RU2136105C1

RU2136105C1 - Pulse voltage regulator

Info

Publication number: RU2136105C1
Application number: RU98103216A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Гармаш; Е.И. Титов; А.Б. Белов; Мохамад Касем; А.В. Латахин; Р.В. Плисова
Original assignee: Военный автомобильный институт
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: electronic equipment for cars. SUBSTANCE: device has additional spark frequency detector 5, frequency comparator 7, multivibrator 4, inductance coil 9, diode 10, accumulation capacitor 11, AND gate 3. Output of detector 5 is connected to input of frequency comparator 7, which output is connected to first input of AND gate 3. Output of comparison circuit 2 is connected to second input of AND gate 3, which output is connected to input for control of multivibrator 4. Output of multivibrator 4 is connected to base of power transistor 8, which collector is connected to cathode of diode 10 and inductance coil 9. Anode of diode 10 is connected to capacitor 11 and bus terminal. Second outputs of inductance coil 9 and capacitor 11 are connected to negative wire of regulator. EFFECT: increased reliability of operations, facilitated conditions for starting internal combustion engine. 1 dwg

Description

Устройство относится к области автомобильной электроники и может быть использовано в генераторных установках транспортных средств. The device relates to the field of automotive electronics and can be used in generator sets of vehicles.

Известны электронные регуляторы напряжения [1], содержащие измерительное звено, схему сравнения, обычно выполненный на стабилитроне источник опорного напряжения, и транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора. Погрешность регулирования в таких схемах около ± 0,8В. Следовательно, основным недостатком является неточная установка регулирующего напряжения, что приводит к преждевременному выходу батареи из строя. Known electronic voltage regulators [1], containing a measuring link, a comparison circuit, usually made on a zener diode reference voltage source, and a transistor connected in series with the excitation winding of the generator. The control error in such circuits is about ± 0.8V. Therefore, the main disadvantage is the inaccurate installation of the regulatory voltage, which leads to premature battery failure.

Наиболее близким к предлагаемому является аналоговый регулятор напряжения [2], состоящий из измерительного звена, регулирующего и силового транзисторов, источника опорного напряжения на стабилитроне, цепочки частотнозависимой обратной связи. Источник опорного напряжения подключен к базе регулирующего транзистора, а измерительное звено - к его эмиттеру, что позволило изменить режим работы регулятора на аналоговый. В результате улучшается точность поддержания напряжения бортовой сети. Closest to the proposed is an analog voltage regulator [2], consisting of a measuring link, regulating and power transistors, a voltage reference source on a zener diode, a chain of frequency-dependent feedback. The reference voltage source is connected to the base of the regulating transistor, and the measuring link to its emitter, which made it possible to change the regulator to analog mode. As a result, the accuracy of maintaining voltage on-board network is improved.

Недостатками регулятора [2] являются: большая рассеиваемая на силовом транзисторе мощность, низкий коэффициент полезного действия, низкая надежность, а также затрудненные условия при пуске двигателя внутреннего сгорания из-за большого электромагнитного тормозящего момента генератора, возникающего из-за наличия тока в цепи возбуждения. The disadvantages of the controller [2] are: large power dissipated by the power transistor, low efficiency, low reliability, and also difficult conditions when starting the internal combustion engine due to the large electromagnetic braking torque of the generator due to the presence of current in the excitation circuit.

Изобретения направлено на повышение надежности работы регулятора напряжения и облегчения условий пуска двигателя внутреннего сгорания. The invention is aimed at improving the reliability of the voltage regulator and facilitating the starting conditions of an internal combustion engine.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в схему регулятора дополнительно введены датчик частоты искрообразования, частотный компаратор, мультивибратор, катушка индуктивности, диод, накопительный конденсатор, схема И, причем выход датчика частоты искрообразования подключен к входу частотного конденсатора, выход которого соединен с первым входом схемы И, выход схемы сравнения связан со вторым входом И; выход которой подключен к входу управления мультивибратором. Выход мультивибратора соединен с базой силового транзистора, коллектор которого подключен к катоду диода и катушке индуктивности, анод диода соединен с конденсатором и клеммой "Ш", вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора подключены к минусовому проводу регулятора. The solution of this problem is achieved by the fact that the sparking frequency sensor, frequency comparator, multivibrator, inductor, diode, storage capacitor, circuit I are additionally introduced into the controller circuit, and the output of the sparking frequency sensor is connected to the input of the frequency capacitor, the output of which is connected to the first input of the circuit And, the output of the comparison circuit is connected to the second input AND; the output of which is connected to the multivibrator control input. The output of the multivibrator is connected to the base of the power transistor, the collector of which is connected to the cathode of the diode and the inductor, the anode of the diode is connected to the capacitor and terminal "W", the second terminals of the inductor and capacitor are connected to the negative wire of the regulator.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом позволяет обнаружить новые элементы и связи между ранее использованными в схеме и вновь введенными элементами. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна". Comparison of the claimed device with the prototype allows you to detect new elements and relationships between previously used in the scheme and newly introduced elements. This allows us to conclude that the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия", поскольку напряжение на накопительном конденсаторе является практически аналоговым, что позволяет реализовать меньшую погрешность регулирования напряжения бортовой сети, в то время как силовой транзистор работает в ключевом режиме, при котором меньше потери мощности. Схема частотного компаратора позволяет исключить ток обмотки возбуждения во время пуска и тем самым снизить нагрузку на стартер и аккумуляторную батарею при пуске. Comparison of the proposed solution with other technical solutions allows us to conclude that the criterion of "significant differences" is met, since the voltage across the storage capacitor is almost analogous, which allows for a lower voltage regulation error on-board network, while the power transistor operates in key mode, in which less power loss. The frequency comparator circuit allows excluding the field current during start-up and thereby reducing the load on the starter and battery during start-up.

