УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ СКАЧКОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области автомобильной электротехники и электроники, в частности к устройствам защиты от возможных скачков напряжения источников электрической энергии системы электропитания транспортного средства без аккумуляторных батарей (далее по тексту - АКБ).
Известна система электроснабжения автомобиля (см. http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/1-ab/index.shtml, дата обращения 14.11.2018 г).
Недостатками известного является то, что при эксплуатации автомобиля с отсутствующим или вышедшим из строя АКБ, генератор даже при наличии штатного регулятора напряжения может выдавать в бортовую сеть автомобиля как пиковые значения напряжения, так и переполюсованное напряжение, что очень опасно для функционирования электронных систем управления автомобиля. Сглаживание и фильтрацию пиковых значений напряжения можно проводить, используя конденсаторы большой мощности, но возникает проблема с их зарядом. Так как конденсатор в разряженном состоянии имеет малое сопротивление близкое к нулю, в первые секунды заряда происходит короткое замыкание, что может привести к выходу из строя электропроводки и генератора.
Известен регулятор напряжения бортовой сети транспортных средств, содержащий импульсный генератор, измерительный мост, одно из плеч которого состоит из двух последовательно соединенных резисторов, а второе - из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, статический триггер, один из выходов которого предназначен для подключения обмотки возбуждения генератора, два операционных усилителя, выходы которых соединены со входами статического триггера, при этом плечи моста непосредственно соединены с инвертирующими входами операционных усилителей, между инвертирующими входами усилителей включена резистивная цепочка из двух последовательно соединенных резисторов, точка соединения которых непосредственно подключена к двум неинвертирующим входам усилителей, а также через диод к выходу импульсного генератора (см. патент RU №45880, МПК Н02Р 9/30, опубл. 27.05.2005).
Данный регулятор соединяется в разрыв цепи и не рассчитан на большие токи.
Известно устройство защиты электронных приборов от высоких пиковых напряжений в бортовой сети транспортного средства, в котором предложена схема с использованием электронного ключа на основе транзистора, который включается последовательно в разрыв плюсовой шины питания и работает в режиме «замкнуто»/«разомкнуто» в зависимости от значения напряжения в сети транспортного средства и имеет малое по сравнению с длительностью импульса время включения/выключения, поэтому успевает отсекать короткие высоковольтные импульсы. При перенапряжениях прибор питается от емкости, а при достижении нормального значения напряжения ключ возвращается в режим «замкнуто», и защищаемый электронный прибор начинает вновь работать от источника питания транспортного средства (см. патент RU №2502169, МПК Н02Н 9/04, опубл. 20.12.2013).
Данное устройство обладает недостаточной надежностью, т.к. имеет ограничение по срабатываемости для защиты от пиковых значений напряжения бортовой сети при вышедшем по какой-либо причине из строя источнике питания. Кроме того, данным устройством оснащают каждое защищаемое в бортовой сети устройство.
Ни одно из указанных выше известных технических решений в качестве ближайшего аналога выбрать не предоставляется возможным.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение надежной работы электронных систем управления автомобиля за счет стабилизации параметров напряжения в бортовой сети автомобиля без АКБ.
Для решения поставленной задачи устройство защиты от скачков напряжения включает группу из защитных диодов, параллельно соединенные две группы металлопленочных и электролитических конденсаторов, связанные с резистором через диоды, силовой транзистор, соединенный с двумя делителями напряжения, каждый из которых состоит из двух последовательно соединенных резисторов, конденсатором, односторонним стабилитроном и реле.
Совокупность существенных признаков, заключающаяся в том, что устройство защиты от скачков напряжения включает группу из защитных диодов, параллельно соединенные две группы металлопленочных и электролитических конденсаторов, связанные с резистором через диоды, силовой транзистор, соединенный с двумя делителями напряжения, каждый из которых состоит из двух последовательно соединенных резисторов, конденсатором, односторонним стабилитроном и реле, позволила стабилизировать параметры напряжения в бортовой сети автомобиля и, как следствие, обеспечить надежную работу электронных систем управления автомобиля как с вышедшими из строя АКБ, так и при их отсутствии по какой-либо причине.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная электрическая схема устройства защиты от скачков напряжения.
Устройство защиты от скачков напряжения содержит группу из защитных диодов 1-4, параллельно соединенные две группы металлопленочных 5-10 и электролитических 11-22 конденсаторов, связанные с резистором 23 через диоды 1-4, силовой транзистор 24, соединенный с двумя делителями напряжения. Первый делитель состоит из последовательно соединенных резисторов 25, 26 и управляет односторонним стабилитроном 27, второй - из резисторов 28, 29 и управляет силовым транзистором 24. Транзистор 24, в свою очередь, включает реле 30. Также имеется конденсатор 31, служащий для предотвращения ложного срабатывания одностороннего стабилитрона 27.
Устройство защиты от скачков напряжения работает следующим образом.
Устройство включается в электрическую цепь автомобиля параллельно аккумулятору. Резисторы 25, 26, 28, 29, конденсатор 31 и односторонний стабилитрон 27 управляют работой силового транзистора 24, который в свою очередь определяет состояние реле 30. В первые секунды заряда конденсаторов 5-22 ток стремится к максимуму, а напряжение к минимуму вплоть до короткого замыкания. Для защиты цепи от короткого замыкания в первые секунды заряда конденсаторов 5-22 служит мощный резистор 23, при достижении на нем напряжения в 21,15 В напряжение на делителе, состоящего из резисторов 25 и 26, достигает более 2,5 В, при котором открывается источник опорного напряжения. Порог срабатывания источника опорного напряжения можно корректировать с помощью изменения номинала резистора 25, который в свою очередь открывает силовой транзистор 24 и включает реле 30. Дальнейший заряд и разряд конденсаторов 5-22 происходит через контакты К1.1 реле 30. При работе генератора напряжение на миллисекунды меняет полярность. Для защиты элементов электрооборудования и электроники автомобиля от изменения полярности напряжения служат защитные диоды 1-4, которые в нормальных условиях работы схемы находятся под обратным смещением и практически не влияют на работу схемы. При возникновении высоковольтного импульса происходит обратимый пробой диода.
Металлопленочные конденсаторы 5-10 служат в схеме для помехоподавления и гашения высокочастотных пульсаций при работе генератора, а электролитические конденсаторы 11-22 служат для гашения низких частот пульсаций и пульсаций токов.
Заявляемое техническое решение позволяет стабилизировать параметры напряжения в бортовой сети автомобиля и, как следствие, обеспечить надежную работу электронных систем управления автомобиля как с вышедшими из строя АКБ, так и при их отсутствии по какой-либо причине.
Заявляемое техническое решение возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.