|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Стабілізатор напруги із термокомпенсацією. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Стабілізатори напруги Стабілізатор напруги є одним із найважливіших вузлів системи електрообладнання сучасного автомобіля. З цієї причини статті, присвячені влаштуванню та роботі вузла, з'являлися на сторінках журналу "Радіо" неодноразово. І асі, судячи з усього, крапку на цій темі ставити ще зарано... Найбільш вдалі конструкції стабілізатора з опублікованих у "Радіо", наприклад, [1; 2], дозволяють підтримувати оптимальний заряд акумулятора при різній температурі. У статті [3] описаний стабілізатор напруги з широтно-імпульсним управлінням, який відрізняється від подібних до сталості робочої частоти. Разом з очевидними достоїнствами зазначених пристроїв їм притаманний істотний недолік - значна потужність власних втрат. У запропонованому мною варіанті стабілізатора потужність втрат знижена втричі, що дозволило виключити проблему відведення тепла вихідних елементів пристрою. Для забезпечення максимальної термокомпенсації температурний датчик занурений безпосередньо у розчин електроліту батареї. Стабілізатор більш простий за схемою, але має кращу стабілізацію напруги. Відомо, що в "класичних" моделях автомобілів ВАЗа через відносну віддаленість стабілізатора 121.3702 від генератора та батареї точно відстежувати напругу на затискачах батареї не вдається через падіння напруги на з'єднувальних проводах, контактах роз'ємів. Через це стабілізація має досить умовний характер. Як показали виміри, нестабільність навіть у нового автомобіля може досягати кількох сотень мілівольт. Пропонований до уваги читачів стабілізатор призначений для встановлення замість вузла 121.3702 і має такі основні технічні характеристики:
При розробці стабілізатора враховано ідеї, запропоновані в [1-3], а також досвід експлуатації автомобіля у різних погодних умовах. Принципова схема пристрою зображено на рис. 1. Функціонально воно складається з двох частин - вимірювальної А1 та регулюючої А2. Плату з вимірювальною частиною монтують поблизу акумуляторної батареї, а з регулюючою - на місці колишнього стабілізатора.
При замиканні контактів SA1 відкривається електронний комутатор, роль якого виконує польовий транзистор VT1, та підключає до акумуляторної батареї GB1 датчики напруги та температури, що утворюють мостовий вимірювальний елемент. Датчик напруги є резистивним дільником R5R6, а датчик температури - послідовний ланцюг діодів VD1-VD4. Сигнал, що знімається з діагоналі моста, надходить на вхід підсилювача диференціального. Посилений сигнал перетворюється на імпульсну послідовність зі змінною шпаруватістю, пропорційною рівню сигналу. Частоту імпульсів визначає допоміжний генератор пилкоподібної напруги. Далі сигнал після посилення струму надходить на вихідний комутатор. Основною ланкою стабілізатора є широтно-імпульсний контролер DD1, до складу якого входять згадані диференціальний підсилювач, генератор, перетворювач та підсилювач струму. Застосування двотактного синхронного комутатора, виконаного на польових транзисторах VT3-VT5 дозволяє значно зменшити потужність втрат. У звичайній системі електрообладнання при включенні запалення через обмотку збудження генератора починає протікати струм і, якщо запуск двигуна з тих чи інших причин відкладений, відбувається марна витрата енергії на її нагрівання. Для усунення цього недоліку описаний стабілізатор введено блокуючий пристрій, електрично пов'язане з датчиком тиску масла. Інакше кажучи, поки двигун не вийшов на робочий режим (і на щитку приладів включена індикаторна лампа "Немає тиску масла"), струм в обмотку збудження не надходить. У вихідному стані контакти замку запалювання SA1 розімкнені, а контакти датчика тиску олії SF1 замкнуті. Комутатор VT1 закритий. При включенні запалювання відкриваються транзистори VT2 та VT1, напруга з акумуляторної батареї GB1 надходить до датчиків напруги та температури. Застосування для комутатора польового транзистора з каналом, що індукується, зумовлено, по-перше, простотою управління відкриванням - закриванням, по-друге, відсутністю залишкової напруги, характерного для біполярних транзисторів, і, по-третє, малим опором відкритого каналу. Одночасно на щитку приладу автомобіля включається контрольна лампа