Стабилизатор выпрямленного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулировки выходного напряжения автомобильных бесщеточных генераторов с роторами на постоянных магнитах и в автоматических зарядных устройствах аккумуляторных батарей. Технический результат - уменьшение габаритов и повышение надежности и технологичности всего устройства при высокой стабилизации выходного напряжения как при малых, так и максимальных токах нагрузки. Сущность изобретения заключается в тем, что в схеме трехфазного мостового выпрямителя с катодной группой вентилей из силовых диодов и анодной - из тиристоров, управляющие электроды которых через разделительные диоды подключены к фазосдвигающим цепочкам, введен маломощный аналоговый стабилизатор выходного напряжения, питающий эти фазосдвигающие цепочки, объединенные в диодный мост. Отрицательный вывод этого моста соединен с анодами разделительных диодов, а диагонали через хронирующие конденсаторы подключены к катодам вышеупомянутых тиристоров, тогда как положительный вывод моста связан со средней точкой питающих обмоток ключевого выпрямителя и ограничительным резистором опорного диода упомянутого стабилизатора, включенного между положительным полюсом ключевого выпрямителя и точкой соединения ограничительного резистора с базой задающего р-n-р транзистора, подключенного своим эмиттером к делителю выходного напряжения, а коллектором - к базе регулирующего n-р-n транзистора, у которого эмиттер соединен с анодами разделительных диодов, а коллектор - с отрицательным полюсом ключевого выпрямителя. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулировки выходного напряжения автомобильных бесщеточных генераторов с роторами на постоянных магнитах и автоматических зарядных устройствах аккумуляторных батарей.

Известны бесконтактные ключевые стабилизаторы постоянного напряжения на транзисторах, обеспечивающие высокий КПД и хорошую стабилизацию выходного напряжения [1].

Однако такие стабилизаторы имеют довольно сложную схему и нуждаются в громоздких сглаживающих IC-фильтрах выходного напряжения, что затрудняет их практическое использование для стабилизации напряжения бортсети автомобилей, где обычно используются недостаточно надежные щеточные генераторы, управляемые реле регуляторами. Более надежными и перспективными являются бесконтактные генераторы с вращающимися постоянными магнитами, однако их выходное напряжение сильно зависит от оборотов двигателя автомобиля, что требует применения высокоэффективных тиристорных стабилизаторов напряжения бортсети автомобиля.

Известен такой стабилизатор постоянного напряжения на тиристорах с нагрузочными резисторами, обеспечивающий широкие пределы регулирования выходного напряжения, однако его нагрузочные резисторы ограничивают КПД всего устройства и требуют специального охлаждения при уровне мощности, необходимой современному автомобилю [2].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления трехфазным мостовым выпрямителем на диодах и тиристорах, содержащее дроссели насыщения с магнитопроводами из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и источника управляющего напряжения, которое обеспечивает эффективную регулировку и стабилизацию выходного напряжения трехфазного несимметричного мостового выпрямителя, питаемого, например, статорными обмотками бесконтактного автомобильного генератора [3].

Недостатком прототипа является наличие в его схеме малонадежных намоточных элементов-дросселей насыщения, которые затрудняют изготовление такого устройства в микроэлектронном исполнении и его монтаже в корпусе бесщеточного генератора.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и повышение надежности всего устройства при сохранении высокой стабилизации выходного напряжения как при малых, так и максимальных точках нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в схему управления трехфазным мостовым выпрямителем с катодной группой вентилей из силовых диодов и анодной из тиристоров, управляющие электроды которых через разделительные диоды подключены к фазосдвигающим цепочкам, введен маломощный аналоговый стабилизатор выходного напряжения питающей сети. Фазосдвигающие цепочки объединены в диодный мост. Отрицательный вывод этого моста соединен с анодами разделительных диодов, а диагонали через хронирующие конденсаторы подключены к катодам вышеупомянутых тиристоров, тогда как положительный вывод моста связан со средней точкой питающих обмоток, ключевого выпрямителя и ограничительным резистором опорного диода упомянутого стабилизатора, включенного между положительным полюсом ключевого выпрямителя и точкой соединения ограничительного резистора с базой задающего p-n-p транзистора, подключенного своим эмиттером к делителю выходного напряжения, а коллектором - к базе регулирующего n-p-n транзистора, у которого эмиттер соединен с анодами разделительных диодов, а коллектор - с отрицательным полюсом ключевого выпрямителя.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2. На фиг.1 изображена схема стабилизатора выпрямленного напряжения трехфазных статорных обмоток бесщеточного генератора с ротором на постоянных магнитах.

Предлагаемый стабилизатор выпрямленного напряжения трехфазного моста фиг. 1 с катодной группой вентилей из силовых диодов 1 и анодной из тиристоров 2 содержит три разделительных диода 3, подключенных своими катодами к управляющим электродам тиристоров 2, а анодами - к отрицательному выводу маломощного трехфазного диодного моста фазосдвигающих цепочек 4, у которых диагонали через хронирующие (времязадающие) конденсаторы 5 подключены к катодам тиристоров 2, а положительный вывод связан со средней точкой питающих обмоток 6, например, статора 6 бесщеточного генератора, возбуждаемого вращающимся ротором на постоянных магнитах 7. К средней точке питающих обмоток 6, соединенных звездой, подключен также ограничительный резистор 8 опорного диода 9, аналогового стабилизатора выходного напряжения, содержащего задающий p-n-p транзистор 10 и регулирующий n-p-n транзистор 11. База задающего транзистора 10 подключена к точке соединения ограничительного резистора 8 с анодом опорного диода 9, а его эмиттер соединен с ползунком делителя выходного напряжения 12, тогда как коллектор подключен к базе регулирующего транзистора 11, у которого эмиттер соединен с анодами разделительных диодов 3, а коллектор - с отрицательным полюсом ключевого выпрямителя, то есть анодами тиристоров 2. При установке такого стабилизатора на автомобиле цепи опорного диода 9 и делителя напряжения 12 целесообразно подключать к положительному полюсу ключевого выпрямителя через выключатель зажигания 13, во избежание разряда аккумулятора бортсети автомобиля во время стоянки.

