ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК H02P9/30 

Устройство относится к автомобильной электронике и может быть использовано в генераторных установках транспортных средств.

Известны регуляторы напряжения (Данов Б.А., Рогачев В.Д. Электронные приборы автомобилей -М. : Транспорт, 1996, с.7-13), состоящие из источника опорного напряжения, схемы сравнения и силового ключа. Однако эти устройства не обеспечивают высокой точности регулирования напряжения бортовой сети автомобиля, а учет температурной зависимости ЭДС аккумуляторной батареи в лучшем случае проводится дискретно с помощью сезонного переключателя (регулятор РР 132), что приводит к ускоренному выходу аккумуляторных батарей из строя из-за пере- или недозаряда батарей при изменении температуры.

Наиболее близким к предлагаемому является импульсный регулятор напряжения (патент РФ, RU 2136105, МПК 6 Н 02 Р 9/30, 1999г.), содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, подключенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, датчик частоты искрообразования, частотный компаратор, причем выход датчика частоты искрообразования связан со входом частотного компаратора, схему И, с первым входом которой связан выход частотного компаратора, а со вторым входом выход схемы сравнения управляемый мультивибратор, силовой транзистор, катушку индуктивности, диод и конденсатор, причем вход управляемого мультивибратора связан с выходом схемы И, а его выход с базой силового транзистора, эмиттер силового транзистора соединен с плюсовым проводом регулятора, а коллектор с катодом диода и катушкой индуктивности, анод диода связан с конденсатором и клеммой "Ш", вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу.

Недостатками данного устройства являются отсутствие учета температурной зависимости ЭДС полностью заряженной аккумуляторной батареи, что приводит к недо- или перезаряду аккумуляторной батареи, кроме того, в устройстве не производится отключение заряда при температурах свыше 40^oС, все эти причины ведут к снижению срока службы аккумуляторных батарей, находящихся на автомобиле, из-за осыпания активной массы (Боровских Ю.И., Старостин А.К., Чижков Ю. П. Стартерные аккумуляторные батареи. - М.: Фонд "За экономическую грамотность", 1997, с.42-47).

Техническая задача направлена на продление срока службы аккумуляторных батарей.

Технический результат достигается тем, что регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, подключенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, датчик частоты искрообразования, частотный компаратор, причем выход датчика частоты искрообразования связан со входом частотного компаратора, схему И, с первым входом которой связан выход частотного компаратора, а со вторым входом выход схемы сравнения, управляемый мультивибратор, силовой транзистор, катушку индуктивности, диод и конденсатор, причем вход управляемого мультивибратора связан с выходом схемы И, а его выход с базой силового транзистора, эмиттер силового транзистора соединен с плюсовым проводом регулятора, а коллектор с катодом диода и катушкой индуктивности, анод диода связан с конденсатором и клеммой "Ш", вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу, регулятор конструктивно выполнен в виде двух блоков, первый из которых состоит из источника опорного напряжения, выполненного по схеме "источника с шириной запретной зоны", и расположен между стенкой аккумулятора и общим корпусом аккумуляторной батареи, источник опорного напряжения имеет четвертый вывод, второй конструктивный блок содержит все остальные элементы регулятора и расположен в подкапотном пространстве автомобиля, кроме того, в схему регулятора дополнительно введен компаратор напряжения, а схема И снабжена третьим входом, четвертый выход источника опорного напряжения связан с компаратором напряжения, выход которого соединен с входом схемы И.

Сравнение нового устройства с прототипом позволяет выявить новые элементы: компаратор напряжения, трехвходовой элемент И, источник опорного напряжения с четырьмя выводами; новые связи между ранее применявшимися и вновь введенными элементами, кроме того, регулятор выполнен в виде двух блоков.

Сравнение предложенного технического решения с известными техническими решениями позволяет сделать вывод о появлении новых качеств заявленного решения: учет зависимости полностью заряженной аккумуляторной батареи от температуры, автоматическое отключение заряда при превышении температуры электролита 45^oС, отключение обмотки возбуждения синхронного генератора на время пуска двигателя внутреннего сгорания, высокая точность регулирования. Это позволяет сделать вывод о повышении срока службы аккумуляторной батареи из-за отсутствия быстрого осыпания активной массы.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, на фиг.2 показана принципиальная схема источника 6 опорного напряжения, на фиг.3 показан вариант установки источника 6 опорного напряжения. Регулятор напряжения состоит из измерительного звена 1, источника 6 опорного напряжения, схемы 2 сравнения, датчика 5 частоты искрообразования, частотного компаратора 7, мультивибратора 4, схемы 3 И, силового транзистора 8, катушки 9 индуктивности, диода 10, накопительного конденсатора 11, компаратора 12, причем измерительное звено 1 и источник 6 опорного напряжения подключены между плюсовым и минусовым проводами регулятора, эмиттер силового транзистора 8 соединен с плюсовым проводом, входы схемы 2 сравнения соединены с выходами источника 6 опорного напряжения и измерительного звена 1, выход датчика 5 частоты искрообразования связан с выходом частотного компаратора 7, четвертый вывод источника 6 опорного напряжения соединен с входом компаратора 12, выходы схемы 2 сравнения, частотного компаратора 7 и компаратора 12 связаны с входами схемы 3 И, выход которой соединен с входом управления мультивибратора 4, выход которого связан с базой силового транзистора 8, коллектор которого соединен с катодом диода 10 и катушкой 9 индуктивности, анод катода 10 связан с накопительным конденсатором 11 и клеммой "Ш" регулятора, вторые выводы катушки 9 индуктивности и накопительного конденсатора 11 соединены с минусовым входом регулятора.