HL1, що вказує на відсутність тиску масла. Струм, який визначається резистором R7, через діоди VD1-VD4 поки не протікає, так як замикається через внутрішній діод контролера DD1, включений між висновками 1 і 2, і замкнені контакти SF1 на загальний провід. Опис принципу роботи контролера К1156ЕУ1 та його електричні параметри тут опущені, але з ними можна ознайомитись у [4; 5], оскільки він є аналогом відомого контролера uA78S40 фірми Motorola. Оскільки на неінвертуючому вході (висновок 6) внутрішнього ОУ мікросхеми DD1, включеного диференціальним підсилювачем, напруга більша, ніж на інвертуючому (висновок 7), на його виході ОАout (висновок 4) є високий рівень. На неінвертуючий вхід БМР (висновок 9) компаратора з дільника R12R13 подано напругу зсуву, що дорівнює половині живлення, а оскільки на вході, що інвертує (висновок 10) високий рівень, на виході компаратора напруга близько до нуля. Логіка роботи контролера така, що якщо на виході компаратора низький рівень, заборонено включення внутрішнього вихідного транзистора підсилювача струму. Цей підсилювач має несиметричний вихід, а для правильної роботи синхронного комутатора потрібне парафазне керування. З цією метою стабілізатор введений фазоінвертор на польовому транзисторі VT3. Дільник напруги R15-R17 забезпечує відкривання транзисторів VT3, VT5, a VT4 закритий, оскільки падіння напруги на резисторі R19 не перевищує напруги відсічення. Конденсатор C3 вольтодобавки заряджений струмом через діод VD5 і транзистор VT5 до напруги живлення. Після запуску двигуна розмикаються контакти SF1 датчика тиску масла та гасне лампа HL1. Струм через внутрішній діод контролера DD1 (висновки 1 і 2) переривається і починає текти через датчик температури VD1 - VD4, на ньому встановлюється напруга, пропорційна температурі електроліту. З цього моменту напруга на діагоналі вимірювального моста змінює знак, у зв'язку з чим напруга на виході OAout контролера стає меншою половини напруги живлення, компаратор переключається в стан високого рівня, включається підсилювач струму. В результаті закриваються транзистори VT3 і VT5, причому закриття транзистори VT5 відбувається прискорено завдяки діоду VD6. Напруга з зарядженого конденсатора C3 через резистор R18 надходить на затвор транзистора VT4 у полярності, що відкриває, що призводить до його відкривання. Фактично напруга на затворі транзистора VT4 в режимі, що встановився, приблизно дорівнює подвоєному напрузі живлення. У цьому стані транзистор залишається деякий час tвкл, що визначається ємністю конденсатора С2 [4; 5]: tвкл = 25 · 103 С2, де tвкл – у мікросекундах, С2 – у мікрофарадах. Для надійної роботи транзистора VT4 необхідно, щоб постійна часу ланцюга розрядки tразр3 конденсатора C3 задовольняла умові: tразр3 = (R18 + R19)-C3 >> tвкл Потрібно зазначити, що цей конденсатор заряджається в робочому режимі через навантаження (обмотку). Співвідношення часу відкритого та закритого стану на виході контролера внутрішньо обмежено і дорівнює приблизно 9:1. Тому за певний час підсилювач струму закривається, а транзистор VT3 відкривається. Транзистор VT4 вимикається та включається VT5. У цьому цикл (період) комутації закінчується. Тривалість відкритого та закритого стану транзисторів VT4 та VT5 обрана такою, щоб наскрізний струм був мінімальним. Оскільки за один період комутації струм в обмотці збудження генератора не досягає необхідного значення, то контролер працює із зазначеною шпаруватістю кілька тактів. Струм в обмотці та напруга на батареї збільшуються. Як тільки напруга у вимірювальній діагоналі моста наблизиться до нуля, контролер, змінюючи шпаруватість, підтримуватиме цей стан. Реально, враховуючи інерційність системи (індуктивність обмотки збудження і т. д.) та зсув по фазі, форма зарядної напруги має трапецеїдальну форму. На рис. 2 представлені для порівняння сімейства характеристик власних втрат автомобільного промислового стабілізатора 121.3702 та описаного вище. Графіки показують, що у стабілізатора з ШІ управлінням потужність втрат Рпот менша і постійна у всьому інтервалі зміни навантаження Рн і частоти обертання колінчастого вала N двигуна. Відповідно вище та його ККД. Очевидним є і виграш в енергетиці порівняно з [1; 2]. Усі сказане підтверджує доцільність застосування синхронного комутатора на польових транзисторах.
