Устройство для защиты регулятора напряжения от перенапряжений Советский патент 1983 года по МПК H02H9/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в системах электропитания транспортных средств в качестве устройства регулирования напряжения для генератора переменного тока с электромагнитным возбуждением, а также для защиты мощных стабилизаторов напряжения..

Известно устройство защиты от ; перенапряжений для регулятора напряжения генератора с электромагнитным ;воэбуждением автотракторного типа, содержащее выходной составной транзистор в качестве регулирующего элемента, входной транзистор, по цепи управления соединенный с цепочкой обратной связи, и элементы зсшшты от перенапряжений и фильтрации пульсаций напряжения, выполненные в виде цепочки, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, причем конденсатор соединен :с коллектором выходного составного транзистора, резистор соединен с коллектором входного транзистора, а общий вывод конденсатора и резистора соединен непосредственно с базой выходного составного транзистора ГООднако эффективность такого устройства защиты от перенапряжений весьма мала, так как в нем обеспечивается только защита выходного.составного транзистора, тогда как входная часть схемы регулятора н бортовая сеть не з,ащищены от воздейстййя импульсов перенапряжений, что может привести к выходу из строя как эле10ментов регулятора, так и оборудования бортовой сети.

Известно также устройство защиты от перенапряжений, выполненное на мощном стабилитроне, ,напряжение -ста15 билизации которого составляет 28-32В, максимсшьная мсяцность порядка 100 Вт, что является достаточным для эффективного гашения импульсов перенапряжений с различной формой и длитель20ностью f 2}.

Однако при использовании с генераторами переменного тока, имеющими различные выходные напряжения, эффективность защиты регулятора от

25 импульсов перенапряжений резко снижается, так как стабилитрон должен иметь пробивное напряжение, соответствующее максимальному значению выходного напряжения. Эффективность

Щ зсШ1иты снижается при работе с генератором, имеющим выходное напряжение соответствующее нижней границе допустимого диапазона рабочих напряжений, за счет увеличения разницы между напряжением пробоя стабилитрона (напряжением защиты) и рабочим напряжением регулятора. Кроме того, технология изготовления мощных стабилитронов отличается исключительной сложностью, а процент выхода годных стабилитронов очень мал. Надежность защиты от перенапряжений снижается с увеличением мплнтуды фронта импульса и его длительности, При существующей технологии изготовления полупроводниковых приборов большая площадь р-п-переходов мощных стабилитронов определяет соответствующую неравномерность геометрии их микроструктуры, что обусловливает наличие некоторого количества участков в области р-п-переходов с более низкими и более высокими уровнями пробивного напряжения по сравнению с номинальным. При большой мощности импульсов перенапряжений возникают локальные микропробойные участки с недопустимо большой мощ- : ностью рассеяния в их областях,что приводит к увеличению сквозного тока, перегрузке генератора и разряду аккумулятора. Недопустимость быстрой перестройки напряжения стабилизации мощных стабилитронов препятствует унификации регуляторов напряжения и порождает высокую номенклатуру изготовления однотипных изделий, что приводит к перегрузке и неэкономичному использованию производственных мощностей, а также увеличению себестоимости изделий.

Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты от .перенапряжений, содержащее резистивный делитель напряжения, крайние выводы которого служат для соединения с шинами постоянного тока, стабилитрон и первый транзистор, коллектор которого связан с плюсовым выводом резистивного делителя напряжения

Недостатком известного устройства является невозможность защиты от импульсов перенапряжений, именяцих отрицательную полярность, а также низкое быстродействие, что ограничивает функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены второй и третий транзисторы и цепь из последовательно соединенных диодов, анОд одного из которых подключен к аноду стабилитрона и базе первого транзистора, катод стабилитрона соединен со средней точкой резистивного

делителя напряжений, коллектор первого транзистора объединен с коллекторами второго и третьего транзисторов, а эмиттер подключен к эмиттеру и базам второго и третьего транзисторов, при этом эмиттер третьего транзистора соединен с катодом последнего диода и минусовым выводом резистивного делителя напряжения.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства защиты регулятора напряжения от перенапряжений и показано его соединение с генераторной установкой с выходом постоянного тока.

