Устройство для защиты регулятора напряжения от перенапряжений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СоветскихСецналнстннвскнхРеспублик о 1;999133(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 050131 . (21) 3229718/24-07 1) М. Кл. с присоединением заявки МоН 02 Н 9/04. Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий.9 (088.8) Дата опубликования описания 2302 ВЗ арп н,Домнин, Ю.Т. Федоров, А. т%урин 11 И. МА.Я. Гаршин и А Н".Гррбаной"сг,з Д ,с .(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в системах электропитания транспортных средств в качестве устройства регулирования напряжения для генератора переменного тока с электромагнитным возбуждением, а также для защиты мощных стабилизаторов напряжения.Известно устройство защиты от ;перенапряжений для регулятора напряжения генератора с электромагнитным ;возбуждением автотракторного типа, содержащее выходной составной транзистор в качестве регулирующего элемента, входной транзистор, по цепи управления соединенный с цепочкой обратной связи, и элементы защиты от перенапряжений и Фильтрации пульсаций напряжения, выполненные в виде цепочки, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, причем конденсатор соединен :с коллектором выходного составного транзистора, резистор соединен с коллектором входного транзистора, а общий вывод конденсатора и резистора соединен непосредственно с базой выходного составного транзистора 1 1). Однако эффективность такого устройства защиты от перенапряженийвесьма мала, так как в нем обеспечивается только защита выходного составного транзистора, тогда как входная часть схемы регулятора и бортовая сеть не защищенй от воздействияимпульсов перенапряжений, что можетпривести к выходу из строя как элементов регулятора, так и оборудования бортовой сети.Известно также устройство защитыот перенапряжений, выполненное намощном стабилитроненапряжение ста 15 билизации которого составляет 28-32 В,максимальная мощность порядка 100 Вт,что является достаточным для эффек;тивного гашения импульсов перенапряжений с различной Формой и длитель 2 О ностыо ( 2,Однако при использовании с генераторами переменного тока, имеющимиразличные выходные напряжения, эф"Фективность защиты регулятора отимпульсов перенапряжений резко снижается, так как стабилитрон должениметь пробивное напряжение, соответствующее максимальному значениювыходного напряжения. Эффективностьзащиты снижается при работе с гене 999133ратором, имеющим выходное напряжение, соответствующее нижней границе допустимого диапазона рабочих напряжений, за счет увеличения разницы между напряжением пробоя стабилитрона (напряжением защиты 1 и рабочим напряжением регулятора, Кроме того, технология изготовления мощных ста" билитронов отличается исключительной сложностью, а процент выхода годных стабилитронов очень мал, Надежность защиты от перенапряжений снижается с увеличением амплитуды фронта импульса и его длительности. При существующей технологии изготовления полупроводниковых приборов большая площадь р-и-перех .цов мощных стабилитронов определяет соот-. ветствующую неравномерность геометрии их микроструктуры, что обусловливает наличие некоторого количества участков в области р-и-переходов с более низкими и более высокими уровнями пробивного напряжения по срав. - нению с номинальным. При большой мощности импульсов перенапряжений возникают локальные микропробойные участки с недопустимо большой мощностью рассеяния в их областях,что приводит к увеличению сквозного тока, перегрузке генератора и разряду аккумулятора. Недопустимость быстрой перестройки напряжения стабилизации мощных.стабилитронов препятствует унификации регуляторов напряжения и порождает высокую номенклатуру изготовления однотипных изделий, что приводит к перегрузке и не- экономичному использованию производственных мощностей, а также увеличению себестоимости изделий.Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты от перенапряжений, содержащее резистивный делитель напряжения, крайние выводы которого служат для соединения с шинами постоянного тока, стабилитрон и первый транзистор, коллектор которого связан с плюсовым выводом резистивного делителя напряжения Г 3. 10 20 25 ЗО 35 Недостатком известного устройства является невозможность защиты от импульсов перейапряжений, имеющих отрицательную полярность, а также низкое быстродействие, что ограничивает функциональные возможности.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены второй и третий транзисторы и цепь из последовательно соединенных диодов, анОд одного из которых подключен к аноду стабилитрона и базе первого транзистора, .