Импульсный регулятор напряжения

 

Устройство относится к автомобильной электронике и может быть использовано в генераторных установках транспортных средств. Решение поставленной задачи достигается тем, что в схему регулятора дополнительно введены датчик (5) частоты искрообразования, частотный компаратор (7), мультивибратор (4), катушка (9) индуктивности, диод (10), накопительный конденсатор (11), схема И (3), причем выход датчика (5) подключен к входу частотного компаратора (7), выход которого соединен с первым входом схемы И (3), выход схемы (2) сравнения связан со вторым входом схемы И (3), выход которой подключен к входу управления мультивибратором (4). Выход мультивибратора (4) соединен с базой силового транзистора (8), коллектор которого подключен к катоду диода (10) и катушке (9) индуктивности, анод диода (10) соединен с конденсатором (11) и клеммой Ш, вторые выводы катушки (9) индуктивности и конденсатора (11) подключены к минусовому проводу регулятора. Технический результат: повышение надежности работы регулятора напряжения и облегчение условий пуска двигателя внутреннего сгорания. 1 ил.

Устройство относится к области автомобильной электроники и может быть использовано в генераторных установках транспортных средств.

Известны электронные регуляторы напряжения [1], содержащие измерительное звено, схему сравнения, обычно выполненный на стабилитроне источник опорного напряжения, и транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора. Погрешность регулирования в таких схемах около ± 0,8В. Следовательно, основным недостатком является неточная установка регулирующего напряжения, что приводит к преждевременному выходу батареи из строя.

Наиболее близким к предлагаемому является аналоговый регулятор напряжения [2], состоящий из измерительного звена, регулирующего и силового транзисторов, источника опорного напряжения на стабилитроне, цепочки частотнозависимой обратной связи. Источник опорного напряжения подключен к базе регулирующего транзистора, а измерительное звено - к его эмиттеру, что позволило изменить режим работы регулятора на аналоговый. В результате улучшается точность поддержания напряжения бортовой сети.

Недостатками регулятора [2] являются: большая рассеиваемая на силовом транзисторе мощность, низкий коэффициент полезного действия, низкая надежность, а также затрудненные условия при пуске двигателя внутреннего сгорания из-за большого электромагнитного тормозящего момента генератора, возникающего из-за наличия тока в цепи возбуждения.

Изобретения направлено на повышение надежности работы регулятора напряжения и облегчения условий пуска двигателя внутреннего сгорания.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в схему регулятора дополнительно введены датчик частоты искрообразования, частотный компаратор, мультивибратор, катушка индуктивности, диод, накопительный конденсатор, схема И, причем выход датчика частоты искрообразования подключен к входу частотного конденсатора, выход которого соединен с первым входом схемы И, выход схемы сравнения связан со вторым входом И; выход которой подключен к входу управления мультивибратором. Выход мультивибратора соединен с базой силового транзистора, коллектор которого подключен к катоду диода и катушке индуктивности, анод диода соединен с конденсатором и клеммой "Ш", вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу регулятора.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом позволяет обнаружить новые элементы и связи между ранее использованными в схеме и вновь введенными элементами. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия", поскольку напряжение на накопительном конденсаторе является практически аналоговым, что позволяет реализовать меньшую погрешность регулирования напряжения бортовой сети, в то время как силовой транзистор работает в ключевом режиме, при котором меньше потери мощности. Схема частотного компаратора позволяет исключить ток обмотки возбуждения во время пуска и тем самым снизить нагрузку на стартер и аккумуляторную батарею при пуске.

Функциональная схема устройства представлена на чертеже.

Регулятор напряжения состоит из измерительного звена 1, источника 6 опорного напряжения, схемы 2 сравнения, схемы И 3, управляемого мультивибратора 4, датчика 5 частоты искрообразования, частотного компаратора 7, силового транзистора 8, катушки 9 индуктивности, диода 10, конденсатора 11. Измерительное звено 1 и источник 6 опорного напряжения, подключенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, входы схемы 2 сравнения подключены к выходам источника 6 опорного напряжения и измерительного звена 1. Датчик 5 частоты искрообразования связан со входом частотного компаратора 7, выход которого соединен с первым входом схемы И (3). Выход схемы 2 сравнения подключен к второму входу схемы И 3, выход которой соединен с управляющим входом мультивибратора 4. Выход мультивибратора 4 подключен к базе силового транзистора 8, эмиттер силового транзистора 8 соединен с плюсовым проводом регулятора, а его коллектор - с катодом диода 10 и катушкой 9 индуктивности. Анод диода 9 соединен с конденсатором 11 и клеммой "Ш" регулятора, вторые выводы катушки 9 индуктивности и конденсатора 11 соединены с минусовым проводом регулятора. Обмотка возбуждения синхронного генератора подключается между клеммой "Ш" и минусовым проводом регулятора.

