Регулятор напряжения для генератора переменного тока с выпрямителем Советский патент 1983 года по МПК H02P9/30 H02J7/14 

Наиболее близким к изобретению является регулятор напряжения автомобильного генератора, содержащий стабилитрон защиты от перенапряжеНИИ и исполнительный усилитель, один

из входов которого соединен с опорным стабилитроном, а другой - со средней точкой резисторного делителя

подключенного к выводам выпрямителя В этом регуляторе напряжения используется ряд дискретных элементов резисторный делитель, ограничительны резистор, опорный стабилитрон, к которому подключен один из входов исnojiHHTejibHoro усилителя, р раничительную RC-цепь, выходной составной транзистор, коллектор которого подключен к ограничительному диоду и к обмотке возбуждения генератора переменного тока. Для завдиты от перенапряжений используется мощный ста билитрон зЗ.

Конструктивные элементы такого устройства не связаны между собой по тепловому режиму, температурным коэффициентам и надежностным характеристикам. Так, в рабочем диапазоне температур устройства температурные коэффициенты .резисторного делителя, ограничительного резистора, опорного стабилитрона и исполнительного усиЛи теля различны по величине и знаку, что приводит к неуправляемому дрейфу и вьлходу 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 затем к параметрическому отказу и пробою. Таким образом, это устройство не имеет достаточно надежной защиты от перенапряжений. Точность регулирования его недостаточна.

Целью изобретения является повышение надежности и точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем что дополнительно введены задающий источник тока, включенный между выводa ФI выпрямителя, источник опорного напряжения, база первого транзистора которого подключена к выходу задающего источника тока, эмитт.ер к коллектору второго транзистора С противоположным типом проводимости и через ограничивающий резистор к одному из выводов выпрямителя, а коллектор соединен с базой второго, транзистора, эмиттер которогоподключен 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 э литтepoм подключенного к базам пятого и иестого 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,.выхо которого подключен к обмотке возбуждния б генератора и гасящему диоду 7. Делитель 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 напряжения.

Задающий источник 3 тока, включенный между вьаводами 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 содержит 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 пpoвoди юcти 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 даугйм выводом выпрямителя , причем коллектор пятого транзистора 20 подключен к эмиттеру четвертого транзисторй 19, а коллектор шестого трсшзистора 2.1 - к базе второго транзистора 16. Регулятор напряжения работает следующим образом. Регулятор работает как ключевая пороговая схема. При напряжении на выводах выпрямителя ниже номиналь ного напряжение на входе исполнитель ного усилителя 2, подключенном к эмиттеру второго транзистора 16 источника 4 опорного напря.жения, будет .вьлие, чем на другом входе, соединенном с точкой соединения резисторов .8 и 9 делителя напряжения. В.этом случае дифференциальный выходной кас кад 5 исполнительного усилителя 2 находится в открытом состоянии и обеспечивает прохождение тока через обмотку возбуждения 6 генератора. При увеличений напряжения на выводах выпрямителя вьше номинального напряжение на средней точке делителя напряжения становится выиле напря жения на эмиттере третьего транзисто что приводит к запиранию диф ференциального выходного каскада 5 к прерыванию тока в цепи обмотки воз буждения 6 генератора, в результате чего напряжение на генераторе уменьшается, и схема возвращается в исход ное состояние. . Поскольку регулятор напряжения работает в ключевом режиме, это при водит к иэменению тока, протекающег через стабилитрон 1, что, в свою оч редь, ведет к нестабильности величи ны опорного напряжения и к изменени 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 соответствующему увеличению его коллекторного тока, протекающего через Цепь термокомпенсации на резисторе 11 и диоде.14. Это приводит к возрас танию тока базы транзистора 15 и к соответствугацему 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 баaoBfciM током транзистора 16 и коллекторным током транзистора 21, при этом происходит -также снижение потенциала базы транзистора 16 н- возвращение тока источника опорного напряжелия 4 к исходной величине. При уменьшении напряжения на выходах . выпрямителя 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 обеспечива- . лась 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 ±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 обеспечить высокую точность регулирования напряжения. При .возникновении пиковых иктульсов перенапряжения в цепи питания регулятора ток через транзистор 20 резко возрастает, что приводит к увеличению напряжения на базах транзисторов 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 21 рассеивается малая мощность, поскольку в режименасыщения его коллекторный ток сравним с базовым током транзистора 16. Таким образом осуществляется защита источника и опорного напряжения от импульсов перенапряжений . , Компенсация и зачшта источника опорного напряжения при спецвоздействиях (радиации) также осу |}ествляется 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 напря