Функциональная схема устройства представлена на чертеже. Functional diagram of the device shown in the drawing.

Регулятор напряжения состоит из измерительного звена 1, источника 6 опорного напряжения, схемы 2 сравнения, схемы И 3, управляемого мультивибратора 4, датчика 5 частоты искрообразования, частотного компаратора 7, силового транзистора 8, катушки 9 индуктивности, диода 10, конденсатора 11. Измерительное звено 1 и источник 6 опорного напряжения, подключенные между плюсовым и минусовым проводами регулятора, входы схемы 2 сравнения подключены к выходам источника 6 опорного напряжения и измерительного звена 1. Датчик 5 частоты искрообразования связан со входом частотного компаратора 7, выход которого соединен с первым входом схемы И (3). Выход схемы 2 сравнения подключен к второму входу схемы И 3, выход которой соединен с управляющим входом мультивибратора 4. Выход мультивибратора 4 подключен к базе силового транзистора 8, эмиттер силового транзистора 8 соединен с плюсовым проводом регулятора, а его коллектор - с катодом диода 10 и катушкой 9 индуктивности. Анод диода 9 соединен с конденсатором 11 и клеммой "Ш" регулятора, вторые выводы катушки 9 индуктивности и конденсатора 11 соединены с минусовым проводом регулятора. Обмотка возбуждения синхронного генератора подключается между клеммой "Ш" и минусовым проводом регулятора. The voltage regulator consists of a measuring link 1, a reference voltage source 6, a comparison circuit 2, an I 3 circuit, a controlled multivibrator 4, a sparking frequency sensor 5, a frequency comparator 7, a power transistor 8, an inductor 9, a diode 10, a capacitor 11. A measuring link 1 and a reference voltage source 6 connected between the plus and minus wires of the regulator, the inputs of the comparison circuit 2 are connected to the outputs of the reference voltage source 6 and the measuring link 1. The sparking frequency sensor 5 is connected to input of the frequency comparator 7, the output of which is connected to the first input of the AND gate (3). The output of the comparison circuit 2 is connected to the second input of the And 3 circuit, the output of which is connected to the control input of the multivibrator 4. The output of the multivibrator 4 is connected to the base of the power transistor 8, the emitter of the power transistor 8 is connected to the positive wire of the controller, and its collector to the cathode of the diode 10 and coil 9 inductance. The anode of the diode 9 is connected to the capacitor 11 and the terminal "Ш" of the regulator, the second terminals of the inductor 9 and the capacitor 11 are connected to the negative conductor of the regulator. The excitation winding of the synchronous generator is connected between the "Ш" terminal and the regulator negative wire.

