Схема термокомпенсации в регулятор напряжения для генератора: Характеристики автомобильных генераторов, схемы, инструкции. — Главная — Статьи

Характеристики автомобильных генераторов, схемы, инструкции. — Главная — Статьи

Рис.8

Выходные характеристики автомобильных генераторов:

1 — токоскоростная характеристика, 2 — КПД по точкам токоскоростной характеристики

Наконец, генераторную установку характеризует диапазон ее выходного напряжения, при изменении в определенных пределах частоты вращения, силы тока нагрузки и температуры. Обычно в проспектах фирм указывается напряжение между силовым выводом «+» и «массой» генераторной установки в контрольной точке или напряжение настройки регулятора при холодном состоянии генераторной установки частоте вращения 6000 мин^-1, нагрузке силой тока 5 А и работе в комплекте с аккумуляторной батареей, а также термокомпенсация — изменение регулируемого напряжения в зависимости от температуры окружающей среды. Термокомпенсация указывается в виде коэффициента, характеризующего изменение напряжения при изменении температуры окружающей среды на ~1°С.

Как было показано выше, с ростом температуры напряжение генераторной установки уменьшается. Для легковых автомобилей некоторые фирмы предлагают генераторные установки со следующим напряжением настройки регулятора и термокомпенсацией:

Напряжение настройки,В …………………………… 14,1±0,1    14,5+0,1

Термокомпенсация, мВ/°С …………………………. —7+1,5     —10±2

Электрические схемы генераторных установок:

Рис. 2. Схемы генераторных установок.

1 — генератор;

2 — обмотка статора генератора;

3 — обмотка возбуждения генератора;

4 — силовой выпрямитель;

5 — регулятор напряжения;

6,8 — резисторы в системе контроля работоспособности генератора;

7 — дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения;

9 — лампа контроля работоспособности генератора;

10 — замок зажигания;

11 — конденсатор;

12 — аккумуляторная батарея

От электрической схемы генераторной установки зависит вариант подключения обмотки возбуждения к бортовой сети автомобиля и отклонение уровня напряжения при работе. Соединение генератора с регулятором напряжения и элементами контроля работоспособности генератора выполняются, в основном, по схемам, приведенным на рис.2. Обозначения выводов на схемах 1,2 соответствует принятому фирмой BOSCH, а 3 — NIPPON DENSO. Однако другие фирмы могут применять отличные от этих обозначения.

Схема 1 применяется наиболее широко особенно на автомобилях европейского производства Volvo, Audi, Mercedes, Opel, BMW и др. В зависимости от типа генератора, его мощности, фирмы изготовителя и особенно от времени начала его выпуска, силовой выпрямитель может не содержать дополнительного плеча выпрямителя, соединенного с нулевой точкой обмотки статора, т.е. иметь не 8, а 6 диодов, собираться на силовых стабилитронах как показано на схеме 3.

Подробнее об этом 

Привод генераторов.

Привод генераторов осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива генератора (отношение диаметров называют передаточным отношением), тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток.

Привод клиновым ремнем не применяется для передаточных отношений больше 1,7-3. Прежде всего это связано с тем, что при малых диаметpax шкивов клиновой ремень усиленно изнашивается.

На современных моделях, как правило, привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра и, следовательно, получать более высокие передаточные отношения, то есть использовать высокооборотные генераторы. Натяжение поликлинового ремня осуществляется, как правило, натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Крепление генераторов.

Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы и натяжная проушина генератора находятся на крышках. Если крепление осуществляется двумя лапами, то они расположены на обеих крышках, если лапа одна — она находится на передней крышке. В отверстии задней лапы (если крепежные лапы — две) обычно имеется дистанционная втулка, устраняющая зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лапы.

Регуляторы напряжения.

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Все регуляторы напряжения имеют измерительные элементы, являющиеся датчиками напряжения, и исполнительные элементы, осуществляющие его регулирование.

В вибрационных регуляторах измерительным и исполнительным элементом является электромагнитное реле. У контактно-транзисторных регуляторов электромагнитное реле находится в измерительной части, а электронные элементы — в исполнительной части. Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью вытеснены электронными.

Полупроводниковые бесконтактные электронные регуляторы, как правило, встроены в генератор и объединены со щеточным узлом. Они изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения обмотки ротора в питающую сеть. Эти регуляторы не подвержены разрегулировке и не требуют никакого обслуживания, кроме контроля надежности контактов.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С. Некоторые модели выносных регуляторов (2702.3702, РР-132А, 1902.3702 и 131.3702) имеют ступенчатые ручные переключатели уровня напряжения (зима/лето).

Подробнее об этом Принцип действия регулятора напряжения.

В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям.

Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки — тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.

Принцип работы электронного регулятора удобно продемонстрировать на достаточно простой схеме регулятора типа ЕЕ 14V3 фирмы Bosch, представленной на рис.

9:

Рис.9

Схема регулятора напряжения EE14V3 фирмы BOSCH:

1 — генератор, 2 — регулятор напряжения, SA — замок зажигания, HL — контрольная лампа на панели приборов.

Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжениях, ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины, стабилитрон «пробивается» и по нему начинает протекать ток. Таким образом, стабилитрон в регуляторе является эталоном напряжения, с которым сравнивается напряжение генератора. Кроме того, известно, что транзисторы пропускают ток между коллектором и эмиттером, т.е. открыты, если в цепи «база — эмиттер» ток протекает, и не пропускают этого тока, т.е. закрыты, если базовый ток прерывается.Напряжение к стабилитрону VD2 подводится от вывода генератора «D+» через делитель напряжения на резисторах R1(R3 и диод VD1, осуществляющий температурную компенсацию. Пока напряжение генератора невелико и напряжение на стабилитроне ниже его напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 ток не протекает, транзистор VT1 также закрыт.

В этом случае ток через резистор R6 от вывода «D+» поступает в базовую цепь транзистора VT2, который открывается, через его переход эмиттер — коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который также открывается. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается, подключена к цепи питания через переход эмиттер — коллектор VT3.

Соединение транзисторов VT2 и VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а питание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, называется схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом усиления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния. Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD2, при достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации, стабилитрон VD2 «пробивается», ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттер — коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VT3 на «массу».  Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VT2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2,VT3, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и процесс повторяется. Таким образом регулирование напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения в цепь питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется так, как показано на рис.10. Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается. В схеме регулятора (см. рис.9) имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD3 при закрытии составного транзистора VT2,VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD3 носит название гасящего. Сопротивление R7 является сопротивлением жесткой обратной связи.

Рис.10. Изменение силы тока в обмотке возбуждения J_B по времени t при работе регулятора напряжения: t_вкл, t_выкл — соответственно время включения и выключения обмотки возбуждения регулятора напряжения; n₁ n₂ — частоты вращения ротора генератора, причем n₂ больше n₁; J_B1 и J_B2 — средние значения силы тока в обмотке возбуждения

При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R3 делителя напряжения, при этом напряжение на стабилитроне VT2 резко уменьшается, это ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения, что благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной установки. Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе. Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочастотных помех на работу регулятора, либо, ускоряют переключение транзисторов. В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая его нагрев и потери энергии в нем.

Из рис.9 хорошо видна роль лампы HL контроля работоспособного состояния генераторной установки (лампа контроля заряда на панели приборов автомобиля). При неработающем двигателе автомобиля замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва. После запуска двигателя, на выводах генератора «D+» и «В+» появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генератор при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генератора или обрыве приводного ремня. Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора в случае обрыва цепи обмотки возбуждения при работающем двигателе автомобиля лампа HL загорается. В настоящее время все больше фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения. В этом случае в регулятор заводится вывод фазы генератора. При неработающем двигателе автомобиля, напряжение на выводе фазы генератора отсутствует, и регулятор напряжения в этом случае переходит в режим, препятствующий разряду аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения. Например, при включении выключателя зажигания схема регулятора переводит его выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера. После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы. Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

Рис.11. Температурная зависимость напряжения, поддерживаемого регулятором EE14V3 фирмы Bosch при частоте вращения 6000 мин^-1 и силе тока нагрузки 5А.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с понижением температуры электролита, напряжение, подводимое к батарее от генераторной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры — уменьшалось. Для автоматизации процесса изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включенный в схему регулятора напряжения. Но это удел только продвинутых автомобилей. В простейшем же случае термокомпенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от температуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генераторной установки изменяется в заданных пределах. На рис.11 показана температурная зависимость напряжения, поддерживаемая регулятором EE14V3 фирмы Bosch в одном из рабочих режимов. На графике указано также поле допуска на величину этого напряжения. Падающий характер зависимости обеспечивает хороший заряд аккумуляторной батареи при отрицательной температуре и предотвращение усиленного выкипания ее электролита при высокой температуре. По этой же причине на автомобилях, предназначенных специально для эксплуатации в тропиках, устанавливают регуляторы напряжения с заведомо более низким напряжением настройки, чем для умеренного и холодного климатов.

Работа генераторной установки на разных режимах:

При пуске двигателя основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения на выводах аккумулятора. В этом режиме потребители электроэнергии питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается. Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения. Он обеспечивает требуемый ток для заряда аккумулятора и работы электроприборов. После подзарядки аккумулятора разность его напряжения и генератора становится небольшой, что приводит к снижению зарядного тока. Источником электропитания по-прежнему является генератор, а аккумулятор сглаживает пульсации напряжения генератора.

При включении мощных потребителей электроэнергии (например, обогревателя заднего стекла, фар, вентилятора отопителя и т.п.) и небольшой частоте вращения ротора (малые обороты двигателя) суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае нагрузка ляжет на аккумулятор, и он начнет разряжаться, что можно контролировать по показаниям дополнительного индикатора напряжения или вольтметра.

Замена генератора отечественным аналогом. Рекомендации.

Замена одного типа генератора на автомобиле другим всегда возможна, если соблюдаются четыре условия:

• генераторы имеют одинаковые токоскоростные характеристики или по энергетическим показателям характеристики заменяющего генератора не хуже, чем узаменяемого;
• передаточное число от двигателя к генератору одинаково;
• габаритные и присоединительные размеры заменяющего генератора позволяют установить его на двигатель. Следует иметь в виду, что большинство генераторов зарубежных легковых автомобилей имеют однолапное крепление, в то время как отечественные генераторы крепятся на двигателе за две лапы, поэтому замена зарубежного генератора отечественным, скорее всего, потребует замены кронштейна крепления генератора на двигателе;
• схемы заменяемой и заменяющей генераторной установки идентичны.

Подробнее об этом 

Общие рекомендации.

При установке аккумуляторной батареи на автомобиль убедитесь в правильной полярности подключения. Ошибка приведет к немедленному выходу из строя выпрямителя генератора, может возникнуть пожар. Такие же последствия возможны при запуске двигателя от внешнего источника тока (прикуривании) при неправильной полярности подключения. При эксплуатации автомобиля необходимо:

• следить за состоянием электропроводки, особенно за чистотой и надежностью соединения контактов проводов, подходящих к генератору, регулятору напряжения. При плохих контактах бортовое напряжение может выйти за допустимые пределы;
• отсоединить все провода от генератора и от аккумулятора при электросварке кузовных деталей автомобиля;
• следить за правильным натяжением ремня генератора. Слабо натянутый ремень не обеспечивает эффективную работу генератора, натянутый слишком сильно приводит к разрушению его подшипников;
• немедленно выяснить причину загорания контрольной лампы генератора.

Недопустимо производить следующие действия:

• оставлять автомобиль с подключенным аккумулятором при подозрении на неисправность выпрямителя генератора. Это может привести к полному разряду аккумулятора и даже к возгоранию электропроводки;
• проверять работоспособность генератора замыканием его выводов на «массу» и между собой;
• проверять исправность генератора путем отключения аккумуляторной батареи при работающем двигателе из-за возможности выхода из строя регулятора напряжения, электронных элементов систем впрыска, зажигания, бортового компьютера и т. д.;
• допускать попадание на генератор электролита, «Тосола» и т. д.

Похожие материалы

ТЕРМОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

ТЕРМОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Большинство автомобильных электронных регуляторов напряжения, серийно выпускаемых и описанных в литературе, не в полной мере отвечают специфике работы системы генератор - аккумуляторная батарея. Как известно, с понижением температуры способность аккумулятора принимать заряд сильно уменьшается. Например, при минус 10 градусов С аккумуляторная батарея, включенная в систему электрооборудования автомобиля, способна зарядиться не более чем на 62 % от полной емкости, а при минус 30 градусов С она вообще не принимает заряда. Кроме этого, отклонение зарядного напряжения от оптимального не должно превышать ±3 %. Если же оно колеблется на 10…12 % в ту или иную сторону, то срок службы батареи может сократиться в 2…2,5 раза. Оптимальное зарядное напряжение для двенадцативольтовой батареи кислотных аккумуляторов равно 13,8 В при температуре 15 градусов С. Зависимость изменения зарядного напряжения от изменения температуры должна иметь коэффициент пропорциональности, равный -40,5 мВ/градусов С. При этом точность поддержания напряжения не должна быть хуже ±3 %. Конечно, большинство современных электронных регуляторов имеют термокомпенсацию, но она направлена только на то, чтобы стабилизировать напряжение в бортовой сети. Например, в описании серийного электронного регулятора РН-3 указано, что при изменении температуры от минус 20 до +65 °С регулируемое напряжение находится в пределах 13,8…14,2 В. А батарее при минус 20 градусов С требуется зарядное напряжение 15,22 В. Понятно, что ни о какой точности поддержания зарядного напряжения говорить здесь не приходится. Таким образом, в температурной коррекции заключается значительный резерв долговечности аккумуляторной батареи. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя напряжение генератора снижается. Регулятор напряжения при этом увеличивает ток в обмотке возбуждения генератора (ОВ), компенсируя понижение выходного напряжения генератора. При работе двигателя в режиме холостого хода ток в ОВ достигает максимума. Так, генератор Г-221 автомобилей «Жигули» потребляет 2,5…3 А; около 0,4 А расходует реле-регулятор РР-380, работающий совместно с этим генератором. Несмотря на максимальную намагниченность полюсов генератора его выходной мощности недостаточно для питания бортовых потребителей, и нагрузку принимает на себя аккумуляторная батарея. Таким образом, в этом режиме ОВ генератора и реле-регулятор бесполезно нагружают батарею. Если в режиме холостого хода отключать 0В то это избавило бы батарею от бесцельных циклов разрядка-зарядка. Описываемый ниже регулятор напряжения сконструирован с учетом реальных особенностей его работы на автомобиле. Регулятор обеспечивает точность поддержания регулируемого напряжения не хуже 25 мВ (0,2 %) при температуре окружающего воздуха в пределах от -30 до +40 градусов С. Он автоматически контролирует температуру батареи аккумуляторов и изменяет зарядное напряжение так, чтобы при любой температуре поддерживать оптимальный режим зарядки. При уменьшении частоты вращения вала двигателя ниже порогового значения устройство автоматически отключает ток возбуждения, предотвращая бесполезную разрядку батареи (режим отсечки тока возбуждения). При повышении частоты вращения режим возбуждения восстанавливается. Принципиальная схема регулятора напряжения представлена на рис. 1, Для измерения зарядного напряжения и контроля температуры аккумуляторной батареи предусмотрен датчик, состоящий из двух делителей напряжения - термочувствительного R1VD1VD2VD3 и термонезависимого R2R3. Типономиналы элементов делителей напряжения подобраны так, чтобы температурный коэффициент входного напряжения датчика, при котором напряжение между точками А и Б равно нулю, был близок к оптимальному (-40,5 мВ/град.С). ТКН стабисторов КС119А равен -5…-6 мВ/град.С, а всей цепи VD1 — VD3:-15…-18 мВ/град.С. Считая коэффициент передачи делителя напряжения R2R3 равным R3 / R2+R3 = 560 / 910 + 560 = 0,381 получаем результирующий температурный коэффициент входного напряжения датчика -15…-18 / 0,381 = -39,4. ..-47,2 мВ/град.С что хорошо согласуется с заданным значением. Для обеспечения правильной работы устройства датчик должен, во-первых, иметь хороший тепловой контакт с корпусом аккумуляторной батареи и, во-вторых, быть подключенным непосредственно к ее выводам через контакты К.1.1 малогабаритного реле К1, срабатывающего при включении зажигания. Элементы датчика включены так, что образуют измерительный мост. Сигнал, снимаемый с диагонали АБ моста, подан на вход компаратора, выполненного на микросхеме DА1. Входная цепь компаратора симметрична, что позволяет ослабить действие помех и наводок, которые всегда имеются в бортовой сети автомобиля. Блокирующий конденсатор С1 увеличивает степень синфазности помех, которые ОУ способен эффективно подавлять (до 80 дБ и более). Когда напряжение на входе датчика мало, компаратор DА1 открыт. Его выходное напряжение через делитель R10R11R12 поступает на базу транзистора VТ1 и он, а вслед за ним и транзистор VТ2, открываются. Через обмотку возбуждения генератора протекает ток (предположим, что транзистор VT3 пока закрыт). Напряжение на выходе генератора станет увеличиваться (если частота вращения вала двигателя значительна). Как только напряжение в бортовой сети превысит уровень, определяемый датчиком, компаратор закроется, а вслед за ним закроются и транзисторы VT1, VT2. Напряжение в сети начнет уменьшаться, что в некоторый момент приведет к новому срабатыванию компаратора и повторению описанного процесса. Диод VD4 защищает транзистор VT2 от импульсов напряжения самоиндукции, возникающих на обмотке возбуждения при коммутации тока через нее. Импульсный характер регулирования позволяет получить высокий КПД устройства, так как транзистор VT2 работает в ключевом режиме. Для снижения потерь в этом транзисторе следует выбирать его с минимальным напряжением насыщения. При изменении температуры аккумуляторной батареи будет смещаться пороговое напряжение датчика, а следовательно, и напряжение в бортовой сети. Точность регулирования определяется микросхемой DА1 и может быть, вообще говоря, очень высокой (единицы и даже доли милливольта). Узел отсечки тока возбуждения собран на ОУ DA2, DA3 и ключевом транзисторе VT3. ОУ DА1 включен по схеме одновибратора. Через емкостный таходатчик, представляющий собой 1-2 витка провода, намотанного на высоковольтный провод катушки зажигания, импульсы поступают на вход одновибратора и запускают его. С выхода одновибратора положительные импульсы постоянной длительности через диод VD5 передаются на двузвенную интегрирующую цепь R22С7, R23С8. Напряжение на нагрузке R24 интегрирующей цепи прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя. Компаратор DA3 сравнивает напряжение на резисторе R24 с напряжением, снимаемым с резистивного делителя R25R27. Когда частота вращения вала двигателя невелика, напряжение с интегрирующей цепи ниже напряжения с делителя, и компаратор DА3 открыт. Напряжение с его выхода через делитель R29R30 поступает на базу транзистора VT3 и открывает его. Открытый транзистор блокирует выходной сигнал компаратора DA1 и поддерживает транзисторы VT1 и VT2 закрытыми, поэтому ток в обмотке возбуждения генератора отсутствует. При увеличении частоты вращения повышается напряжение на инвертирующем входе ОУ DA3, компаратор закрывается, напряжение на его выходе снижается почти до нуля и транзистор VT3 закрывается. Теперь он никакого влияния на работу двигателя регулятора уже не оказывает. При уменьшении частоты вращения вала двигателя процесс протекает в обратном направлении и в некоторый момент вновь происходит отсечка тока возбуждения. Регулятор может быть смонтирован на печатной плате либо на опорных штырях или лепестках, важно лишь обеспечить надежность крепления всех деталей и прочность паек. Необходимо помнить, что устройство будет работать в условиях вибрации, значительного перепада температуры и влажности, повышенной запыленности. Чертеж платы и размещение деталей на плате показаны на рис. 2. Транзистор VT2 следует установить на теплоотводящую пластину размерами 50х50 мм толщиной 3 мм. Такие размеры теплоотвода позволяют располагать его в моторном отсеке автомобилей всех марок, кроме «Запорожца», у которого удобнее разместить регулятор за спинкой заднего сиденья (там, где в кузов входит жгут проводов из моторного отсека). Диод КД206В можно заменить на КД202Р. Реле К1 — РЭС49, паспорт РС4.599.424. Подстроечный резистор К7 - СП5-6А, остальные резисторы - МЛТ. Конденсатор С1 — КМ-6, С2, С4-С6 — КМ-1 или КМ-2; оксидные конденсаторы — К.50-6 (их лучше заменить морозостойкими). Вместо К153УД2 можно использовать ОУ К553УД2, К140УД6—К140УД9. Для изготовления таходатчика на высоковольтный провод, выходящий из катушки зажигания, наматывают несколько витков фторопластовой ленты шириной 50. ..60 мм. На этой ленте посредине закрепляют бандаж из одного-двух витков изолированного провода, свободный конец которого подключают к электронному блоку. Пороговую частоту вращения вала двигателя в узле отсечки тока возбуждения устанавливают подборкой резистора R27 (большему номиналу соответствует большая частота). Рекомендуется устанавливать порог на уровне 1000 мин-1 (частота следования импульсов 32…34 Гц). Для предварительной настройки можно воспользоваться любым генератором прямоугольных импульсов, подключив его к входу узла (к резистору R15). Амплитуду запускающих импульсов устанавливают в пределах 3…5 В. В узле регулирования напряжения устанавливают порог срабатывания компаратора грубо подборкой резистора R3 и точно подстроечным резистором R7. При температуре в месте установки датчика +15 град.С узел должен срабатывать при напряжении в бортовой сети 13,8 В. После установки порога срабатывания элементы К1, R1-R3, VD1-VD3 заливают эпоксидной смолой так, чтобы получился прямоугольный брусок размерами примерно 40х25х10 мм. На верхней плате аккумуляторной батареи в удобном месте разогревают битумную мастику и вдавливают в нее брусок с датчиком. Если корпус батареи изготовлен из поливинилхлорида, датчик следует тем или иным способом плотно к нему прижать и надежно закрепить. Описываемое устройство испытано в длительной эксплуатации, причем отмечено существенное увеличение срока службы аккумуляторной батареи. Следует обратить внимание на некоторые характерные особенности эксплуатации описанного регулятора. Как и обычно, при минимальной частоте вращения вала двигателя («холостой ход») на приборном щитке должна гореть красная контрольная лампа, означающая, что ток возбуждения отсутствует и потребители питаются от батареи; при повышении частоты вращения лампа гаснет. При полностью заряженной батарее во время движения возможно периодическое включение лампы, показывающее, что напряжение на батарее достигло верхнего предела к генератор обесточен, а потребители в эти моменты питаются от батареи. Как только напряжение батареи немного уменьшится, лампа погаснет, так как регулятор включит ток возбуждения генератора, и он примет нагрузку на себя. Далее процесс повторится. При работе ламп указателя поворотов красная лампа вспыхивает в такт с его работой, если частота вращения вала двигателя при этом выше минимальной. Причина этого в том, что при включении ламп указателя поворотов напряжение в бортсети уменьшается, и регулятор увеличивает ток возбуждения генератора. В момент, когда лампы указателя гаснут, напряжение в сети повышается и происходит отсечка тока возбуждения, на что красная лампа отзывается кратковременным вспыхиванием. Контрольная лампа может также вспыхивать, когда приходится «мигнуть» фарами, нажать на педаль тормоза и т. д. Если на автомобиле установлена электронная система зажигания с преобразователем напряжения, возможны сбои в работе узла отсечки возбуждения регулятора. Чтобы этого избежать, блок электронного зажигания следует питать через Г-образный LС-фильтр с целью исключения помех по цепям питания. Дроссель этого фильтра можно выполнить на магнитопроводе Ш 15х20 проводом ПЭВ-2 1,0 до заполнения окна (должно уложиться около 70 витков). Емкость конденсатора фильтра не должна быть менее 500 мкФ. Если автомобиль оборудован выключателем в цепи общего провода, то реле включения датчика можно изъять из регулятора, а общую точку резисторов R1 и R2 соединить с плюсовым выводом батареи. В заключение можно отметить, что в случае, когда регулятор напряжения работает совместно с дизельным двигателем и генератором переменного тока, тахосигнал можно снимать с фазной обмотки генератора. Как известно, частота переменного напряжения генератора прямо пропорциональна частоте вращения его ротора. При минимальной частоте вращения ротора недовозбужденного генератора (в режиме отсечки тока возбуждения) фазовое напряжение равно 2…3 В из-за остаточного магнитного поля. С помощью несложного формирующего узла это переменное напряжение можно превратить в импульсы для запуска одновибратора узла отсечки тока. Например, для этой цели пригоден ограничитель, собранный на двух встречно-последовательно включенных стабилитронах и дифференцирующей RС-цепи, с выхода которой снимают запускающие импульсы. Следует подчеркнуть, что снятие тахосигнала непосредственно от фазы генератора превращает регулятор в универсальное устройство пригодное не только для установки на любые автомобили, но и везде, где частота вращения ротора генератора непостоянна (например, на ветряных электростанциях). Подобрав соответствующие элементы регулятора, его легко можно приспособить для работы с любыми напряжением (до 400 В) и током возбуждения (десятки ампер). В. ЛОМАНОВИЧ Радио 5/85 ЛИТЕРАТУРА 1. Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей и тракторов. М.: Транспорт, 1968. 2. Ковалев В.Г. Электронные регуляторы напряжения для автомобилей. М.:Энергия, 1971. 3. Козлов В.Е., Квайт С.М., Чижков Ю.П. Особенности эксплуатации автотракторных двигателей зимой. М.: Колос, 1977. 4. Синельников А. Электронный регулятор напряжения. М.: ДОСААФ, «В помощь радиолюбителю». вып. 72. 1981. 5. Вайнел Д.В. Аккумуляторные батареи. М.: Воениздат, 1947. 6. Василевский В.И., Купеев Ю.А. Автомобильные генераторы. М.: Транспорт, 1971. 7. Вайнел Д.В. Аккумуляторные батареи. Л.: Госэнергоиздаг, 1960.