В режиме холостого хода стабилизатора фиг.1 при возникновении переменного напряжения в его питающих обмотках 6 оно беспрепятственно выпрямляется трехфазным мостом, образованным силовыми диодами 1, управляемыми переходами тиристоров 2 и разделительными диодами 3, так что положительный потенциал через замкнутый выключатель 13 прикладывается к катоду опорного диода 9, а отрицательный - к эмиттеру разделительного транзистора 11, к которому приложен отрицательный потенциал маломощного диодного моста 4 фазосдвигающих цепочек, чьи хронирующие конденсаторы 5 через положительные плечи этого моста и часть ограничительного резистора 8 заряжается так, что их обмотки, соединенные с катодами тиристоров 2, подключают положительный запирающий потенциал относительно их управляющих электродов. Еще один однопериодный выпрямитель образованный силовыми диодами 1 и средней точкой питающих обмоток 6, через ограничительный резистор 8 подает напряжение смещения на опорный диод 9, которое через верхнюю часть делителя напряжения 12 открывает задающий транзистор 10 и регулирующий транзистор 11 настолько, что на полюсах ключевого выпрямителя из диодов 1 и тиристоров 2 появляется стабилизированное напряжение, определяемое величиной напряжения смещения опорного диода 9 и положением ползунка делителя напряжения 12. Поскольку потребляемый делителем 12 ток невелик, его недостаточно для перезаряда хронирующих конденсаторов 5 и открытия тиристоров 2. Поэтому в режиме холостого хода и при малых токах нагрузки стабилизация выпрямленного напряжения и его регулировка осуществляется маломощным аналоговым стабилизатором на элементах 7, 9, 10, 11 и 12.

Когда же ток нагрузки стабилизатора превысит некоторую пороговую величину, при которой эмиттерного тока регулирующего транзистора 11 будет достаточно для перезаряда хронирующих конденсаторов 5 и открытия тиристора 2, последний откроется на некоторый угол альфа, определяемый постоянной времени PC хронирующих цепочек, т.е. произведением емкости хронирующих конденсаторов 5 на величину правой части ограничительного резистора 8, и величиной эмиттерного тока регулирующего транзистора 11. Если после открытия тиристоров 2 выходное выпрямленное напряжение превысит заданную делителем 12 величину, транзисторы 10 и 11 начнут закрываться, уменьшится соответственно эмиттерный ток регулирующего транзистора 11, а следовательно, и угол альфа открытия тиристоров 2 ключевого выпрямителя.

Таким образом, при большом токе нагрузки предлагаемого стабилизатора его основная часть проходит через ключевой выпрямитель на элементах 1 и 2, тогда как ток транзисторого стабилизатора лишь сглаживает пульсации выходного напряжения, обусловленные импульсным открытием тиристоров 2 ключевого выпрямителя. Тем самым достигается малый коэффициент пульсации выпрямленного напряжения без применения сглаживающих IC-фильтров.

За счет параллельной работы аналогового стабилизатора и ключевого выпрямителя, управляемого этим стабилизатором, обеспечивается низкий уровень тепловых потерь и пульсаций выпрямленного напряжения во всем диапазоне рабочих токов при относительно простой и надежной схеме стабилизатора выпрямленного напряжения, не имеющей нетехнологичных намоточных элементов.

Источники информации 1. Шопен Л. И. Бесконтактные электрические аппараты автоматики. - М.: Энергия, 1976, стр. 371.

2. Авторское свидетельство СССР N 232331, H 02 М 07/78.

3. Авторское свидетельство СССР N 1156215, H 02 М 7/04.

Формула изобретения

Стабилизатор выпрямленного напряжения, содержащий ключевой выпрямитель на диодах и тиристорах, управляющие электроды которых через разделительные диоды подключены к фазосдвигающим цепочкам и источнику управляющего напряжения, состоящего из задающего и регулирующего элементов, отличающийся тем, что фазосдвигающие цепочки объединены в диодный мост, отрицательный вывод которого соединен с анодами разделительных диодов, а диагонали через хронирующие конденсаторы подключены к катодам тиристоров, тогда как положительный вывод моста связан со средней точкой питающих обмоток ключевого выпрямителя и ограничительным резистором источника управляющего напряжения, выполненного в виде аналогового стабилизатора с опорным диодом, включенным между положительным полюсом ключевого выпрямителя и точкой соединения ограничительного резистора с базой задающего p-n-p транзистора, подключенного своим эмиттером к делителю выходного напряжения, а коллектором - к базе регулирующего n-p-n-транзистора, у которого эмиттер соединен с анодами разделительных диодов, а коллектор - с отрицательным полюсом ключевого выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2