Регулятор напряжения для электромашинного генератора Советский патент 1983 года по МПК H02P9/30 H02H9/04 

Известный регулятор напряжения позволяет обеспечит } автоматическое повторное включение после устранени короткого замыкания обмотки возбуждения, однако его недостатком является малая функциональная надежност обусловленная критичностью параметр элементов защиты к изменениям услов эксплуатации (температуре, времени и т.д.), а также к отклонениям в пр цессе изготовления, предусматриваютем подбор и .регулировку элементов. Технологическая несовместимость эле ментов известного регулятора напряжения также не позволяет реализоват его в интегральном исполнении. Наиболее близким техническим решением к изобретению является регулятор напряжения для электромашинно го генератора, содержащий измерительный орган напряжения, вход кото рого предназначен для подключения к выходу генератора, гасящий диод с выводами для включения параллельно обмотке возбуждения,генератора, ограничительный и усилительный транзи торы .одного типа проводимости и- выходной транзистор противоположного типа проводимости, эмиттер которого подключен к минусовой шине, коллектор- к аноду гасящего диода, а база - к коллектору усилительного транзистора, подключенного базой к измерительного органа напряжения и к коллектору ограничительного транзистора, подключенного баЗОЙ через шунтирующий резистор к плюсовой шине, соединенной с эмиттераМи усилительного и ограничительного транзисторов З. В рабочем .режиме в известном регуляторе напряжения обеспечивается ограничение тока выходного транзистора на определенном заданном уровне При наличии тока короткого замыкания в обмотке возбуждения генератора напряжение на коллекторе выходного транзистора повышается, что приводит к соответствующему повышению мощности рассеяния. Поскольку рабочий ток выходного транзистора в известном регуляторе не превышает заданного уровня, а повышение мощности рассеяния приводит к повышению температуры выходного транзистора, то это приводит к увеличению коллекторного напря жения и теплового сопротивления межлу кристаллом и окружающей средой и, как следствие, к резкому снижению надежности регулятора напряжения. Цель изобретения - повышение надежности регулятора напряжения. Поставленная -цель достигается тем что дополнительно введен.ы первый и второй инверторы, логический блок ИЛ пороговый узел, источник опорного на пряжения, интегрирующий блок, ограничительный резистор и блок задержки, при этом вход первого инвертора подключен к базе выходного транзистора, а выход - через блок задержки к первому входу логического блока ИЛИ, выход которой соединен с базой ограничительного транзистора через ограничительный резистор и с базой усили.тельного транзистора через интегрирующее блок, а второй вход - с выходом второго инв.ертора, подключенного входом к выходу пррогового узла, первый вход которого соединен с коллектором выходного транзистора, а второй - с выходом источника опорного напряжения, включенного между плюсовой и минусовой шинами. На фиг.1 приведена структурная схема регулятора напряжения, его соединение с генератором; на фиг.2временные потенциальные диаграммы работы элементов регулятора напряжения : Регулятор напряжения для электромашинного генератора 1 с выпрямителем содержит измерительный орган 2 напряжения, состоящий из исполнительного усилителя 3, один из входов которого соединен со средней точкой делителя напряжения на резисторах 4 и 5, включенного между плюсовой и минусовой шинами, -а другой - с опорным стабилитроном 6, подключенным через резистор к плюсовой шине. Между плюсовой и минусовой шинами включен стабилитрон 8 защиты от перенапряжений. Параллельно обмотке 9 возбуждения генератора включен гасящий диод 10. Регулятор напряжения содержит, кроме того, ограничительный транзистор -11 и усилительный транзистор 12 одного типа проводимости, а также выходной транзистор 13 противоположного типа проводимости. Эмиттер выходного тран|зистора 13 подключен к минусовой |Шине, коллектор - к аноду гасящего диода 10, а база - к кoJlлeктopy усилительного транзистора 12, подключенного базой к выходу измерительного органа 2 напряжения, которым является выход исполнительного усилителя 3, и к коллектору ограничительного транзистора 11, подключенного базой через резистор 14 к плюсовой шине, к которой подсоединены эмиттеры усилительного 12 и ограничительного 11 транзисторов. База выходного транзистора 13 соединена со входом первого инвертора 15, выход которого через блок 16 задержки подключен к первому входу логического блока 17 ИЛИ, выход которой соединен с базой ограничительного транзистора 11 через ограничительный резистор 18 и с базой усилительного транзистора 12 через интегрирующий блок 19,

горой вход - с выходом второго эертора 20, подключенного входом к выходу порогового узла 21, первый вхсщ которого соединен с коллектором выходного транзистора 13, а второй с выходом источника 22 опорного напряжения, включенного между плюсовой и минусовой ишнами.

