Регулятор напряжения генераторного источника питания Советский патент 1991 года по МПК H02P9/30 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения транспортных средств, и может быть использовано в системах регулирования напряжения генераторов переменного и постоянного токов.

Целью изобретения является повышение-надежности работы регулятора напряжения путем предотвращения закрытия силового транзисторного ключа при малом выходном напряжении генераторного источника питания.

На фиг.1 и 2 представлены электрические принципиальные схемы генераторного источника питания (ГИП) с регулятором напряжения (РН).

РН, представленный на фиг. 1, отличается от РН, представленного на фиг.2, тем, что они выполнены на транзисторах с противоположным типом проводимости и подключением цепей питания к ГИП.

ГИП включает в себя генератор переменного тока с обмоткой якоря 1 силовые выводы которой подключены к входу выпрямителя 2, который может быть выполнен с

о о со

V4

N

основными 3, 4 и дополнительной 5 группами диодов (фиг. 1) или без дополнительной группы диодов (фиг.2). К выходу выпрямителя 2 подключены аккумуляторная батарея б, потребители напряжения 7, сигнальная лампа 8, резистор подпитки 9 РН ГИП и выводы 10, 11 РН для подключения к выводам первой и второй полярности ГИП.

РН ГИП содержит первый 12 и второй 13 транзисторы, коллекторы которых соответственно через первый 14 и второй 15 токоограничительные элементы соединены с выводом РН для подключения вывода первой полярности ГИП, а эмиттеры - через стабилизатор тока 16 с выводом РН для подключения вывода второй полярности ГИП.

База первого транзистора 12 подключена к первому выводу второго источника 17 опорного напряжения, выполненного в виде стабилитрона, и к первому выводу четвертого токоограничительного элемента 18. РН ГИП включает также делитель напряжения на резисторах 19, 20, крайние выводы которого подключены между выводами 10, 11 РН для подключения к выводам ГИП, а средний связан с базой второго транзистора 13. Четвертый транзистор 21 подключен эмиттером к выводу РН для подключения к выводу первой полярности ГИП, базой связан с коллектором второго транзистора 13, а коллектором - с базой силового транзисторного ключа 22, силовые выводы которого предназначены для связи через обмотку возбуждения 23 ГИП с источником питания указанной обмотки возбуждения.

Первый источник опорного напряжения 24 выполнен в виде нелинейного элемента и подключен первым выводом к выводу 11 РН для подключения к вы воду второй полярности ГИП, а вторым выводом - к второму выводу второго источника опорного напряжения 17 так, что полярности второго вывода второго источника опорного напряжения 17 и второго вывода первого источника опорного напряжения 24 противоположны по знаку.

Стабилизатор тока 16 выполнен в виде третьего токоограничительного элемента 25 и третьего транзистора 26, причем третий транзистор 26 подключен коллектором к эмиттеру транзистора 12, эмиттером через третий токоограничительный элемент 25 - к выводу 11 РН для подключения вывода второй полярности ГИП, а базой - к второму выводу второго источника опорного напряжения 17.

Второй вывод четвертого токоограничительного элемента 18 подключен к выводу 10 РН для подключения к выводу первой

полярности ГИП. Эмиттер четвертого транзистора 21 связан с эмиттером силового транзисторного ключа 22, база которого через пятый токоограничительный элемент 27 и коллектор связаны с выводом 11 РН для4 подключения к выводу второй полярности ГИП,

Между базами первого 12 и второго 13

транзисторов параллельно управляющим переходам этих транзисторов включены фильтрующие конденсаторы 28, 29, 30.

Параллельно управляющим переходам четвертого транзистора 21 и силового транзисторного ключа 22 подключены помехоза- щищающие резисторы 31, 32. Связь базы четвертого транзистора 21 с коллектором второго транзистора 13 осуществлена через шестой токоограничительный элемент 33.

Сумма напряжений уставок первого и второго источников опорного напряжения должна составлять 0,4...0,7 от номинального напряжения ГИП, а уставка первого источника опорного напряжения должна быть

равна 0,3...1,5 от уставки второго источника опорного напряжения.

