RU188672U1

RU188672U1 - DEVICE FOR PROTECTION AGAINST VOLTAGE SWITCHES

Info

Publication number: RU188672U1
Application number: RU2018145133U
Authority: RU
Inventors: Фаиль Фаритович Насыбуллин; Александр Николаевич Баганов; Ришат Ринатович Хайдаров; Ренат Альбертович Файзрахманов; Виталий Анатольевич Сергеев; Алексей Викторович Климов; Руслан Наумизович Магизов; Рамиль Марселевич Муртазин; Максим Николаевич Хохряков; Руслан Сергеевич Мыльников; Сергей Викторович Башегуров; Сергей Валентинович Шапрунов
Original assignee: Публичное акционерное общество "КАМАЗ"
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2019-04-19

Abstract

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). Устройство защиты от нестабилизированного напряжения включает 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, каждый из которых состоит из двух последовательно соединенных резисторов (25), (26) и (28), (29), конденсатором (31), односторонним стабилитроном (27) и реле (30). Технический результат заключается в обеспечении надежной работы электронных систем управления автомобиля за счет стабилизации параметров напряжения в бортовой сети автомобиля без АКБ. 1 ил.The utility model relates to the field of automotive electrical and electronics, in particular, to protection devices against possible voltage surges of electrical power sources of a vehicle power supply system without batteries (hereinafter referred to as the battery). The unstabilized voltage protection device includes a group of protective diodes (1) - (4), two groups of metal-film (5) - (10) and electrolytic (11) - (22) capacitors connected in parallel, connected to a resistor (23) through diodes ( 1) - (4), a power transistor (24) connected to two voltage dividers, each of which consists of two series-connected resistors (25), (26) and (28), (29), a capacitor (31), one-way zener diode (27) and relay (30). The technical result is to ensure the reliable operation of the electronic control systems of the vehicle due to the stabilization of the voltage parameters in the vehicle electrical system without battery. 1 il.

Description

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).The utility model relates to the field of automotive electrical and electronics, in particular, to protection devices against possible voltage surges of electrical power sources of a vehicle power supply system without batteries (hereinafter referred to as the battery).

Известна система электроснабжения автомобиля (см. http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/1-ab/index.shtml, дата обращения 14.11.2018 г).The known system of power supply of the car (see. Http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/1-ab/index.shtml, the date of circulation is 11/14/2018).

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.The disadvantages of the well-known is that when operating a vehicle with a missing or failed battery, a generator, even with a regular voltage regulator, can output both the peak voltage values and the polarization voltage to the vehicle electrical system, which is very dangerous for the functioning of the electronic control systems of the car. Smoothing and filtering peak voltage values can be done using high power capacitors, but there is a problem with their charge. Since the capacitor in a discharged state has a low resistance close to zero, in the first seconds of the charge a short circuit occurs, which can lead to failure of the wiring and the generator.

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).Known voltage regulator onboard network of vehicles containing a pulse generator, measuring bridge, one of the arms of which consists of two series-connected resistors, and the second - of a series-connected resistor and a zener diode, a static trigger, one of the outputs of which is designed to connect the excitation winding of the generator, two operational amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of a static trigger, while the shoulders of the bridge are directly connected to the inverting inputs of the opera between the inverting inputs of the amplifiers included a resistive chain of two series-connected resistors, the connection point of which is directly connected to two non-inverting inputs of the amplifiers, as well as through a diode to the output of the pulse generator (see patent RU No. 45880, IPC H02P 9/30, publ May 27, 2005).

Данный регулятор соединяется в разрыв цепи и не рассчитан на большие токи.This regulator is connected to an open circuit and is not designed for high currents.

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).It is known a device for protecting electronic devices from high peak voltages in the vehicle’s on-board network, in which a circuit is proposed using an electronic switch based on a transistor, which is connected in series to the positive power supply bus break and operates in a “closed” / “open” mode depending on the value voltage in the vehicle network and has a short on / off time compared with the pulse duration, therefore it has time to cut short high-voltage pulses. In case of overvoltages, the device is powered from the capacitance, and when the voltage reaches the normal value, the key returns to the “closed” mode, and the protected electronic device starts working again from the vehicle power supply (see RU Patent No. 2502169, IPC Н02Н 9/04, publ. 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.This device has insufficient reliability, because has a response limit for protection against peak voltage values of the on-board network in case of a power supply failure due to any reason. In addition, this device equip each device protected in the on-board network.