Регулятор напряжения работает следующим образом,

В рабочем режиме лапряжение с выхода генератора 1 питает бортовую сеть и регулятор напряжения, подключенный к выходу генератора 1 плюсовой и минусовой шинами, между которыми включен стабилитрон 8 защиты 6т перенапряжений. При напряжении на выходе генератора 1 выше заданного порогового уровня напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход исполнительного усилителя 3 измерительного органа 2 напряжения со средней точки резисторного делителя 4 и 5, превышает напряжение на выходе цепочки, образованной опорным стабилитроном 6 и резистором 7 и соединен ной с инвертирующим входом исполнительного усилителя 3. вэтом случае с выхода измерительного органа 2 напряжения на базу усилительного транзистора 12 подаётся высокий потенциал,, запирающий усилительный транзистор 12. При этом выходной транзистор13 заперт, на его базе определяется низкий потенциал (см. фиг.2 а, момен времени t), а на коллекторе - высокий потенциал (фиг.2 б, t). В момент времени t на входе второго инвертора 20 имеется высокий потенциал (фиг.2 д, to), на его выходе - низки потенциал (фиг.2 е, t). Высокий потенциал имеется на выходе первого ин вертора 15 (фиг.2 г, t), на выходе блока 16 задержки (фиг.2 в, to) и на В)аходе логического блока 17 ИЛИ (фиг.2 ж, tj,). В этом состоянии происходит падение тока обмотки 9 возСуждения, а также падение напряжения бортовой сети, которое к моменту времени t становится ниже порога срабатывания измерительного органа 2 напряжения. Потенциал на выходе исполнительного усилителя 3 понижается, усилительный транзистор 12 отпирается, потенциал его коллектора возрастает (фиг.2, t ) .

При напряжении на выходе генератора 1 ниже заданного порогового уровня напряжение на неинверти1)ующем входе исполнительного усилителя 3 оказывается ниже, его инвертирующем входе, вследствие чего с выхода измерительного органа 2 напряжения на базу усилительного транзистора 12 поступает отпирающий пртенциart. Это приводит к отпиранию выходного транзистора 13 (фиг.2 а, t ) и

определяет высокий потенциал на входе первого инвертора 15, что вызывает понижение потенциала на его выходе (фиг.2 г, tj) ) . При этом заряд, накопленный на емкости блока 16 задержки, начинает медленно рассасываться, по дцерживая высокий потенциал на первом входе логического блока 17 ИЛИ (фиг.2 в, ) и препятствуя изменению потенциала На ее выходе (фиг.2 ж, t).

Понижение потенциала на коллекторе выходного транзистора 13 (фиг.2 б, ) с задержкой, определяемой величиной индуктивности обмотки 9 возбуждения, паразитными емкостями и барьерной емкостью запертого p-f пер,ехода гасящего диода 10, вызывает понижение потенциала на входе второго инвертора 20 (фиг.2 д, t), что определяет повышение потенциала на, втором входе логического блока 17 ИЛИ (фиг.2 е, tj.) . При этом потенциал на первом входе логическо хэ блока 17 ИЛИ все еще будет- оставаться выше ее сра.батывания (фиг.2 в, t), поскольку время-заряда емкости блока 16 задержки (фиг.2 B,, представляющего собой, например. Тобразныйфильтр нижних частот, до порогового уровня срабатывания (ПС) .второго . входа логического блока 17 ИЛИ (фиг.2 e,t) больше времени нарастания тока в цепи обмотки 9 воз.буждения при включении транзистора 13. Высокие уровни напряжений на обоих входах логическо х) блока 17 ИЛИ 17 (фиг.2 в, e,t,), а, затем понижение напряжения на ее .первом входе (фиг.2 в, t) не. изменяет высокий потенциал на выходе (фиг. ж, t-). Вследствие резкого уменьшения тока через резисторы 14, 18 ограничительный транзистор 11 будет заперт и не окажет влияния на рабочие, режи1 а усилительного 12 и выходного 13 транзисторов. . .

