабилитрон защиты от перенапряжений и исполнительный усилитель, один из входов которого соединен с опорным стабилитроногл, а другой — со средней точкой резисторного делителя, подключенного к выводам выпрямителя.

В этом регуляторе напряжения исполь1 зуется ряд дискретных элементов — 10 резисторный делитель, ограничительный резистор, опорный стабилитрон, к которому подключен один из входов исполнительного усилителя, ограничительную RC-цепь, выходной составной транзистор, коллектор которого подключен к ограничительному диоду и к обмотке возбуждения генератора переменного тока. ДЛя защиты от перенапряжений используется мощный стабилитрон (33.

Конструктивные элементы такого устройства не связаны между собой по тепловому режиму, температурным коэффициентам и надежностным характе- 25 ристикам. Так, в рабочем диапазоне теглператур устройства температурные коэффициенты .Резисторного делителя, ограничительного резистора, опорного стабилитрона и исполнительного усили- 30 теля различны по величине и знаку, что приводит к неуправляемому дрейфу и выходу напряжения за установленные пределы регулирования. При возникновении высоковольтных импульсов перенапряжения с большой крутизной фРонтов в цепи питания устРойства мощный стабилитрон не устраняет воздействия отдельных пиковых напряжений. Бросок напряжения на стабилитроне приводит в этом случае к его перегрузке, а

40 затем к параметрическому отказу и пробою. Таким образом, это устройство не имеет достаточно надежной защиты от перенапря>кений. Точность регулирования его недостаточна.

Целью изобретения является повышение надежности и точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены задающий источник тока, включенный между выводами выпрямителя, источник опорного напряжения, база первого транзистора которого подключена к выходу задающего источника тока, эмиттер — 55 к коллектору второго транзистора с противоположным типом проводимости и через ограничивающий резистор к одному из выводов выпрямителя, а кол-, лекторр соедин е н с б аз ой второго, тран- 60 з истора, эглиттер которого подключен ко второму входу исполнительного усилителя и к эмиттеру третьего транзистора того же типа проводимости, база и коллектор которого соединены между собой и подключены к базе и коллектору четвертого транзистора, эмиттером подклр>ченного к базам пятого и шестого транзисторов, эмиттеры которых соединены с другим выводом выпрямителя, коллектор пятого транзистора подключен к эмиттеру четвертого, а коллектор шестого — к базе второго транзистора.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема регулятора напряжения.

Регулятор напряжения содержит стабилитрон 1 защиты от перенапря>кений, подключенный к одному из выводов выпрямителя, исполнительный усилитель 2, задающий источник 3 тока, источник 4 опорного напряжения.

Исполнительный усилитель 2 включает дифференциси ънг>й ейскад 5 выход которого подклг>чен к обмотке возбуждения 6 генератора и гасящему диоду 7.

Делйтель напряжения,,выполненный на резисторах 8 и 9, включен между выводами выпрямителя и подключен средней точкой к первому входу дифференциального каскада 5, второй вход которого подключен к источнику 4 опорного напря>кения.

Задающий источник 3 тока, включенный между выводами выпрямителя, содержит ограничительные резисторы

10 и 11, причем один из выводов резистора 10 подключен к аноду термокомпенсирующего диода 12 и базе тран-, зистора 13, эмиттер которого соединен с катодом диода 12 и выводом выпрямителя, а коллектор — |= цепью термокомпенсации на диоде 14 и резисторе 11.

Источник 4 опорного напряжения содер>кит первый транзистор 15, база которого подключена к коллектору транзистора 13 задающего источника

3 тока, эмиттер первого транзистора

15 подключен к коллектору второго транзистора 16 с противоположным типом проводимости и через ограничивающий резистор 17 к одному из выводов выпрямителя, а коллектор - к базе второго транзистора 16, эмиттер которого подключен ко второму входу дифференциального каскада 5 исполнительного усилителя 2 и к эмиттеру третьего транзистора 18. того же типа проводимости, база и коллектор которого соединены между собой и подключены к базе и коллектору четвертого транзистора 19, эмиттером подключенного к базам пятого транзистора 20 и шестого транзистора 21, эмиттеры которых соединены с другйм выводом выпрямителя, причем коллектор пятого транзистора 20 подключен к эмиттеру четвертого транзистора 19, а коллектор шестого транзистора 21 — к базе второго транзистора 16.

1005262

Регулятор напряжения работает следующим образом.

Регулятор работает как ключевая пороговая схема. При напряжении на выводах выпрямителя ниже номиналь-, ного напряжение на входе исполнитель- 5 ного усилителя 2, подключенном к эмиттеру второго транзистора 16 источника 4 опорного напряжения, будет .выше, чем на другом входе, соединенном с точкой соединения резисторов .8 и 9 делителя напряжения. B.ýòîì случае дифференциальный выходной каскад 5 исполнительного усилителя 2 находится в открытом состоянии и обеспечивает прохождение тока через 15 обмотку возбуждения 6 генератора.

При увеличении напряжения на выводах выпрямителя выше номинального напряжение на средней точке делителя напряжения становится выше напря- щ жения на эмиттере третьего транзистора .18, что приводит к запиранию дифференциального выходного каскада 5 и к прерыванию тока в цепи обмотки возбуждения 6 генератора, в результате 25 чего напряжение на генераторе уменьшается, и схема возвращается в исходное состояние.

