Импульсный регулятор напряжения

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к автомобильной технике. Технический результат заключается в реализации необходимой зависимости выходного напряжения генератора от степени заряженности аккумуляторной батареи, с целью продления срока ее службы. Результат достигается тем, что в регулятор напряжения, содержащий измерительное звено (ИЗ) (1), источник опорного напряжения (ИОН) (6), схему сравнения (СС) (2), входы которой подсоединены к выходам ИОН (6) и ИЗ (1), силовой транзистор (Т) (8), управляемый мультивибратор (М) (4), элемент И (3), выход которого соединен со входом управления М (4), выход которого соединен с базой Т (8), диод (10), катушку индуктивности (9) и конденсатор (11), частотный компаратор (ЧК) (7), датчик частоты искрообразования (5), выход которого подключен к входу ЧК (7), выход которого связан с первым входом схемы И (3), а выход СС (2) связан со вторым входом схемы И (3), дополнительно введены микрофон (12), расположенный в моноблоке аккумуляторной батареи, усилитель (13), полосовой фильтр (14), детектор (15) и компаратор (16), выход которого соединен с третьим входом схемы И (3). 1 ил.

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к автомобильной технике.

Известны регуляторы напряжения [Данов Б.А., Рогачев В.Д. Электронные приборы автомобилей. - М.: Транспорт, 1996, с.7-13, Патент РФ №2006176, МПК Н 02 Р 9/30, БИ №1, 1994., Патент РФ №2136105, МПК Н 02 Р 9/30, БИ №24, 1999], содержащие: измерительное звено, источник опорного напряжения, включенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, силовой ключ, вход управления которого связан с выходом схемы сравнения, а силовые выводы ключа соединены последовательно с обмоткой возбуждения синхронного генератора и подключены между плюсовым и минусовым проводами регулятора.

Недостатками подобных устройств являются низкая точность поддержания напряжения синхронного генератора и отсутствие регулировки напряжения синхронного генератора при изменении температуры окружающей среды и степени разряженности аккумуляторной батареи.

Наиболее близким к предлагаемому является импульсный регулятор напряжения [Патент РФ №2188497, МПК Н 02 Р 9/30, Н 02 J 7/14, БИ №24, 2002], содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, первые выводы которых подключены к плюсовому, а вторые - к минусовому проводу регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, силовой транзистор, эмиттер которого подключен к плюсовому проводу, управляемый мультивибратор, элемент И, выход которого соединен со входом управления мультивибратора, выход которого соединен с базой силового транзистора, диод, катушку индуктивности и конденсатор, причем коллектор силового транзистора подключен к катоду диода и катушке индуктивности, анод диода соединен с конденсатором и клеммой Ш синхронного генератора, вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу, частотный компаратор, датчик частоты искрообразования, причем его выход подключен к входу частотного компаратора, выход которого связан с первым входом схемы И, а выход схемы сравнения связан со вторым входом схемы И.

Недостатком такого регулятора напряжения является отсутствие зависимости выходного напряжения генератора от степени заряженности аккумуляторной батареи при эксплуатации ее в условиях низких температур.

Техническая задача направлена на реализацию необходимой зависимости выходного напряжения генератора от степени заряженности аккумуляторной батареи с целью продления срока ее службы при эксплуатации в условиях низких температур.

Технический результат достигается тем, что в регулятор напряжения, содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, первые выводы которых подключены к плюсовому, а вторые - к минусовому проводу регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, силовой транзистор, эмиттер которого подключен к плюсовому проводу, управляемый мультивибратор, элемент И, выход которого соединен со входом управления мультивибратора, выход которого соединен с базой силового транзистора, диод, катушку индуктивности и конденсатор, причем коллектор силового транзистора подключен к катоду диода и катушке индуктивности, анод диода соединен с конденсатором и клеммой Ш синхронного генератора, вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу, частотный компаратор, датчик частоты искрообразования, причем его выход подключен к входу частотного компаратора, выход которого связан с первым входом схемы И, а выход схемы сравнения связан со вторым входом схемы И, дополнительно введены микрофон, расположенный в моноблоке аккумуляторной батареи, усилитель, полосовой фильтр, детектор и компаратор, причем выход микрофона через усилитель связан со входом полосового фильтра, выход которого соединен со входом детектора, выход детектора подключен ко входу компаратора, выход которого соединен с третьим входом схемы И.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в источник опорного напряжения регулятора дополнительно введены микрофон, расположенный в моноблоке аккумуляторной батареи, усилитель, полосовой фильтр, детектор и компаратор, а также наличие новых связей между вновь введенными и ранее применявшимися узлами системы.

Сопоставительный анализ заявляемой системы с имеющимися техническими решениями показывает, что заявляемая система обладает рядом существенных отличий: точной регулировкой напряжения на аккумуляторной батарее с учетом необходимой зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи, что необходимо для продления срока ее службы при заряде повышенным напряжением в условиях низких температур электролита.

На чертеже представлена электрическая функциональная схема предлагаемого устройства.

