РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Регулятор напряжения относится  к системам электроснабжения транспортных средств, работающих в комплекте с генераторами переменного тока со встроенными кремниевыми выпрямителями, и предназначен для поддцержания напряжения в бортсети на определенном уровне.
Известны регуляторы напряжения для регулирования напряжения автотранспортных генераторов, содержащие измерительный орган на делителе напряжения, стабилитроне и транзисторе, элементах регулирования и управления, схему защиты регулирующего транзистора от короткого замыкания обмотки возбуждения генератора (1), (2).
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому относится регулятор напряжения, содержащий измерительный орган, регулирующий транзистор, переход коллектор-эмиттор которого включен последовательно с обмоткой возбуждения генератора, управляющий транзистор, переход эмиттер-коллектор которого шунтирует входную цепь регулирующего транзистора, схему защиты от короткого замыкания обмотки возбуждения на массу, сосотояшую из дополнительного транзистора, диода и шести пассивных элементов (2). Недостатком данной схемы является усложнение её за счет узла защиты, который повышает коэффициент слоности регулятора напряжения, делает его менее технологичным, увеличивает материалоемкость конструкции и снижает надежность из-за увеличения вероятности отказов элементов.
Целью полезной модели является обеспечение стабильности выходных характеристик, повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей регулятора напряжения.
Поставленная цель достигается за счет совмещения функций в режимах регулирования напряжения и защиты регулирующего транзистора при коротком замыкании цепи обмотки возбуждения генератора следующих элементов регулятора напряжения : управляющего транзистора, цепи гибкой положительной обратной связи из последовательно соединенных резистора и конденсатора, включенной между базой управляющего транзистора и коллектором регулирующего транзистора, и введение в схему дополнительной цепи, состоящей из диода или диода и резистора, включенной одним концом между средней точкой элементов упомянутой цепи гибкой положительной обратной связи и массой регулятора напряжения для схемы включения обмотки возбуждения генератора 12 на плюс
«+ питания фиг. 1 или плюсом питания регулятора напряжения для схемы включения обмотки возбуждения генератора на минус питания фиг.2 .
На фиг. 1 представлена схема регулятора напряжения для системы электропитания, в котором обмотка возбуждения генератора 12 соединена с плюсовым выводом генератора, а на фиг.2 - схема регулятора напряженния, в котором обмотка возбуждения генератора 12 соединена с минусовым выводом генератора. При этом, обозначения элемента для обоих вариантов схем одинаковые.
Регулятор напряжения включает в себя :
-измерительный орган 1, включенный между плюсом и минусом на базе мостовой схемы, в плечи которой включены делители напряжения резистивные и с использованием стабилитрона, а в диагональ включена входная цепь измерительного транзистора, зашунтированная конденсатором, выход которого через сопротивление подключен к базе управляющего транзистора.
-управляющий транзистор 4, включенный эмиттерно-коллекторным переходом параллельно входной цепи регулирующего транзистора, а базовым выводом - к выходу измерительного органа. Параллельно входной цепи может быть подключен резистор 2.
-регулирующий орган 10 , в качестве которого обычно используется составной транзистор по схеме «Дарлингтона, включенный эмитторноколлекторным переходом последовательно с обмоткой возбуждения генератора 12, защунтированной гасящим диодом 9 для уменьшения перенапряжений на переходах транзистора 10. В базовую цепь транзистора 10 включен резистор 3 для обеспечения его режима насыщения.
-цепи обратных связей, улучшающие выходные характеристики регулятора напрряжения:
а)цепь отрицательной обратной связи в виде резистора 11, включенного между средней точкой делителя напряжения измерительного органа и коллектором регулирующего транзистора 10, повышает частоту переключений транзистора 10 особенно в зоне начальных оборотов отдачи и больших токов нагрузок генератора;
б)цепь гибкой положительной обратной связи в виде последовательно соединенных резистора 5 и конденсатора 6, включенная между базовым выводом управляющего транзистора 4 и коллекторным выводом регулирующего транзистора 10, улучшает фронты переключений и снижает мощность выделяемую на регулирующем транзисторе 10.
- дополнительные элементы, входящие в схему защиты регулирующего транзистора ни коротком замыкании обмотки возбуждения генератора: день из последовательно соединенных диода 7 и резистора 8, включенную в среднюю точку между элементами 5 и 6, с одной стороны, и между выводами минус или плюс (фиг.1, фиг.2), с другой стороны.
Выводы питания регулятора напряжения подключены к параллельно соединенным выходным клеммам генератора 13, аккумуляторной ба тареи 14 и нагрузке 15.
