Электрическая схема регулятора напряжения

 

Изобретение относится к классу регуляторов напряжения, используемых совместно с генераторами переменного тока, снабженных диодными выпрямителями, преимущественно в бортовой сети автомобиля. Устройство содержит генератор переменного тока, выпрямительный блок, состоящий из трех выпрямительных диодов прямой полярности, трех выпрямительных диодов обратной полярности и трех дополнительных диодов, обмотку возбуждения генератора переменного тока, аккумуляторную батарею, ключ замка зажигания, индикаторную лампу накаливания, источник температурно-зависимого опорного напряжения, генератор прямоугольных импульсов, логическую схему, состоящую из пяти последовательно соединенных Т-триггеров, резистивную матрицу, компаратор напряжения, резистивный делитель напряжения, управляющее устройство, состоящее из управляющего триггера, согласующего устройства, гасящий диод, выходной n-p-n-транзистор. Техническим результатом является повышение качества регулирования напряжения и увеличение надежности схемы за счет уменьшения рассеиваемой мощности и снижения температуры полупроводникового кристалла. 2 ил.

Изобретение относится к классу регуляторов напряжения, используемых совместно с генераторами переменного тока, снабженных диодными выпрямителями, например, в бортовой сети автомобиля.

Известно устройство управления для автомобильного бортового генератора переменного тока автомобиля, включающее обмотку возбуждения, выпрямительную схему для перевода выходного напряжения указанного генератора переменного тока в постоянное напряжение, переключающую схему, состоящую из единичного силового транзистора, контролирующее устройство для управления операцией включения/выключения переключающей схемы (см. патент Великобритании 2315374 от 27.03.97 г., класс Н2Н).

Известен регулятор напряжения - прототип, включающий в себя генератор переменного тока, выпрямительный блок, состоящий из трех выпрямительных диодов прямой полярности, трех выпрямительных диодов обратной полярности и трех дополнительных выпрямительных диодов, обмотку возбуждения генератора переменного тока, источник температурно-зависимого опорного напряжения, генератор прямоугольных импульсов, соединенный через логический элемент со вторым входом управляющего устройства и со входом логической схемы, состоящей из четырех последовательно соединенных Т-триггеров, Q-выходы которых соединены с резистивной матрицей, выходы объединены вместе и соединены через логический элемент со вторым входом управляющего устройства, а выходы резистивной матрицы соединены с источником температурно-зависимого опорного напряжения и первым входом компаратора напряжения, второй вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения, а выход компаратора напряжения связан с первым входом управляющего устройства, которое содержит управляющий триггер, соединенный своим выходом со входом согласующего устройства, который связан с базой составного транзистора Дарлингтона, коллектор которого связан с анодом гасящего диода и обмоткой возбуждения генератора переменного тока, а катод гасящего диода одновременно связан с резистивным делителем напряжения и катодами дополнительных выпрямительных диодов (см. патент США 4486702 от 4.12.1984 г., кл. 322-28).

Недостатком прототипа является протекание больших токов независимо от состояния выходного транзистора, что приводит к излишней рассеиваемой мощности, а в случае интегрального исполнения к тепловому разогреву полупроводникового (п/п) кристалла (выше 100^oС), что снижает надежность схемы.

Технический результат изобретения состоит в повышении качества регулирования напряжения и увеличении надежности схемы за счет уменьшения рассеиваемой мощности, снижения температуры полупроводникового кристалла на 35-45^oС, вследствие исключения протекания большого тока при закрытом состоянии выходного транзистора.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее генератор переменного тока, выпрямительный блок, состоящий из трех выпрямительных диодов прямой полярности, трех выпрямительных диодов обратной полярности и трех дополнительных выпрямительных диодов, обмотку возбуждения генератора переменного тока, источник температурно-зависимого опорного напряжения, генератор прямоугольных импульсов, соединенный со вторым входом управляющего устройства и со входом логической схемы, состоящей из пяти последовательно соединенных Т-триггеров, выходы которых соединены с резистивной матрицей, Q-выходы объединены вместе и соединены с первым входом управляющего устройства, а выходы резистивной матрицы объединены и одновременно соединены с источником температурно-зависимого опорного напряжения и первым входом компаратора напряжения, второй вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения, а выход компаратора напряжения связан с третьим входом управляющего устройства, которое содержит управляющий триггер, соединенный своим выходом со входом согласующего устройства, и выходной транзистор, коллектор которого связан с анодом гасящего диода и через вывод - ШИНА - с обмоткой возбуждения генератора переменного тока, а катод гасящего диода одновременно связан с резистивным делителем напряжения, согласующим устройством и катодами дополнительных выпрямительных диодов, введена схема управления переключением выходного транзистора, которая содержит три n-р-n-транзистора и четыре резистора, причем первый и третий транзисторы своими базами через сопротивления соединены с согласующим устройством, а их эмиттеры подключены одновременно к эмиттеру выходного транзистора и на землю, коллектор первого транзистора соединен с базой второго транзистора и через резистор к коллектору второго транзистора и к согласующему устройству, причем эмиттер второго транзистора через резистор соединен с коллектором третьего транзистора и базой выходного транзистора, который своим коллектором соединен через гасящий диод с коллектором второго транзистора и с согласующим устройством.