Работает устройство следующим образом:
Известно (Хорович П. , Хикк У. Искусство схемотехники. Т1. -М.: "Мир", 1983, с. 319-321), что если установить в узле "а" (фиг.2) напряжение, равное ширине запрещенной зоны полупроводника, то выходное опорное напряжение источника оказывается практически не зависящим от температуры. Регулирование этого напряжения в узле "а" в небольших пределах около "напряжения ширины запрещенной зоны" позволяет регулировать температурный коэффициент напряжения (ТКН) источника опорного напряжения 6 в небольших пределах около нулевого значения. ТКН должен быть установлен около -4mV/R на аккумулятор, входящий в состав аккумуляторной батареи. Регулировка осуществляется подбором сопротивления R3 (фиг.2). Напряжение на сопротивлении R4 линейно зависит от температуры и изменения компаратора 12 напряжения (фиг.1), позволяет отключать обмотку возбуждения, т.е. заряд аккумуляторной батареи, при температуре электролита выше 45^oС.

Источник 6 опорного напряжения расположен между стенкой аккумулятора и общим корпусом аккумуляторной батареи (фиг.3) (блок 1 регулятора) с целью получения температуры транзисторов VT1 и VT2 в составе микросборки, практически близкой к температуре электролита аккумулятора (ТУ 16-98 ИЛАЕ 563414.018ТУ Батарея аккумуляторная свинцовая стартерная 6ТСТС-140А).

Все остальные элементы схемы регулятора расположены в блоке 2 и находятся в общем корпусе регулятора в подкапотном пространстве автомобиля.

В остальном работа регулятора напряжения не отличается от описанной в прототипе.

Устройство относится к автомобильной электронике и может быть использовано в генераторных установках транспортных средств. Технический результат - продление срока службы аккумуляторных батарей. Технический результат достигается тем, что регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, подключенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, датчик частоты искрообразования, частотный компаратор, причем выход датчика частоты искрообразования связан со входом частотного компаратора, схему И, с первым входом которой связан выход частотного компаратора, а со вторым входом - выход схемы сравнения, управляемый мультивибратор, силовой транзистор, катушку индуктивности, диод и конденсатор, причем вход управляемого мультивибратора связан с выходом схемы И, а его выход - с базой силового транзистора, эмиттер силового транзистора соединен с плюсовым проводом регулятора, а коллектор - с катодом диода и катушкой индуктивности, анод диода связан с конденсатором и клеммой "Ш", вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу, регулятор конструктивно выполнен в виде двух блоков, первый из которых состоит из источника опорного напряжения, выполненного по схеме "источника с шириной запретной зоны", и расположен между стенкой аккумулятора и общим корпусом аккумуляторной батареи, источник опорного напряжения имеет четвертый вывод, второй конструктивный блок содержит все остальные элементы регулятора и расположен в подкапотном пространстве автомобиля, кроме того, в схему регулятора дополнительно введен компаратор напряжения, а схема снабжена третьим входом, четвертый выход источника опорного напряжения связан с компаратором напряжения, выход которого соединен с входом схемы И. 3 ил.

Регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, подключенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, датчик частоты искрообразования, частотный компаратор, причем выход датчика частоты искрообразования связан со входом частотного компаратора, схему И, с первым входом которой связан выход частотного компаратора, а со вторым входом - выход схемы сравнения, управляемый мультивибратором силовой транзистор, катушку индуктивности, диод и конденсатор, причем вход управляемого мультивибратора связан с выходом схемы И, а его выход - с базой силового транзистора, эмиттер силового транзистора соединен с плюсовым проводом регулятора, а коллектор - с катодом диода и катушкой индуктивности, анод диода связан с конденсатором и клеммой "Ш", вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу, отличающийся тем, что регулятор выполнен в виде двух блоков, первый из которых состоит из источника опорного напряжения, выполненного по схеме "источника с шириной запрещенной зоны", и расположен между стенкой аккумулятора и общим корпусом аккумуляторной батареи, источник опорного напряжения имеет четвертый вывод, второй блок содержит все остальные элементы регулятора и расположен в подкапотном пространстве автомобиля, кроме того, в схему регулятора дополнительно введен компаратор напряжения, а схема И снабжена третьим входом, четвертый выход источника опорного напряжения связан с компаратором напряжения, выход которого соединен с третьим входом схемы И.