Устройство работает следующим образом. При поступлении положительного напряжения на полосовой провод регулятора от параллельно соединенных выхода выпрямителя синхронного генератора к аккумуляторной батареи на входы схемы 2 сравнения подаются напряжения с выхода источника 6 опорного напряжения и с выхода измерительного звена 1. Если напряжение на выходе измерительного звена 1 меньше, чем напряжение источника 6 опорного напряжения, то на выходе схемы 2 установится уровень логической единицы, поступающий на второй вход схемы И. Если при этом на первом входе схемы И также уровень логической единицы, то ее выходное напряжение разрешит работу мультивибратора 4. При этом силовой транзистор 8 начинает работать в режиме переключений, периодически заряжая катушку 9 индуктивности. При закрывании силового транзистора 8 ЭДС самоиндукции катушки 9 индуктивности через диод 10 заряжает конденсатор 11 в полярности, соответствующей минусу на верхней по схеме обкладке. Поскольку частота работы мультивибратора 4 достаточно высока, а емкость конденсатора 11 велика, то напряжение на конденсаторе 1 возрастает практически достаточно плавно до тех пор, пока ток через обмотку возбуждения синхронного генератора не достигнет значения, при котором выходное напряжение выпрямителя (на чертеже не показан) не будет соответствовать заданному значению. При этом напряжение на выходе измерительного звена 1 станет равным напряжению источника 6 опорного напряжения и схема 2 сравнения через схему И 3 отключит мультивибратор 4 и силовой транзистор 8 будет находиться в закрытом состоянии до тех пор, пока напряжение бортовой сети опять не станет ниже нормы. Сигнал с датчика 5 частоты искрообразования поступает на вход частотного компаратора 7. Если частота искрообразования меньше 10 Гц (600 об/мин), что соответствует максимально возможной частоте искрообразования при пуске, то на выходе частотного компаратора 7 напряжение соответствует уровню логического нуля и это напряжение, воздействуя на первый вход схемы И 3 запрещает работу мультивибратора 4. Транзистор 8 закрыт. При этом ток по линии возбуждения синхронного генератора не протекает и тормозящий электромагнитный момент не возникает. Это позволяет снизить нагрузку на стартер и аккумуляторную батарею при пуске двигателя внутреннего сгорания. The device operates as follows. When a positive voltage is supplied to the regulator strip wire from the parallel-connected rectifier output of the synchronous generator to the battery, the inputs of the comparison circuit 2 are supplied with voltage from the output of the reference voltage source 6 and from the output of the measuring link 1. If the voltage at the output of the measuring link 1 is less than the source voltage 6 of the reference voltage, then the output of circuit 2 will set the level of the logical unit to the second input of circuit I. If at the same time, at the first input of circuit And also the level logical unit, then its output voltage will allow the multivibrator 4. In this case, the power transistor 8 starts to work in switching mode, periodically charging the inductor 9. When closing the power transistor 8 EMF self-induction coil 9 of the inductance through the diode 10 charges the capacitor 11 in the polarity corresponding to the minus on the upper lining. Since the operating frequency of the multivibrator 4 is high enough and the capacitor 11 is large, the voltage across the capacitor 1 increases almost smoothly enough until the current through the excitation winding of the synchronous generator reaches a value at which the output voltage of the rectifier (not shown) is not will match the set value. In this case, the voltage at the output of the measuring link 1 will become equal to the voltage of the reference voltage source 6 and the comparison circuit 2 through circuit I 3 will turn off the multivibrator 4 and the power transistor 8 will be in the closed state until the voltage of the on-board network again becomes below normal. The signal from the sparking frequency sensor 5 is fed to the input of the frequency comparator 7. If the sparking frequency is less than 10 Hz (600 rpm), which corresponds to the maximum possible sparking frequency at start-up, then the output of the frequency comparator 7 has a logic zero level and this voltage acting on the first input of the circuit And 3 prohibits the operation of the multivibrator 4. Transistor 8 is closed. In this case, the current does not flow along the excitation line of the synchronous generator and the braking electromagnetic moment does not occur. This allows you to reduce the load on the starter and battery when starting the internal combustion engine.

Если частота искрообразования превысит 10 Гц, то на выходе частотного компаратора 7 установится напряжение логической единицы, разрешающее работу регулятора напряжения в выше описанном режиме. If the frequency of sparking exceeds 10 Hz, then the output of the frequency comparator 7 will set the voltage of the logical unit, allowing the voltage regulator to work in the above mode.

Отметим также, что полярность напряжения, приложенного к обмотке возбуждения существенной роли не играет. Использование импульсного источника с инвертированием напряжения в схеме регулятора позволяет снизить мощность, рассеиваемую на силовом транзисторе, а применение частотного компаратора для включения тока обмотки возбуждения на время пуска облегчают условия пуска двигателя внутреннего сгорания. We also note that the polarity of the voltage applied to the field winding does not play a significant role. The use of a pulsed source with voltage inversion in the controller circuit allows one to reduce the power dissipated by the power transistor, and the use of a frequency comparator to turn on the field current at the start time facilitates the starting conditions of the internal combustion engine.

Источники информации. Sources of information.

1. Данов Б.А., Рогачев В.Д. Электронные приборы автомобилей. -М.: Транспорт,1996, с. 7-13. 1. Danov B.A., Rogachev V.D. Electronic devices of cars. -M .: Transport, 1996, p. 7-13.

2. Патент РФ N 2006176, МПК N 02 P 9/30, БИ N 1, 1994. 2. RF patent N 2006176, IPC N 02 P 9/30, BI N 1, 1994.

3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982, с. 273. 3. Titz U., Schenk K. Semiconductor circuitry. - M.: Mir, 1982, p. 273.

Claims

A voltage regulator for a synchronous generator comprising a measuring link, a reference voltage source connected between the plus and minus wires of the regulator, a comparison circuit whose inputs are connected to the outputs of the reference voltage source and the measuring link, a power transistor whose emitter is connected to the positive wire, characterized in that a controlled multivibrator, an element And, an inductor, a diode, a capacitor, a frequency comparator, a spark frequency frequency sensor, and its the output is connected to the input of the frequency comparator, the output of which is connected to the first input of the circuit And, the output of the comparison circuit is connected to the second input of the circuit And, the output of which is connected to the control input of the multivibrator, the output of which is connected to the base of the power transistor, the collector of which is connected to the diode cathode and the coil inductance, the disk anode is connected to the capacitor and terminal Ш, the second terminals of the inductance coil and capacitor are connected to the negative wire.