На фиг.1 показана структурная схема устройства. На фиг.2 изображены диаграммы, поясняющие работу регулятора напряжения.

Устройство содержит генератор переменного тока 1, выпрямительный блок, состоящий из трех выпрямительных диодов прямой полярности 2, трех выпрямительных диодов обратной полярности 3 и трех дополнительных диодов 4, обмотку возбуждения генератора переменного тока 5, аккумуляторную батарею 6, ключ замка зажигания 7, индикаторную лампу накаливания 8, источник температурно-зависимого опорного напряжения 9, генератор прямоугольных импульсов 10, логическую схему 11, состоящую из пяти последовательно соединенных Т-триггеров, резистивную матрицу 12, компаратор напряжения 13, резистивный делитель напряжения 14, управляющее устройство 15, состоящее из управляющего триггера 16 и согласующего устройства 17, схему управления переключением 18, состоящую из резисторов 19, 20, 21, 22 и трех n-p-n-транзисторов - 23 (первого), 24 (второго) и 25 (третьего), гасящего диода 26 и выходного транзистора 27, выводы регулятора напряжения 28 (ВХОД - В), 29 (ШИНА - Ш), 30 (МАССА - М). Генератор прямоугольных импульсов 10 соединен со вторым входом управляющего устройства 15 и со входом логической схемы 11, состоящей из пяти последовательно соединенных Т-триггеров, выходы которых соединены с резистивной матрицей 12, Q-выходы объединены вместе и соединены с первым входом управляющего устройства 15, а выходы резистивной матрицы 12 объединены и одновременно соединены с источником температурно-зависимого опорного напряжения 9 и первым входом компаратора напряжения 13, второй вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения 14, а выход компаратора напряжения 13 связан с третьим входом управляющего устройства 15, управляющий триггер 16 которого соединен своим выходом со входом согласующего устройства 17, коллектор выходного транзистора 27 связан с анодом гасящего диода 26 и через вывод - ШИНА 29 с обмоткой возбуждения 5 генератора переменного тока 1, а катод гасящего диода 26 одновременно связан с резистивным делителем напряжения 14, согласующим устройством 17 и катодами дополнительных выпрямительных диодов 4, транзисторы 23 и 25 своими базами через сопротивления 19 и 20 соединены с согласующим устройством 17, а их эмиттеры подключены одновременно к эмиттеру выходного транзистора 27 и на землю 30, коллектор первого транзистора 23 соединен с базой второго транзистора 24 и через резистор 21 с коллектором второго транзистора 24 и с согласующим устройством 17, эмиттер второго транзистора 24 через резистор 22 соединен с коллектором третьего транзистора 25 и базой выходного транзистора 27, который своим коллектором соединен через гасящий диод 26 с коллектором второго транзистора 24, с согласующим устройством 17 и через вывод 29 (ШИНА - Ш) с обмоткой возбуждения генератора переменного тока 1.