Регулятор напряжения работает следующим образом. При остановленном генераторе напряжение между выводами питания (плюс и минус) регулятора меньше номинального уровня, выходной ток измерительного органа 1 мал и недостаточнен для открытия управляющего транзистора 4. Регулирующий транзистор 10 при этом открыт, так как по цепи его базы протекает через сопротивление 3 базовый ток, и в цепи обмотки возбуждения 12 генератора протекает ток возбуждения.
При запуске двигателя и увеличении оборотов генератора напряжение между выводами питания регулятора повышается и при его значении, несколько превышающем номинальный уровень, выходной ток измерительного органа 1 резко возрастает, управляющий транзистор 4 начинает открываться, а регулирующий транзистор 10 закрываться. При этом потенциал напряжения на коллекторе транзистора 10 увеличивается по сравнению с потенциалом напряжения на базе управляющего транзистора 4 и по цепи гибкой обратной связи : конденсатор 6 и резистор 5, эмиттерно-базовый переход транзистора 4 протекает дополнительный ток базы, который ускоряет процесс переключения транзистора 4 из закрытого состояния в открытое и соответственно транзистора 10 из открытого состояния в закрытое. Ток в цепи обмотки возбуждения генератора, замыкаясь через шунтирующий диод 9, уменьшается, что вызывает уменьшение напряжения питания регу.11ятора. При достижении напряжения питания значения, несколько меньшего номинального уровня, выходной ток измерительного органа 1 резко уменьшается, управляющий транзистор 4 закрывается , а регулирующий транзистор 10 открывается. Напряжение между выводами питания регулятора начинает вновь возрастать. Далее процесс регулирования напряжения протекает аналогично вышеописанному, в результате чего выходное напряжение генератора поддерживается на номинальном уровне.
В аварийном режиме короткого замыкания обмотки возбуждения из-за понижения уровня напряжения на клеммах плюс и минус до напряжения аккумуляторной батареи 14 транзисторы 4 и 10 совместно с обратной связью на элементах 5, 6 и дополнительными элементами 7, 8 образуют схему релаксационного генератора, работающего в автоколебательном режиме. Процесс возникновения автоколебаний состоит в следующем. Транзистор 10 втечении короткого времени (2...3 микросек) открыт, через него протекает импульс тока с амплитудой, определяемой активным и индуктивным сопротивлением цепи возбуждения и коэффициентом усиления транзистора, а к эмиттерно-коллекторному переходу приложено напряжение аккумуляторной батареи. Таким образом, резко увеличивается импульсная мощность на транзисторе 10, которая без схемы защиты приведет к катострофическому его отказу. Однако, этого не происходит из-за протекания импульсного тока заряда конденсатора 6 по цепи : коллектор транзистора 10, конденсатор 6, резистор 5, входная цепь транзистора 4. В результате чего транзистор 4 быстро открывается и переходом эмиттер-коллектор шунтирует входную цепь регулирующего транзистора 10. Транзистор 10 резко закрывается, ток через него прерывается. Конденсатор 6, зарядившись до напряжения батареи, прерывает ток базы транзистора 4, последний закрывается, а транзистор 10 открывается. Процесс быстрого разряда конденсатора 6 происходит по цепи : открытый эмиттерно-коллекторный переход транзистора 10, диод 8, резистор 7. Далее процесс протекает аналогично вышеописанному, в результате чего в схеме возникают устойчивые автоколебания, при которых через регулирующий транзистор 10 протекает короткий импульс тока с частотой 250...500 Гц, среднее значение которого (при выборе величины резистора R8 значительно меньше величины резистора 5) пренебрежимо мало (40.. .80 мкА). В таком режиме транзистор 10 может находится сколь угодно долго, не испытывая тепловых перегрузок. После устранения короткого замыкания обмотки возбуждения регулятор включается в нормальную работу регулирования напряжения автоматически.
Для обеспечения надежной работы схема зашиты в режиме релаксационного генератора и разряженной аккумуляторной батареи (до 6.. .8 вольт) величина резистора 2 должна быть больше величины сопротивления 5 как минимум в два раза. Наилучший результат получен при отсутствии в схеме регулятора сопротивления 2.
Таким образом,предлагаемая схема регулятора напряжения при минимальном усложнении (добавление лишь двух элементов 7 и 8) обеспечивает стабильные выходные характеристики в режиме регулирования напряжения и сохраняет надежную работу в аварийных режимах, что дает возможность существенно улучшить массогабаритные характеристики регулятора напряжения, повысить его технологичность и эксплуатационную надежность.
Источники информации:
1.Авторское свидетельство СССР № 762123 кл. НО2 Р9/30, 1980 г.