У пристрої застосовані прецизійні резистори R5-R11 С2-29В, С2-14 та ін з ТКС не гірше ±200-10-6 °С-1. Допустимо замість R5 і R6 застосувати підстроювальний резистор СП5-1В або подібний; Інші резистори - загального призначення. Конденсатори С1, C3 – К50-35, С2 – К73-17. Дросель L1 - ДМ0.1 індуктивністю! 60 мкГн. Польовий транзистор BS250 може бути замінений будь-яким іншим р-канальним транзистором із ізольованим затвором та опором відкритого каналу не більше 10 Ом. Замість BSS91 підійде будь-який n-канальний польовий транзистор середньої потужності із ізольованим затвором та опором каналу не більше 20 Ом. Потужні n-канальні транзистори VT4, VT5 повинні мати опір каналу не більше 0,03 Ом і робочу напругу затвор-витік не менше 20 В. Найзручніше використовувати транзистори в малогабаритних корпусах DPAK (ТО-252), наприклад, MTD3302 фірми Motorola. Діоди КД102А можна замінити на КД103 з будь-яким літерним індексом. Замість К1156ЕУ1 підійде контролер КР1156ЕУ1, якщо не передбачається експлуатувати автомобіль за температури нижче -15 °С. Конструктивно вимірювальна та регулююча частини зібрані на двох монтажних платах, з'єднання виконані проводом МГТФ 0,07. Для ланцюгів з великим струмом використано монтажний провід перерізом не менше 0,75 мм2. Плати з'єднані між собою двопровідним гнучким кабелем РВШЕ1 в обплутуванні, що екранує; дроти свиті в шнур. Такий самий шнур, але без обплетення, використаний для з'єднання вимірювальної частини із батареєю акумуляторів. Вимірювальну плату треба помістити у відповідну металеву коробку. Конструкція датчика температури взагалі не відрізняється від описаної в [2]. Колба з діодами виготовлена із поліетиленової оболонки кабелю. Діоди занурені в теплопровідну пасту КПТ-8 для кращої передачі тепла від стінок до діодів. На провідники (кручена пара) з натягом одягнена поліетиленова трубка меншого діаметра. Паяльником, прогрітим до температури плавлення поліетилену, наперед заварюють дно колби. В останню чергу заварюють місце з'єднання колби та трубки кабелю. Герметичність швів має бути високою, оскільки колба в роботі буде занурена в електроліт батареї. Для налагодження стабілізатора напруги потрібно джерело постійного струму з регульованим від 10 до 15 В вихідною напругою при струмі навантаження до 3 А, вольтметр постійного струму класу точності не гірше 0,1, резистор навантаження 5 Ом. Паралельно до джерела необхідно підключити оксидний конденсатор ємністю не менше 10000 мкФ. Тимчасово резистор R6 замінюють змінним, що має опір 3 ком, а висновок 1 контролера з'єднують із загальним проводом. Спочатку від джерела живлення подають напругу 15 В і контролюють струм, що споживається пристроєм - він не повинен перевищувати 50 мА. Розмикають тимчасове з'єднання виведення 1 із загальним проводом і зменшують напругу живлення до 13,6 В. Змінним резистором R6 домагаються появи на виходах DC і SC контролера імпульсної послідовності, а на виході стабілізатора - інвертованої послідовності імпульсів з амплітудою, що дорівнює. Транзистор VT4 не повинен нагріватися. Остаточно налагоджують стабілізатор після встановлення на автомобіль. Датчик температури через отвір у пробці однієї із середніх банок акумуляторної батареї занурюють у розчин електроліту. Підключають усі ланцюги згідно зі схемою, включають запалювання та переконуються у відсутності напруги на виході стабілізатора. Запускають двигун і на холостому ході з вимкненими споживачами встановлюють змінним резистором R6 зарядну напругу на батареї відповідно до рекомендацій [1]. Якщо автомобіль тривалий час не працював, можна вважати значення температури навколишнього повітря та електроліту рівними. Після встановлення напруги змінний резистор R6 замінюють постійним. Змінюючи частоту обертання колінчастого валу двигуна та навантаження генератора, контролюють нестабільність зарядної напруги; вона повинна бути не гіршою за ±0,02 В. При їзді в зимових умовах іноді може знадобитися уточнити номінал резистора R7. Потрібно пам'ятати, що після коригування резистора R7 потрібно знову підібрати R6. Для ефективної роботи стабілізатора та продовження терміну служби акумуляторної батареї бажано, по-перше, зрівняти щільність електроліту у всіх банках до ±0,01 г/см3, причому щільність повинна відповідати кліматичній зоні [6], по-друге, періодично протирати кришку батареї слабким водним розчином нашатирю (10%) для запобігання витоку струму через забруднення, по-третє, обклеїти корпус батареї по периметру, якщо він має чорний колір, алюмінієвою "фольгою (наприклад, клеєм "Квінтол" або "Момент") - це дозволить знизити температуру електроліту на 5...10 °С, що особливо актуально влітку. За трирічний період експлуатації стабілізатора на автомобілі ВАЗ 2106 зауважень у його роботі не зазначено, електроліт у батареї не кипів, доливати воду потреби не було. При щорічному технічному огляді батареї я перевіряю щільність електроліту та зарядну напругу. література
Автор: В.Хромов, м.Красноярськ
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Розроблено технологію для видобутку води на Місяці ▪ У мозку знайшли музичний відділ ▪ Геймерський смартфон Sony Xperia 1 IV ▪ Дрожжам пересаджено людські гени
▪ Розділ сайту Електромонтажні роботи. Добірка статей ▪ стаття Лебідь, Рак та Щука. Крилатий вислів ▪ стаття Чим відрізняється унірема від біреми та триреми? Детальна відповідь ▪ стаття Мезембріантемум кришталевий. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Акустичний датчик руху. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Дискретно-пропорційне управління. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page