Устройство работает следующим образом. Логическая схема 11, управляемая генератором прямоугольных импульсов 10 и состоящая из пяти последовательно соединенных Т-триггеров, с помощью резистивной матрицы 12 формирует эталонное пилообразное напряжение, показанное на фиг.2 (U_эт), которое накладывается на опорное температурно-зависимое напряжение, вырабатываемое источником температурно-зависимого напряжения 9. Данное эталонное напряжение поступает на первый вход компаратора напряжения 13, где оно сравнивается с измеренным напряжением (фиг. 2, _изм), снятым с резистивного делителя напряжения 14, которое характеризует уровень напряжения в бортовой сети автомобиля. На выходе компаратора напряжения 13 присутствует сигнал высокого и низкого уровня в зависимости от результата сравнения эталонного (U_эт) и измеренного (U_изм) напряжений. Сигнал с выхода компаратора напряжения 13 поступает на третий вход управляющего устройства 15 (управляющего триггера 16). Сигнал на выходе управляющего триггера 16 показан на фиг.2 (U_триг). Далее сигнал с выхода управляющего триггера 16 поступает на вход согласующего устройства 17, которое предназначено для согласования работы цифрового управляющего триггера 16 и схемы управления переключением выходного транзистора 18 и самого выходного транзистора 27. Сигнал, формирующийся на выходе согласующего устройства 17, отображен на фиг.2 (U_выx). Управляющее устройство 15 синхронизируется сигналом, снятым с генератора прямоугольных импульсов 10. Сигнал, подаваемый на первый вход управляющего устройства, служит для формирования короткого импульса в выходном сигнале для случая U_изм>>U_эт. Когда напряжение на выходе резистивного делителя (U_изм) больше, чем эталонное напряжение (U_эт), на выходе управляющего триггера 16 присутствует логический сигнал низкого уровня, а на выходе согласующего устройства 17 - сигнал, соответствующий высокому уровню. В результате воздействия данного высокого напряжения n-р-n-транзисторы 23 и 25 схемы управления 18 будут открыты, в результате чего n-р-n-транзистор 24 будет закрыт и на базе выходного транзистора 27 будет присутствовать низкое напряжение, закрывающее выходной транзистор 27, что не позволит протекать току через обмотку возбуждения 5 (фиг. 2, I_овг). В данном состоянии напряжение на выходе генератора будет понижаться. В данном случае, поскольку транзистор 24 закрыт, ток через резистор 22 будет отсутствовать (фиг.2, I₂₂), а транзистор 23 открыт - ток будет протекать через относительно высокоомный резистор 21.

В случае, когда Ц_изм<U, на выходе управляющего триггера 16 будет присутствовать уровень логической единицы, а на выходе согласующего устройства 17 - сигнал, соответствующий низкому уровню. В результате воздействия сигнала данного уровня n-р-n-транзисторы 23 и 25 будут закрыты, а n-р-n-транзистор 24 будет открыт, что приведет к появлению потенциала на базе мощного n-р-n-транзистора 27 и протеканию большого тока через низкоомный резистор 22 (фиг. 2, I₂₂). Выходной транзистор 27 откроется, что создаст условия для протекания тока через обмотку возбуждения генератора 5 (фиг.2, I_овг). Напряжение на выходе генератора будет повышаться.

Если U_изм≈U_эт, то на коллекторе выходного n-р-n-транзистора 27 (на входе схемы управления 15) будет наблюдаться сигнал прямоугольной формы со скважностью Q≈2 (фиг.2, U₂₇ ^K).

Таким образом, устройство по сравнению с известными устройствами позволит повысить качество регулирования напряжения и существенно увеличить надежность и КПД схемы, снизить в случае интегрального исполнения температуру полупроводникового кристалла на 35-45^oС.

Формула изобретения

Электрическая схема регулятора напряжения, преимущественно для бортовой сети автомобиля, содержащая генератор переменного тока, выпрямительный блок, состоящий из трех выпрямительных диодов прямой полярности, трех выпрямительных диодов обратной полярности и трех дополнительных выпрямительных диодов, обмотку возбуждения генератора переменного тока, источник температурно-зависимого опорного напряжения, генератор прямоугольных импульсов, соединенный со вторым входом управляющего устройства и со входом логической схемы, состоящей из пяти последовательно соединенных Т-триггеров, выходы которых соединены с резистивной матрицей, Q-выходы объединены вместе и соединены с первым входом управляющего устройства, а выходы резистивной матрицы объединены и одновременно соединены с источником температурно-зависимого опорного напряжения и первым входом компаратора напряжения, второй вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения, а выход компаратора напряжения связан с третьим входом управляющего устройства, которое содержит управляющий триггер, соединенный своим выходом со входом согласующего устройства, и выходной транзистор, коллектор которого связан с анодом гасящего диода и через вывод - ШИНА - с обмоткой возбуждения генератора переменного тока, а катод гасящего диода одновременно связан с резистивным делителем напряжения, согласующим устройством и катодами дополнительных выпрямительных диодов, отличающаяся тем, что введена схема управления переключением выходного транзистора, которая содержит три n-p-n-транзистора и четыре резистора, причем первый и третий транзисторы своими базами через сопротивления соединены с согласующим устройством, а их эмиттеры подключены одновременно к эмиттеру выходного транзистора и на землю, коллектор первого транзистора соединен с базой второго транзистора и через резистор к коллектору второго транзистора и к согласующему устройству, причем эмиттер второго транзистора через резистор соединен с коллектором третьего транзистора и базой выходного транзистора, который своим коллектором соединен через гасящий диод с коллектором второго транзистора и с согласующим устройством.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2