РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H02H7/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, в энергосистеме автомобиля.

Известен регулятор напряжения, описанный в «Справочнике: Электрооборудование автомобилей», М., «Транспорт», 1993 г., стр. 51, рис.3.10 и содержащий измерительный элемент, связанный с ним каскад предварительного усиления и выходной каскад, выполненный на транзисторе. Недостатком этого регулятора является недостаточная надежность и связанный с ней срок службы, причиной чему часто является выход из строя силового выходного транзистора. Последствиями такой неисправности становятся либо разрядка до нуля аккумулятора в случае перегорания выходного транзистора и остановка двигателя часа через 4 летом, днем, или выкипание электролита аккумулятора и выжигание блока управления двигателем в течение 20-40 минут при пробое выходного транзистора. Зимой, на бескрайних просторах нашей Родины это очень опасно, особенно в северных и приравненных к ним районах.

Несколько большей надежностью обладает регулятор напряжения РР139 завода АТЭ-1, описанный в книге С.П. Банникова: Электрооборудование автомобилей, М., Транспорт, 1970, стр. 89, рис.3.31, содержащий в дополнение к указанным выше составным частям еще и систему защиты от короткого замыкания в цепи нагрузки, выполненную на электромагнитном реле, что позволило десятилетиями использовать этот регулятор на легковых автомобилях ЗИЛ.

Наиболее близким по техническому решению является регулятор напряжения, описанный в «Справочнике: Электрооборудование автомобилей», М., «Транспорт», 1993 г., стр. 52, рис.3.13, и авторском свидетельстве СССР №824368.

В указанном регуляторе при известных измерительном элементе и каскаде предварительного усиления выходной каскад выполнен на двух, включенных параллельно, мощных транзисторах, в эмиттерных цепях которых включены выравнивающие сопротивления из проволоки. Недостатком последнего регулятора является, как и всех описанных выше, отсутствие защиты на случай пробоя даже одного из двух выходных транзисторов.

Известно «Устройство для защиты параллельно включенных транзисторов» по SU 711656, в котором выравнивающие сопротивления в эмиттерных цепях транзисторов выполнены в виде плавких предохранителей, но не раскрыта величина тока срабатывания (перегорания).

Цель настоящего изобретения - повышение надежности регулятора путем выключения из цепи нагрузки «пробитого» выходного транзистора.

Поставленная цель достигается путем установления для выравнивающих сопротивлений-предохранителей величины тока срабатывания, равной 1-1,3 от максимального тока нагрузки регулятора.

На Фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема регулятора напряжения для электрической системы автомобиля; на Фиг.2 - вид на регулятор со снятой крышкой.

Регулятор напряжения содержит измерительный элемент 1, связанный с каскадом 2 предварительного усиления, и выходной каскад 3. Клемма 4 подключается к одному полюсу автомобильного генератора, например к плюсу; клемма-вывод 5 подключается ко второму полюсу генератора, в данном случае к минусу; клемма 6 соединяется с выводом шунтовой обмотки возбуждения автомобильного генератора.

Выходной каскад 3 содержит два параллельно включенных транзистора 7 и 8, выравнивающие сопротивления-предохранители 9 и 10, включенные в эмиттерные цепи транзисторов 7 и 8 соответственно. При этом между базой транзистора 7 и эмиттером транзистора 8 включен резистор 11, а резистор 12 включен между базой транзистора 8 и эмиттером транзистора 7. Номиналы резисторов 11 и 12 равны. Базы транзисторов 7 и 8 соединены с выходом каскада 2 предварительного усиления через развязывающие элементы (диоды 13 и 14 соответственно). Коллекторы транзисторов 7 и 8 соединены между собой и с клеммой 6.

Выравнивающие сопротивления-предохранители 9 и 10 изготовлены из алюминиевой (или алюминиевого сплава) проволоки диаметром 0.02-0.47 мм (в зависимости от величины тока нагрузки - шунтовой обмотки генератора), выполнены в виде отогнутых в разные стороны дуг (или петель) одинаковой длины и приварены своими концами к клемме - выводу 5 (-), не должны перегорать при максимальном токе нагрузки, но должны перегорать (разрушаться) при токе нагрузки до (1,25-1,3) от максимального тока нагрузки.

Регулятор напряжения работает следующим образом.