Ни одно из указанных выше известных технических решений в качестве ближайшего аналога выбрать не предоставляется возможным.None of the above known technical solutions as the closest analogue is not possible to choose.

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.The task, the solution of which the claimed technical solution is directed, is to ensure reliable operation of the electronic control systems of the vehicle by stabilizing the voltage parameters in the vehicle electrical system without a battery.

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.To solve this task, a surge protection device includes a group of protective diodes, two groups of metal-film and electrolytic capacitors connected in parallel, connected to a resistor through diodes, a power transistor connected to two voltage dividers, each of which consists of two series-connected resistors, a capacitor , one-way zener diode and relay.

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.The set of essential features is that a surge protection device includes a group of protective diodes, two groups of metal-film and electrolytic capacitors connected in parallel, connected to a resistor through diodes, a power transistor connected to two voltage dividers, each of which consists of two series-connected resistors, a capacitor, a one-way zener diode and a relay, allowed to stabilize the voltage parameters in the vehicle’s on-board network and, as a result To ensure reliable operation of the electronic control systems of the vehicle, both with failed batteries, and in their absence for any reason.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная электрическая схема устройства защиты от скачков напряжения.The claimed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a circuit diagram of a device for protection against voltage surges.

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.The surge protection device contains a group of protective diodes 1–4, two groups of metal-film 5–10 and 11–22 electrolytic capacitors connected in parallel, connected to a resistor 23 through diodes 1–4, a power transistor 24 connected to two voltage dividers. The first divider consists of series-connected resistors 25, 26 and controls a one-way zener diode 27, the second from resistors 28, 29 and controls the power transistor 24. Transistor 24, in turn, turns on relay 30. There is also a capacitor 31 that serves to prevent false triggering unilateral stabilitron 27.

Устройство защиты от скачков напряжения работает следующим образом.The surge protection device operates as follows.

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.The device is included in the electrical circuit of the car parallel to the battery. Resistors 25, 26, 28, 29, capacitor 31 and one-sided Zener diode 27 control the operation of the power transistor 24, which in turn determines the state of relay 30. In the first seconds of the charge of the capacitors 5-22, the current tends to maximum, and the voltage to minimum to short closure To protect the circuit from a short circuit in the first seconds of the charge of the capacitors 5-22, a powerful resistor 23 serves; when it reaches a voltage of 21.15 V, the voltage on the divider consisting of resistors 25 and 26 reaches more than 2.5 V, which opens reference voltage source. The threshold of the reference voltage source can be corrected by changing the value of the resistor 25, which in turn opens the power transistor 24 and turns on the relay 30. Further charge and discharge of the capacitors 5-22 occurs through the contacts K1.1 of the relay 30. When the generator is running, the voltage is in milliseconds changes polarity. To protect the elements of electrical equipment and electronics of the car from polarity reversal, the protective diodes 1-4 are used, which under normal conditions of operation of the circuit are under reverse bias and practically do not affect the operation of the circuit. When a high-voltage pulse occurs, a reversible diode breakdown occurs.

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.Metal film capacitors 5-10 are used in the circuit to suppress and quench high-frequency pulsations when the generator is operating, and electrolytic capacitors 11-22 are used to dampen low-frequency ripple and current ripple.

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.The claimed technical solution allows to stabilize the voltage parameters in the on-board network of the car and, as a result, to ensure reliable operation of the electronic control systems of the car as with the failed battery, and in their absence for any reason.

Заявляемое техническое решение возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.The claimed technical solution is possible for implementation on standard technological equipment using previously mastered technologies.

Claims

Surge protection device, comprising a group of protective diodes, connected in parallel two groups of metal-film and electrolytic capacitors, connected to a resistor through diodes, a power transistor connected to two voltage dividers, each of which consists of two series-connected resistors, with a one-way capacitor zener diode and relay.