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения РР362; РР363; 21.3702

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения РР362; РР363; 21.3702

  Применение контактно-транзисторных регуляторов (КТР) являлось переходным этапом от вибрационных реле-регуляторов к транзисторным регуляторам напряжения. В КТР РР362 (РР362А) (см. рис. 1) током в обмотке возбуждения управляет транзистор VT, а управление транзистором осуществляет реле регулятора напряжения KV, работающее по вибрационному принципу. Реле регулятора напряжения имеет нормально разомкнутые контакты KV:1. При включении выключателя зажигания в цепи эмиттер-база транзистора VT через диод смещения VD1 и резистор цепи базы Rб начинает протекать ток от аккумуляторной батареи. Этого достаточно, чтобы транзистор VT открылся и к цепи питания через диод VD1 и переход эмиттер-коллектор транзистора подключилась обмотка возбуждения, чем и обеспечивается возбуждение генератора.

  Напряжение генератора подводится к обмотке регулятора напряжения KV через диод VD1, ускоряющий резистор Ry и резистор термокомпенсации Rтк. При возрастании напряжения с ростом частоты вращения генератора реле KV замыкает свои контакты KV:1. В результате этого переход эмиттер-база транзистора VT оказывается смещенным в обратном направлении — потенциал эмиттера ниже потенциала базы на величину падения напряжения в диоде VD1. Обратное смещение этого перехода прерывает протекание тока в цепи транзистора и переводит его в закрытое состояние. В таком случае ток в обмотку возбуждения поступает через ускоряющий Ry и добавочный Rд резисторы, что приводит к уменьшению этого тока, уменьшению напряжения генератора. Уменьшение напряжения вызывает размыкание контактов KV:1, открывание транзистора VT, подключение обмотки возбуждения в цепь питания непосредственно через открытый транзистор VT, возрастание тока в этой обмотке, возрастание напряжения генератора, т. е. возникновение ступенчатого процесса поддержания постоянства напряжения.

  Ускоряющий резистор Ry является элементом жесткой обратной связи в регуляторе, он повышает частоту вибрации контактов регулятора. Диод VD2 — гасящий. Остальные элементы схемы, в том числе нормально замкнутые контакты реле-регулятора напряжения KV:2, относятся к схеме защиты регулятора напряжения от аварийных режимов. В нормальном режиме работы регулятора обмотки реле защиты КА либо вообще отсоединена от цепи питания (контакты KV:2 разомкнуты), либо подсоединена к этой цепи через сопротивление обмотки возбуждения. Сила тока в обмотке реле защиты в этом случае недостаточна, чтобы вызвать его срабатывание, контакты остаются разомкнутыми и реле КА не оказывает никакого влияния на работу регулятора напряжения.

  При аварийном режиме замыкания вывода «Ш» на массу обмотка возбуждения оказывается замкнутой накоротко и напряжение генератора уменьшается, что вызывает замыкание контактов регулятора KV:2. Обмотка реле защиты КА оказывается под напряжением питания непосредственно, минуя сопротивление обмотки возбуждения. При этом реле срабатывает, замыкает свои контакты КА:1, что приводит к запиранию транзистора и предотвращает протекание по нему опасных токов. После устранения замыкания «Ш» на массу регулятор вновь вступает в работу.

  Контактно-транзисторный регулятор напряжения РР363 (рис.2) работает аналогично РР362 с той разницей, что рассчитан на номинальное напряжение 28 В, его вывод «0» подсоединяется к нулевой точке звезды обмотки статора.

  В контактно-транзисторном регуляторе напряжения 21.3702 (рис. 3), тоже использующем схему с включением обмотки возбуждения к нулевой точке звезды обмотки статора, регулятор напряжения — транзисторный, но ограничитель тока КА2 работает по вибрационному принципу.

  При превышении силы тока генератора уровня настройки реле КА2 оно замыкает свои контакты, транзистор VT1 закрывается и прерывает ток в обмотке возбуждения, при этом напряжение и сила тока уменьшаются, реле разрывает свои контакты, транзистор открывается и т. д. Реле КА1 в случае выхода из строя транзистора VT1 осуществляет регулирование напряжения по вибрационному принципу.
Источник: shems.h2.ru

Генератор не заряжает аккумулятор | Страница 25

NewPlayer сказал(а): ↑

А вот РР в генераторе сидит до сих пор, значит решение удачное.

Нажмите, чтобы раскрыть…

Ты полагаешь, сейчас кто-то будет изобретать новый РН на наши 30-летние старухи? )))
В новых машинах сейчас зарядкой управляет ЭБУ двигателем, между прочим.

Отпишусь, пожалуй, по этому вопросу.

Не только из-за лишних проводов РН перенесли внутрь гены. Конструкторы идут по пути модульности, каждая лишняя операция при сборке авто на заводе — это и время, и деньги… А тут — РН крепить надо, провода к нему крутить, а потом эти же провода еще к гене присобачивать… Куча лишних операций, причём совсем нетехнологичных для роботов на конвейере. Куда проще воткнуть гену в сборе, и навесить на него 2 провода. ..

Когда-то, если вспомнить, и рулевая трапеция была полностью разборной — её рассухаривали, меняли вкладыши, собирали и ездили себе. И какой ор потом поднялся, помнится, после появления ВАЗ2101, в котором все тяги нужно было менять на новые из-за их одноразовости. И ничего, привыкли. )))

Далее, продолжу — с выносным РН получался слишком большой раздрай бортового напряжения. Вспомним, к примеру, где стоит АКБ у классических Жигулей, и где — РН. Из-за сопротивления питающих РН проводов, потерях на предохранителях и с износом контактов ЗЗ напряжение бортсети постепенно увеличивалось (РН тех лет следил за напряжением лишь на собственных выводах) — и сурьмяные АКБ этого не переносили. Сколько радиолюбительских схем тогда появилось по усовершенствованию РН — не счесть.
Я сам повторил несколько из них в бытность владения копейкой, а затем — семеркой…

Теперь о схемотехнике.
В электронике, при управлении какой-либо нагрузкой желательно, чтобы нагрузка эта была как можно ближе к управляющему каскаду. Коммутация мощным транзистором активной/индуктивной нагрузки неизбежно вызывает помехи в цепи управления. Эти помехи нежелательны для управляющего транзистора РН — они могут вывести его из строя. Ну что за транзюки-то были тогда…
Поместив РН в гену, от соединительных проводов между транзистором и ОВ избавились — и это благо, да. Но тут боком вылез совсем ненужный нагрев. А биполярный транзистор его боится. Параметры биполярного транзистора (а все поголовно РН тех лет строились исключительно на них за неимением чего другого) сильно меняются/ухудшаются от температуры. А ему приходится коммутировать импульсную индуктивную нагрузку в 5 Ампер — даже для мощных биполяров это много.
При нагреве сопротивление переходов транзистора увеличивается, из-за протекающего через него тока он перегревается и выходит из строя. И термоскомпенсация, введенная в РН, по сути дела защищает не столько АКБ, сколько сам РН от перегрева. Закон Ома вспомните, зависимость тока/напряжения от сопротивления ведь прямая. ..

В обсчем, обсуждаемый РН — сборище технологических решений и компромиссов — и да, он был самым удачным решением в те годы. Но не стОит забывать, что разрабатывался он для сурьмяных АКБ. Сейчас, с появлением кальциевых АКБ, он уже не удовлетворяет насущным требованиям. Зато современная радиоэлектронная элементная база позволяет отойти от многих ограничений. Потому и стало возможным модернизировать этот узел. Потому и появились ТОРНЫ, трёхуровневые, и прочая…

Al-wagen сказал(а): ↑

Каждый год (уже трижды) Хонда упорно выбирает САМУЮ неверную архитектуру силовой установки.

Нажмите, чтобы раскрыть…

Ну, в этом году она повторила архитектуру Мерса. Другое дело, что времени им малость не хватило. сейчас-то они уже и Реношников обогнали, походу. Вот будет фокус, если на следующий год Хонда поедет…
Представляю, что с Маками будет.

 

80 — Трёхуровневый РН вместо встроенного

О реле-регуляторе (а правильнее говорить – о регуляторе напряжения) я писАл уже не один раз.
Первый раз, в этой теме я показывал, как менять ему щетки.
Второй раз, в этой теме, я показывал, как поднять ему выходное напряжение с помощью диода.
Ну а сейчас, в этой теме, я покажу, как его сломать. )))

Но сначала – не скажу чтобы краткий, но необходимый экскурс в мир бортовой сети автомобиля, чтобы вы поняли, для чего все это делалось.

Итак, генератор. Великий и ужасный. Без которого современное авто обойтись не может никак. Который обеспечивает электроэнергией все потребители, и который поддерживает в живом состоянии аккумуляторную батарею вашего авто.

Выходным напряжением генератора, как известно, управляет регулятор напряжения (в дальнейшем – РН). И от работы этого РН зависит величина и стабильность напряжения бортовой сети автомобиля.

Подавляющее большинство современных РН изготавливаются в одном блоке со щетками и устанавливаются внутри генератора. В автомобилях VAG, Мерседесах, Шкодах, Фордах, и многих других выпуска 80 … 2000 г., конструкция РН отработана чуть ли не до идеала. Вы и сами можете взглянуть на нее, сходив по приведенным выше ссылкам (если раньше не видели). Снимается и ставится такой РН в 10 секунд – для этого достаточно открутить/закрутить всего 2 винта.

Но как бы ни был он хорош с точки зрения простоты и практичности – его конструкция и место его установки имеет несколько очень серьезных недостатков.

Первый, и самый главный недостаток – этот РН питается от трех дополнительных диодов, расположенных внутри генератора.

Для наглядности привожу схему РН генератора Бош. Основная масса РН, изготавливаемых для авто указанных выше годов (а некоторых – и поныне), собрана по аналогичной схеме.

Красным крестиком на схеме указана цепь питания РН с допдиодов генератора. Об этом крестике еще будет упомянуто далее, а сейчас – продолжаем.

Итак, повторюсь, РН питается от трех дополнительных диодов. Напряжение на этих трех диодах является для него эталонным. РН следит за напряжением только на этих трех диодах. РН ничего не знает о напряжении на выходе «+В» генератора, к которому подключены все потребители в авто.
И в результате, при включении мощных потребителей тока (обогрев заднего стекла, фары, вентиляторы, компрессор, и т. д.), напряжение в бортовой сети начинает проседать.

Если бы вход РН был подключен к выходу «+В» генератора – он мгновенно среагировал бы на проседании напряжения, и восстановил бы его. Но РН про проседание напряжения не знает – ведь на допдиодах, к которым он подключен, проседания нет. И в результате, при большой нагрузке, напряжение бортовой сети падает неприлично сильно. У многих оно падает ниже 13 Вольт – и это отрицательно сказывается на аккумуляторе. И особенно – зимой.

Но об аккумуляторах мы еще поговорим позже. А сейчас – о втором недостатке встроенного в генератор РН.

Все схемы РН делаются с термокомпенсацией. Связано это с тем, что при повышении температуры электролита в АКБ, напряжение на ней должно быть снижено для исключения вскипания электролита. Графики зависимости допустимого зарядного напряжения на клеммах АКБ от температуры электролита есть в интернете, желающие могут их поискать. Мы же посмотрим на это с другой точки зрения:

Итак, РН является термокомпенсированным. Но вспомните, где стоит РН, и где стоит аккумулятор.
И спросите себя: а температуру чего же меряет РН?

— Правильно – раскаленного генератора, в котором он стоит!

А аккумулятор в это время стоит где-то там, далеко в уголке, да еще и закрытый крышкой у многих авто…
А у некоторых он стоит вообще в салоне под задним сиденьем…
А у некоторых он находится даже в багажнике…

А нагретый от генератора РН добросовестно снижает напряжение генератора, хотя электролит в АКБ в этот момент еще ледяной… РН снижает напряжение – и без того такое нужное, и уже просевшее при включенных мощных потребителях. И результатом такого недальновидного конструкторского решения становится хронический недозаряд аккумулятора.

А дальше мы имеем то, что имеем – аккумулятор недозаряжается. И мы ездим с полуразряженным аккумулятором – и он медленно, но верно дохнет от этого. (((

Но это летом – медленно. А зимой – очень даже быстро. И если у вас стоит аккумулятор кальциевый – вы выбросите его очень скоро. Достаточно одного глубокого разряда – и вы не вернете его к 100% емкости уже никогда. А основная масса современных аккумуляторов – как раз кальциевые…

Из всего этого можно сделать два основных вывода:

1. РН должен следить за напряжением непосредственно на клеммах АКБ (или хотя бы на клемме «+В» генератора.

2. РН должен иметь датчик температуры, устанавливаемый хотя бы на корпус АКБ, а если это невозможно или технически неоправданно – РН должен находиться ВНЕ генератора.
И лучше – рядом с АКБ.

О третьем пункте будет упомянуто позже. А сейчас – о решении, к которому пришел я:

Как вы помните, я уже переделывал свой РН, подняв ему напряжение. Этот метод имеет право на жизнь, так как он является самым простейшим методом. Но он имеет и отрицательную сторону – диод, добавляемый в цепь массы РН, схемотехнически включается последовательно с обмоткой возбуждения генератора. И из-за сопротивления этого диода снижается мощность, отдаваемая генератором в бортовую сеть. Особенно это сказывается на холостых оборотах двигателя, когда скорость вращения ротора генератора мала. Кроме того, напряжение начинает пульсировать – это хорошо заметно по лампам приборки.

Далее — мало того, что в схемах РН управлением обмотки возбуждения занимается обыкновенный биполярный транзистор, имеющий внушительное сопротивление перехода коллектор-эмиттер – так мы еще добавили в эту цепь еще и диод… А мы стоим на перекрестках с включенными фарами, печками, обогревателями сидений и стекол… И все это начинает питаться от АКБ, так как генератор обеспечить все это не в состоянии…

Выбрав время, я ради эксперимента вскрыл таблетку своего РН (у меня там оказалась схема на бескорпусных элементах), вычислил там управляющий транзистор, выкусил его и воткнул вместо него полевой транзистор (у полевых транзисторов сопротивление сток-исток на порядок меньше, чем у биполярных) — но большего сделать у меня не получилось.

А я надеялся убрать дебильную термокомпенсацию и скорректировать выходное напряжение РН внутри схемы, чтобы убрать установленный когда-то диод… Но не судьба – с бескорпусным монтажом сделать что-либо практически невозможно… (((

На этом мой экскурс заканчивается. Далее пойдет практическая часть.

Замечу только, что в продаже можно было найти РН с повышенным напряжением. Есть такие – на 14,5 Вольт. Но покупать новый РН и наступать на старые грабли (см. два вывода выше) мне не хотелось. Кроме того, напряжение в 14,5 Вольт меня не устраивало (далее будет сказано, почему).

И я совсем уже было собирался соорудить РН по собственным предпочтениям, когда в интернете наткнулся на вот такой выносной регулятор.

Это РН российской фирмы Энергомаш. Имеет встроенный переключатель, которым можно переключать напряжение на выходе генератора. Настроен на три порога: 14.2 Вольта, 14,9 Вольт и 15,2 Вольт. Проехавшись по нашим магазинам, наткнулся на почти такой РН и приобрел его. Почти – потому что в наличии был только РН в сборе со щеточным узлом на переднеприводные модели ВАЗов. И пороги у него были другие — 13,6 Вольт, 14,2 Вольта и 14,7 Вольта. Вот он –

Симпатичная продавщица, узнав, что я беру РН для иномарки, сказала, что если он не подойдет — назад они его не возьмут. )))

На что я ответил, что назад я его не принесу в любом случае.
Знала бы она, что я собираюсь с ним сделать… )))

Кроме того, я купил там же пару проводов с наконечниками под болт, разъем реле стартера ВАЗ (само реле у меня уже было) и выносной предохранитель. Для чего — будет рассказано далее.

Привожу фоты реле с разъемами и предохранителя —

Итак, первым делом, приехавши домой, я вскрыл купленный РН.

Глядите, что у него внутри –

РН внутри залит прозрачным герметиком. Я удалил этот герметик, снял с платы РН транзистор КТ829, и установил вместо него мощный полевик IRF3205, имеющий сопротивление перехода исток-сток всего-навсего 8 миллиОм (0,008 Ом). Замечу, что у лучших экземпляров КТ829 этот параметр имеет значение около 10 Ом, что, как вы сами понимаете, на три (!) порядка выше…

Зачем его туда ставит завод – до сих пор понять не могу…

Далее – сменил дохленький диод 1N4007, шунтирующий обмотку возбуждения, на 5-амперный SR506. Припаял к выводу истока транзистора провод с клеммой под болт и вывел его из корпуса РН к месту отверстия под его крепление. Эта операция связана с не понравившимся мне контактом алюминиевого фланца крепления (он же теплоотвод и вывод массы РН с общим проводником платы, к которому припаян вывод истока). Электроника, как известно – наука о контактах. Лишние заморочки в виде пропадания зарядки из-за хренового контакта мне совсем не нужны…

Затем подключил РН к регулируемому источнику питания и подбором пары резисторов выставил пороги как у первого описанного здесь регулятора (14,2; 14,9; 15,2 Вольт).

Термокомпенсацию убирать не стал, ибо ставить этот РН внутрь генератора, конечно же, не собирался. )))
Ну а потом залил плату парой слоев лака и вернул ее в корпус.

Ну а теперь начинается третья часть – самая для вас интересная.

Снимаем с генератора РН. На фото обозначена цоколевка его выводов.

