Устройство для защиты регулятора напряжения от перенапряжений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сецналнстннвскнх

Республик о1;999133 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 050131 . (21) 3229718/24-07

1511М. Кл. с присоединением заявки ¹

Н 02 Н 9/04.Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230283. бюллетень № 7

f53) УДК 629.113. .066.)621 .316. .9 (088.8) Дата опубликования описания 2302ВЗ

t . ф

К арп н, Домнин, Ю.Т. Федоров, A р ГуРин;». ф. И .

4 * :--..-:.:>i3

A.ß. Гаршин и A Sa"- Гррбаной" (-, > j

У д j (72) Авторы изобретения

Л.П. (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ РЕГУЛЯТОРА

НАПРЯЖЕНИЯ OT ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к электро:технике 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 ,:возбуждением автотракторного типа, содержащее выходной составной транзистор в качестве регулирующего элемента, входной транзистор, по цепи управления соединенный с цепочкой обратной связи, и элементы защиты 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 1 1).

Однако эффективность такого устройства защиты от перенапряжений весьма мала, так как в нем обеспечивается только защита выходного составного транзистора, тогда как входная часть схемы регулятора и борто« вая сеть не защищенй от воздействия импульсов перенапряжений, что может привести к выходу из строя как элементов регулятора, так и оборудования бортовой сети.

Известно также устройство защиты от перенапряжений, выполненное на мощном стабилитроне,,напряжение стабилизации которого составляет 28-32В, максимальная мощность порядка 100 Вт, что является достаточным для эффек; тивного гашения импульсов перенапряжений с различной формой и длитель2О ностыо t 2 .

Однако при использовании с генераторами переменного тока, имеющими различные выходные напряжения, эффективность защиты регулятора от импульсов перенапряжений резко снижается, так как стабилитрон должен иметь пробивное напряжение, соответствующее максимальному значению выходного напряжения. Эффективность защиты снижается при работе с гене999133 ратором, 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 амплитуды фронта импульса и его длительности.

При существующей технологии изготовления полупроводниковых приборов большая площадь р-Il-ïåðeõöîâ мощных стабилитронов определяет соответствующую неравномерность геометрии их микроструктуры, что обусловливает наличие некоторого количества участков в области р-и-переходов с более низкими и более высокими уровнями пробивного напряжения по срав.— нению с номинальным. При большой мощности импульсов перенапряжений возникают локальные микропробойные участки с недопустимо большой мощностью 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 f3).

Недостатком известного устройства является невозможность защиты от импульсов перейапряжений, имеющих 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

65 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 вы одом постоянйого 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 б 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 б, 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 точкй 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 9.0тпертый 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 резисторах 2 и 3. Рассасывающие диоды 5 и б служат для ускорения запирания транзисторов 7 и 9 после окончания воздействия импульса перенапряжения.

999133

Транзистор служит для предотвращенйя импульсов перенапряжения отрицательной полярности. При возникновении импульсов перенапряжения отрицательной полярности переход база — коллектор транзистора 8 смещается в прямом направлении, и напряжение прикладывается 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.

15

Преимущественное использование активных элементов в устройстве защиты обусловливает технологичность 20 регулятора и минимальную площадь . кристалла, причем эйачительно снижается величина температурных градиентов, улучшаются тепловые и надежностные характеристики. Ввиду отсутствия технологически несовместимых элементов его легко реализовать по интегральной технологии. Высокйе технические и надежностные характе- ристики позволяют расширить Функциональные возможности устройства из-эа возможности защиты от-иипульсов перенапряжений разной полярности, значительно снизить номенклатуру и себестоимость выпускаемых однотипных иэделий. 35

Формула изобретения

Устройство для защиты регулятора напряжения от перенапряжений, содер- кащее 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, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей, дополнительно введены. второй и третий транзисторы и цепь из последовательно соединенных диодов, анод одного из которых подключен к аноду стабнлитрона 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 змиттер третьего транзистора соединен с катодом другогс диода введенной цепи и минусовым выводом резистивного делителя напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 637940, кл. Н 02 .Р 9/30,14.08.79.

2. Патент Англии 9 1449834, кл. 632, 1976.

3. Патент Англии 9 1343714, кл. Н 02 Н, 1974.

999133

Составитель A. Лебедев

Редактор О. Юрковецкая Техред.A.Áàáèíåö Корректор A. Дзятко

Заказ 1171/76 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пс делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4