, Устройство 1 защиты от перенапряжений содержит резистивный делитель напряжения с переменным коэффициентом деления, выполненный на резисторах 2 и 3 и соединенный крайними выводами с шинамц постоянного тока, а средней точкой - с катодом стабилитрона 4, анод которого подключен к аноду первого из последовательно соединенных диодов 5 и 6 и к базе первого транзистора 7. Транзистор 7 соединен коллектором с коллекторами транзисторов 8 и 9 и с плюсовым выводом делителя напряжений, а эмиттером - с эмиттером и базой транзистора 8 и базой транзистора 9, эмиттер которого подключен к-катоду диода 6, подключенному к минусовому выводу делителя напряжения. Регулятор 10 напряжения своим выходом подключен к обмотке 11 возбуждения генератора 12.

Устройство работает следующим образом.

Если напряжение бортовой сети имеет номинальное значение, то напряжение, снимаемое со средней точки делителя, выполненного на резисторах .2 и 3, недостаточно для пробоя стабилитрона 4. Ток через стабилитрон 4 отсутствует, и транзисторы 7 и 9 будут заперты. При возникновении импульса перенапряжения потенциал средней точки делителя на резисторах 2 и 3 повышается, стабилитрон 4 пробивается, ток, текущий в. базу транзистора 7, усиливается и открывает транзистор 9.Отпертый транзистор 9 переходом коллектор - эмиттер шунти-. рует потенциальный выход генератора напряжения, предотвращая дальнейшее повышение потенциала на нем. Напряжение бортовой сети во время действия импульса перенапряжения будет определяться величиной пробивного напряжения стабилитрона 4 и коэффициентом деления делителя на резис- торах 2 и 3. Рассасьшающие диоды 5 и б служат для ускорения запирания транзисторов 7 и 9 после окончания 5 воздействия импульса перенапряжения. Транзистор служит для предотвращенй импульсов перенапряжения отрицатель ной полярности. При возникновении импульсов перенапряжения отрицатель ной полярности переход база - коллектор транзистора 8 смещается в прямом направлении, и напряжение прйклгшывается к обратно смещенному переходу база - эмиттер транзистора 9, который пробивается при определенном напряжении. Цепочка, состоящая из прямо смещенного перехода база - коллектор транзистора 8 и обратно смещенного, перехода база .эмиттер транзистора-9, ограничивает величину отрицательного импульса перенапряжения. Преимущественное использование активных элементов в устройстве защиты обусловливает технологичность регулятора и минимальную площадь кристалла, причем значительно снижается величина температурных гради ентов, улучшаются тепловые и надежностные характеристики. Ввиду отсут ствия технологически несовместимых элементов его легко реализовать по интегральной технологии. Высокие технические и надежностные характеристики позволяют расширить функциональные возможности устройства из-за возможности защиты от импульсов пере напряжений разной полярности, значительно снизить нЪменклатуру и себестоимость вьшускаемых однотипных изделий. Формула изобретения Устройство для защиты регулятора напряжения от перенапряжений, содер- жащее резистивный делитель напряжения, крайние выводы которого служат для соединения с шинами постоянного тока, стабилитрон и первый транзистор, коллектор которого связан с плюсовым выводом резистивного делителя напряжения, отличающееся тем, что, с целью расишрения функциональных возможностей, дополнительно введены, второй и третий транзисторы и цепь из последовательно сое(диненных диодов, анод одного из которых подаслючен к аноду стабилитрона и базе-первого транзистора, катод стабилитрона соединен со средней точкой резистивного делителя напряжений, коллектор первого транзистора объединен с коллекторами второго и третьего транзисторов, а эмиттер подключен к эмиттеру и базам второго и третьего транзисторов, при этом эмиттер третьего транзистора соединен с катодом другого диода введенной цепи и минусовым выводом резистивного делителя напряже- , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР , кл. Н 02 .Р 9/30,14.08.79. 2.Патент Англии 1449834, кл. 632, 1976. 3.Патент Англии 1343714, кл. Н 02 Н, 1974.

10

П J