Нам нужно полностью отрезать соединения щеток от таблетки РН.
Для этого сначала перепиливаем ножовкой по металлу выход РН на дальнюю щетку.

Затем перепиливаем соединение ближней щетки с выходом контакта, на который приходит питание с трех допдиодов. Дополнительно откусываем сам упор контакта, чтобы исключить подачу напряжения с допдиодов не только на щетку – но и на таблетку РН вообще. Двойная перестраховка, так сказать. )))

Если теперь вернуться назад, к схеме этого РН, тот самый красный крестик на схеме и указывает, откуда мы отрезаем плюсовой вход регулятора.

Массу РН трогать не нужно. Я не стал трогать и установленный когда-то диод – он так и остался там на память. )))

Затем отмеряем необходимую длину провода от места установки нового РН до генератора и отрезаем в этом месте ненужный нам щеточный узел нового РН.

После чего припаиваем провода к выводам щеток.

Ставим получившийся щеточный узел в генератор и притягиваем его кабель к одному из винтов крепления хомутиком.

Прокладываем кабель к месту установки РН, крепя его к проводке несколькими пластиковыми стяжками.

Затем устанавливаем сам РН. Я поставил его возле АКБ, на боковую стенку площадки.

Для этого мне пришлось сначала снять блок коммутатора зажигания с бобиной для облегчения работы с дрелью.

Примерившись, сверлим два отверстия и прикручиваем РН и реле стартера на их теперь постоянные места.

Подключаем провода щеточного узла к РН.

Сам РН подключаем по такой схеме – она объясняет, для чего ранее были приобретены в магазине реле стартера и выносной предохранитель —

Плюсовой вывод с АКБ подключаем к контакту 30 реле через предохранитель 7,5 — 10 Ампер. Контакт 87, который при срабатывании реле соединяется с контактом 30, подключаем с входом + регулятора. С этим входом, как видим, соединяется и одна из щеток.

Управляющий обмоткой реле плюс (86 на схеме) подключаем к плюсовому проводу бобины либо коммутатора зажигания – у меня он стоит рядышком. На этом проводе при включении замка зажигания появляется напряжение +12 Вольт – и оно включает реле.

Второй вывод обмотки реле заводим на массу – под болт крепления реле стартера.

Затем ставим на место блок коммутатора с бобиной и подключаем их разъемы.

Вот так оно и стоит у меня теперь.
Дополнительно привожу фото провода питания РН с предохранителем –

Провод я протянул в кембрик и провел под площадкой АКБ – там у меня идет жгут проводки.
К нему я и пристегнул новый провод.

Ну а теперь часть последняя – ради чего все это затевалось:

Напряжение на АКБ при первом положении переключателя РН (лето) –

Напряжение на АКБ при среднем положении переключателя РН (весна-осень) —

Напряжение на АКБ при верхнем положении переключателя РН (зима) –

Как видим, установленные при налаживании РН пороги напряжений снизились примерно на полторы десятые Вольта. Это — следствие сопротивления провода с плюсовой клеммы АКБ, введенного в провод предохранителя и переходного сопротивления контактов реле стартера.

Я планировал чуть позже снять РН и откорректировать пороги чуть вверх (для этого там нужно подобрать всего один резистор) – да так и не собрался. Так и езжу уже четвёртый год. )))

Теперь самое главное – напряжение на АКБ не меняется ни на сотую при включении любых потребителей. Я специально включил все, что было можно – и напряжение осталось неизменным, причем проверялось это на холостых оборотах двигателя.

Во время произведения замеров включился вентилятор охлаждения – и я воочию узрел, как работает РН: напряжение на мгновение просело – и тут же вернулось к своему прежнему значению.

Вот мы и почти подошли к концу темы. Два пункта, о которых писАлось во второй части темы, у меня выполнены. РН подключен к АКБ, и установлен рядом с АКБ – что сделает температурную компенсацию РН более соответствующей эксплуатации.

Остался третий пункт, о котором я обещал сказать: правильный РН должен отключать обмотку возбуждения генератора при пуске двигателя. В этот момент она бесполезно ест нужные при запуске в мороз Амперы (на таких оборотах генератор напряжение выдать не может). Самые навороченные последние РН (и они имеются у Энергомаша) имеют такую функцию. Пока двигатель не раскрутится до 400 об/мин, эти РН не включают обмотку возбуждения генератора – и этим облегчают пуск двигателя. Но для реализации этой возможности нужно будет разобрать генератор и сделать вывод от одной из его фазных обмоток. Этот вывод подключается к измерительному входу РН, после чего и начинает работать эта функция.

В моем выносном РН этой функции нет – и это его единственный теперь на сегодняшний день недостаток. При желании я введу в него такую функцию – но пока такого желания у меня нет.

Зима была на носу, понимаете, а тут надо и гену снимать/разбирать/паять/собирать, и РН пойать… Не, не хотелось… Да и заводится оно у меня зимой с пол-пинка что зимой, что летом: отлаженный моновпрыск делает все сам, мне нужно всего выжать педаль сцепления и повернуть ключ в замке зажигания. ..

И в заключение – о порогах РН и об АКБ.

Кто-то скажет, что и нынешнее мое бортовое напряжение (а я оставил его на 14, 63 Вольт) слишком велико. Отнюдь нет.

Советую посетить сайты производителей АКБ и почитать их рекомендации для современных кальциевых АКБ. Коротко же скажу, что зарядка таких АКБ производится напряжением 16,2 (!) Вольта , иначе заряд они не возьмут. Я сам убедился в этом на собственном опыте на своем новом АКБ, когда поднимал ему плотность.

Особо интересующимся советую поинтересоваться бортовым напряжением современных авто – хотя бы ВАЗов-Калин, Грант, Ларгусов, и прочая. Там оно у них равно 14,75 Вольт при забортной температуре воздуха +25 градусов. Зимой на морозах оно поднимается до тех самых 15,2 Вольт, которые я и выставлял при настраивании своего РН на верхнем пороге.

Вот тАк вот. Как видим, старые авто не приспособлены под новые АКБ и гробят их из-за незнания этой подлянки их владельцами (а так же из-за замалчивания этой темы производителями АКБ).

Лишний повод сменить старый автомобиль на новый, как говорится. )))

Или усовершенствовать его самому. А что еще нам остается делать?

————————————-

Существенное примечание:

В заводском исполнении, возбуждение на РН приходит через лампочку зарядки в приборке, которая загорается при включении зажигания и гаснет после запуска двигателя.
Отключив РН от обмотки возбуждения генератора, мы тем самым разрываем минусовую цепь лампы и она функционировать перестаёт.

Кроме того, на эту лампу (а точнее — на вход возбуждения генератора) завязан и вход БК (или миничека) приборки, вход АВС (у кого она есть) и еще кое-что — перечислять здесь не буду.

Так вот, чтобы восстановить прежнее функционирование лампы зарядки приборки (и остальных устройств), цепь возбуждения придётся немного доработать.

Для этого достаточно добавить малогабаритное реле, замыкающее минусовую цепь лампы на массу и переключающее после запуска двигателя эту цепь на вход возбуждения генератора.
Реле это можно установить хотя бы и под капотом, разрезав в удобном месте идущий на ОВ генератора провод. Мне же показалось более выгодным поставить это реле прямо в приборку.
Вот схема для подключения этого реле —

Работает она таким образом: при включении зажигания нормально замкнутые контакты реле замыкают выход лампы на массу — и она загорается.
После запуска двигателя с выхода генератора (с тех самых трёх диодов, куда подключен провод с 13 пина на схеме), приходит напряжение заработавшего генератора — этим напряжением включается реле, и оно своими контактами переключает цепь лампы с массы на провод возбуждения — и далее всё работает так, как и было задумано когда-то фрицами. )))

Я немного усложнил схему, включив последовательно с обмоткой реле резистор, подобрав его сопротивление по надёжному срабатыванию реле, и включил в цепь обмотки диод — чисто для перестраховки, чтобы реле меньше грелось (оно у меня слаботочное).
Получилась такая схема —

Реле приклеил возле желтого разъёма приборки, на свободное место —

Как видно, резистор и диод я распаял прямо на выводах реле.

В приборке нужно дополнительно перерезать одну дорожку (её и будет коммутировать ведённое реле), и просверлить отверстие для подключения контакта и обмотки реле к общему проводу (массе) —

Вокруг просверленного отверстия зачищаем лак, облуживаем это место и подпаиваем массовый контакт схемы. Два других контакта впаиваем в уже имеющиеся отверстия на плате приборки — эти места видны на фото.

—————————

И последнее дополнение:

Поездив с пару/тройку лет, я все-таки выбрал время и реализовал третий пункт, о котором писАлось выше — пункт об отключении генератора при запуске двигателя.

Для этого я использовал работу датчика давления масла двигателя — он нормально замкнут при включении зажигания, и размыкается после запуска двигателя.
Именно этот датчик теперь и управляет моим установленным когда-то реле (раньше это реле включалось замком зажигания).

Схема управления реле собрана на полевом транзисторе —

ДДМ в этой схеме — датчик давления масла.

Работает эта схема таким образом: при включении зажигания затвор транзистора замкнут на массу через диод — и транзистор закрыт, реле обесточено.
После запуска двигателя ДДМ размыкается и на вход схемы приходит напряжение 12 Вольт с лампы давления масла, что в приборке.
Этим напряжением начинает заряжаться конденсатор, и когда напряжение на нём достигнет порога открывания транзистора — он открывается и включает реле.
Ну а реле своими контактами подключает РН к АКБ, как и было ранее… Причём, вся эта схема уместилась внутри этого самого реле…

С указанным транзюком и номиналами резистора и конденсатора, задержка включения составляет около 5 секунд после срабатывания датчика давления масла. Этого вполне достаточно, КМК.

По схеме: Стабилитрон КС156А и диод 1N4003 — защитные. Первый защищает затвор транзистора, второй — предохраняет переход исток-сток от самоиндукции обмотки реле при срабатывании.

Диод 1N4148 нужен для мгновенного разряда конденсатора при глушении двигателя. В принципе, он не обязателен, ибо при глушении движка питание с релюхи снимается замком зажигания. Но если после глушения движка тут же его завести, а конденсатор ещё конца не разряжен — реле включится быстрее.
Диод этот помогает и при ситуации, когда ДДМ срабатывает уже во время работы стартера — у меня как раз такая ситуация. Датчик срабатывает несколько раз из-за неравномерного вращения КВ при запуске — и каждый раз при выключении ДДМ конденсатор схемы разряжается на массу, сбрасывая задержку в начало — и так, пока не заведётся двигатель.

Задержку, если кому надо, можно увеличить (или уменьшить) путём увеличения (или, соответственно, уменьшения) сопротивления резистора или ёмкости конденсатора.
Приведенную выше схему я отлаживал на столе, а в релюху засунул другой полевик, 55N03 (взятый с дохлой материнской платы компьютера) из-за его меньших габаритов.
Для этого транзистора для задержки в 3 сек., ёмкость конденсатора пришлось увеличить до 15 мкФ, номиналы остальных деталей остались те же.

Конденсатор взял полимерный. Распаял его и стабилитрон прямо на выводах транзистора рядышком. Оно чудесно подошло по размеру. Резистор и диод уложил на них сверху… )))

Фото, ежели надо, выложу позже. И видео запуска/включения гены могу выложить так же.

Ну и всем, кто смог дочитать до конца эту эпопею — за усидчивость.
И — удачи всем!!!

 

Многофункциональный регулятор напряжения 9444.3702

Общие сведения: Многофункциональный регулятор напряжения (МРН) 9444.3702 предназначен для поддержания напряжения бортовой сети автомобиля в заданных пределах во всех режимах работы системы электро- оборудования при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Применяемость: автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 с генератором 9402.3701-03, ВАЗ-2123 “Chevrolet Niva” с генератором 9402.3701-04 и др. Многофункциональный регулятор 9444.3702 обеспечивает полное отключение обмотки возбуждения генератора от бортовой сети, что повышает надежность и безопасность системы электроснабжения автомобиля. Контроль и регулирование напряжения производятся непосредственно на выходной клемме генератора — по такому принципу строятся все схемы электроснабжения современных зарубежных автомобилей высокого класса. Дополнительные диоды в схеме включения в составе генераторной установки отсутствуют, контроль запуска генератора, а также контроль его частоты вращения производится непосредственно на одной из выходных силовых обмоток. Регулятор напряжения 9444.3702 обладает функцией индикации повышенного и пониженного напряжения бортовой сети автомобиля, а также низкого фазного напряжения генератора. Индикация осуществляются свечением штатного индикатора контроля заряда аккумуляторной батареи на приборной панели. Изделие выпускается в климатическом исполнении О2.1 по ГОСТ 15150 для внутреннего рынка и на экспорт. По степени защиты от проникновения посторонних тел и воды изделие соответствует исполнению IP67 по ГОСТ 14254. Рабочий режим регулятора — продолжительный S1 по ГОСТ 3940. Регулятор устанавливается непосредственно на генераторе, где предусмотрена установка регуляторов 7931.3702И4, 844.3702, 845.3702, 9444. 3702, 7931.3702-01, при помощи штатных винтов. Гарантийный срок эксплуатации — 3 года с даты ввода в эксплуатацию или со дня продажи в розничной торговой сети. Гарантийные обязательства производителя имеют силу в течение четырех лет с даты выпуска изделий. Дата изготовления нанесена на корпусе изделий. Технические данные: Диапазон рабочих температур, °С -45 . . +110   Напряжение регулирования с АБ* при t°=(25 ± 2)°С и нагрузке генератора 5А, В 14,5 ± 0,1   Напряжение регулирования с АБ при t°=(25 ± 2)°С в диапазоне нагрузки генератора от 5А до 0,9·Imax**, В 14,5 ± 0,15   Максимальный ток выходной цепи, А 5,0   Термокомпенсация Uрег, мВ/°С -6,0 ± 3,0   Остаточное напряжение на выходе «DF»: максимальное / типовое, В 0,08 / 0,07   Порог срабатывания низкого фазного напряжения, В 3,75 . . 7,25   Порог срабатывания индикации пониженного напряжения, В 10,9 .. 11,6   Порог срабатывания индикации повышенного напряжения, В 16,15 .. 17,15   Максимально допустимое длительное воздействие повышенного напряжения питания, В 18,0   Максимально допустимое воздействие повышенного напряжения питания длительностью до 5 мин. , В 25,0   Максимально допустимые импульсные перенапряжения по ГОСТ 28751 в составе генератора, В 200,0 * — АБ — аккумуляторная батарея ** — Согласно техническим условиям на изделие   Схема включения в составе генераторной установки:   Габаритный чертеж:   Cхема электрическая принципиальная:

Как работает регулятор напряжения генератора автомобиля

Реле-регулятор напряжения генератора — это неотъемлемая часть системы электрооборудования любого автомобиля. С его помощью производится поддержка напряжения в определенном диапазоне значений. В данной статье вы узнаете о том, какие конструкции регуляторов существуют на данный момент, в том числе будут рассмотрены механизмы, давно не используемые.

Основные процессы автоматического регулирования

Совершенно неважно, какой тип генераторной установки используется в автомобиле. В любом случае он имеет в своей конструкции регулятор. Система автоматического регулирования напряжения позволяет поддерживать определенное значение параметра, независимо от того, с какой частотой вращается ротор генератора. На рисунке представлен реле-регулятор напряжения генератора, схема его и внешний вид.

Анализируя физические основы, с использованием которых работает генераторная установка, можно прийти к выводу, что напряжение на выходе увеличивается, если скорость вращения ротора становится выше. Также можно сделать вывод о том, что регулирование напряжения осуществляется путем уменьшения силы тока, подаваемого на обмотку ротора, при повышении скорости вращения.

Что такое генератор

Любой автомобильный генератор состоит из нескольких частей:

1. Ротор с обмоткой возбуждения, вокруг которой при работе создается электромагнитное поле.

2. Статор с тремя обмотками, соединенными по схеме «звезда» (с них снимается переменное напряжение в интервале от 12 до 30 Вольт).

3. Кроме того, в конструкции присутствует трехфазный выпрямитель, состоящий из шести полупроводниковых диодов. Стоит заметить, что реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 (инжектор или карбюратор в системе впрыска) одинаков.

Но работать генератор без устройства регулирования напряжения не сможет. Причина тому — изменение напряжения в очень большом диапазоне. Поэтому необходимо использовать систему автоматического регулирования. Она состоит из устройства сравнения, управления, исполнительного, задающего и специального датчика. Основной элемент — это орган регулирования. Он может быть как электрическим, так и механическим.

Работа генератора

Когда начинается вращение ротора, на выходе генератора появляется некоторое напряжение. А подается оно на обмотку возбуждения посредством органа регулировки. Стоит также отметить, что выход генераторной установки соединен напрямую с аккумуляторной батареей. Поэтому на обмотке возбуждения напряжение присутствует постоянно. Когда увеличивается скорость ротора, начинает изменяться напряжение на выходе генераторной установки. Подключается реле-регулятор напряжения генератора Valeo или любого другого производителя к выходу генератора.

При этом датчик улавливает изменение, подает сигнал на сравнивающее устройство, которое анализирует его, сопоставляя с заданным параметром. Далее сигнал идет к устройству управления, от которого производится подача на исполнительный механизм. Регулирующий орган способен уменьшить значение силы тока, который поступает к обмотке ротора. Вследствие этого на выходе генераторной установки производится уменьшение напряжения. Аналогичным образом производится повышение упомянутого параметра в случае снижения скорости ротора.

Двухуровневые регуляторы

Двухуровневая система автоматического регулирования состоит из генератора, выпрямительного элемента, аккумуляторной батареи. В основе лежит электрический магнит, его обмотка соединена с датчиком. Задающие устройства в таких типах механизмов очень простые. Это обычные пружины. В качестве сравнивающего устройства применяется небольшой рычаг. Он подвижен и производит коммутацию. Исполнительным устройством является контактная группа. Орган регулировки — это постоянное сопротивление. Такой реле-регулятор напряжения генератора, схема которого приведена в статье, очень часто используется в технике, хоть и является морально устаревшим.

Работа двухуровневого регулятора

При работе генератора на выходе появляется напряжение, которое поступает на обмотку электромагнитного реле. При этом возникает магнитное поле, с его помощью притягивается плечо рычага. На последний действует пружина, она используется как сравнивающее устройство. Если напряжение становится выше, чем положено, контакты электромагнитного реле размыкаются. При этом в цепь включается постоянное сопротивление. На обмотку возбуждения подается меньший ток. По подобному принципу работает реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 и других автомобилей отечественного и импортного производства. Если же на выходе уменьшается напряжение, то производится замыкание контактов, при этом изменяется сила тока в большую сторону.

Электронный регулятор

У двухуровневых механических регуляторов напряжения имеется большой недостаток — чрезмерный износ элементов. По этой причине вместо электромагнитного реле стали использовать полупроводниковые элементы, работающие в ключевом режиме. Принцип работы аналогичен, только механические элементы заменены электронными. Чувствительный элемент выполнен на делителе напряжения, который состоит из постоянных резисторов. В качестве задающего устройства используется стабилитрон.

Современный реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 является более совершенным устройством, надежным и долговечным. На транзисторах функционирует исполнительная часть устройства управления. По мере того как изменяется напряжение на выходе генератора, электронный ключ замыкает или размыкает цепь, при необходимости подключают добавочное сопротивление. Стоит отметить, что двухуровневые регуляторы являются несовершенными устройствами. Вместо них лучше использовать более современные разработки.

Трехуровневая система регулирования

Качество регулирования у таких конструкций намного выше, нежели у рассмотренных ранее. Ранее использовались механические конструкции, но сегодня чаще встречаются бесконтактные устройства. Все элементы, используемые в данной системе, такие же, как и у рассмотренных выше. Но отличается немного принцип работы. Сначала подается напряжение посредством делителя на специальную схему, в которой происходит обработка информации. Установить такой реле-регулятор напряжения генератора («Форд Сиерра» также может оснащаться подобным оборудованием) допустимо на любой автомобиль, если знать устройство и схему подключения.

Здесь происходит сравнение действительного значения с минимальным и максимальным. Если напряжение отклоняется от того значения, которое задано, то появляется определенный сигнал. Называется он сигналом рассогласования. С его помощью производится регулирование силы тока, поступающего на обмотку возбуждения. Отличие от двухуровневой системы в том, что имеется несколько добавочных сопротивлений.

Современные системы регулирования напряжения

Если реле-регулятор напряжения генератора китайского скутера двухуровневый, то на дорогих автомобилях используются более совершенные устройства. Многоуровневые системы управления могут содержать 3, 4, 5 и более добавочных сопротивлений. Существуют также следящие системы автоматического регулирования. В некоторых конструкциях можно отказаться от использования добавочных сопротивлений.

Вместо них увеличивается частота срабатывания электронного ключа. Использовать схемы с электромагнитным реле попросту невозможно в следящих системах управления. Одна из последних разработок — это многоуровневая система управления, которая использует частотную модуляцию. В таких конструкциях необходимы добавочные сопротивления, которые служат для управления логическими элементами.

Как снимать реле-регулятор

Снять реле-регулятор напряжения генератора («Ланос» или отечественная «девятка» у вас – не суть важно) довольно просто. Стоит заметить, что при замене регулятора напряжения потребуется всего один инструмент — плоская или крестовая отвертка. Снимать генератор или ремень и его привод не нужно. Большинство устройств находится на задней крышке генератора, причем объединены в единый узел с щеточным механизмом. Наиболее частые поломки происходят в нескольких случаях.