ГИП с предложенным РН работает следующим образом.

При вращении генератора переменного ток-а на выходе его обмотки якоря 1 возникает переменное напряжение, преобразуемое в постоянное напряжение выпрямителем 2 и подаваемое на аккумуляторную батарею 6 и потребители напряжения 7. Сигнальная лампа 8 своим светом сообщает водителю об отсутствии напряжения на выходе генератора. Через резистор 9 и сигнальную лампу 8 осуществляется подпитка обмотки возбуждения 23 ГИП от аккумуляторной батареи в период начального возбуждения генератора.

Выходное напряжение ГИП поддерживается постоянным изменением величины тока возбуждения ГИП посредством РН

ГИП.

В процессе работы РН ГИП дифференциальный усилитель, выполненный на первом 12 и втором 13 транзисторах, осуществляет сравнение напряжения уставки - напряжения первого и второго источни- ков опорного напряжения 17, 24, подаваемого на базу первого транзистора 12 с сигналом, пропорциональным выходному напряжению ГИП, снимаемым с резистора 20 и подаваемым на базу второго транзистора 13.

В режиме нормальной работы РН ГИП при выходном напряжении ГИП, меньшем напряжения уставки РН, напряжение на эмиттер-базовом переходе второго транзистора 13 меньше, чем напряжение на эмиттер-базовом переходе первого транзистора 12. Первый транзистор 12 открыт, а второй транзистор 13 закрыт. Цепь управления четвертого транзистора 21 разомкнута. Четвертый транзистор 21 находится в состоянии отсечки. Ток управления силового транзисторного ключа протекает по цепи обмотки якоря 1 дополнительную группу диодов 5 на фиг.1 (или основную группу диодов 3 на фиг.2), эмиттер-базовый переход силового транзисторного ключа 22, пятый токоограничительный элемент 27, основную группу диодов 4. Силовой транзисторный ключ 22 открыт и пропускает через себя ток возбуждения ГИП. С ростом тока возбуждения ГИП увеличивается напряжение на выходе ГИП. Когда это напряжение достигает напряжения уставки РН соотношение напряжений на базо-эмиттерных переходах первого 12 и второго 13 транзисторов меняется на обратное. При этом первый транзистор 12 закрывается, а второй транзистор 13 открывается. Начинает протекать ток управления четвертого транзистора 21 по цепи:эммитер-базовыйпереход четвертого транзистора 21. шестой токоограничительный элемент 33, коллектор-змит- тер второго транзистора 13, стабилизатор тока 16, выпрямитель 2, обмотка якоря 1. Четвертый транзистор 21 открывается, шунтируя управляющий переход силового транзисторного ключа 22,запирая последний.

Ток возбуждения и выходное напряжение ГИП в этом случае уменьшается. Процесс повторяется периодически. Посредством первого источника опорного напряжения 24 на третьем токоограничи- тельном элементе 25, поддерживается постоянное напряжение, а следовательно, поддерживается постоянный ток через стабилизатор тока 16. Это обеспечивает сокращение времени переключения транзисторов, так как при открытии второго транзистора 13, увеличивается ток через стабилизатор тока 16, напряжение на третьем токоограничительном элементе 25, уменьшается напряжение база-эмиттер третьего транзистора 26, что приводит к увеличению напряжения на коллекторе последнего, эмиттере первого транзистора 12, резкому закрытию первого транзистора 12 и открытию второго транзистора 13 (так как суммарный ток обоих транзисторов остается все время постоянным). Обратный процесс ускоренного переключения транзисторов имеет место при закрытии второго транзистора 13. Стабилизатор тока обеспечивает быстрое изменение потенциала эмиттеров первого 12 и второго 13 транзисторов, что способствует ускорению перехода РН из одного состояния в другое. Таким образом уменьшаются динамические потери в РН, уменьшается масса и габариты радиаторов, уменьшается перегрев РН, что обеспечивает высокую надежность его работы .