катод стабилитрона соединен со средней точкой резистивного 40 45 50 55 60 65 делителя напряжений, коллектор первого транзистора объединен с коллекторами второго и третьего транзисторов, а эмиттер подключен к эмиттеруи базам второго и третьего транзисторов, при этом эмиттер третьеготранзистора соединен с катодом последнего диода и минусовым выводом резистивного делителя напряжения,На чертеже приведена принципиальная схема устройства защиты регулятора напряжения от перенапряженийи показано его соединение с генераторной установкой с выходом постоянйого тока.Устройство 1 защиты от перенапряжений содержит резистивный делительнапряжения с переменным коэффициентом деления, выполненный на резисторах 2 и 3 и соединенный крайнимивыводами с шинаьщ постоянного тока,а средней точкой - с катодом стабилитрона 4, анод которого подключенк аноду первого из последовательносоединенных диодов 5 и б и к базепервого транзистора 7. Транзистор 7соединен коллектором с коллекторамитранзисторов 8 и 9 и с плюсовымвыводом делителя напряжений, а эмиттером - с эмиттером и базой транзистора 8 и базой транзистора 9,эмиттер которого подключен к катодудиода б, подключенному к минусовому выводу делителя напряжения.Регулятор 10 напряжения своим выходом подключен к обмотке 11 возбуждения генератора 12Устройство работает следующим образом.Если напряжение бортовой сети имеет номинальное значение, то напряжение, снимаемое со средней точкй делителя, выполненного на резисторах,2 и 3, недостаточно для пробоя стабилитрона 4. Ток через стабилитрон 4 отсутствует, и транзисторы 7 и 9 будут заперты. При возникновении импульса перенапряжения потенциал средней точки делителя на резисторах 2 и 3 повышается, стабилитрон 4 пробивается, ток, текущий в базу транзистора 7, усиливается и открывает транзистор 9.0 тпертый транзистор 9 переходом коллектор - эмиттер шунти-. рует потенциальный выход генератора напряжения, предотвращая дальнейшее повышение потенциала на нем. Напряжение бортовой сети во время действия импульса перенапряжения будет определяться величиной пробивного напряжения стабилитрона 4 и коэффициентом деления делителя на резисторах 2 и 3, Рассасывающие диоды 5 и б служат для ускорения запирания транзисторов 7 и 9 после окончания воздействия импульса перенапряжения,Транзистор служит для предотвращенйяимпульсов перенапряжения отрицательной полярности. При возникновенииимпульсов перенапряжения отрицательной полярности переход база - коллектор транзистора 8 смещается впрямом направлении, и напряжениеприкладывается к обратно смещенномупереходу база - эмиттер транзистора9, который пробивается при определенном напряжении, Цепочка, состоящая из прямо смещенного переходабаза в . коллектор транзистора 8 иобратно смещенного. перехода база -.эмиттер.транзистора 9, ограничиваетвеличину отрицательного импульсаперенапряжения. 10 15 Преимущественное использование активных элементов в устройстве защиты обусловливает технологичность 20 регулятора и минимальную площадь кристалла, причем эйачительно снижается величина температурных градиентов, улучшаются тепловые и надежностные характеристики. Ввиду отсутствия технологически несовместимых элементов его легко реализовать по интегральной технологии. Высокйе технические и надежностные характеристики позволяют расширить функциональные возможности устройства из-эа Зф воэможности защиты от иипульсов перенапряжений разной полярности, значительно снизить номенклатуру и себестоимость выпускаемых однотипных иэделий. 35 формула изобретенияУстройство для защиты регуляторанапряжения от перенапряжений, содер-жащее резистивный делитель напряжения, крайние выводы которого служатдля соединения с шинами постоянноготока, стабилитрон и первый транзистор, коллектор которого связан сфплюсовымфф выводом резистивногоделителя напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,дополнительно введены второй и третий транзисторы и цепь из последовательно соединенных диодов, анод одного из которых подключен к анодустабнлитрона и базе гервого транзистора, катод стабилитрона соединенсо средней точкой резистивного делителя напряжений, коллектор первоготранзистора объединен с коллекторамивторого и третьего транзисторов, аэмиттер подключен к эмиттеру и базамвторого и третьего транзисторов,при этом змиттер третьего транзисторасоединен с катодом другогс диодавведенной цепи и фминусовымф выводом резистивного делителя напряже-,ний.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 637940, кл. Н 02 .Р 9/30,14.08.79.2. Патент Англии Ю 1449834,кл. 632, 1976.3. Патент Англии В 1343714,кл. Н 02 Н, 1974.999133 Составитель А, ЛебедевТехред.А.Бабинец Коррек дактор О. Юрковец зят аказ 1171/7 1303 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 615 ИИПИ Государственного пс делам изобретений Иосква, Ж, Раушс