Во-первых, при полном стирании графитовых щёток. Во-вторых, при пробое полупроводникового элемента. О том, как провести проверку регулятора, будет рассказано ниже. При снятии вам потребуется отключить аккумуляторную батарею. Отсоедините провод, который соединяет регулятор напряжения с выходом генератора. Выкрутив оба крепежных болта, можно вытянуть корпус устройства. А вот реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2101 имеет устаревшую конструкцию – он монтируется в подкапотном пространстве, отдельно от щеточного узла.

Проверка устройства

Проверяется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2106, «копеек», иномарок одинаково. Как только произведете снятие, посмотрите на щетки – у них должна быть длина более 5 миллиметров. В том случае, если этот параметр отличается, нужно проводить замену устройства. Чтобы осуществить диагностику, потребуется источник постоянного напряжения. Желательно, чтобы можно было изменить выходную характеристику. В качестве источника питания можно использовать аккумулятор и пару пальчиковых батареек. Еще вам необходима лампа, она должна работать от 12 Вольт. Вместо нее можно использовать вольтметр. Подключаете плюс от питания к разъему регулятора напряжения.

Соответственно, минусовой контакт соединяете с общей пластиной устройства. Лампочку или вольтметр соединяете со щетками. В таком состоянии между щетками должно присутствовать напряжение, если на вход подается 12-13 Вольт. Но если вы будете подавать на вход больше, чем 15 Вольт, между щетками напряжения не должно быть. Это признак исправности устройства. И совершенно не имеет значения, диагностируется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 или другого автомобиля. Если же контрольная лампа горит при любом значении напряжения или вовсе не загорается, значит, присутствует неисправность узла.

Выводы

В системе электрооборудования автомобиля реле-регулятор напряжения генератора «Бош» (как, впрочем, и любой иной фирмы) играет очень большую роль. Как можно чаще следите за его состоянием, проверяйте на наличие повреждений и дефектов. Случаи выхода из строя такого устройства нередки. При этом в лучшем случае разрядится аккумуляторная батарея. А в худшем может повыситься напряжение питания в бортовой сети. Это приведет к выходу из строя большей части потребителей электроэнергии. Кроме того, может выйти из строя и сам генератор. А его ремонт обойдется в кругленькую сумму, а если учесть, что АКБ очень быстро выйдет из строя, расходы и вовсе космические. Стоит также отметить, что реле-регулятор напряжения генератора Bosch является одним из лидеров по продажам. У него высокая надежность и долговечность, а характеристики максимально стабильны.

Для питания бортовой сети транспортного средства предусмотрено два источника тока. И водителю очень важно разбираться в принципах работы автомобильного генератора, который наряду с аккумуляторной батареей, предназначен для обеспечения энергией электрооборудования машины.

К надёжности и стабильности устройств такого рода предъявляются жесткие требования.

В Российской Федерации производимое и используемое электрооборудование должно соответствовать ГОСТ Р 52230-2004. Документ устанавливает общие технические условия, которые распространяются и на стартерные аккумуляторы автомобилей. Упомянутый национальный стандарт полностью соответствует международным нормативам, что позволяет использовать на отечественных машинах компоненты иностранного производства.

На заре автомобилестроения и вплоть до 60-х годов прошлого века в бортовых сетях использовались генераторы постоянного тока — капризные и маломощные. С появлением полупроводниковых (селеновых и кремниевых) выпрямителей на машины стали ставить агрегаты переменного тока. Они втрое меньше по массе и при той же нагрузке обеспечивают более высокую стабильность выходного тока.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:

• Заряда аккумулятора.
• Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
• Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.

Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2-х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2-х видов одинаково – они состоят из следующих элементов:

• Шкива с валом и подшипниками.
• Ротора с контактными кольцами.
• Обмоток статора.
• Корпуса генератора.
• Регулятора напряжения.
• Выпрямительного устройства.
• Щеточного узла.

Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий.

Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:

• Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
• Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
• Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
• Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
• Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение — управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
• Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
• Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.

Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

• Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
• Ток отдачи.
• Частота возбуждения и самовозбуждения.

Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1.

Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.

Как работает автомобильный генератор?

Устройство начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который запитывается напрямую от аккумуляторной батареи. Ключевой принцип работы генератора автомобиля состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который раскручивает через ременную передачу установленный на необслуживаемых подшипниках ротор.

Питание обмотки возбуждения, расположенной на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Для защиты батареи от саморазряда подключение производится через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Величина напряжения в этой цепи регулируется электронным или электромеханическим стабилизатором, интегрированным или выполненным в виде отдельного устройства.

Вращающийся якорь создает электромагнитные поля, которые индуцируют в обмотках статора переменный ток. Он поступает на выпрямитель, представляющий собой блок диодов. В него входят шесть вентилей: по три отрицательных и положительных. Они обеспечивают преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме «треугольника» или «звезды». В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, нежели во втором. Треугольник применяется на моделях авто повышенной мощности.

Описываемый принцип действия автомобильного генератора обеспечивает поддержание в бортовой сети напряжения в диапазоне от 13,9 до 14,5 В. Точная величина зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки. Потребители (например, аккумулятор) к электроагрегату подключаются через вывод «В+».

Для чего в генераторе регулятор напряжения?

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора ге­нератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды.

Кроме того, он может выполнять дополнительные функции – защищать эле­менты генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автомати­чески включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигна­лизации аварийной работы генераторной установки.

Все регуляторы напряжения работают по единому принципу. Напряжение ге­нератора определяется тремя факторами – частотой вращения ротора, силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока, соз­даваемой током обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напря­жение генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение. Все ре­гуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряже­ние изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьша­ется, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Блок-схема регулятора напряжения представлена на рис. 3.3.

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регу­лирующий элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение гене­ратора 2 Ujj и преобразует его в сигнал U_M3M , который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением U_3T.

Если величина U_M3M отличается от эталонной величины и_эт, на выходе изме­рительного элемента появляется сиг­нал U, который активизирует регули­рующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы на­пряжение генератора вернулось в за­данные пределы.

1 – регулятор; 2 – генератор; 3 – элемент сравнения; 4 – регулирующий элемент; 5 -измерительный элемент

Таким образом, к регулятору напря­жения обязательно должно быть под­ведено напряжение генератора или на­пряжение из другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от аккумуляторной батареи, а также подсоединена обмотка возбу­ждения генератора. Если функции ре­гулятора расширены, то и число подсо­единений его в схему растет.

Чувствительным элементом электронных регуляторов напряжения является входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение поступает на эле­мент сравнения, г де роль эталонной величины играет обычно напряжение стабили­зации стабилитрона. Стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т.е. начинает пропускать через се­бя ток. если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Напряжение же на стабилитроне остается при этом практически неизменным. Ток через стаби­литрон включает электронное реле, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. В вибраци­онных и контактно-транзисторных регуляторах чувствительный элемент представ­лен в виде обмотки электромагнитного реле, напряжение к которой, впрочем, тоже может подводиться через входной делитель, а эталонная величина – это сила на­тяжения пружины, противодействующей силе притяжения электромагнита. Комму­тацию в цепи обмотки возбуждения осуществляют контакты реле или, в контакт- но-транзисторном регуляторе, полупроводниковая схема, управляемая этими кон­тактами. Особенностью автомобильных регуляторов напряжения является то. что они осуществляют дискретное регулирование напряжения путем включения и вы­ключения в цепь питания обмотки возбуждения (в транзисторных регуляторах) или последовательно с обмоткой дополнительного резистора (в вибрационных и кон­тактно-транзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжи- т епьность включения обмотки или дополнительного резистора.

Поскольку вибрационные и контактно-транзисторные регуляторы представ­ляют лишь исторический интерес, а в отечественных и зарубежных генератор­ных установках в настоящее время применяются электронные транзисторные регуляторы, удобно рассмотреть принцип работы регулятора напряжения на примере простейшей схемы, близкой к отечественному регулятору напряжения Я112А1 и регулятору EE14V3 фирмы BOSCH (рис. 3.4 ).

Регулятор 2 на схеме работает в комплекте с генератором 1. имеющим допол­нительный выпрямитель обмотки возбуждения. Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает ■ j epe3 себя ток при напряжениях ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины стабилитрон пробивается, и по нему начинает протекать ток.

Транзисторы же пропускают ток между коллектором и эмиттером, т.е. откры­ты. если в цепи база-змиттер ток протекает, и не пропускают этого тока. т.е. закрыты, если базовый ток прерывается.

Напряжение к стабилитрону VD1 подводится от выхода генератора Д через делитель напряжения на резисторах R1, R2. Пока напряжение генератора неве­лико, и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон за­крыт, ток через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вы­вода Д поступает в базовую цепь транзистора VT2, он открывается, через его пе­реход эмиттер-коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, кото­рый открывается тоже. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается через переход эмиттер-коллектор VT3 подключена к цепи питания. Соединение транзисторов VT2, VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а пи-

1 – генератор; 2 – регулятор

тание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, на­зывается схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом уси­ления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния. Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD1.

При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации ста­билитрон VD1 пробивается, ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VT3 на «массу». Состав­ной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются ста­билитрон VD2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2, VT3, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генерато­ра возрастает и т. д., процесс повторяется.

Таким образом регулировка напряжения генератора регулятором осуществ­ляется дискретно через изменение относительного времени включения обмот­ки возбуждения цепи питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяет­ся так, как показано на рис. 3.5. Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если

частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла – увеличивается.

В схеме регулятора по рис. 3.4 име­ются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбужде­ния со значительной индуктивностью.

В этом случае ток обмотки возбуж­дения может замыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряже­ния не происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим. Сопротивление R3 является сопротивлением жесткой обратной связи. При открытии состав­ного транзистора VT2, VT3 оно оказы­вается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряже­ния. При этом напряжение на стабили­троне VD2 резко уменьшается, что ус­коряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключе­ния. Это благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной уста­новки. Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регу­лятор от влияния импульсов напряжения на его входе.

Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочас­тотных помех на работу регулятора, либо ускоряют переключения транзисторов.

В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разря­жается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разряд­ного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая потери мощно­сти в нем и его нагрев.

Из рис. 3.4 хорошо видна роль лампы контроля работоспособного состояния генераторной установки HL.

При неработающем двигателе внутреннего сгорания замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA че­рез эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечива­ется первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнали­зируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва.

Рис. 3.5. Изменение силы тока в обмотке воз­буждения te по времени t :

соответственно время включения и выключения обмотки возбуждения генератора; П 1 и п 2

частоты вращения ротора генератора, причем п₂ больше гу, 1в₁ и 1в₂ – среднее значе­ние тока в обмотке возбуждения

После запуска двигателя, на выводах генератора Д и «+» появляется практи­чески одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генераторная установка при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL про­должает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генератор­ной установки или обрыве приводного ремня.

Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора, если при работающем двигателе автомобиля произойдет обрыв цепи обмотки возбу­ждения. то лампа HL загорится.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с пониже­нием температуры электролита напряжение, подводимое к батарее от генератор­ной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры – понижалось.

Для автоматизации процессов изменения уровня поддерживаемого напряже­ния применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включаемый в схему регулятора напряжения. В простейшем случае термоком­пенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от темпе­ратуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генера­торной установки изменяется в заданных пределах.

3 рассмотренной схеме регулятора напряжения, как и во всех регуляторах аналогичного типа, частота переключений в цепи обмотки возбуждения изменя­ется по мере изменения режима работы генератора. Нижний предел этой час­тоты составляет 25-50 Гц.

Однако имеется и другая разновидность схем электронных регуляторов, в ко­торых частота переключения строго задана. Регуляторы такого типа оборудо­ваны широтно-импульсным модулятором (ШИМ), который и обеспечивает за­данную частоту переключения. Применение ШИМ снижает влияние на работу регулятора внешних воздействий, например, уровня пульсаций выпрямленного напряжения и т.п.

8 настоящее время все больше зарубежных фирм переходит на выпуск гене­раторных установок без дополнительного выпрямителя. Для автоматического предотвращения разряда аккумуляторной батареи пои неработающем двигате­ле автомобиля в регулятор такого типа заводится фаза генератора. Регулято­ры. как правило, оборудованы ШИМ, который, например, при неработающем двигателе переводит выходной транзистор в колебательный режим, при кото­ром ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера.

После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы.

Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контро­ля работоспособного состояния генераторной установки.

Регулировка напряжения генераторов переменного тока

Проблема регулирования напряжения в системе переменного тока в основном не отличается от проблемы в системе постоянного тока. В каждом случае функция системы регулятора состоит в том, чтобы контролировать напряжение, поддерживать баланс циркулирующего тока по всей системе и устранять внезапные изменения напряжения (защита от срабатывания) при приложении нагрузки к системе. Однако есть одно важное различие между системой регулятора генераторов постоянного тока и генераторов переменного тока, работающих в параллельной конфигурации.Нагрузка любого конкретного генератора постоянного тока в системе с двумя или четырьмя генераторами зависит от его напряжения по сравнению с напряжением на шине, в то время как разделение нагрузки между генераторами переменного тока зависит от настроек их регуляторов скорости, которые регулируются частотой и схемы спада, описанные в предыдущем разделе, посвященном системам привода с постоянной скоростью генератора.

При параллельной работе генераторов переменного тока частота и напряжение должны быть одинаковыми. Если синхронизирующая сила требуется для выравнивания только напряжения между генераторами постоянного тока, синхронизирующие силы необходимы для выравнивания как напряжения, так и скорости (частоты) между генераторами переменного тока.Для сравнения, синхронизирующие силы для генераторов переменного тока намного больше, чем для генераторов постоянного тока. Когда генераторы переменного тока имеют достаточный размер и работают при разных частотах и ​​напряжениях на клеммах, могут возникнуть серьезные повреждения, если они будут внезапно подключены друг к другу через общую шину. Чтобы избежать этого, генераторы необходимо синхронизировать как можно точнее перед их соединением.

Регулировка выходного напряжения возбудителя постоянного тока, который подает ток в поле ротора генератора, наилучшим образом регулирует выходное напряжение генератора переменного тока.Это достигается за счет регулирования 28-вольтовой системы, подключенной к цепи возбуждения возбудителя. Регулятор управляет током поля возбудителя и, таким образом, регулирует выходное напряжение возбудителя, приложенное к полю генератора.

Транзисторные регуляторы генератора переменного тока

Во многих системах генератора переменного тока в самолетах используется транзисторный регулятор напряжения для управления выходом генератора. Перед изучением этого раздела может оказаться полезным обзор принципов работы транзисторов.

Транзисторный регулятор напряжения состоит в основном из транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и, как правило, термистора.Во время работы ток течет через диод и транзистор к полю генератора. Когда достигается надлежащий уровень напряжения, регулирующие компоненты заставляют транзистор отключать проводимость, чтобы контролировать напряженность поля генератора. Рабочий диапазон регулятора обычно регулируется в узком диапазоне. Термистор обеспечивает температурную компенсацию схемы. Для объяснения работы этого типа регулятора будет использоваться транзисторный регулятор напряжения, показанный на рис. 12-342.

Рисунок 12-342. Транзисторный регулятор напряжения.

Выходной сигнал переменного тока генератора подается на регулятор напряжения, где он сравнивается с опорным напряжением, а разница подается на секцию управляющего усилителя регулятора. Если выходной сигнал слишком низкий, напряженность поля генератора возбудителя переменного тока увеличивается схемой в регуляторе. Если выходная мощность слишком высока, напряженность поля снижается.

Источник питания для мостовой схемы — CR1, который обеспечивает двухполупериодное выпрямление трехфазного выхода трансформатора T1.Выходные напряжения постоянного тока CR1 пропорциональны средним фазным напряжениям. Питание подается от отрицательного конца источника питания через точки B, R2, точку C, стабилитрон (CR5), точку D и на параллельное соединение V1 и R1. Точка взлета C моста находится между резистором R2 и стабилитроном. В другой ноге опорного моста, резисторы R9, R7, и компенсация температуры резистор RT1 соединено последовательно с V1 и R1 через точку В, А и D. На выходе этого этапа моста находится на рычаге из R7.

При изменении напряжения генератора, например, при понижении напряжения, напряжение на R1 и V1 (как только V2 начинает проводить) остается постоянным. Общее изменение напряжения происходит по мостовой схеме. Поскольку напряжение на стабилитроне остается постоянным (после того, как он начинает проводить), полное изменение напряжения, происходящее в этом плече моста, происходит на резисторе R2. На другом плече моста изменение напряжения на резисторах пропорционально их значениям сопротивления.Следовательно, изменение напряжения на R2 больше, чем изменение напряжения на R9 на рычаге стеклоочистителя R7. Если выходное напряжение генератора падает, точка C является отрицательной по отношению к рычагу стеклоочистителя R7. И наоборот, если выходное напряжение генератора увеличивается, полярность напряжения между двумя точками меняется на обратную.

Выход моста, взятый между точками C и A, подключен между эмиттером и базой транзистора Q1. При низком выходном напряжении генератора напряжение от моста отрицательно для эмиттера и положительно для базы.Это сигнал прямого смещения транзистора, поэтому ток между эмиттером и коллектором увеличивается. С увеличением тока напряжение на эмиттерном резисторе R11 увеличивается.

Это, в свою очередь, подает положительный сигнал на базу транзистора Q4, увеличивая его эмиттерный ток коллектора и увеличивая падение напряжения на эмиттерном резисторе R10.

Это дает положительное смещение к базе Q2, что увеличивает его эмиттерный ток коллектора и увеличивает падение напряжения на его эмиттерном резисторе R4.Этот положительный сигнал управляет выходным транзистором Q3. Положительный сигнал на базе Q3 увеличивает ток между эмиттером и коллектором.

Управляющее поле генератора возбудителя находится в коллекторной цепи. Увеличение мощности генератора возбудителя увеличивает напряженность поля генератора переменного тока, что увеличивает выходную мощность генератора.

Чтобы предотвратить возбуждение генератора при низком значении частоты, рядом с выводом F + имеется переключатель пониженной скорости. Когда генератор достигает подходящей рабочей частоты, переключатель замыкается и позволяет генератору возбуждаться.

Еще один интересный объект — линия, содержащая резисторы R27, R28 и R29, включенные последовательно с нормально замкнутыми контактами реле K1. Катушка управления этого реле находится в левой нижней части схемы. Реле K1 подключено к источнику питания (CR4) транзисторного усилителя. Когда генератор запускается, электрическая энергия подается от 28-вольтовой шины постоянного тока в поле возбудителя генератора, чтобы «высветить поле» для начального возбуждения. Когда поле генератора возбудителя возбуждается, генератор переменного тока начинает производить, и по мере его нарастания срабатывает реле K1, размыкая цепь «вспышки поля».

Flight Mechanic рекомендует

Регулятор напряжения с чувствительной к температуре схемой для снижения выходного тока генератора

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

Настоящее изобретение направлено на область автомобильных регуляторов напряжения для использования с генераторами переменного тока с механическим приводом и, более конкретно, на область обеспечения управления генератором переменного тока для уменьшения его выходного тока. при повышенных температурах.

2. Описание предшествующего уровня техники

Обычно в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания используются электрические накопители (батареи) для обеспечения энергии, необходимой для запуска двигателя, и обеспечения ограниченного количества энергии для питания электрических аксессуаров и освещения, когда двигатель не работает.

Когда двигатель запускается, электрическая энергия подается от электрического генератора, который в последние годы был в форме генератора переменного тока, который подает постоянное напряжение, достаточное для обеспечения всех электрических требований транспортного средства и для зарядки аккумулятора. .Выходное напряжение генератора переменного тока контролируется регулятором напряжения, который попеременно размыкает и замыкает путь тока обмотки возбуждения генератора в ответ на измеренный уровень напряжения на выходе постоянного тока генератора.

Увеличение количества доступных электрических аксессуаров на транспортных средствах в последние годы потребовало увеличения мощности генератора переменного тока, в то время как автомобили меньшего размера уменьшили размер моторного отсека и потребовали уменьшения физических размеров генераторов. Кроме того, недавно были предложены генераторы переменного тока, которые физически устанавливают схему регулятора на генераторе переменного тока для экономии места и проводки. Повышенная выходная мощность в сочетании с уменьшенным размером корпуса и уменьшенным размером моторного отсека привела к появлению генераторов, которые выделяют больше тепла и менее способны его рассеивать. Конечно, высокая температура вредит сроку службы генератора переменного тока, а также связанных с ним схем регулятора. Помимо очевидных механических проблем, которые могут возникнуть, существует также множество электрических компонентов, которые могут выйти из строя в такой среде.Сильный нагрев генератора переменного тока может вызвать выход из строя диодов выпрямителя генератора. Высокая температура окружающей среды регулятора может привести к выходу из строя транзисторов переключения тока возбуждения или любых других управляющих транзисторов и, возможно, вызвать дальнейшее повреждение генератора. Поэтому наиболее желательно предохранять генератор от перегрева, и некоторые предложили предусмотреть специальные каналы для свежего воздуха, чтобы способствовать его рассеиванию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предназначено для обеспечения экономичной альтернативы обеспечению дополнительного охлаждающего воздушного канала для генератора переменного тока в качестве решения проблем с высоким нагревом в транспортных средствах.

Настоящее изобретение обеспечивает относительно недорогую модификацию обычной схемы регулятора напряжения, посредством которой отслеживается температура окружающей среды в регуляторе. В то время, когда температура окружающей среды увеличивается до заданного уровня, настоящее изобретение обеспечивает обход обычного режима работы регулятора и снижает величину тока возбуждения, подаваемого в генератор переменного тока, путем увеличения времени отключения тока возбуждения до тех пор, пока температура окружающей среды не станет равной температуре окружающей среды. уменьшен.В результате генератор будет обеспечивать пониженную мощность при высокой температуре окружающей среды. Настоящее изобретение может быть реализовано в нескольких относительно недорогих схемных конфигурациях, например, показанных и описанных на прилагаемых чертежах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. На фиг.1 показан вариант осуществления настоящего изобретения, сконфигурированный со схемой триггера Шмитта в цепи электронного регулятора напряжения.