Устройство работает следующим образом. При поступлении положительного напряжения на полосовой провод регулятора от параллельно соединенных выхода выпрямителя синхронного генератора к аккумуляторной батареи на входы схемы 2 сравнения подаются напряжения с выхода источника 6 опорного напряжения и с выхода измерительного звена 1. Если напряжение на выходе измерительного звена 1 меньше, чем напряжение источника 6 опорного напряжения, то на выходе схемы 2 установится уровень логической единицы, поступающий на второй вход схемы И. Если при этом на первом входе схемы И также уровень логической единицы, то ее выходное напряжение разрешит работу мультивибратора 4. При этом силовой транзистор 8 начинает работать в режиме переключений, периодически заряжая катушку 9 индуктивности. При закрывании силового транзистора 8 ЭДС самоиндукции катушки 9 индуктивности через диод 10 заряжает конденсатор 11 в полярности, соответствующей минусу на верхней по схеме обкладке. Поскольку частота работы мультивибратора 4 достаточно высока, а емкость конденсатора 11 велика, то напряжение на конденсаторе 1 возрастает практически достаточно плавно до тех пор, пока ток через обмотку возбуждения синхронного генератора не достигнет значения, при котором выходное напряжение выпрямителя (на чертеже не показан) не будет соответствовать заданному значению. При этом напряжение на выходе измерительного звена 1 станет равным напряжению источника 6 опорного напряжения и схема 2 сравнения через схему И 3 отключит мультивибратор 4 и силовой транзистор 8 будет находиться в закрытом состоянии до тех пор, пока напряжение бортовой сети опять не станет ниже нормы. Сигнал с датчика 5 частоты искрообразования поступает на вход частотного компаратора 7. Если частота искрообразования меньше 10 Гц (600 об/мин), что соответствует максимально возможной частоте искрообразования при пуске, то на выходе частотного компаратора 7 напряжение соответствует уровню логического нуля и это напряжение, воздействуя на первый вход схемы И 3 запрещает работу мультивибратора 4. Транзистор 8 закрыт. При этом ток по линии возбуждения синхронного генератора не протекает и тормозящий электромагнитный момент не возникает. Это позволяет снизить нагрузку на стартер и аккумуляторную батарею при пуске двигателя внутреннего сгорания.

Если частота искрообразования превысит 10 Гц, то на выходе частотного компаратора 7 установится напряжение логической единицы, разрешающее работу регулятора напряжения в выше описанном режиме.

Отметим также, что полярность напряжения, приложенного к обмотке возбуждения существенной роли не играет. Использование импульсного источника с инвертированием напряжения в схеме регулятора позволяет снизить мощность, рассеиваемую на силовом транзисторе, а применение частотного компаратора для включения тока обмотки возбуждения на время пуска облегчают условия пуска двигателя внутреннего сгорания.

Источники информации.

1. Данов Б.А., Рогачев В.Д. Электронные приборы автомобилей. -М.: Транспорт,1996, с. 7-13.

2. Патент РФ N 2006176, МПК N 02 P 9/30, БИ N 1, 1994.

3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982, с. 273.

Формула изобретения

Регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, подключенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, силовой транзистор, эмиттер которого подключен к плюсовому проводу, отличающийся тем, что в регулятор введены управляемый мультивибратор, элемент И, катушка индуктивности, диод, конденсатор, частотный компаратор, датчик частоты искрообразования, причем его выход подключен к входу частотного компаратора, выход которого связан с первым входом схемы И, выход схемы сравнения связан со вторым входом схемы И, выход которой соединен со входом управления мультивибратора, выход которого соединен с базой силового транзистора, коллектор которого подключен к катоду диода и катушке индуктивности, анод диска соединен с конденсатором и клеммой Ш, вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу.

РИСУНКИ

Рисунок 1