RU13858U1

RU13858U1 - VOLTAGE REGULATOR

Info

Publication number: RU13858U1
Application number: RU99126959/20U
Authority: RU
Inventors: В.Н. Кондратьев; Е.В. Кондратьев; В.В. Чуриков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭНЕРГОМАШ"
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2000-05-27

Description

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.The voltage regulator refers to the power supply systems of vehicles that are bundled with alternators with built-in silicon rectifiers, and is designed to maintain voltage in the electrical system at a certain level.

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).Known voltage regulators for regulating the voltage of automotive generators, containing a measuring body on a voltage divider, a zener diode and a transistor, regulation and control elements, a protection circuit of the regulating transistor against short circuit of the generator excitation winding (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.Closest to the technical solution, the proposed one includes a voltage regulator containing a measuring body that controls the transistor, the collector-emitter junction of which is connected in series with the excitation winding of the generator, a control transistor, the emitter-collector junction of which shunts the input circuit of the control transistor, and a short-circuit protection circuit excitation to the mass consisting of an additional transistor, a diode and six passive elements (2). The disadvantage of this scheme is its complication due to the protection unit, which increases the coefficient of slowness of the voltage regulator, makes it less technological, increases the material consumption of the structure and reduces reliability due to an increase in the probability of failure of elements.

Целью полезной модели является обеспечение стабильности выходных характеристик, повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей регулятора напряжения.The purpose of the utility model is to ensure the stability of the output characteristics, increase reliability and improve the overall dimensions of the voltage regulator.

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 плюсThis goal is achieved by combining the functions in the voltage control and protection modes of the control transistor during a short circuit of the excitation winding circuit of the generator of the following voltage regulator elements: control transistor, flexible positive feedback circuit from a series-connected resistor and capacitor connected between the base of the control transistor and the collector of the control transistor, and the introduction into the circuit of an additional circuit consisting of a diode or diode and a resistor, included one end between the midpoint of the elements of the aforementioned flexible positive feedback circuit and the mass of the voltage regulator for the excitation winding circuit of the generator 12 plus

«+ питания фиг. 1 или плюсом питания регулятора напряжения для схемы включения обмотки возбуждения генератора на минус питания фиг.2 ."+ Power of FIG. 1 or the plus power supply of the voltage regulator for the circuit of the excitation winding of the generator to minus the power of FIG. 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.In FIG. 1 is a diagram of a voltage regulator for a power supply system in which the excitation winding of the generator 12 is connected to the positive terminal of the generator, and FIG. 2 is a diagram of the voltage regulator in which the excitation winding of the generator 12 is connected to the negative terminal of the generator. Moreover, the designations of the element are the same for both variants of the schemes.

Регулятор напряжения включает в себя :The voltage regulator includes:

-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.-measurement body 1, connected between the plus and minus on the basis of the bridge circuit, in the shoulders of which are included resistive voltage dividers using a zener diode, and the input circuit of the measuring transistor shunted by a capacitor, the output of which is connected through the resistance to the base of the control transistor, is included in the diagonal.

-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.-controlling transistor 4, connected by an emitter-collector junction parallel to the input circuit of the regulating transistor, and the base output to the output of the measuring body. Resistor 2 can be connected in parallel with the input circuit.

-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.-regulator 10, which is usually used as a Darlington composite transistor, connected by an emitter-collector junction in series with the excitation winding of the generator 12, mounted by a quenching diode 9 to reduce overvoltages at the junctions of the transistor 10. A resistor 3 is included in the base circuit of the transistor 10 to provide it saturation mode.

-цепи обратных связей, улучшающие выходные характеристики регулятора напрряжения:- feedback circuits that improve the output characteristics of the voltage regulator:

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;a) the negative feedback circuit in the form of a resistor 11 connected between the midpoint of the voltage divider of the measuring element and the collector of the regulating transistor 10 increases the switching frequency of the transistor 10 especially in the zone of initial recoil revolutions and high generator load currents;

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.b) a flexible positive feedback circuit in the form of a series-connected resistor 5 and capacitor 6 connected between the base terminal of the control transistor 4 and the collector terminal of the regulating transistor 10 improves switching fronts and reduces the power allocated to the regulating transistor 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.- additional elements included in the protection circuit of the regulating transistor or short circuit of the generator field winding: a day from a diode 7 and a resistor 8 connected in series, included in the midpoint between elements 5 and 6, on the one hand, and between the minus or plus terminals (Fig. 1, FIG. 2), on the other hand.