РИС. 2 иллюстрирует второй вариант осуществления настоящего изобретения, в котором используется фиксатор стабилитрона вместо схемы триггера Шмитта, показанной на фиг.1.

РИС. 3 иллюстрирует третий вариант осуществления настоящего изобретения, в котором используется цепочка диодов, заменяющая стабилитрон, показанный на фиг. 3.

РИС. 4 — график зависимости выходного тока генератора переменного тока от температуры окружающей среды регулятора как для обычной схемы регулятора, так и для схемы, содержащей настоящее изобретение.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Первый вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 1, на котором компоненты обычного электронного регулятора напряжения обозначены числами ниже 100, а элементы, добавленные для реализации настоящего изобретения, обозначены числами выше 100. Область, показанная пунктирной линией, обозначенная как 100, представляет ту часть настоящего изобретения, которая является уникальной для этого варианта осуществления и несколько отличается от вариантов осуществления, показанных на фиг. 2 и 3, которые соответственно обозначены как 200 и 300. Схема на фиг. 1 будет первоначально описан в соответствии с взаимодействием обычных компонентов регулятора. Далее будет описана часть схемы, относящаяся к настоящему изобретению, в отношении ее влияния на работу всей схемы.

РИС. 1 показан обычный генератор переменного тока, имеющий выходную клемму A, подключенную к аккумуляторной батарее B-1, и выключатель зажигания S-1. Обмотка статора генератора переменного тока подключена к выходной клемме S. Обмотка возбуждения механически приводится в действие соответствующим двигателем (не показан) и электрически подключена к клемме F.

Схема регулятора имеет четыре входных клеммы, три из которых соответствуют к клеммам A, S и F генератора и подключаются непосредственно к ним. Кроме того, в цепи регулятора имеется вывод зажигания I, который через контрольную лампу I-1 соединен с выключателем зажигания S-1.

Когда выключатель зажигания S-1 замыкается в первый раз, сигнальная лампа I-1 получает питание от напряжения аккумуляторной батареи. Поскольку транзистор 76 обычно смещен, через резистор 74 в коллекторном плече транзистора 76 протекает ток, достаточный для замыкания цепи и включения индикаторной лампы I-1. Напряжение батареи также подается через резистор 54 на базу транзистора 52 и смещает транзистор 52 до состояния насыщения, которое включает схему регулятора.При включении схемы регулятора переключатель тока возбуждения 10, образованный парой транзисторов Дарлингтона, смещается в состояние насыщения, чтобы замкнуть цепь с низким импедансом от выхода генератора переменного тока на клемме A (первоначально напряжение батареи) через резистор 24 и до обмотка возбуждения через клемму F.

Когда двигатель запускается и набирает начальную рабочую скорость, двигатель механически приводит в движение обмотку возбуждения генератора переменного тока, и, поскольку к обмотке возбуждения подается ток, в обмотках статора генерируется напряжение генератора. Когда уровень переменного напряжения на выводе S статора достигает заданного уровня (приблизительно 6,5 вольт), транзистор 70 смещается из выключенного состояния в состояние насыщения. Это вызывает смещение транзистора 76 в выключенном состоянии и уменьшает величину тока, протекающего через индикаторную лампу I ₁ . Снижение тока через I-1 достаточно существенно, чтобы погасить лампу. Выходной сигнал обмотки статора на выводе S выпрямляется диодом 62, фильтруется конденсатором 64 и падает на делитель, образованный резисторами 66 и 68, для подачи напряжения смещения на транзистор 70.

Напряжение в точке A падает на схеме регулирования калибровки, образованной транзистором 28, резисторами 30, 38, стабилитроном 32 и резистором 29.

Когда выходная мощность генератора переменного тока увеличивается на клемме A, падение напряжения на резисторе 30 составляет регулируется до заданного эталонного значения, определяемого эмиттер-база вперед порогового напряжения транзистора 28 и обратного порогового напряжения стабилитрона 32. Когда напряжение на терминале а превышает заданный уровень, эмиттер-база увеличивается ток через транзистор 28 и стабилитрон диод 32, тем самым вызывая насыщение транзистора 28.Коллекторный ток затем течет через транзистор 28 и резистор 46. Уровень напряжения на базе управляющего транзистора в переключателе 10 тока возбуждения повышается с падением напряжения на резисторе 46 и, таким образом, размыкает переключатель 10 тока возбуждения и прерывает приложенный ток возбуждения. к обмотке возбуждения генератора. Следовательно, выходной сигнал генератора переменного тока на клемме А уменьшается, и транзистор 28 отключается после короткой задержки, что определяется постоянной времени затухания поля генератора.В этот момент переключатель 10 тока возбуждения снова замыкается, чтобы подать ток возбуждения на обмотку возбуждения генератора переменного тока и тем самым установить его рабочий цикл. Это циклическое изменение выходного напряжения генератора выше и ниже заданного опорного уровня продолжается при более низких температурах, так что среднее напряжение постоянного тока, подаваемое на электрическую систему транспортного средства является искомым напряжением системы.

Конденсатор 44 подключен между базой и коллектором транзистора 28 и действует как конденсатор Миллера, обеспечивающий помехозащищенность транзистора 28.

Сама природа компонентов обычного регулятора обеспечивает ограниченную компенсацию температуры (порядка 11 мВ / ° C). Это достигается за счет свойств отрицательного температурного коэффициента стабилитрона 32 и транзистора 28. Напряжение системы в обычной системе изменяется обратно пропорционально температуре окружающей среды, в первую очередь из-за этих элементов. Однако, как можно увидеть из продолжения пунктирной линии графика на фиг. 4, обычная температурная компенсация не обеспечивает значительного снижения выходного тока при критической температуре, которая необходима для уменьшения тепла, выделяемого в генераторе переменного тока, и тем самым предотвращения теплового повреждения.

Настоящее изобретение добавлено к обычному регулятору, чтобы распознавать конкретный уровень температуры окружающей среды как критический уровень и обеспечивать управление коррекцией путем уменьшения рабочего цикла тока возбуждения и, таким образом, уменьшения средней величины тока возбуждения, подаваемого на генератор переменного тока. . Таким образом, количество рассеиваемой мощности в переключателе Q10 тока возбуждения и в диодной схеме выходного выпрямителя переменного тока уменьшается.

Анод диода 102 подключен к переходу между блокирующим диодом 22 и переключателем тока возбуждения 10 на клемме F.Катод диода 102 соединен с резистором 104. Резистор 104 образует делитель напряжения с термистором 106 с положительным температурным коэффициентом, заземленным через транзистор 52 и подключенным к обмотке возбуждения. Каждый раз, когда переключатель тока возбуждения 10 замыкается, уровень напряжения на выводе F также падает в цепи делителя напряжения резистора 104 и термистора 106. Обычно значение сопротивления термистора 106 достаточно низкое, чтобы падение напряжения на нем составляло относительно низкий уровень.Схема триггера Шмитта, содержащая транзисторы 108 и 110 и резисторы 112, 114 и 118, функционирует как цепь измерения уровня постоянного тока для определения падения напряжения на термисторе 106.

Сопротивление термистора 106 увеличивается с температурой экспоненциально один раз. достигнута критическая температура, или температура «переключения». Как показано на фиг. 4, конкретный термистор, выбранный в предпочтительном варианте осуществления, имеет температуру переключения приблизительно 160 ° F. Температура переключения точно определена и указана производителем.Когда температура окружающей среды вокруг термистора 106 увеличивается и превышает температуру переключения, значение сопротивления термистора 106 быстро увеличивается. При этом деление напряжения между резисторами 104 и термистором 106 изменяется так, что на термисторе 106 появляется более высокий уровень напряжения, пропорциональный его сопротивлению. Напряжение продолжает увеличиваться на термисторе 106, пока не достигнет уровня, который считается достаточным для запуска схемы триггера Шмитта. Запуск заставляет транзистор 108 переходить из состояния выключения в состояние насыщения, а транзистор 110 переключается из состояния насыщения в состояние выключения.Затем ток протекает через резистор 116, диод 120 и заряжает конденсатор 150 до уровня, равного падению на резисторе 148. Когда конденсатор 150 заряжается, транзистор 140 будет смещен, чтобы проводить ток коллектор-эмиттер. Когда ток в транзисторе 140 увеличивается, он дает команду на увеличение тока базы эмиттера транзистора 28. Использование триггера Шмитта вызывает мгновенную зарядку конденсатора 150 и резко определяет время «включения» транзистора 140. Когда ток базы транзистора 28 достигает достаточного уровня, транзистор 28 становится насыщенным.Это приводит к выключению переключателя 10 тока возбуждения, тем самым прекращая подачу тока возбуждения в обмотку возбуждения. После того, как ток возбуждения прекращается, конденсатор 150 продолжает подавать заряд для поддержания тока база-эмиттер транзистора 140 в течение короткого дополнительного периода времени, даже если транзистор 110 снова включается из-за снижения напряжения на переходе между резистор 104 и термистор 106. Период временной задержки, в течение которого переключатель 10 боковой обмотки удерживается в выключенном состоянии из-за проводимости транзистора 140, определяется величиной заряда, накопленного на конденсаторе 150, значениями резисторов 148, 142 и напряжение база-эмиттер транзистора 140. Когда транзистор 140 переключается в выключенное состояние, транзистор 28 также переключается в выключенное состояние, позволяя переключателю 10 тока возбуждения вернуться в свое состояние насыщения и повторно подать ток обмотки возбуждения на обмотку возбуждения. Пока уровень температуры окружающей среды вокруг термистора 106 остается выше температуры переключения, схема триггера Шмитта будет продолжать изменять рабочий цикл тока возбуждения, уменьшая среднее время, в течение которого ток возбуждения подается через переключатель 10 тока возбуждения.

Было обнаружено, что использование схемы триггера Шмитта в этом предпочтительном варианте осуществления обеспечивает четко определенное напряжение, подаваемое на базовую схему транзистора 140 при определенной пороговой температуре спада.

Конечно, результаты того, что настоящее изобретение отменяет обычные функции регулирования транзистора 28, приводит к снижению выходного напряжения от генератора переменного тока и соответствующего тока, подаваемого на электрическую нагрузку транспортного средства.

Второй вариант осуществления изобретения показан на фиг.2, в котором диод 202 имеет анод, подключенный к стороне обмотки возбуждения переключателя 10 тока возбуждения, а его катод подключен к резистору 204. Резистор 204 образует схему делителя напряжения с термистором 206 с положительным температурным коэффициентом, который функционирует таким же образом как описано на фиг. 1. В этом варианте осуществления стабилитрон 210 подключен так, что его катод подключен к переходу между резистором 204 и термистором 206, а его анод подключен к заземленной стороне термистора 206.В этом варианте осуществления, когда температура окружающей среды, окружающей термистор 206, достигает температуры переключения термистора 206, и его значение сопротивления увеличивается, стабилитрон 210 будет ограничивать уровень напряжения на переходе между резистором 204 и термистором 206 на уровне, определяемом значение заданного порогового напряжения обратного стабилитрона. Резистор 216 подключен к катоду стабилитрона 210, а другой его конец подключен к аноду диода 220. Когда напряжение присутствует на стыке между резистором 204 и термистором 206, через резистор 216 протекает небольшой ток. , диод 220 и резистор 148.Эта небольшая величина протекающего тока обеспечивает небольшой заряд конденсатора 150. Когда уровень напряжения на переходе между резистором 204 и термистором 206 достигает уровня напряжения ограничения, определяемого пробоем стабилитрона 210, падение напряжения на резистора 148 достаточно для смещения транзистора 140 в проводящем режиме, который управляет транзистором 28 и переключателем 10 тока возбуждения таким же образом, как описано на фиг. 1. И снова, когда переключатель 10 тока возбуждения выключен, уровень напряжения на аноде диода 220 падает до нуля и ток через диод 220 прекращается.Заряд, накопленный на конденсаторе 150, разряжается через резистор 148 и через короткий промежуток времени позволяет транзистору 140 вернуться в непроводящее состояние.

Третий вариант осуществления изобретения показан на фиг. 3, в котором множество диодов 310 включены последовательно для обеспечения напряжения уровня ограничения, такого как описано на фиг. 2, на стыке между резистором 304 и термистором 306 с положительным температурным коэффициентом. Поскольку падение напряжения прямой проводимости на диодах 310 известно, можно определить приблизительное напряжение ограничения, которое должно поддерживаться на стыке между резистором 304 и термистором. 306.Однако, поскольку диодная цепочка 310 имеет конечное сопротивление, напряжение на переходе между резистором 304 и термистором 306 будет немного увеличиваться даже после достижения критической температуры переключения и по мере того, как значение сопротивления термистора 306 продолжает увеличиваться. Следовательно, когда падение напряжения на цепочке 310 диодов увеличивается, повышенное напряжение заставляет транзистор 140 пропорционально увеличивать свою проводимость, что приводит к менее резко различимому спаду напряжения при критической температуре.

В каждом из трех предыдущих вариантов реализации цель снижения выходной мощности генератора переменного тока достигается, когда температура окружающей среды достигает заданного уровня, чтобы предотвратить повреждение как регулятора, так и генератора переменного тока за счет снижения тепловой мощности генератора переменного тока. сам. В каждом случае, когда достигается критическая температура, элемент с положительным температурным коэффициентом схемы делителя напряжения обеспечивает быстрое увеличение измеряемого значения сопротивления. Затем в ответ подается выходной импульс, который блокирует схему регулятора, которая управляет переключателем тока возбуждения.Таким образом, переключатель тока возбуждения модулируется при более низком рабочем цикле, что эффективно снижает средний ток, подаваемый на катушку возбуждения генератора переменного тока.

Совершенно очевидно, что многие модификации и вариации могут быть реализованы без выхода за пределы объема новой концепции этого изобретения. Следовательно, прилагаемая формула изобретения предназначена для охвата всех таких модификаций и вариаций, которые соответствуют истинному духу и объему изобретения.

Управление питанием, Глава 7: ИС регулятора напряжения

Практически во всех источниках питания используются полупроводники для обеспечения регулируемого выходного напряжения. Если источник питания имеет вход переменного тока, он выпрямляется до постоянного напряжения. ИС преобразователя мощности принимает входной сигнал постоянного тока и выдает выходной сигнал постоянного тока или управляет полупроводниковыми переключателями на выходе внешней мощности для создания выходного сигнала постоянного тока. Это регулятор напряжения, когда его выходное напряжение подается обратно в цепь, благодаря которой напряжение остается постоянным.Если выходное напряжение имеет тенденцию повышаться или понижаться, обратная связь заставляет выходное напряжение оставаться прежним.

Преобразователь мощности может работать как по импульсной, так и по линейной схеме. В линейной конфигурации управляющий транзистор всегда рассеивает мощность, которую можно минимизировать, используя стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO), которые регулируют правильно даже при относительно низком перепаде напряжения между их входом и выходом. ИС LDO имеют более простые схемы, чем их собратья с импульсным режимом, и производят меньше шума (без переключения), но ограничены своей способностью выдерживать ток и рассеивать мощность. Некоторые микросхемы LDO рассчитаны на ток около 200 мА, а другие — до 1 А.

КПД ИС LDO может составлять 40-60%, тогда как ИС в режиме переключения могут иметь КПД до 95%. Топологии с коммутационным режимом являются основным подходом для встроенных систем, но LDO также находят применение в некоторых приложениях.

Линейный регулятор с малым падением напряжения (LDO)

Линейные регуляторы

LDO обычно используются в системах, в которых требуется источник питания с низким уровнем шума, а не импульсный стабилизатор, который может нарушить работу системы.LDO также находят применение в приложениях, где регулятор должен поддерживать регулирование с небольшими различиями между входным напряжением питания и выходным напряжением нагрузки, например, в системах с батарейным питанием. Их низкое падение напряжения и низкий ток покоя делают их подходящими для портативных и беспроводных приложений. LDO со встроенным силовым полевым МОП-транзистором или биполярным транзистором обычно обеспечивают выходные сигналы в диапазоне от 50 до 500 мА.

Стабилизатор напряжения LDO работает в линейной области с топологией, показанной на рис.7-1. В качестве основного регулятора напряжения, его основные компоненты серии проход транзистор (биполярный транзистор или MOSFET), дифференциальный усилитель ошибки и точное опорное напряжение.

7-1. В базовом LDO один вход усилителя дифференциальной ошибки, установленный резисторами R1 и R2, контролирует процент выходного напряжения. Другой вход усилителя ошибки является ссылкой стабильного напряжения (V REF ). Если выходное напряжение увеличивается относительно VREF, усилитель дифференциальной ошибки изменяет выход проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения нагрузки (V _OUT ).

Ключевыми рабочими факторами LDO являются его падение напряжения, коэффициент отклонения источника питания (PSRR) и выходной шум. Низкое падение напряжения относится к разнице между входным и выходным напряжениями, которая позволяет ИС регулировать выходное напряжение нагрузки. То есть LDO может регулировать выходное напряжение нагрузки до тех пор, пока его вход и выход не приблизятся друг к другу при падении напряжения. В идеале падение напряжения должно быть как можно меньшим, чтобы свести к минимуму рассеивание мощности и максимизировать эффективность.Обычно считается, что падение напряжения достигается, когда выходное напряжение упало до 100 мВ ниже номинального значения. Ток нагрузки и температура проходного транзистора влияют на падение напряжения.

Внутреннее опорное напряжение

An LDO является потенциальным источником шума, как правило, определяется как мкВ RMS над полосой пропускания конкретного, например, 30 мкВ RMS от 1 до 100 кГц. Этот низкий уровень шума вызывает меньше проблем, чем переходные процессы переключения и гармоники импульсного преобразователя. На фиг. 7-1, LDO имеет (напряжение-эталон) перепускной булавку опорного напряжения фильтра шума с конденсатором на землю.Добавление входных, выходных и байпасных конденсаторов, указанных в таблице, обычно приводит к беспроблемному уровню шума.

Среди их эксплуатационных соображений — тип и диапазон приложенного входного напряжения, требуемое выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, минимальное падение напряжения, ток покоя, рассеиваемая мощность и ток отключения.

Управление контуром компенсации частоты LDO для включения нагрузочного конденсатора снижает чувствительность к ESR конденсатора (эквивалентное последовательное сопротивление), что позволяет стабильно использовать LDO с конденсаторами хорошего качества любого типа.Кроме того, выходной конденсатор должен располагаться как можно ближе к выходному.

Дополнительные функции в некоторых LDO:

• Вход разрешения, который позволяет внешнее управление включением и выключением LDO.

• Плавный пуск, который ограничивает пусковой ток и контролирует время нарастания выходного напряжения при включении питания.

• Перепускных контактные, что позволяет внешний конденсатор для уменьшения шума опорного напряжения.

• Выходной сигнал ошибки, указывающий, выходит ли выход из регулирования.

• Тепловое отключение, при котором LDO отключается, если его температура превышает заданное значение.

• Защита от перегрузки по току (OCP), которая ограничивает выходной ток LDO и рассеиваемую мощность.

LT3042

LT3042 от Linear Technology — это линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), в котором используется уникальная архитектура для минимизации шумовых эффектов и оптимизации подавления пульсаций источника питания (PSRR).

PSRR описывает, насколько хорошо схема отклоняет пульсации, введенные на ее входе.Пульсации могут быть вызваны либо входным источником питания, например пульсациями питания 50/60 Гц, пульсациями переключения от преобразователя постоянного / постоянного тока, либо пульсациями из-за совместного использования входного источника питания с другими цепями.

Для LDO PSRR — это функция регулируемой пульсации выходного напряжения по сравнению с пульсацией входного напряжения в заданном диапазоне частот (обычно от 10 Гц до 1 МГц), выраженная в децибелах (дБ). Это может быть важным фактором, когда LDO питает аналоговые схемы, потому что низкий PSRR может позволить пульсации на выходе влиять на другие схемы.

выходные конденсаторы с низким ESR и добавлены шунтирующие конденсаторы опорного напряжения улучшить производительность PSRR. В системах на батарейках должны использоваться LDO, которые поддерживают высокий PSRR при низком напряжении батареи.

LT3042, показанный на упрощенной схеме на рис. 7-2, представляет собой LDO, который снижает шум и увеличивает PSRR. Вместо опорного напряжения, используемого большинство традиционных линейных регуляторов, то LT3042 использует текущую ссылку, которая работает с типичным шумом текущего уровнем 20pA / √Цем (6nARMS над 10 Гц до 100 кГц полосы пропускания).

7-2. LT3042 — это LDO-стабилизатор, в котором используется уникальная архитектура для минимизации шумовых эффектов и оптимизации подавления пульсаций источника питания (PSRR).

Источник тока сопровождается высокопроизводительным буфером напряжения Rail-to-Rail, что позволяет легко подключать его параллельно для дальнейшего снижения шума, увеличения выходного тока и распределения тепла на печатной плате. Параллельное подключение нескольких LT3042 дополнительно снижает уровень шума в √N раз, где N — количество параллельных цепей.

LT3080

LT3080 компании

Linear Technology является уникальным, 1.1A LDO, который можно подключить параллельно для увеличения выходного тока или распределения тепла в платах для поверхностного монтажа (рис. 7-3). Эта ИС выводит коллектор проходного транзистора, чтобы обеспечить работу с малым падением напряжения — до 350 мВ — при использовании с несколькими источниками питания. Функции защиты включают защиту от короткого замыкания и безопасную рабочую зону, а также тепловое отключение.

7-3. LT3080 может программировать выходное напряжение на любой уровень от нуля до 36 В.

