Регулятор напряжения для генератора переменного тока с выпрямителем

1 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 15. 04. 80(21) 2910565/24-.07 И 1 М. Кл.з с присоединением заявки Йо Н 02 Р 9/30 Н 02 4 7/14 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения 71) Заявитель 4) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ .ДЛЯ ГЕНЕРАТО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ВЫПРЯМИТЕЛЕМ цепь эмит ющего тран иту этогоений,однакточна, поня значи- вень напрязацита ра 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 точ кой цепочки обратной связи и базой выходного составного транзистора включен защитный элемент в виде стабилитрона 1,13Однако в этих регулягорах напряжения отсутствует защита от перенапряжений, что снижает его надежность. Регулятор напряжения выполнен на дискретных элементах - низкоомных резисторах, больших емкостях, регулировочных резисторах, технологический разброс параметров которых в интег-. ральном исполнении может достигать .200-300. Таким образом, технологическая несовместимость элементов препятствует их взаимному согласованию, что снижает работоспособность схем; Отсутствие элементов термокомпенсацни приводит к ухудшению точности их ре.гулирования за счет низкой термостабильностивИзвестен также регулятор напряжения для генераторапеременного 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 2. Включение резисторатера составндго регулирзнстора обеспечивает защтранзистора от перенапряэффективность ее недостскольку импульс напряжетельно превышает тот уржения, на который даннасчитана.Наиболее близким к изобретениюявляется регулятор напряжения автомобильного генератора, содержащийстабилитрон защиты от перенапряжений и исполнительный усилитель, одиниз входов которого соединен с опорным стабилитроногл, а другой - сосредней точкой резисторного делителя,подключенного к выводам выпрямителя. В этом регуляторе напряжения используется ряд дискретных элементов - 10 резисторный делитель, ограничительный резистор, опорный стабилитрон, к которому подключен один из входов исполнительного усилителя, ограничительную йС-цепь, выходной составнойтранзистор, коллектор которого подключен к ограничительному диоду и кобмотке возбуждения генераторапеременного тока. ДЛя защиты от перенапряжений используется мощный стабили трон33 .Кон ст рук тивные эл ементы т акогоустройства не связаны между собой по тепловому режиму, температурным коэффициентам и надежностным характе ристикам. Так, в рабочем диапазоне температур устройства температурныекоэффициенты .резисторного делителя, ограничительногп резистора, опорного стабилитрона и исполнительного усили теля различны по величине и знаку, что приводит к неуправляемому дрейфу и выходу напряжения за установленные пределы регулирования. При возникновении высоковольтных импульсов пере- З 5 напряжения 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, а40 затем к параметрическому отказу и пробою. Таким образом, это устройство не имеет достаточно надежной защиты от перенапрякений. Точность регулирования его недостаточна.45Целью 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-, лектор соединен с базой второго, тран зистора, 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 подклрченного 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 перенапряжений, подключенный к одному из выводов выпрямителя, исполнительный усилитель 2, задающий источник 3 тока, источник 4 опорного напряжения.Исполнительный усилитель 2 включает дифференциальный каскад 5 выход которого подклгчен к обмотке возбуждения 6 генератора и гасящему диоду 7, Делйтель напряжениявыполненный 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 напряжения.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 - с цепью термокомпенсации на диоде 14 и резисторе 11.Источник 4 опорного напряжения содеркит 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.Регулятор напряжения работаетследующим образом.Регулятор работает как ключеваяпороговая схема. При напряжениина выводах выпрямителя ниже номиналь-,ного напряжение на входе исполнитель5ного усилителя 2, подключенном кэмиттеру второго транзистора 16 источника 4 опорного напряжения, будет.выше, чем на другом входе, соединенном с точкой соединения резисторов 10.8 и 9 делителя напряжения. В.этомслучае дифференциальный выходной каскад 5 исполнительного усилителя 2находится в открытом состоянии иобеспечивает прохождение тока через 15обмотку возбуждения 6 генератора.При увеличении напряжения на выводах выпрямителя выше номинальногонапряжение на средней точке делителя напряжения становится выше напря- щжения на эмиттере третьего транзистора 18, что приводит к запиранию дифференциального выходного каскада 5 ик прерыванию тока в цепи обмотки возбуждения 6 генератора, в результате 25чего напряжение на генераторе уменьшается, и схема возвращается в исходное состояние,Поскольку регулятор напряженияработает в ключевом режиме, это приводит к изменению тока, протекающегочерез стабилитрон 1, что, в свою .очередь, ведет к нестабильности величины опорного напряжения и к изменениюуровня срабатывания исполнительногоусилителя 2.Стабилизация тока в источнике 4 опорного напряжения осуществляется следующим образом.40При 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 к45 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 перераспределения 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 стабилизация тока осуществляется 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 1) 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 обеспечитьвысокую точность регулирования напряжения. При возникновении пиковых импульсов перенапряжения в цепи питания регулятора ток через транзистор 20резко возрастает, что приводит к увеличению напряжения на базах транзис-.торов 20 и 21 и к увеличению коллекторного тока транзистора 21, При этомтранзистор 21 входит в режим насыще-.ния вследствие резкого возрастанияего базового тока, напряжение на егоколлекторе снижается и. запирает транзистор 16. Ток через транзисторы 18,19 и 20 прекращается. На транзисторе21 рассеивается малая мощность, поскольку в режименасыщения его коллекторный ток сравним с базовым токомтранзистора 16. Таким обоазом осуществляется защита источника и опор-ного напряжения от импульсов перенапряжений,Компенсация и защита источникаопорного напряжения при спецвоздействиях ( радиациитакже осуществляется описанным образом.Регулятор напряжения может бытьреализован по интегральной технологии.Повышение точности регулированиянапряжения генератора и защиты регулятора от перенапряжений позволяетповысить эксплуатационную надежностьсистемы генератор переменного тока -регулятор напряжения и значительноулучшить их рабочие характеристики.Схемное построение регулятора напря,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 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 щ и й с я 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 опорно го 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 экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 595840, кл. Н 02 Р 9/30, 1975.2. Авторское свидетельство СССР 9 624346, кл, Н 02 Р 9/30, 1975.3. Стабилизатор напряжения для автомобильных генераторов.-"Е 1 ессгои 1 св ЕоЦпеегп 9", 1977 С 49, Р 595.1