Выводы питания регулятора напряжения подключены к параллельно соединенным выходным клеммам генератора 13, аккумуляторной ба тареи 14 и нагрузке 15.The voltage regulator power leads are connected to parallel connected output terminals of the generator 13, the battery 14 and the load 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.The voltage regulator operates as follows. When the generator is stopped, the voltage between the power terminals (plus and minus) of the regulator is less than the nominal level, the output current of the measuring organ 1 is small and insufficient to open the control transistor 4. At the same time, the control transistor 10 is open, since the base current flows through its base circuit through resistance 3 , and in the excitation winding circuit 12 of the generator, an excitation current flows.

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.When you start the engine and increase the speed of the generator, the voltage between the terminals of the power supply of the controller rises and when its value is slightly higher than the nominal level, the output current of the measuring body 1 increases sharply, the control transistor 4 starts to open, and the control transistor 10 closes. In this case, the voltage potential at the collector of transistor 10 increases compared to the voltage potential at the base of control transistor 4 and along the flexible feedback circuit: capacitor 6 and resistor 5, the emitter-base junction of transistor 4 flows an additional base current, which accelerates the switching process of transistor 4 from closed state to open and, accordingly, transistor 10 from an open state to a closed state. The current in the excitation winding circuit of the generator, closing through the shunt diode 9, decreases, which causes a decrease in the supply voltage of regulator 11. When the supply voltage reaches a value slightly lower than the nominal level, the output current of the measuring body 1 decreases sharply, the control transistor 4 closes, and the control transistor 10 opens. The voltage between the power terminals of the regulator begins to increase again. Further, the voltage regulation process proceeds similarly to the above, as a result of which the generator output voltage is maintained at a nominal level.

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.In the emergency mode of a short circuit of the field winding due to lowering the voltage level at the plus and minus terminals to the battery voltage 14, transistors 4 and 10 together with the feedback on elements 5, 6 and additional elements 7, 8 form a circuit of a relaxation oscillator operating in a self-oscillating mode. The process of occurrence of self-oscillations is as follows. For a short time (2 ... 3 microsecons), the transistor 10 is open, a current pulse with an amplitude determined by the active and inductive resistance of the excitation circuit and the gain of the transistor flows through it, and the battery voltage is applied to the emitter-collector junction. Thus, the pulse power at the transistor 10 increases sharply, which without a protection circuit will lead to its catastrophic failure. However, this does not happen due to the flow of the pulse charge current of the capacitor 6 along the circuit: the collector of the transistor 10, the capacitor 6, the resistor 5, the input circuit of the transistor 4. As a result, the transistor 4 quickly opens and by the transition of the emitter-collector shunts the input circuit of the regulating transistor 10 . Transistor 10 closes abruptly, the current through it is interrupted. The capacitor 6, being charged to the battery voltage, interrupts the base current of the transistor 4, the latter closes, and the transistor 10 opens. The process of fast discharge of the capacitor 6 occurs along the circuit: the open emitter-collector junction of the transistor 10, diode 8, resistor 7. Then the process proceeds similarly to the above, as a result of which stable self-oscillations occur in the circuit, in which a short current pulse with a frequency flows through the control transistor 10 250 ... 500 Hz, the average value of which (when choosing the value of the resistor R8 is much less than the value of the resistor 5) is negligible (40 .. .80 μA). In this mode, the transistor 10 can be arbitrarily long without experiencing thermal overloads. After eliminating the short circuit of the field winding, the regulator is automatically included in the normal operation of voltage regulation.

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.To ensure reliable operation, the circuit is sewn in the relaxation generator mode and the discharged battery (up to 6 ... .8 volts), the value of resistor 2 must be at least twice as large as resistance 5. The best result is obtained if there is no resistance regulator 2 in the circuit.

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.Thus, the proposed voltage regulator circuit with minimal complication (adding only two elements 7 and 8) provides stable output characteristics in the voltage regulation mode and maintains reliable operation in emergency conditions, which makes it possible to significantly improve the overall dimensions of the voltage regulator, to increase its manufacturability and operational reliability.

Источники информации:Sources of information:

1.Авторское свидетельство СССР № 762123 кл. НО2 Р9/30, 1980 г.1. The author's certificate of the USSR No. 762123 class. HO2 P9 / 30, 1980

Claims

A voltage regulator containing a measuring body connected to the positive and negative terminals by an input for communication with a generator, a control transistor connected in series with the emitter-collector junction in series with the generator excitation winding, a control transistor whose emitter-collector junction is connected in parallel with the input circuit of the control transistor, the negative circuit feedback in the form of a resistor connected between the collector of the regulating transistor and the measuring body, characterized in that in order to improving output and overall dimensions, increasing reliability, a positive feedback circuit in the form of a series-connected capacitor and resistor is connected between the collector of the control transistor and the base of the control transistor, and additional series-connected elements: a diode and a resistor are connected between the midpoint of these elements of the feedback circuit and negative or positive power output, depending on the field winding connection scheme, while the resistance value p ican, connected in parallel with the input circuit of the control transistor should be greater than twice the value of resistor feedback loop resistance.