При повышении напряжения на выходе генератора 1 выше порога срабатывания измерительного органа 2 напряжение на базе выходного транзистора 13 падает (фиг.2 а, t) и вызывает повышение потенциала на его коллекторе (фиг.2 б, t,j) с задержкой, определяемой величиной индуктивности обмотки возбуждения 9, ее паразитными емкостями и диффузионной емкостью гасящего диода.10. Потенциал с коллектора транзистора 13 поступает на первы вход порогового узла 21, с выхода которого высокий потенциал поступает на вход второго инвертора 20 (фиг.2 д, t), что вызывает понижение потенциала на его выходе (фиг.2е tc) и, соответственно, на втором .входе логического блока 17 ИЛИ. Потенциал на выходе первого инвертора 15 повышается (фиг, 2. в, t(| ) При это происходит быстрый заряд емкости бло ка 16 задержки, причем время заряда емкости до порогового уровня срабатывания первого входа логического блока 17 ИЛИ (фиг,2 в, ц-1) не должно превышать время уменьшения тока в цепи обмотки 9 возбуждения при включении выходного транзистора 13, Таким образом, понижение потенциала на выходе второго инвертора 20 (фиг.2 е, t) не изменяет потенциал на выходе логического блока 17 ИЛИ (фиг. 2 ж, tg-) , так как на пер вом входе присутствует высокий потен циал (фиг.2 в, ). На второй вход порогового узла 21 с источника 22 опорного напряжения постоянно подает ся заданный потенциал, величина которого меньше потенциала на коллекторе выходного транзистора 13, находящегося. в запертом состоянии. Когда транзистор 13 отперт, потенциал с ис точника 22- опорного напр 1жения -значительно больше потенциала на коллек торе транзистора 13, что предотвращает ложные срабатывания порогового узла 21. Таким образом, блок 16 задержки препятствует ложному срабатыванию логического блока 17 ИЛИ и, со ответственно, ложному запуску ограни чительного транзистора 11 при задерж ке изменения величины тока на коллек торе выходного транзистора 13. В аварийном режиме, при возникновении короткого замыкания, шунтирующего обмотку 9 возбуждения/ потенциал коллектора выходного транзистора 13 повышается и становится близким к потенциалу плюсовой шины (фиг.2 б Это приводит к повышению потенциала на входе первого .инвертора 15 (фиг.2 а, t) вызывает понижение потенциала на его выходе (фиг.2 г, t: ) и последующее понижение потенциала на первом входе логического блока 17 ИЛИ (фиг.2 в, tg). Повышение потенциала на коллекторе выходного транзистора 13 также вызывает повыше ние потенциала на входе порогового узла 21 и далее - на входе второго инвертора 20 (фиг.2 д, t), что определяет понижение потенциала на втором входе логического блока 17 ИЛИ (фиг,2 е, t). Низкие потенциалы на обоих входах логического блока 17 ИЛИ (фиг,2 в, е, tg) определяют резкое понижение потенциала на выходе (фиг,2 ж, tg) и соответствующее уве личение тока через шунтирующий резистор 14, что привходит к отпиранию ограничительного транзистора 11, потенциал коллектора которого повышается. Это определяет повышение по- . тенциапа на базе .усилительного транзистора 12 и последующее его запирание. При этом коллекторный ток транзистора 12 резко уменьшается, снижая базовый ток выходного транзистора 13, что определяет его запирание (фиг,2 а, t). Время, в течение которого усилительный 12 и выходной 13 транзисторы находятся в запертом состоянии (фиг,2 ж, ), увеличиваетая интегрирующим устройством 19, накопление заряда на емкости которого происходит за период отпирания ограничительного транзистора 11, в течение которого потенциал на выходе логического блока 17 ИЛИ остается низким, Время заряда емкости интегрирующего блока 19 определяется ее величиной и значением сопротивлений переходов насыщенных транзисторов 11 и логического блока 17 ИЛИ. При запирании выходного транзистора 13 понижение потенциала на входе первого инвертора 15 {фиг.2 а, t) определяет, повышение потенциала на первом входе логического блока 17 ИЛИ (фиг.2 в, t). соответствующее уменьшение тока и пов|Аиение потенциала на выходе (фиг,2 ж, t) . В этом случае емкость интегрирующего блока 19 начинает разр жаться через выходной каскад измерительного органа 2 напряжения, обратно смещенный (Переход база-коллектор усилительного транзистора 12.и резисторы 14 и : 18. При этом ток разряда интегрирующего блока 19 через резистор 14 под.держивает ограничительный транзистор 11 в отпертом состоянии, что определяет увеличение тока через выходной каскад измерительного органа 2 напряжения за счет сложения тока разряда емкости интегрирующего блока 19 с коллекторным током транзистора 11. Это обусловливает повышение потенциала На базе усилительного транзистора 12, препятствующее его отпиранию и, соответственно, отпиранию выходного транзистора 13. Включение интегрирующего блока 19 в цепь отрицательной обратной связи по напряжению транзистора 11 значительно увеличивает время разряда емкости интегрирующего блока 19, при котором происходит запирание ограничительного транзистора 11. При разряде емкости интегрирующего блока 19 происходит запирание транзистора 11, понижение потенциала на базе усилительного транзистора 12, что приводит к его отпиранию и последующему отпиранию выходного транзистора 13, При этом регулятор напряжения вновь приводится в рабочее состояние. Если короткое замыкание в цепи обмотки 9 возбуждения9 не устранено и сохраняется аварийный -режим (фиг.2 б, t,e) , то повторяется описанный, процесс защиты выходного транзистора 13.