Ключевой особенностью LT3080 является способность обеспечивать широкий диапазон выходного напряжения.Используя опорный ток через единственный резистор, выходное напряжение программируется на любой уровень от нуля до 36 В. Он стабилен с емкостью на выходе 2,2 мкФ и может использовать небольшие керамические конденсаторы, которые не требуют дополнительного ESR, в отличие от других регуляторов.

LT3080 особенно хорошо подходит для приложений, требующих нескольких рельсов. Его архитектура регулируется до нуля с помощью одного резистора, который обслуживает современные низковольтные цифровые ИС, а также обеспечивает простую параллельную работу и управление температурой без радиаторов.Регулировка выхода на «ноль» позволяет отключить схему с питанием, а когда вход предварительно регулируется — например, входной источник 5 В или 3,3 В — внешние резисторы могут помочь распределить тепло.

Прецизионный внутренний источник тока «0» TC 10 мкА подключается к неинвертирующему входу его операционного усилителя мощности, который обеспечивает выход с буферизацией с низким импедансом для напряжения на неинвертирующем входе. Один резистор между неинвертирующим входом и землей устанавливает выходное напряжение; установка этого резистора на ноль дает нулевой выходной сигнал.Любое выходное напряжение может быть получено от нуля до максимума, определяемого входным источником питания.

Использование источника истинного тока позволяет стабилизатору показывать усиление и частотную характеристику независимо от положительного входного импеданса. Старые регулируемые регуляторы изменяют коэффициент усиления контура с выходным напряжением и изменяют полосу пропускания при обходе регулировочного штифта. Для LT3080 коэффициент усиления контура не изменяется при изменении выходного напряжения или обходе. Регулировка выхода не фиксируется в процентах от выходного напряжения, а составляет фиксированную долю милливольт.Использование истинного источника тока позволяет все усиления в усилителе буфера, чтобы обеспечить регулирование и ни один из этого усиления не требуется, чтобы повысить ссылку на более высоком выходном напряжении.

ИС может работать в двух режимах. Один из них — это трехконтактный режим, при котором управляющий вывод подключается к входному выводу питания, что ограничивает его падение до 1,35 В. В качестве альтернативы, вы можете подключить вывод «control» к более высокому напряжению, а вывод питания IN к более низкому напряжению, что приведет к падению напряжения 350 мВ на выводе IN и минимизации рассеиваемой мощности. Это позволяет источнику питания 1,1 А регулировать от 2,5VIN до 1,8VOUT или от 1,8VIN до 1,2VOUT с низким уровнем рассеивания.

Импульсные ИС

На рис. 7-4 показан упрощенный ШИМ-контроллер, используемый с импульсным преобразователем. В процессе работы часть выходного постоянного напряжения возвращается в усилитель ошибки, что заставляет компаратор управлять временем включения и выключения ШИМ. На рис. 7-4 показано, как изменяется ширина импульса ШИМ для разных процентов времени включения и выключения. Чем больше время включения, тем выше выпрямленное выходное напряжение постоянного тока.Регулировка выходного напряжения сохраняется, если выходной сигнал, отфильтрованный силовым полевым МОП-транзистором, имеет тенденцию к изменению, в этом случае обратная связь регулирует рабочий цикл ШИМ, чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

7-4. Контроллер PWM генерирует прямоугольные волны разной ширины в зависимости от обратной связи по выходному напряжению.

Для генерирования ШИМ-сигнала, усилитель ошибки принимает в качестве входного сигнала обратной связи и ссылки стабильное напряжение для получения выходного сигнала, связанный с разностью двух входов.Компаратор сравнивает выходное напряжение усилителя ошибки с линейным нарастанием (пилообразной кривой) генератора, создавая модулированную ширину импульса. Выход компаратора применяется к логической схеме переключения, выход которой поступает на выходной драйвер для внешнего силового MOSFET. Логика переключения обеспечивает возможность включения или отключения сигнала ШИМ, подаваемого на силовой полевой МОП-транзистор.

Большинство микросхем ШИМ-контроллеров обеспечивают токоограничивающую защиту, считывая выходной ток. Если вход считывания тока превышает определенный порог, он завершает текущий цикл (поцикловое ограничение тока).

Компоновка схемы имеет решающее значение при использовании резистора считывания тока, который должен быть типа с низкой индуктивностью. Найдите конденсатор фильтра считывания тока очень близко и подключите непосредственно к выводу PWM IC. Кроме того, все чувствительные к шуму соединения маломощного заземления должны быть соединены вместе рядом с GND IC, а одно соединение должно быть выполнено с заземлением питания (точка заземления сенсорного резистора).

В большинстве микросхем ШИМ-контроллеров частоту генератора задает один внешний резистор или конденсатор.Чтобы установить желаемую частоту генератора, используйте уравнение в таблице данных контроллера для расчета номинала резистора.

Некоторые преобразователи PWM включают возможность синхронизации генератора с внешними часами с частотой, которая либо выше, либо ниже частоты внутреннего генератора. Если синхронизация не требуется, подключите вывод синхронизации к GND, чтобы предотвратить шумовые помехи.

Поскольку ИС ШИМ является частью цепи обратной связи, на входе усилителя ошибки должна использоваться схема частотной компенсации для обеспечения стабильности системы.

Типичный преобразователь мощности принимает входной сигнал постоянного тока, преобразует его в частоту коммутации, а затем выпрямляет его для создания выходного постоянного тока. Часть его выхода постоянного тока сравнивается с опорным напряжением (V _REF ) и управляет ШИМ. Если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, напряжение, подаваемое обратно в схему ШИМ, уменьшает ее рабочий цикл, в результате чего ее выходное напряжение уменьшается и поддерживается надлежащее регулируемое напряжение. И наоборот, если выходное напряжение имеет тенденцию к падению, обратная связь вызывает увеличение рабочего цикла переключателя мощности, поддерживая регулируемый выход при надлежащем напряжении.

Обычно силовой полупроводниковый переключатель включается и выключается с частотой, которая может варьироваться от 100 кГц до 1 МГц, в зависимости от типа ИС. Частота переключения определяет физический размер и стоимость катушек индуктивности, конденсаторов и трансформаторов фильтра. Чем выше частота переключения, тем меньше физический размер и стоимость компонентов. Для оптимизации КПД материал магнитопровода для индуктора и трансформатора должен соответствовать частоте переключения. То есть материал сердечника трансформатора / катушки индуктивности следует выбирать таким образом, чтобы он эффективно работал на частоте переключения.

На Рисунке 7-5 показана упрощенная схема импульсного регулятора напряжения. Для импульсных преобразователей постоянного и постоянного тока требуется средство для изменения выходного напряжения в ответ на изменения нагрузки. Один из подходов заключается в использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая управляет входом в соответствующий переключатель питания. Сигнал ШИМ состоит из двух значений: ВКЛ и ВЫКЛ. Фильтр нижних частот, подключенный к выходу переключателя питания, обеспечивает напряжение, пропорциональное времени включения и выключения контроллера ШИМ.

7-5. Импульсный преобразователь использует широтно-импульсный модулятор для управления регулированием

Есть два типа импульсных преобразователей: изолированные и неизолированные, что зависит от наличия прямого пути постоянного тока от входа к выходу. В изолированном преобразователе используется трансформатор, обеспечивающий изоляцию между входным и выходным напряжением (рис. 7-6).

7-6. Изолированный импульсный преобразователь использует трансформатор для изоляции.

В неизолированном преобразователе обычно используется индуктор, и между входом и выходом нет развязки по напряжению (рис. 7-7). Для подавляющего большинства приложений подходят неизолированные преобразователи. Однако в некоторых приложениях требуется изоляция между входным и выходным напряжениями. Преимущество преобразователя на основе трансформатора состоит в том, что он может легко создавать несколько выходных напряжений, тогда как преобразователь на основе индуктора обеспечивает только один выход.

7-7.Неизолированный импульсный преобразователь.

Топологии цепей

В преобразователях постоянного тока используются две основные топологии ИС. Если выходное напряжение ниже, чем входное напряжение, ИС называется понижающим преобразователем. Если выходное напряжение выше входного напряжения, микросхема называется повышающим преобразователем.

В своей базовой схеме (рис. 7-8) понижающий стабилизатор принимает входной сигнал постоянного тока, преобразует его в частоту переключения ШИМ (широтно-импульсного модулятора), которая управляет выходом силового полевого МОП-транзистора (Q1).Внешний выпрямитель, катушка индуктивности и выходной конденсатор создают регулируемый выход постоянного тока. ИС регулятора сравнивает часть выпрямленного выходного напряжения постоянного тока с опорным напряжением (V _REF ) и изменяет рабочий цикл ШИМ для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока. Если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, ШИМ уменьшает свой рабочий цикл, вызывая уменьшение выходного сигнала и поддержание регулируемого выходного сигнала при надлежащем напряжении. И наоборот, если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, обратная связь заставляет рабочий цикл ШИМ увеличиваться и поддерживать регулируемый выход.

7.8. Базовый понижающий преобразователь; индуктор всегда «противодействует» входному напряжению.

Топология понижающего или понижающего регулятора имеет преимущества простоты и низкой стоимости. Однако он имеет ограниченный диапазон мощности, и его прямой путь постоянного тока от входа к выходу может создать проблему, если есть закороченный переключатель питания.

LT8602

LT8602 от Linear Technology представляет собой монолитный понижающий импульсный стабилизатор постоянной частоты, работающий по току, с четырьмя выходными каналами (рис.7-9). Два канала — это каналы высокого напряжения с входом от 3 до 42 В, а два других — каналы низкого напряжения с входом от 2,6 до 5,5 В.

7-9. Четырехканальный понижающий преобразователь LT8602 имеет два канала высокого напряжения с входом от 3 до 42 В, а два других — каналы низкого напряжения с входом от 2,6 до 5,5 В.

В ИС используется один генератор, который генерирует два тактовых сигнала (CLK) на 180 градусов. не в фазе. Каналы 1 и 3 работают с CLK1, а каналы 2 и 4 работают с CLK2.Понижающий стабилизатор потребляет входной ток только во время верхнего цикла включения, поэтому многофазный режим снижает пиковый входной ток и удваивает частоту входного тока. Это снижает как пульсации входного тока, так и требуемую входную емкость.

Каждый канал высокого напряжения (HV) представляет собой синхронный понижающий стабилизатор, который работает от собственного вывода PVIN. Внутренний полевой МОП-транзистор с максимальной мощностью включается в начале каждого цикла генератора и выключается, когда ток, протекающий через верхний МОП-транзистор, достигает уровня, определяемого его усилителем ошибки.Усилитель ошибки измеряет выходное напряжение через внешний резистивный делитель, подключенный к выводу FB, чтобы контролировать пиковый ток в верхнем переключателе.

Пока верхний МОП-транзистор выключен, нижний МОП-транзистор включен на оставшуюся часть цикла генератора или до тех пор, пока ток в катушке индуктивности не начнет реверсировать. Если в результате перегрузки через нижний переключатель протекает ток более 2 А (канал 1) или 3,3 А (канал 2), следующий тактовый цикл будет отложен до тех пор, пока ток переключения не вернется к более низкому безопасному уровню.

Высоковольтные каналы имеют входы Track / Soft-Start (TRKSS1, TRKSS2). Когда этот контакт находится ниже 1V, преобразователь регулирует FB штифт к TRKSS напряжения вместо внутреннего эталона. Контакт TRKSS имеет подтягивающий ток 2,4 мкА. Вывод TRKSS также можно использовать, чтобы позволить выходу отслеживать другой регулятор, либо другой канал высокого напряжения, либо внешний регулятор.

Как показано на упрощенной схеме индуктивно-повышающего преобразователя постоянного тока (рис. 7-10), включение силового полевого МОП-транзистора вызывает нарастание тока через катушку индуктивности.При выключении силового MOSFET ток через диод направляется к выходному конденсатору. Множественные циклы переключения создают напряжение выходного конденсатора из-за заряда, который он накапливает от тока катушки индуктивности. В результате выходное напряжение выше входного.

7-10. Базовый неизолированный импульсный индуктивно-повышающий преобразователь постоянного тока.

LTC3124

Типичная прикладная схема LTC3124 компании Linear Technology, показанная на рис. 7-11, использует внешний резистивный делитель напряжения от VOUT до FB и до SGND для программирования выхода из 2.От 5 до 15 В. При установке на выход 12 В он может непрерывно выдавать до 1,5 А от входа 5 В. Ограничение по току 2,5 А на фазу, а также возможность программирования выходного напряжения до 15 В делают его пригодным для различных приложений.

7-11. В прикладной схеме LTC3124 используется внешний резистивный делитель напряжения от VOUT до FB и до SGND для программирования выхода от 2,5 В до 15 В.

Использование двух фаз, расположенных на равном расстоянии 180 град. кроме того, удваивает частоту пульсаций на выходе и значительно снижает ток пульсаций выходного конденсатора. Хотя для этой архитектуры требуются две катушки индуктивности, а не одна, она имеет несколько важных преимуществ:

• Значительно более низкий пиковый ток индуктивности позволяет использовать индукторы меньшего размера и по более низкой цене.

• Значительно сниженный выходной ток пульсации сводит к минимуму требования к выходной емкости.

• Более высокочастотные пульсации на выходе легче фильтровать для приложений с низким уровнем шума.

• Входной ток пульсации также снижен для снижения шума VIN.

При двухфазной работе одна фаза всегда подает ток на нагрузку, если VIN больше половины VOUT (для рабочих циклов менее 50%).По мере дальнейшего уменьшения рабочего цикла, ток нагрузки между двумя фазами начинает перекрываться, происходя одновременно для растущей части каждой фазы, когда рабочий цикл приближается к нулю. По сравнению с однофазным преобразователем, это значительно снижает как выходной ток пульсации, так и пиковый ток в каждой катушке индуктивности.

LTC3124 обеспечивает преимущество для систем с батарейным питанием, он может запускаться от входов с низким напряжением 1,8 В и продолжать работать от входов с низким уровнем напряжения 0.5 В, при этом выходное напряжение превышает 2,5 В. Это увеличивает время работы за счет максимального увеличения количества энергии, извлекаемой из входного источника. Ограничивающими факторами для применения являются способность источника питания обеспечивать достаточную мощность на выходе при низком входном напряжении и максимальный рабочий цикл, который ограничен 94%. При низких входных напряжениях небольшие падения напряжения из-за последовательного сопротивления становятся критическими и ограничивают подачу мощности преобразователем.

Даже если входное напряжение превышает выходное напряжение, ИС будет регулировать выход, обеспечивая совместимость с любым типом батарей.LTC3124 — идеальное решение для повышающих приложений, требующих выходного напряжения до 15 В, где определяющими факторами являются высокая эффективность, небольшие размеры и высокая надежность.

LTC3110

LTC3110 от Linear Technology представляет собой комбинацию понижающе-повышающего регулятора / зарядного устройства постоянного / постоянного тока на 2 А с выбираемыми контактами режимами работы для зарядки и резервного питания системы (рис. 7-12). Это двунаправленное зарядное устройство для суперконденсаторов с программируемым входным током и повышающим током обеспечивает активную балансировку заряда для суперконденсаторов 1-й или 2-й серии.Его патентованная топология понижающего-повышающего шума с низким уровнем шума выполняет работу двух отдельных импульсных регуляторов, экономя размер, стоимость и сложность.

7-12. LTC3110 представляет собой комбинацию понижающе-повышающего регулятора / зарядного устройства постоянного / постоянного тока на 2 А с выбираемыми контактами режимами работы для зарядки и резервного питания системы.

Двунаправленный относится к потоку постоянного тока, связанному с VSYS, выводом источника питания для резервного выходного напряжения системы и входного напряжения тока заряда. В одном направлении LTC3110 работает как понижающий-повышающий стабилизатор, снимая ток с суперконденсатора и обеспечивая регулируемое напряжение на нагрузке на выводе VSYS.В другом направлении знак тока меняется, и точно ограниченный ток течет от системной шины обратно для зарядки суперконденсатора. Если VSYS падает из-за потери мощности, он может автономно переключать направление для стабилизации напряжения системы, подавая ток от суперконденсатора в VSYS.

Диапазон напряжения конденсатора / батареи от 0,1 В до 5,5 В LTC3110 и диапазона резервного напряжения системы от 1,8 до 5,25 В делают его подходящим для широкого спектра приложений резервного копирования с использованием суперконденсаторов или батарей, например:

• Он объединяет все функции, необходимые для использования преимуществ суперконденсаторов, зарядки, балансировки и резервного копирования.

• Ограничение входного тока с точностью ± 2% исключает использование внешних компонентов, снижает IQ и позволяет использовать все возможности источника питания без превышения пределов безопасности.

• Распределение входной мощности позволяет LTC3110 и другим преобразователям постоянного / постоянного тока или нагрузкам использовать один и тот же источник питания с минимальным снижением номинальных характеристик / запасом.

• Активный балансир синхронно перемещает заряд между конденсаторами, устраняя внешние балластные резисторы и их потери мощности, что приводит к сокращению циклов перезарядки и более быстрой зарядке.

• Он может автономно переходить из режима зарядки в резервный или переключать режимы на основе внешней команды.

На рис. 7-13 ШИМ-регулятор включает и выключает полевой МОП-транзистор. Без обратной связи рабочий цикл ШИМ определяет выходное напряжение, которое в два раза больше входного для 50% рабочего цикла. Увеличение напряжения в два раза приводит к тому, что входной ток в два раза превышает выходной ток. В реальной схеме с потерями входной ток немного выше.

7-13.Базовый прямой преобразователь может работать как повышающий или понижающий преобразователь. Теоретически он должен использовать «идеальный» трансформатор без потоков утечки, нулевого тока намагничивания и потерь.

Его преимущества — простота, низкая стоимость и возможность увеличения мощности без трансформатора. Недостатками являются ограниченный диапазон мощностей и относительно высокая пульсация на выходе из-за постоянной энергии, исходящей от выходного конденсатора.

Выбор индуктора является важной частью этой схемы повышения, поскольку значение индуктивности влияет на входные и выходные пульсации напряжения и токи.Индуктор с низким последовательным сопротивлением обеспечивает оптимальную эффективность преобразования мощности. Выберите номинальный ток насыщения катушки индуктивности так, чтобы он был выше установившегося пикового тока катушки индуктивности в приложении.

Для обеспечения стабильности для рабочих циклов выше 50% для индуктора требуется минимальное значение, определяемое минимальным входным напряжением и максимальным выходным напряжением. Это зависит от частоты переключения, рабочего цикла и сопротивления открытого МОП-транзистора.

Топология прямого преобразователя (рис.7-13) представляет собой изолированную версию понижающего преобразователя. Использование трансформатора позволяет прямому преобразователю быть либо повышающим, либо понижающим преобразователем, хотя наиболее распространенным применением является понижающий преобразователь. Основными преимуществами прямой топологии являются ее простота и гибкость.

Другая топология с трансформаторной изоляцией, упрощенный обратноходовой преобразователь (рис. 7-14), работает в режиме непрямого преобразования. Топология Flyback — одно из наиболее распространенных и экономичных средств для получения умеренного уровня изолированного питания в преобразователях переменного тока в постоянный.Он обладает большей гибкостью, поскольку может легко генерировать несколько выходных напряжений путем добавления дополнительных вторичных обмоток трансформатора. Недостатком является то, что регулировка и пульсации на выходе не так жестко контролируются, как в некоторых других топологиях, и нагрузки на выключатель питания выше.

7-14. Трансформатор базового обратноходового преобразователя обычно имеет воздушный зазор, что позволяет ему накапливать энергию во время включения и передавать энергию диоду во время отключения.

LT3798

LT3798 компании

Linear Technology представляет собой изолированный контроллер обратного хода с одноступенчатой ​​активной коррекцией коэффициента мощности (PFC). Эффективность более 86% может быть достигнута при уровне выходной мощности до 100 Вт. В зависимости от выбора внешних компонентов, он может работать в диапазоне входных напряжений от 90 до 277 В переменного тока и может легко увеличиваться или уменьшаться. Кроме того, LT3798 может использоваться в приложениях с высоким входным напряжением постоянного тока, что делает его пригодным для промышленных, электромобилей, горнодобывающих предприятий и медицины.

На рис. 7-15 показано типичное приложение для LT3798. Эта ИС представляет собой контроллер переключения режима тока, специально предназначенный для создания источника постоянного тока / постоянного напряжения с изолированной обратноходовой топологией. Для поддержания регулирования в этой топологии обычно используется обратная связь по выходному напряжению и току от изолированной вторичной обмотки выходного трансформатора до VIN. Обычно для этого требуется оптоизолятор. Вместо этого LT3798 использует пиковый ток внешнего МОП-транзистора, полученный из считывающего резистора, для определения выходного тока обратноходового преобразователя, не требуя оптопары.

7-15. Контроллер обратного хода LT3798 с одноступенчатой ​​активной коррекцией коэффициента мощности (PFC).

Как показано на рис. 7-15, выходной трансформатор имеет три обмотки, включая выходную. Сток внешнего полевого МОП-транзистора подключается к одной из первичных обмоток. Третья обмотка трансформатора определяет выходное напряжение, а также обеспечивает питание для установившегося режима работы. Вывод VIN подает питание на внутренний LDO, который генерирует 10 В на выводе INTVCC. Схема внутреннего управления состоит из двух усилителей ошибок, схемы минимума, умножителя, передаточного затвора, компаратора тока, генератора низкого выходного тока и главной защелки. Кроме того, схема выборки и хранения контролирует выходное напряжение третьей обмотки. Компаратор обнаруживает режим прерывистой проводимости (DCM) с конденсатором и последовательным резистором, подключенными к третьей обмотке.