При работе регулятора в режиме начального возбуждения при отсутствии акку0 муляторной батареи 6 и малом выходном напряжении ГИП ток базы третьего транзистора 26 отсутствует, так как напряжение ГИП недостаточно для протекания тока через второй источник опорного напряжения

5 17. В этом режиме третий транзистор 26 закрыт и дифференциальный усилитель не потребляет тока. Потребление РН в этом случае складывается из тока силового транзисторного ключа 22 и делителя напряже0 ния на резисторах 19, 20. Ток потребления РН мал по величине, что облегчает начальное возбуждение ГИП при отсутствии аккумуляторной батареи.

Начальное самовозбуждение ГИП в ука5 занном режиме обеспечивается протекани ем тока от генераторного источника через выпрямитель, обмотку возбуждения 23 и открытый силовой транзисторный ключ 22 при минимальном напряжении ГИП достаточ0 ном для открытия диодов выпрямителей 2 или 5. Такое построение схемы РН позволяет наряду со снижением потребления питания измерительным и промежуточными каскадами обеспечить надежное самовоз5 буждение ГИП в режиме работы без аккумуляторной батареи.

Формула изобретения Регулятор напряжения генераторного источника питания, содержащий первый и

0 второй транзисторы, коллекторы которых соответственно через первый и второй токо- ограничительные элементы соединены с выводом регулятора напряжения для подключения вывода первой полярности ге5 нераторного источника питания, а эмиттеры соединены с коллектором третьего транзистора, подключенного эмиттером через третий токоограничительный элемент, а базой - через первый источник опорного напряже0 ния, выполненный в виде нелинейного элемента, к выводу регулятора напряжения для подключения вывода второй полярности генераторного источника питания, второй источник опорного напряжения, выполнен5 ный в виде стабилитрона, включенный между базами первого и третьего транзисторов, делитель напряжения, крайние выводы которого подсоединены между выводами регулятора напряжения для подключения выводов первой и второй полярности генераторного источника питания, а средний вывод связан с базой второго транзистора, четвертый токоограничительный элемент, подключенный между выводом регулятора напряжения для подключения к выводу первой полярности генераторного источника питания и базой первого транзистора, силовой транзисторный ключ, один из силовых выводов которого связан с выводом регулятора напряжения для подключения к выводу одной из полярностей генераторного источника питания, а другой - с выводом регулятора напряжения для подключения к обмотке возбуждения генераторного источника питания, четвертый транзистор и пятый токоограничительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы регулятора напряжения

путем предотвращения закрытия силового транзисторного ключа при малом выходном напряжении генераторного источника питания, силовой транзисторный ключ и

четвертый транзистор выполнены другого типа проводимости по отношению к первому и второму транзисторам, четвертый транзистор подключен коллектором к базе силового транзисторного ключа и через

пятый токоограничительный элемент - с выводом регулятора напряжения для подключения вывода второй полярности генераторного источника питания, эмиттером - к выводу регулятора напряжения для подключения вывода первой по- лярности генераторного источника питания, а базой связан с коллектором второго транзистора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в генераторных источниках питания для транспортных средств преимущественно и сельскохозяйственном машиностроении на объектах, не имеющих в своем составе аккумуляторной батареи. Целью является повышение надежности регулятора напряжения путем предотвращения закрытия силового транзисторного ключа при малом выходном напряжении генераторного источника питания. Устройство содержит синхронный генератор и регулятор напряжения. Обмотка возбуждения 23 синхронного генератора подключена через выходной транзистор 22 к выводам 10 и 11 постоянного тока синхронного генератора. Управление транзистором 22 осуществляется через промежуточный транзистор 21 от измерительного органа, выполненного ввиде дифференциального усилителя на транзисторах 12 и 13 со стабилизатором тока 26 в общей цепи питания усилителя. Особенностью устройства является выполнение дифференциального усилителя и промежуточного и выходного каскадов на транзисторах разного типа проводимости, что позволяет наряду с малым потреблением тока при низком напряжении синхронного генератора обеспечить надежное самовозбуждение из-за принудительного открытия выходного транзистора 22. 2 ил.