Поскольку регулятор напряжения работает в ключевом режиме, это приводит к изменению тока, протекающего через стабилитрон 1, что, в свою .очередь, ведет к нестабильности величины опорного напряжения и к изменению уровня срабатывания исполнительного усилителя 2.

Стабилизация тока в источнике 4 опорного напряжения осуществляется следующим образом.

При увеличении напряжения на выво-. дах выпрямителя возрастает ток через ограничивающий резистор 10 и термокомпенсирующий диод 12, что приводит к возрастанию напряжения на базе транзистора 13 источника 3 тока и к

45 соответствующему увеличению его коллекторного тока, протекающего через цепь термокомпенсации на резисторе

11 и диоде 14. Это приводит к возрастанию тока базы транзистора 15 и к соответствующему увеличению тока через транзисторы 16, 18, 19 и 20.

В результате этого возрастает напряжение.на базах транзисторов 20 и 21 и коллекторный ток транзистора 21..

Это ведет к уменьшению тока базы транзистора 16 за счет перераспреде ления тока транзистора 15 между базовым током транзистора 16 и коллекторным током транзистора 21, при 60 этом происходит также снижение потенциала базы транзистора 16 ц возвращение тока источника опорного напряжения 4 к исходной величине. При уменьшении напряжения на выходах 65 вйпрямителя ст абилиэ ация тока о существляется аналогичным образом.

Параметры эмиттерных переходов транзисторов 18, 19 и 20 выбираются таким образом, чтобы в процессе работы регулятора напряжения в диапазоне. рабочих температур обеспечивалась полная температурная компенсация цепочки транзистора 18, 19 и 20, т.е. температурный дрейф цепочки транзисторов 18, 19 и 20 практически близок к нулевому. Температурный дрейф задающего источника 3 тока и транзистора 16 приводит, однако, к дрейфу тока через источник 4 опорного напряжения. Поскольку в интег-ральном исполнении характеристики транзисторов 20 и 21 согласованы (с .точностью до 13) во всем температурном диапазоне, то компенсация температурного дрейфа тока осуществляется описанным образом. Реализуемая точность регулирования напряжения не хуже Т 0,5%.

Таким образом, при работе регулятора напряжения в различных эксплуатационных режимах генератора, а также в широком диапазоне температур .напряжение на одном из входов исполнительного усилителя 2 будет строго постоянным, что позволяет обеспе чить высокую точность регулирования напряжения.

При возникновении пиковых импульсов перенапряжения в цепи питания регулятора ток через транзистор 20 резко возрастает, что приводит к увеличению напряжения на базах транзис-. торов 20 и 21 и к увеличению коллекторного тока транзистора 21. При этом транзистор 21 входит в режим насыще-. ния вследствие резкого возрастания его базового тока, напряжение на его коллекторе снижается и. запирает транзистор 16. Ток через транзисторы 18, 19 и 20 прекращается. На транзисторе

2-1 рассеивается малая мощность, поскольку в режиме насыщения его коллекторный ток сравним с базовым током транзистора 16. Таким образом осуществляется защита источника и опор- ного напряжения от импульсов перенапряжений.

Компенсация и защита источника опорного напряжения при спецвоздействиях (радиации } также осуществляется описанным образом.

Регулятор напряжения может быть реализован по интегральной технологии.

Повышение точности регулирования напряжения генератора и защиты регулятора от перенапряжений позволяет повысить эксплуатационную надежность системы генератор переменного тока— регулятор напряжения и значительно улучшить их рабочие характеристики.

Схемное построение регулятора напря8

1005262

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 1922/75 Тираж 685 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4

7 ,жения, реализуемое в интегральном исполнении, позволяет значительно снизить его себестоимость и трудоемкость. изготовления, улучшить рабочие характеристики и резко повысить надежность при работе в условиях деста- 5 билизирующих воздействий различных факторов окружающей среды.

Регулятор напряжения для генератора переменного тока с выпрямителем, содержащий стабилитрон защиты от перенапряжений.и исполнительный )5 усилитель, первый вход которого соединен со средней точкой резисторного делителя, включенного между выводами. выпрямителя, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения надежности защиты от перенапряжений и точности регулирования, в него дополнительно введены задающий источник тока, включенный между вы-. водами выпрямителя, источник опорного напряжения, выполненный на первом, втором, третьем, четвертом, пятом и шестом транзисторах, причем база первого транзистора подключена к выходу задающего источника тока, эмиттер - к коллектору второго транзистора с противоположным типом проводимости и к одному из выводов выпрямителя, а коллектор соединен с базой второго транзистора, эмиттер которого подключен ко второму входу исполнительного усилителя и к змиттеру третьего транзистора того же типа проводимости, база и коллектор которого соединены между собой и подключены к базе и коллектору четвертого транзистора, эмиттером подключенного к базам пятого и шестого транзисторов, эмиттеры которых соединены с другим выводом выпрямителя, коллектор пятого транзистора подключен к эмиттеру четвертого, а коллектор шестого - к базе второго транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 595840, кл. Н 02 Р 9/30, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 624346, кл. Н 02 Р 9/30, 1975.

3. Стабилизатор напряжения для автомобильных генераторрв.-"E1есtronics Engineering" .1977 49, 9 595.