Во время обычного цикла драйвер затвора включает внешний полевой МОП-транзистор, так что ток течет в первичной обмотке. Этот ток увеличивается со скоростью, пропорциональной входному напряжению и обратно пропорциональной индуктивности намагничивания трансформатора. Контур управления определяет максимальный ток, и компаратор выключает переключатель, когда он достигает этого значения.Когда переключатель выключается, энергия трансформатора вытекает из вторичной обмотки через выходной диод D1. Этот ток уменьшается со скоростью, пропорциональной выходному напряжению. Когда ток уменьшается до нуля, выходной диод отключается, и напряжение на вторичной обмотке начинает колебаться в зависимости от паразитной емкости и намагничивающей индуктивности трансформатора.

Напряжение на всех обмотках одинаковое, поэтому третья обмотка тоже работает. Конденсатор, подключенный к выводу DCM, отключает компаратор, который служит детектором du / dt при возникновении звонка.Эта временная информация используется для расчета выходного тока. Детектор du / dt ожидает, пока сигнал вызывного сигнала достигнет минимального значения, а затем включается переключатель. Такое переключение аналогично переключению при нулевом напряжении и сводит к минимуму потери энергии при включении переключателя, повышая эффективность до 5%. Эта ИС работает на границе непрерывного и прерывистого режимов проводимости, что называется критическим режимом проводимости (или граничным режимом проводимости). Работа в режиме критической проводимости позволяет использовать трансформатор меньшего размера, чем конструкции, работающие в режиме постоянной проводимости.

SEPIC

Несимметричный преобразователь первичной индуктивности (SEPIC) представляет собой топологию преобразователя постоянного / постоянного тока, который обеспечивает положительное стабилизированное выходное напряжение из входного напряжения, которое изменяется сверху вниз от выходного напряжения. В упрощенном преобразователе SEPIC, показанном на рис. 7-16, используются две катушки индуктивности, L1 и L2, которые могут быть намотаны на один и тот же сердечник, поскольку на протяжении всего цикла переключения к ним прикладываются одинаковые напряжения. Использование спаренного индуктора занимает меньше места на ПК. плата и, как правило, дешевле, чем два отдельных индуктора.Конденсатор C4 изолирует вход от выхода и обеспечивает защиту от короткого замыкания нагрузки.

7-16. Две катушки индуктивности в базовом преобразователе SEPIC могут быть намотаны на один и тот же сердечник, поскольку на протяжении всего цикла переключения на них подается одинаковое напряжение.

ИС регулирует выход с помощью ШИМ-управления в текущем режиме, которое включает силовой полевой МОП-транзистор Q1 в начале каждого цикла переключения. Входное напряжение подается на катушку индуктивности и сохраняет энергию по мере нарастания тока в катушке индуктивности.Во время этой части цикла переключения ток нагрузки обеспечивается выходным конденсатором. Когда ток катушки индуктивности повышается до порогового значения, установленного выходом усилителя ошибки, выключатель питания выключается, и внешний диод Шоттки смещается в прямом направлении. Катушка индуктивности передает накопленную энергию для пополнения выходного конденсатора и подачи тока нагрузки. Эта операция повторяется в каждом цикле переключения. Рабочий цикл преобразователя определяется компаратором управления ШИМ, который сравнивает выходной сигнал усилителя ошибки и текущий сигнал.

К линейному нарастанию тока добавляется сигнал от генератора. Эта компенсация наклона предназначена для предотвращения субгармонических колебаний, которые присущи управлению режимом тока при рабочем цикле выше 50%. Петля обратной связи регулирует штырь FB к опорному напряжению через усилитель ошибки. Выход усилителя ошибки подключен к выводу COMP. К выводу COMP подключена внешняя RC-компенсационная цепь, чтобы оптимизировать контур обратной связи для обеспечения стабильности и переходной характеристики.

TPS61170

TPS61170 — это монолитный высоковольтный импульсный стабилизатор от Texas Instruments со встроенным силовым MOSFET 1,2 А, 40 В. Устройство может быть сконфигурировано в нескольких стандартных топологиях регуляторов, включая повышающий и SEPIC. Рисунок 7-17 показывает конфигурацию SEPIC. Устройство имеет широкий диапазон входного напряжения для поддержки приложений с входным напряжением от батарей или регулируемых шин питания 5 В и 12 В.

7-17. TPS61170 сконфигурирован как преобразователь SEPIC.

В ИС встроен полевой транзистор нижнего уровня на 40 В для обеспечения выходного напряжения до 38 В. Устройство регулирует выход с помощью токового режима управления ШИМ (широтно-импульсной модуляцией). Частота переключения ШИМ составляет 1,2 МГц (типовая). Схема управления ШИМ включает переключатель в начале каждого цикла переключения. Входное напряжение подается на катушку индуктивности и сохраняет энергию по мере нарастания тока в катушке индуктивности. Во время этой части цикла переключения ток нагрузки обеспечивается выходным конденсатором.Когда ток катушки индуктивности повышается до порогового значения, установленного выходом усилителя ошибки, выключатель питания выключается, и внешний диод Шоттки смещается в прямом направлении. Катушка индуктивности передает накопленную энергию для пополнения выходного конденсатора и подачи тока нагрузки. Эта операция повторяется каждый цикл переключения. Как показано на блок-схеме, рабочий цикл преобразователя определяется компаратором управления ШИМ, который сравнивает выходной сигнал усилителя ошибки и текущий сигнал.

TPS61170 работает на 1.Частота коммутации 2 МГц, что позволяет использовать низкопрофильные катушки индуктивности и недорогие керамические входные и выходные конденсаторы. Он имеет встроенную защиту, включая ограничение перегрузки по току, плавный пуск и тепловое отключение.

Гистерезисный преобразователь

Базовый гистерезисный регулятор, показанный на рис. 7-18, представляет собой тип импульсного регулятора, в котором не используется ШИМ. Он состоит из компаратора с входным гистерезисом, который сравнивает выходное напряжение обратной связи с опорным напряжением. Когда напряжение обратной связи превышает опорное напряжение, выход компаратора переходит на низкий уровень, поворачиваясь от понижающего переключателя МОП-транзистора.Выключатель остается выключенным, пока напряжение обратной связи падает ниже опорного напряжения гистерезиса. Затем выход компаратора становится высоким, включается переключатель и позволяет выходному напряжению снова расти.

7-18. Базовый гистерезисный регулятор представляет собой самый быстрый способ управления преобразователем постоянного тока.

Базовый гистерезисный преобразователь состоит из компаратора ошибок, управляющей логики и внутреннего задания. Выход обычно управляет синхронным выпрямителем, который может быть внутренним или внешним.Часть выходного напряжения возвращается в компаратор ошибок, который сравнивает его с опорным напряжением. Если выход имеет тенденцию к низким относительно опорного напряжения, выходной конденсатор заряжает, пока он не достигнет равновесия с опорным напряжением. Затем компаратор включает синхронный выпрямитель. Когда синхронный выпрямитель включен, выходное напряжение падает достаточно низко, чтобы преодолеть гистерезис компаратора, и в это время синхронный выпрямитель отключается, начиная новый цикл.

В гистерезисном регуляторе нет усилителя ошибки напряжения, поэтому его реакция на любое изменение тока нагрузки или входного напряжения практически мгновенно. Следовательно, гистерезисный регулятор представляет собой самый быстрый способ управления преобразователем постоянного тока. Недостатком обычного гистерезисного регулятора является то, что его частота изменяется пропорционально ESR выходного конденсатора. Поскольку начальное значение часто плохо контролируется, а ESR электролитических конденсаторов также изменяется с температурой и возрастом, практические изменения ESR могут легко привести к изменениям частоты порядка одного-трех. Однако существует модификация гистерезисной топологии, которая устраняет зависимость рабочей частоты от ESR.

LM3475

LM3475 — это понижающий (понижающий) контроллер постоянного / переменного тока, который использует гистерезисную архитектуру управления, которая обеспечивает регулирование с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) (рис. 7-19). Схема гистерезисного управления не использует внутренний генератор. Частота переключения зависит от внешних компонентов и условий эксплуатации. Рабочая частота снижается при малых нагрузках, что обеспечивает превосходную эффективность по сравнению с архитектурами с ШИМ.Поскольку переключение напрямую контролируется выходными условиями, гистерезисное управление обеспечивает исключительную переходную характеристику нагрузки.

7-19. LM3475 — это понижающий (понижающий) контроллер постоянного и переменного тока, использующий гистерезисную архитектуру управления, которая обеспечивает регулирование с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ).

LM3475 использует контур управления напряжением на основе компаратора. Напряжение на выводе обратной связи сравнивается с опорным напряжением 0,8 В с гистерезисом 21 мВ. Когда вход FB на компаратор падает ниже опорного напряжения, выход компаратора переходит на низкий уровень.Это приводит к тому, что выходной сигнал драйвера PGATE устанавливает низкий уровень на затворе PFET и включает PFET.

Когда PFET включен, входной источник питания заряжает COUT и подает ток на нагрузку через PFET и индуктивность. Ток через катушку индуктивности линейно нарастает, а выходное напряжение увеличивается. Поскольку напряжение в FB достигает верхний порог (опорное напряжение плюс гистерезис) выход компаратора переходит на высоком уровне, а PGATE превращает PFET выключения. Когда PFET выключается, загорается задерживающий диод, и ток через катушку индуктивности падает.Как падает выходное напряжение ниже опорного напряжения, цикл повторяется.

Преобразователь Cuk

Преобразователь Cuk — это преобразователь постоянного тока, величина выходного напряжения которого может быть больше или меньше входного напряжения. По сути, это повышающий преобразователь, за которым следует понижающий преобразователь с конденсатором для передачи энергии. Это инвертирующий преобразователь, поэтому выходное напряжение отрицательно по отношению к входному. Неизолированный преобразователь Cuk может иметь только противоположную полярность между входом и выходом.Он использует конденсатор в качестве основного элемента накопления энергии, в отличие от большинства других типов преобразователей, в которых используется катушка индуктивности.

Как и другие преобразователи (понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, понижающий-повышающий преобразователь), преобразователь Cuk может работать в режиме непрерывного или прерывистого тока. Однако, в отличие от этих преобразователей, он также может работать в режиме прерывистого напряжения (напряжение на конденсаторе падает до нуля во время цикла коммутации).

LM2611 от Texas Instruments представляет собой преобразователь Cuk, который состоит из контроллера режима тока со встроенным первичным переключателем и встроенной схемой измерения тока (рис. 7-20). Обратная связь подключена к усилителю внутренней ошибки и использует внутреннюю компенсацию типа II / III. Генератор рампы обеспечивает некоторую компенсацию наклона системе. Вывод SHDN — это логический вход, предназначенный для отключения преобразователя.

7-20. LM2611 сконфигурирован как преобразователь Cuk

Режим тока, фиксированная частота переключения ШИМ регулятор LM2611 имеет ссылку -1.23V, что делает его идеальным для использования в преобразователе CUK. Преобразователь Cuk инвертирует вход и может повышать или понижать абсолютное значение.Используя катушки индуктивности как на входе, так и на выходе, преобразователь Cuk производит очень небольшие колебания входного и выходного тока. Это существенное преимущество перед другими инвертирующими топологиями, такими как повышенно-понижающий и обратный.

Многофазный преобразователь

По мере роста требований к току возрастает и необходимость увеличения количества фаз в преобразователе. Однофазные понижающие контроллеры подходят для низковольтных устройств с токами до 25 А, однако рассеивание мощности и эффективность являются проблемой при более высоких токах.Одним из подходов к более высоким токовым нагрузкам является многофазный понижающий контроллер. Их производительность делает их идеальными для питания персональной электроники, портативных промышленных устройств, твердотельных накопителей, приложений с малыми ячейками, ПЛИС и микропроцессоров.

Двухфазная схема, показанная на рис. 7-21, имеет чередующиеся фазы, что снижает токи пульсаций на входе и выходе. Это также уменьшает количество горячих точек на печатной плате или отдельном компоненте. Двухфазный понижающий преобразователь вдвое снижает рассеиваемую мощность тока RMS в полевых МОП-транзисторах и катушках индуктивности.Перемежение также снижает переходные потери.

7-21. Базовый многофазный преобразователь имеет две фазы, которые чередуются, что снижает токи пульсаций на входе и выходе.

Многофазные ячейки работают на общей частоте, но сдвинуты по фазе, так что переключение преобразования происходит через равные промежутки времени, управляемое общим управляющим чипом. Микросхема управления смещает время переключения каждого преобразователя так, чтобы фазовый угол между переключениями преобразователя составлял 360 градусов./ n, где n — количество фаз преобразователя. Выходы преобразователей подключены параллельно, так что эффективная частота пульсаций на выходе равна n × f, где f — рабочая частота каждого преобразователя. Это обеспечивает лучшие динамические характеристики и значительно меньшую развязывающую емкость по сравнению с однофазной системой.

Разделение тока между многофазными ячейками необходимо, чтобы не потреблять слишком много тока. В идеале каждая многофазная ячейка должна потреблять одинаковое количество тока.Чтобы добиться равного распределения тока, необходимо контролировать и контролировать выходной ток для каждой ячейки.

Многофазный подход также предлагает преимущества упаковки. Каждый преобразователь вырабатывает 1 / n от общей выходной мощности, уменьшая физический размер и величину магнитных полей, используемых в каждой фазе. Кроме того, силовые полупроводники в каждой фазе должны обрабатывать только 1 / n общей мощности. Это распределяет внутреннее рассеивание мощности между несколькими силовыми устройствами, устраняя концентрацию источников тепла и, возможно, необходимость в радиаторе.Несмотря на то, что здесь используется больше компонентов, компромисс по стоимости может быть выгодным.

Многофазные преобразователи имеют важные преимущества:

• Пониженный среднеквадратичный ток конденсатора входного фильтра, позволяет использовать меньшие и менее дорогие типы

• Распределенный отвод тепла, снижает температуру горячих точек, повышая надежность

• Повышенная общая мощность

• Повышенная эквивалентная частота без увеличения коммутационных потерь, что позволяет использовать меньшие эквивалентные индуктивности, которые сокращают переходное время нагрузки.

• Пониженный ток пульсаций в выходном конденсаторе снижает пульсации выходного напряжения и позволяет использовать меньшие и менее дорогие выходные конденсаторы

• Отличная реакция на переходные процессы при нагрузке во всем диапазоне нагрузок

Многофазные преобразователи

также имеют некоторые недостатки, которые следует учитывать при выборе количества фаз, например:

• Необходимость в большем количестве переключателей и выходных катушек индуктивности, чем в однофазной конструкции, что приводит к более высокой стоимости системы, чем однофазное решение, по крайней мере, ниже определенного уровня мощности

• Более сложный контроль

• Возможность неравномерного распределения тока между фазами

• Добавлена ​​сложность топологии схемы

Синхронное выпрямление

КПД — важный критерий при проектировании преобразователей постоянного тока, что означает, что потери мощности должны быть минимизированы.Эти потери вызваны переключателем мощности, магнитными элементами и выходным выпрямителем. Для уменьшения потерь мощности и магнитных полей требуются компоненты, которые могут эффективно работать на высоких частотах переключения. Выходные выпрямители могут использовать диоды Шоттки, но синхронное выпрямление (рис. 7-22), состоящее из силовых полевых МОП-транзисторов, может обеспечить более высокий КПД.

7-22. Синхронный выпрямитель более эффективен, чем диодный выпрямитель.

МОП-транзисторы

имеют более низкие потери прямой проводимости, чем диоды Шоттки.В отличие от обычных самокоммутирующихся диодов, полевые МОП-транзисторы включаются и выключаются с помощью сигнала управления затвором, синхронизированного с работой преобразователя. Основным недостатком синхронного выпрямления является дополнительная сложность и стоимость, связанные с устройствами MOSFET и соответствующей управляющей электроникой. Однако при низких выходных напряжениях результирующее повышение эффективности более чем компенсирует недостаток стоимости во многих приложениях.

Компенсация регулятора напряжения

Импульсные источники питания

используют отрицательную обратную связь для регулирования своей выходной мощности до желаемого значения.Оптимальная система управления SMPS, использующая отрицательную обратную связь, должна обеспечивать скорость, точность и отклик без колебаний. Один из способов добиться этого — ограничить частотный диапазон, в котором реагирует SMPS. Чтобы быть стабильным, частотный диапазон или полоса пропускания должны соответствовать частоте, на которой тракт передачи с обратной связью от входа к выходу падает на 3 дБ (так называемая частота кроссовера). Обязательно ограничивайте полосу пропускания до того, что на самом деле требуется вашему приложению. Использование слишком широкой полосы пропускания влияет на помехоустойчивость системы, а слишком низкая пропускная способность приводит к плохой переходной характеристике.Вы можете ограничить полосу пропускания системы управления SMPS, сформировав ее кривую усиления контура (V _OUT / V _IN ) с помощью блока компенсатора G (s), показанного на рис. 7-23. Этот блок гарантирует, что после определенной частоты величина усиления контура упадет и станет ниже 1 или 0 дБ.

7-23. Типичная модель импульсного источника питания с отрицательной обратной связью использует блок компенсации G (s) и H (s), коэффициент усиления разомкнутого контура. VIN (s) — это вход, а VOUT (s) — это выход.

Кроме того, чтобы получить отклик, сходящийся к стабильному состоянию, нам нужно убедиться, что фаза, при которой величина усиления контура равна 1, меньше -180 градусов. Чтобы убедиться, что мы держимся подальше от -180 град. на частоте кроссовера компенсатор G (s) должен адаптировать отклик контура на выбранной частоте кроссовера, чтобы создать необходимый запас по фазе. Соответствующий запас по фазе гарантирует, что, несмотря на внешние возмущения или неизбежные разбросы добычи, изменения в усилении контура не поставят под угрозу стабильность системы.Запас по фазе также влияет на переходную характеристику системы. Следовательно, компенсатор G (s) должен обеспечивать желаемые характеристики усиления и фазы.

Используя анализатор цепей, вы можете определить запасы устойчивости, измерив усиление и фазу контура управления, а затем наблюдать полученный график Боде (рис. 7-24), который представляет собой график зависимости усиления и фазы от частоты источника питания. . 60 град. запас по фазе предпочтителен, но 45 град. обычно приемлемо. Обычно приемлемым считается запас усиления –10 дБ.Коэффициент усиления и запас по фазе важны, поскольку фактические значения компонентов могут изменяться в зависимости от температуры. Таким образом, значения компонентов могут отличаться от блока к блоку при производстве, что приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления напряжения и фазы контура управления. Кроме того, значения компонентов могут изменяться со временем и вызывать нестабильность.

7-24. Типичный график Боде для импульсного стабилизатора напряжения IC показывает частоту кроссовера, усиление и запас по фазе.

Если значения компонентов приводят к обнулению фазы на частоте кроссовера, регулятор становится нестабильным и колеблется.Целью компенсации является обеспечение наилучшего запаса по усилению и фазе при максимально возможной частоте кроссовера. Высокая частота кроссовера обеспечивает быструю реакцию на изменения тока нагрузки, тогда как высокое усиление на низких частотах обеспечивает быстрое установление выходного напряжения. Значения компонентов и вариации V _OUT / V _IN могут привести к компромиссу между высокой частотой кроссовера и высоким запасом устойчивости.

7-25. LM21305 — это ИС импульсного регулятора, в котором используется один узел компенсации, для которого требуются компоненты компенсации RC и CC1, подключенные между контактом COMP и AGND.

Определение компенсации для источника питания не всегда легко, потому что оценка графика Боде невозможна, когда нет доступа к петле обратной связи к детали. В других случаях доступ к контуру обратной связи затруднен, потому что оборудование интегрировано или потребуется вырезать дорожку на печатной плате. В других случаях устройства либо содержат несколько контуров управления, и только один из них доступен, либо порядок контура управления выше второго порядка, и в этом случае график Боде является плохим предсказателем относительной стабильности.Еще одна сложность заключается в том, что во многих портативных электронных устройствах, таких как сотовые телефоны и планшеты, схемы очень малы и густо заполнены, оставляя мало препятствий для доступа к элементам контура управления.

В вышеуказанных случаях единственный способ проверить стабильность — это оценка неинвазивного запаса стабильности (NISM). Он получен на основе легко доступных измерений выходного импеданса. Математическое соотношение, которое позволяет точно определять стабильность контура управления по данным выходного импеданса, было разработано Picotest и включено в программное обеспечение OMICRON Lab Bode 100 Vector Network Analyzer (VNA).На Рис. 7-26 показана испытательная установка для этого измерения.

7-26. Недоступные измерения выходного импеданса (Пикотест).

Один из самых ранних методов компенсации предусматривал использование регулятора напряжения с внешними узлами, чтобы разработчик мог вставлять компоненты компенсации. Определение значений компонентов компенсации включало анализ ИС регулятора и его внешних компонентов. После определения требуемой компенсации разработчик смоделировал или измерил схему регулятора с установленными компенсационными компонентами.Обычно для получения желаемых результатов этот процесс требовал нескольких итераций.

Для правильного внедрения компенсационной сети требуются инженеры со специальными инструментами, навыками и опытом. Если схема была смоделирована и не измерена, разработчик должен был в конечном итоге вставить фактические компоненты компенсации для измерения характеристик источника питания. Моделирование было настолько хорошо, насколько хорошо дизайнер знал компоненты и паразиты. Модель могла быть неполной или отличаться от реальной схемы, поэтому компенсацию необходимо было проверить путем измерения реальной схемы.Неизменно требовалась доработка из-за возможных ошибок, связанных с заменой компонентов. Ремонтные работы также могут изменить характеристики источника питания и повредить цепи, питаемые от регулятора.

Некоторые поставщики ИС регуляторов включали компоненты внутренней компенсации, поэтому конструкция не нуждалась в дальнейшем анализе. Однако разработчику пришлось использовать внешние компоненты, указанные производителем.