Регулятор напряжения для синхронного генератора содержит измерительное звено 1, источник опорного напряжения 6, первые выводы которых подключены к плюсовому, а вторые - к минусовому проводу регулятора, схему сравнения 2, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения 6 и измерительного звена 1, силовой транзистор 8, эмиттер которого подключен к плюсовому проводу, управляемый мультивибратор 4, элемент И 3, выход которого соединен с входом управления мультивибратора 4, выход которого соединен с базой силового транзистора 8, диод 10, катушку 9 индуктивности и конденсатор 11, причем коллектор силового транзистора 8 подключен к катоду диода 10 и катушке 9 индуктивности, анод диода 9 соединен с конденсатором 11 и клеммой Ш синхронного генератора, вторые выводы катушки 9 индуктивности и конденсатора 11 подключены к минусовому проводу, частотный компаратор 7, датчик 5 частоты искрообразования, причем его выход подключен к входу частотного компаратора 7, выход которого связан с первым входом схемы И 3, а выход схемы 2 сравнения связан со вторым входом схемы И 3, микрофон 12, расположенный в моноблоке аккумуляторной батареи, усилитель 13, полосовой фильтр 14, детектор 15 и компаратор 16, причем выход микрофона 12 через усилитель 13 связан со входом полосового фильтра 14, выход которого соединен со входом детектора 15, выход детектора 15 подключен ко входу компаратора 16, выход которого соединен с третьим входом схемы И З.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение бортовой сети делится измерительным звеном 1 и с помощью схемы сравнения 2 сравнивается с напряжением источника опорного напряжения 6. Если напряжение бортовой сети недостаточно, то на выходе схемы 2 сравнения появляется уровень логической единицы, который поступает на вход схемы И 3. Коэффициент деления измерительного звена 1 выбирается таким образом, чтобы им определялось максимально допустимое напряжение бортовой сети.

Если осуществляется пуск двигателя, то частота искрообразования невелика, и на выходе частотного компаратора 7 имеется уровень логического нуля. После пуска двигателя частота возрастает, и на выходе частотного компаратора 7 появляется уровень логической единицы. Напряжение с частотного компаратора 7 поступает на вход схемы И 3.

Известно [Бороновский Ю.И., Старостин А.К., Чижов Ю.П. Стартерные АКБ. - М. 1997, - с.124], что при увеличении степени разряженности аккумулятора значительно снижается его ЭДС. Это приводит к увеличению зарядного тока I_з исходя из выражения [Бороновский Ю.И., Старостин А.К., Чижов Ю.П. Стартерные АКБ. - М. - 1997, - с.124]:

где U_ГЕН - напряжение генератора, поддерживаемое регулятором напряжения на автомобиле, В;

Е_АБ - ЭДС аккумулятора, В;

R_ЗУ - сопротивление зарядной цепи, В.

Из всего вышесказанного следует, что в случае увеличения напряжения генератора (U_ГЕН), при значительном снижении температуры электролита, произойдет увеличение зарядного тока. Вследствие этого возрастет интенсивность процесса электролиза воды. Связано это с тем, что с понижением температуры электролита аккумуляторы теряют способность «использовать» зарядный ток [Бороновский Ю.И., Старостин А.К., Чижов Ю.П. Стартерные АКБ. - М. 1997, - с.124].

Таким образом, необходимо предусмотреть регулировку напряжения регулятора с учетом интенсивности процесса электролиза воды.

В случаях, когда аккумуляторная батарея уже заряжена, наблюдается процесс разложения воды, входящей в состав электролита, на водород и кислород. Дальнейшее продолжение заряда в этом случае приводит только к снижению ее срока службы. Процесс разложения воды на водород и кислород сопровождается характерным шумом, который улавливается микрофоном 12, усиливается усилителем 13, фильтруется полосовым фильтром 14 и детектируется детектором 15. Постоянная составляющая напряжения на выходе детектора 15 определяется уровнем шума, возникающим при «кипении» электролита. Компаратор 16 сравнивает уровень шума с некоторым заранее установленным значением, при превышении которого с его выхода на третий вход схемы И 3 поступает уровень логического нуля.

Только в случае присутствия на всех трех входах схемы И 3 на ее выходе также появится сигнал логической единицы, разрешающий работу мультивибратора 4, импульсный сигнал которого периодически включает-выключает силовой ключ 8. При открытом ключе 8 катушка 9 индуктивности заряжается током, который при закрывании ключа 8, замыкается через конденсатор 11 и диод 10. На конденсаторе 10 появляется напряжение, которое и создает ток в цепи возбуждения синхронного автомобильного генератора.

Таким образом, аккумуляторная батарея все время находится на границе «кипения», что соответствует требованию ее максимальной степени заряженности и наибольшему сроку службы.

Регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий измерительное звено, источник опорного напряжения, первые выводы которых подключены к плюсовому, а вторые к минусовому проводу регулятора, схему сравнения, входы которой подсоединены к выходам источника опорного напряжения и измерительного звена, силовой транзистор, эмиттер которого подключен к плюсовому проводу, управляемый мультивибратор, элемент И, выход которого соединен со входом управления мультивибратора, выход которого соединен с базой силового транзистора, диод, катушку индуктивности и конденсатор, причем коллектор силового транзистора подключен к катоду диода и катушке индуктивности, анод диода соединен с конденсатором и клеммой Ш синхронного генератора, вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу, частотный компаратор, датчик частоты искрообразования, причем его выход подключен к входу частотного компаратора, выход которого связан с первым входом схемы И, а выход схемы сравнения связан со вторым входом схемы И, отличающийся тем, что в регулятор дополнительно введены микрофон, расположенный в моноблоке аккумуляторной батареи, усилитель, полосовой фильтр, детектор и компаратор, причем выход микрофона через усилитель связан со входом полосового фильтра, выход которого соединен со входом детектора, выход детектора подключен ко входу компаратора, выход которого соединен с третьим входом схемы И.