Таким образом, в течение аварийного режима выходной транзистор 13 периодически отпирается и регулятор напряжения приводится в рабочее состояние. При этом время запирания транзистора 13, определяемое интегри рующим блоком 19, значительно превосходит время его отпирания, что препятствует перегреву транзисторов 12 и 13.

Устранение короткого замыкания в цепи обмотки возбуждения 9 определяет рабочий режим выходного транзистора 13, высокий потенциал на выходе логического блока 17 ИЛИ и запирание ограничительного транзистора 11. При этом интегрирующий блок 19 не влияет . на: работу транзисторов 12. и 13 в рабочем режиме, поскольку перезаряд емкости интегрирующего блока 19 отсутствует.Выполнение регулятора по изобретению позволяет повысить надежность работы за счет предотвращения возможности резкого возрастания мощности, выделяемой на выходном транзис-; торе при коротком за алканни в цепи обмотки возбуждения генератора. Регулятор напряжения обладает высоким быстродействием и практически мгновенным возвратом в рабочее состояние при устранении аварийного режима. : Устройство может быть успешно реализовано как в дискретном исполнении, так и по технологии монолитных интегральных схем. В интегральном исполнении устройство имеет наибольшую функциональную надежность, а схемное построение позволяет реализовать его в различных технологических вариантах. В практическом исполнении размеры кристалла згодиты не превышают . Термостабилизация и некритичность к параметрам элементов позволяют обеспечить-функциональную надежность регулятора напряжения в экстремальных условиях при комплексном воздействии дестабилизирующих факторов окружающей среды: резких перепадов температуры, давления, радиа дни и ., что позволяет расширить область применения регулятора и его универсальность. Себестоимость рагулятора при массовом производстве в интегральном исполнении значительно снижается..

Формула изобретения

Регулятор напряжения для электромашинного генератора, содержащий измерительный орган напряжения, вход которого предназначен для подключения к выходу генератора, гасящий диод, с выводами для включения параллельно обмотке возбуждения генератора, ограничительный и усилительный транзисторы одного типа проводимости и выходной транзистор противбположного типа проводимости, эмиттер кото рого подключён к минусовой шине, коллектор - к аноду гасящего диода, а база - к коллектору усилительного транзистора, псздключенного базой к .выходу измерительного органа напряжения и к коллектору ограничительного транзистора, подключенного базой через шунтирующий резистор к плюсовой шине, соединенной с эмиттерами усилительного и ограничительного транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены первый и второй инверторы, логический блок ИЛИ, пороговый узел, источник опорного напряженияj интегрирующий блок, ограничительный резистор и блок задержки , причем вход первого инвертора подключен к базе выходного транзистора, а выход через блок задержки - к первому входу логического блока ИЛИ, выход которого соединен с базой ограничительного транзистора через ограничительный резистор и с базой усилительного транзистора чере интегрирукяций блок, а второй вход с выходом второго инвертора, подключенного входом к выходу порогового узла, первый вход которого соединен с коллектором выходного транзистора, а второй - с выходом источника опорного напряжения, включенного между плюсовой и минусовой шинами.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертд1зе

1.Авторское свидетельство СССР №318136, кл. Н 02 Р 9/30, 1967.

2.Авторское свидет ьство СССР 628598, кл. Н 02 Р 9/30, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР .по заявке 2937957/24-07,

кл. Н 02 Р 9/30, 1980.