Когда на клеммы 4 и 5 подается напряжение ниже напряжения регулирования, то через каскад 2 предварительного усиления и диоды 13 и 14 на базы транзисторов 7 и 8 подается ток смещения, в результате чего транзисторы 7 и 8 открываются и пропускают ток обмотки возбуждения генератора от клеммы 6 через выравнивающие сопротивления предохранители 9 и 10 к клемме - выводу 5, причем ток через каждый из транзисторов 7 и 8 и, соответственно, через выравнивающие сопротивления-предохранители 9 и 10, равен приблизительно половине тока шунтовой обмотки генератора, при этом выравнивание токов через транзисторы 7 и 8 усиливается перекрестным включением резисторов 11 и 12 (см. А.С. 824368).

При достижении генератором определенного напряжения измерительный элемент 1 выдает сигнал, каскад предварительного усиления 2 усиливает этот сигнал, который поступает на базы транзисторов 7 и 8 выходного каскада 3. Транзисторы 7 и 8 закрываются и прерывают ток в цепи возбуждения автомобильного генератора, т.е. ток через выравнивающие сопротивления-предохранители 9 и 10. Диоды 13 и 14 служат для развязки базовых цепей транзисторов 7 и 8.

В случае, если один из транзисторов выходного каскада 3, например 7 пробьется, например, из-за дефекта кристалла в сочетании с импульсной помехой, то он - транзистор 7 - становится неуправляемым - незакрываемым и весь ток возбуждения проходит через него и выравнивающее сопротивление-предохранитель 9. Поскольку ток возбуждения не прерывается, напряжение на генераторе вырастает быстро с номинального 14 В до 18 В, при этом ток через незакрывшийся транзистор 7 и выравнивающее сопротивление-предохранитель 9 увеличивается в 1,3 раза и предохранитель 9 перегорает, прерывая ток в шунтовой обмотке возбуждения генератора. (При большинстве обычных регуляторов напряжение далее постепенно растет по мере выкипания электролита в аккумуляторе до (42-70) В, после чего пробивается уже разогретый выпрямитель генератора и начинается пожар на автомобиле.) Напряжение на генераторе уменьшается до величины менее регулируемой, каскад 2 предварительного усиления подает на базу транзистора 8 ток смещения (удвоенный, т.к. из-за перегорания предохранителя 9 ток через диод 13 на базу транзистора 7 не идет), транзистор 8 открывается и пропускает весь ток возбуждения генератора. Предохранитель 10 не перегорает, т.к. рассчитан на максимальный ток возбуждения генератора, и работа генератора продолжается в штатном режиме, но с одним транзистором в выходном каскаде.

Изобретение относится к области электротехники и касается регуляторов напряжения для автомобилей. Для достижения технического результата повышения надежности и срока службы регулятора напряжения автомобильного генератора в выходном каскаде регулятора напряжения, выполненном на двух и более параллельно включенных транзисторах, выравнивающие сопротивления, включенные в эмиттеры каждого выходного транзистора, выполнены в виде плавких предохранителей из алюминиевой проволоки одинакового диаметра и одинаковой длины, в форме дуг или петель, направленных в разные стороны. Ток срабатывания (перегорания) сопротивлений-предохранителей не менее максимального тока нагрузки - тока обмотки возбуждения генератора, но не более 1,3 этого же максимального тока нагрузки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор напряжения, содержащий жесткую клемму-вывод, выходной каскад, выполненный на двух и более транзисторах, в эмиттерной цепи каждого из которых (транзисторов) включено выравнивающее сопротивление-(плавкий) предохранитель, отличающийся тем, что допустимый ток для каждого из выравнивающих сопротивлений-предохранителей выбран не менее максимального тока нагрузки регулятора, но не более 1,3 этого же максимального тока.

2. Регулятор напряжения по п.1, отличающийся тем, что выравнивающие сопротивления-предохранители изготовлены из алюминия или его сплавов.

3. Регулятор напряжения по п.1 или 2, отличающийся тем, что выравнивающие сопротивления-предохранители приварены каждый одним концом к жесткой клемме-выводу регулятора напряжения, а другим - к эмиттеру своего транзистора.

4. Регулятор напряжения по п.3, отличающийся тем, что выравнивающие сопротивления-предохранители выполнены в форме петель.

5. Регулятор напряжения по п.4, отличающийся тем, что петли направлены в разные стороны.