Единственный компенсационный узел был следующим этапом в этой эволюции. Примером этого является ИС импульсного регулятора LM21305 компании Texas Instruments, показанная на рис.7-25. LM21305 обычно требует только одного резистора и конденсатора для компенсации. Однако иногда требовался дополнительный конденсатор.

Автокомпенсация

Для устранения проблем, связанных с ручным определением компенсации источника питания, две компании разработали технологию автоматической компенсации. В результате были разработаны ИС регулятора смешанных сигналов с автоматической компенсацией. Это избавило разработчика от необходимости в специальных инструментах, знаниях или опыте для оптимизации производительности.Автоматическая компенсация устанавливает выходные характеристики таким образом, чтобы изменения из-за допусков компонентов, старения, температуры, входного напряжения и других факторов не влияли на производительность.

Семейство цифровых источников питания

CUI NDM2Z (рис. 7-27) включает автоматическую компенсацию с использованием ИС регулятора Intersil / Zilker ZL8101M. Автоматическая компенсация обходит традиционную практику создания маржи для учета вариаций компонентов, что может привести к более высокой стоимости компонентов и более длительным циклам проектирования.

7-27. В семействе источников питания CUI NDM2Z используется автоматическая компенсация, которая позволяет динамически устанавливать оптимальную стабильность и переходную характеристику.

Источники питания NDM2Z на 50 А обеспечивают эффективность 91% при входном напряжении 12 В постоянного тока и выходе 1,0 В постоянного тока при нагрузке 50%. Все эти источники питания имеют входной диапазон от 4,5 до 14 В постоянного тока и программируемый выход от 0,6 до 5,0 В постоянного тока в версии 12 А и от 0,6 до 3,3 В постоянного тока в версиях на 25 и 50 А.

Функции модуля

включают активное разделение тока, последовательность напряжения, отслеживание напряжения, синхронизацию и распределение фазы, программируемый плавный пуск и останов, а также множество возможностей мониторинга.Простой и легкий в использовании графический интерфейс пользователя CUI помогает в этих проектах.

ZL8101

В NMD2Z используется синхронный понижающий контроллер Intersil / Zilker ZL8101, работающий в режиме напряжения, с широтно-импульсным модулятором постоянной частоты (PWM). В этом цифровом контроллере третьего поколения используется специальный оптимизированный конечный автомат для генерации точных импульсов ШИМ, а также собственный микроконтроллер, используемый для настройки, обслуживания и оптимизации (рис. 7-28). Для этого требуются внешние драйверы, силовые полевые МОП-транзисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Интегрированная подрегулировка позволяет работать от одного источника питания от 4,5 В до 14 В. Используя простые штыревые соединения или стандартные команды PMBus, вы можете настроить обширный набор функций управления питанием с помощью графического интерфейса Intersil PowerNavigator.

7-28. На блок-схеме Intersil ZL8101 IC показаны выходы PWM (PWMH и PWML), которые взаимодействуют с внешним драйвером, таким как ZL1505.

Первоначально автоматическая компенсация ZL8101 измеряет характеристики силовой передачи и определяет необходимую компенсацию.IC сохраняет значения компенсации и использует их при последующих входах. После включения ZL8101 готов к регулированию мощности и выполнению задач управления питанием без необходимости программирования. Расширенные параметры конфигурации и изменения конфигурации в реальном времени доступны через интерфейс I2C / SMBus. Встроенная энергонезависимая память (NVM) сохраняет данные конфигурации.

Вы должны выбирать полевые МОП-транзисторы с внешним питанием в первую очередь для RDS (ON) и во вторую очередь для полной зарядки затвора. Фактический выходной ток преобразователя мощности зависит от характеристик драйверов и выходных полевых МОП-транзисторов.

Конфигурируемые функции защиты цепей непрерывно защищают ИС и нагрузку от повреждений из-за сбоев системы. ZL8101 непрерывно контролирует входное напряжение, выходное напряжение / ток, внутреннюю температуру и температуру внешнего термодиода. Вы также можете установить параметры мониторинга для определенных предупреждений о неисправности.

Контур нелинейного отклика (NLR) улучшает время отклика и снижает переходные отклонения выходного сигнала нагрузки. Чтобы оптимизировать КПД преобразователя мощности, ZL8101 отслеживает его рабочие условия и непрерывно регулирует время включения и выключения полевых МОП-транзисторов высокого и низкого напряжения.Алгоритмы адаптивной оптимизации производительности, такие как контроль мертвого времени, эмуляция диодов и адаптивная частота, обеспечивают большее повышение эффективности.

Сигнал Power-Good (PG) указывает, что выходное напряжение находится в пределах указанного допуска от целевого уровня, и состояние неисправности отсутствует. По умолчанию вывод PG указывает, находится ли выходное напряжение в пределах -10% / + 15% от целевого напряжения. Вы можете изменить эти пределы и полярность через интерфейс I2C / SMBus.

Внутренний контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) служит синхронизатором для внутренних схем.Вы можете управлять ФАПЧ от внешнего источника синхронизации, подключенного к выводу SYNC. Вы можете установить частоту переключения от 200 кГц до 1,33 МГц.

Графический интерфейс на базе Windows обеспечивает полную настройку и возможность мониторинга через интерфейс I2C / SMBus.

NDM3Z-90

CUI — это модуль на 90 А, который имеет несколько функций, обеспечивающих высокую эффективность преобразования мощности. Адаптивные алгоритмы и управление зарядом от цикла к циклу сокращают время отклика и уменьшают отклонение выходного сигнала в результате переходных процессов нагрузки.

ZL8800

NDM3Z использует Intersil ZL8800 для автоматической компенсации. Это цифровой контроллер постоянного / постоянного тока с двумя выходами или двумя фазами. Каждый выход может работать независимо или использоваться вместе в двухфазной конфигурации для сильноточных приложений. ZL8800 поддерживает широкий диапазон выходных напряжений (от 0,54 В до 5,5 В), работая от входных напряжений от 4,5 до 14 В. На рис. 7-29 показана двухфазная конфигурация, в которой используются внешние модули питания DRMOS.

7-29.Intersil ZL8800 сконфигурирован как двухфазный преобразователь

Благодаря полностью цифровому управлению ChargeMode Control ZL8800 будет реагировать на скачок нагрузки в течение одного цикла переключения. Этот уникальный метод модуляции без компенсации позволяет конструкциям соответствовать требованиям к переходным процессам с минимальной выходной емкостью, что позволяет сэкономить средства и место на плате.

Фирменная однопроводная последовательная шина DDC (Digital-DC) компании

Intersil позволяет ZL8800 обмениваться данными между другими ИС Intersil.Используя DDC, ZL8800 выполняет сложные функции, такие как балансировка фазных токов между ИС, упорядочивание и устранение неисправностей, устраняя необходимость в сложных системах управления источниками питания с многочисленными внешними дискретными компонентами.

ZL8800 имеет защиту от перегрузки по току на выходе. Входное напряжение, выходные напряжения и напряжения питания драйвера DrMOS / MOSFET защищены от пониженного и повышенного напряжения. Для контроля температуры доступны два внешних и один внутренний датчик температуры, один из которых используется для защиты от пониженной и повышенной температуры.Функция параметрического захвата моментальных снимков позволяет пользователям делать снимки рабочих данных и данных о неисправностях в нормальных условиях или в условиях сбоя.

Интегрированные регуляторы с малым падением напряжения (LDO)

позволяют ZL8800 работать от одного источника питания, устраняя необходимость в дополнительных линейных регуляторах. Выход LDO может использоваться для питания внешних драйверов или устройств DrMOS.

Благодаря полной совместимости с PMBus, ZL8800 способен измерять и сообщать входное напряжение, входной ток, выходное напряжение, выходной ток, а также внутреннюю температуру устройства, внешнюю температуру и вход вспомогательного напряжения.

Этот блок питания включает в себя широкий спектр настраиваемых функций управления питанием, которые легко реализовать с минимальным количеством внешних компонентов. Кроме того, источник питания имеет функции защиты, которые постоянно защищают нагрузку от повреждений из-за неожиданных сбоев системы.

Стандартная конфигурация источника питания подходит для работы в широком диапазоне значений входного и выходного напряжения, а также нагрузки. Конфигурация хранится во внутренней энергонезависимой памяти (NVM).Все функции управления питанием можно перенастроить с помощью интерфейса PMBus.

Автоматическая компенсация Powervation

Bellnix Co. Ltd. (Япония) использует цифровой контроллер ROHM PV3012 Powervation в своем низкопрофильном модуле постоянного / постоянного тока на 60 А. Цифровой модуль питания BDP12-0.6S60R0 представляет собой неизолированный понижающий преобразователь, совместимый с PMBus, который удовлетворяет потребности в конструкциях с малым форм-фактором, обеспечивая при этом высокую надежность и высокую производительность. ROHM PV3012 — это цифровой двухфазный контроллер (рис.7-30).

7-30. ИС PV3012 от Powervation — это ИС с автоматической компенсацией в реальном времени с одним выходом, двух- или однофазным цифровым синхронным понижающим контроллером для приложений POL.

Используется BDP на 60 А, и параллельная работа модуля BDP поддерживается через шину разделения тока DSS ROHM. Этот совместимый с PMBus модуль обеспечивает точные измерения и телеметрические отчеты, полную линейку программируемых функций защиты источника питания, хорошее энергопотребление и дополнительную функцию отслеживания — все в компактном 32.Дизайн корпуса SMD, соответствующий ROHS, 8 мм × 23,0 мм.

Цифровой контроллер

ROHM PV3012 Powervation также используется в сильноточных цифровых модулях POL серии iJB от TDK-Lambda. Продукты серии iJB поддерживают работу при низком напряжении и сильном токе, обеспечивая точность заданного значения ± 0,5% по линии, нагрузке и диапазону температур. В то время как функциональность модуля PMBus обеспечивает телеметрию напряжения, тока и температуры в реальном времени и обеспечивает полную программируемость преобразователя постоянного / постоянного тока, в продуктах серии iJB также используются контакты для настройки функций, что позволяет использовать их в приложениях, отличных от PMBus. .

Используя интеллектуальную технологию автонастройки Powervation, Auto-Control, модули iJB POL обеспечивают лучшую динамическую производительность и стабильность системы для приложения. Auto-Control — это запатентованная технология адаптивной компенсации, которая оптимизирует динамические характеристики и стабильность системы в реальном времени, не требуя внесения шума или недостатков периодических методов. Это ключевое преимущество для модулей и других конструкций, которые управляют неизвестными или переменными нагрузками на выходе, и решает проблемы, связанные с дрейфом параметров нагрузки, возникающим в зависимости от температуры и времени.

Еще одним пользователем цифрового контроллера PV3012 является модуль DC / DC OKLF-T / 25-W12N-C от Murata Power Solutions. Это неизолированный преобразователь постоянного тока в постоянный, вырабатывающий максимум 25 А при выходном напряжении 1,2 В при работе при температуре до 70 ° C с потоком воздуха 200 LFM. Регулируемые выходы обеспечивают точное регулирование от 0,69 В до 3,63 В в широком диапазоне входных сигналов (от 6,5 В до 14 В).

Модуль OKLF 25 A

Murata Power Solutions обеспечивает сверхбыструю реакцию на переходные процессы при нагрузке, исключительные характеристики снижения номинальных характеристик и типичный КПД> 90% в форм-факторе с высокой плотностью мощности.Модуль представляет собой полноценный автономный источник питания; Благодаря использованию ИС цифрового управления PV3012 он обеспечивает полный набор функций защиты и прецизионную точность уставки.

Этот преобразователь POL обеспечивает прецизионную точность уставки ± 0,5% по линии, нагрузке и диапазону температур — намного лучше, чем аналоговые варианты. Кроме того, это предложение повышает ценность за счет использования компактных приподнятых катушек индуктивности и функции автоматического управления Powervation.

PV3204

Одним из новых продуктов Powervation от ROHM, обеспечивающих автокомпенсацию, является PV3204, двухфазный цифровой синхронный понижающий контроллер с адаптивной компенсацией контура для приложений точки нагрузки (POL) (рис.7-31). Выход может подавать от 0,6 В до 5,5 В и может быть настроен и управляться через PMBus или посредством программирования, сохраненного в энергонезависимой памяти (NVM). Помимо интерфейса SMBus, PV3204 предоставляет 3-битный параллельный интерфейс VID с отображением от 0,85 В до 1,0 В с шагом 25 мВ и 1,05 В.

7-31. Powervation PV3204 — это двухфазный цифровой синхронный понижающий контроллер с адаптивной автоматической компенсацией контура для приложений с точкой нагрузки (POL).

PV3204

PV3204 использует фирменный адаптивный цифровой контур управления Powervation, Auto-Control, технологию адаптивной компенсации контура в реальном времени для переключаемых преобразователей мощности, которая автономно балансирует компромисс между динамическими характеристиками и стабильностью системы.Auto-Control избавляет от сложных вычислений и настройки оптимальной стабильности, используемой с традиционными методами компенсации. Auto-Control регулирует коэффициенты P, I и D в каждом цикле переключения для непрерывного достижения оптимальной стабильности в широком диапазоне помех. Автоматическое управление встроено в архитектуру управления цифровых устройств Powervation и не зависит от шума, вносимого периодическими калибровками. Непрерывный характер автоконтроля позволяет ему управлять изменениями в системе, которые происходят в реальном времени или медленно с течением времени во время использования источника питания.Эта самокомпенсация происходит на пошаговой основе, поэтому Auto-Control может непрерывно настраиваться в соответствии с изменениями температуры, которые происходят при использовании источника питания, и учитывает другие факторы, такие как старение и дрейф.

Этот контроллер может использоваться в одно- или двухфазном режиме. При использовании в двухфазном режиме фазы могут добавляться или удаляться по мере изменения нагрузки, так что эффективность максимальна во всем диапазоне нагрузки. Кроме того, выходы фаз чередуются, так что эффективная частота переключения на выходе увеличивается вдвое.

Цифровые функции этого контроллера преобразователя мощности PMBus позволяют осуществлять системную телеметрию (удаленное измерение и составление отчетов) о токе, напряжении и температуре.

Кроме того, чтобы максимизировать производительность и надежность системы, ИС обеспечивает температурную коррекцию / компенсацию нескольких параметров.

L9473 datasheet — Регулятор напряжения автомобильного генератора

ATAR862-4 : Микроконтроллер с UHF-передатчиком Ask / fsk.

FLC10 : Цепь пожарной зажигалки — (ASD). Специальная тиристорная структура для зажигания емкостного разряда Высокая способность к импульсному току 240 А при tp = 10 с Быстрое включение Рассчитана на высокую температуру окружающей среды (до 120 ° С) Экономия места благодаря интеграции монолитных функций Высокая надежность благодаря планарной технологии Серия FLC10 особенно выделяется разработан для высокой мощности.

L9616 : Приборы. Приемопередатчик высокоскоростной шины CAN.L9616 СООТВЕТСТВУЕТ ISO / DIS К ПЕРЕДАТЧИКУ 1MEGABAUD — ГЕНЕРАЦИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ — ЗАЩИТА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОТ ДО 36 В, ОБНАРУЖЕНИЕ И ОТКЛЮЧЕНИЕ — УПРАВЛЕНИЕ НАКЛОННЫМ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ RFI И EMI — ДВУХ СТАНЦИЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ УПРАВЛЯЕМЫМ СКОРОСТЬЮ НА 250 С ПОМОЩЬЮ ПЕРЕДАТЧИКА ПОДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ — ДИАПАЗОН ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОБЩЕМ РЕЖИМЕ (VCOM).

L9700 : Приборы. Ограничитель точности Hex. ВЫСОКОКЛАССНАЯ CLAMPING НА ЗЕМЛЕ И ПОЗИТИВ ССЫЛКА НАПРЯЖЕНИЯ FAST ACTIVE CLAMPING РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН 5.25 В однополярного на поставку и ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ССЫЛКА Низкий ток покоя низкий входной УТЕЧКУ ТОК представляет собой монолитную схему, которая подходит для защиты входного напряжения и зажима цели. Ограничивающая функция относится к заземляющей и положительной.

L9997 : Двойной полумостовой драйвер. ПОЛОВИНА МОСТОВЫХ ВЫХОДОВ С ТИПИЧНЫМ RON = 0,7 ВЫХОДНОЙ ТОК ВОЗМОЖНОСТЬ 1,2 А ДИАПАЗОН РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ ДО 16,5 В ФУНКЦИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ VVS ДО 40 В ОЧЕНЬ НИЗКИЙ ТОЧНЫЙ ТОК КОМПЬЮТЕРА В РЕЖИМЕ РЕЖИМА ОЖИДАНИЯ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ВЫКЛЮЧЕННОГО ПИТАНИЯ <1 ВРЕМЕННАЯ ДИАГНОСТИКА: ТЕПЛОВАЯ ПЕРЕГРУЗКА, ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ.

T5753 : Передатчик UHF Ask / fsk.

TA8020S : Датчик двойного напряжения.

TDA7313N : Цифровой управляемый стереоаудио процессор с громкостью. СТЕРЕОАУДИОПРОЦЕССОР С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ, МУЛЬТИПЛЕКСОР ВХОДА ГРОМКОСТИ: — 3 СТЕРЕО ВХОДА — ВЫБОР УСИЛЕНИЯ НА ВХОДЕ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ АДАПТАЦИИ К РАЗЛИЧНЫМ ИСТОЧНИКАМ ФУНКЦИЯ ГРОМКОСТИ РЕГУЛИРОВКА ГРОМКОСТИ НА 1,25 дБ УПРАВЛЕНИЕ ГРОМКОСТЬЮ НА 1,25 дБ УПРАВЛЕНИЕ ГРОМКОСТЬЮ ГРОМКОСТИ ВХОДА — ГРОМКОСТЬ ФУНКЦИИ 1: ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГРОМКОСТЬЮ ГРОМКОСТИ НА 1,25 ДБ РЕГУЛИРОВКА ГРОМКОСТИ ВХОДА ДИАПАЗОНА — УПРАВЛЕНИЕ ГРОМКОСТЬЮ НА 1,25 дБ УПРАВЛЕНИЕ ГРОМКОСТЬЮ 1 — РЕГУЛИРОВАНИЕ ГРОМКОСТИ ГРОМКОСТИ ВХОДА.ШАГИ 25 дБ ДЛЯ БАЛАНСА И ФЕЙДЕРА — НЕЗАВИСИМЫЕ.

TDA7384A : четырехмостовой автомобильный радиоприемник мощностью 4X35 Вт. ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ: x 40 Вт / 4 МАКС. x 35 Вт / 4 EIAJ, 1 кГц, 10% НИЗКИЕ ИСКАЖЕНИЯ НИЗКИЙ ВЫХОДНОЙ ШУМ ФУНКЦИЯ РЕЖИМА ОЖИДАНИЯ ФУНКЦИЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИ ПРИ МИН. ОБНАРУЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ НИЗКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ВНЕШНИХ КОМПОНЕНТОВ: ВНУТРЕННИЙ ФИКСИРОВАННЫЙ УСИЛЕНИЕ БЕЗ ВНЕШНЕЙ КОМПЕНСАЦИИ ОТСУТСТВИЕ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРОВ BOOTSTRAP: ВЫХОДНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ НА GND, VS, ЧЕРЕЗ НАГРУЗКУ ОЧЕНЬ ИНДУКТИВНО.

TDA7391 : мостовой автомобильный радиоприемник мощностью 35 Вт.ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ: 40 Вт / 4 МАКС. 35 Вт / 4 EIAJ 45 Вт / 3,2 МАКС. 40 Вт / 3,2 EIAJ = 10% ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ВХОДЫ (ПРИНИМАЮТСЯ ЛИБО ОДИН ЗАВЕРШЕННЫЙ ИЛИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ВХОДНОЙ СИГНАЛ) МИНИМАЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВО ВНЕШНИХ КОМПОНЕНТОВ — БЛОКИРОВКА — НЕТ БУТЫЛКИ ВНУТРЕННЕЕ ФИКСИРОВАННЫЙ УСИЛЕНИЕ — ОТСУТСТВИЕ КОНДЕНСАТОРА SVR (СОВМЕСТИМОСТЬ с CMOS) ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЗАДЕРЖКА ВКЛЮЧЕНИЯ / ВЫКЛЮЧЕНИЯ НЕТ СЛУШАНИЯ.

TDA7405 : Эквалайзер автомобильного радиосигнала. 3 СТЕРЕО ВХОДА 3 МОНО ВХОДА ДИНАМИЧЕСКИЙ СТУПЕНЬ СЖАТИЯ ДЛЯ CD BASS, TREBLE И ЭКВАЛАЙЗЕР УПРАВЛЕНИЯ ГРОМКОСТЬЮ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ГОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ ФРОНТА / ЗАДНЕГО УРОВНЯ ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ КАНАЛОВ DIRECT MUTEP MUTE и SOFEND SOFEC -СЕЛЕКТОР ПОЛНАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ СМЕШИВАНИЯ ДЕТЕКТОР ПАУЗЫ Стереодекодер с RDS MUTE.

TSM108D : Автомобильный контроллер напряжения и тока с переключателем. АВТОМОБИЛЬНАЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ РЕЖИМ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК УПРАВЛЕНИЯ положительная линия Постоянное напряжение Режим управления режим стабилизации тока прецизионное управление напряжением и током Контуры управления РЕГУЛИРУЕМОЕ частота переключения РЕГУЛИРУЕМОЕ НАД НАПРЯЖЕНИЕ БЛОКИРОВКА РЕГУЛИРУЕМОЕ ПОД НАПРЯЖЕНИЕ БЛОКИРОВКА РЕЖ.ОЖИДАНИЯ (Низкий ток покоя) МИНИМАЛЬНЫЙ поддерживает 60 В внешних компонентов COUNT.

U6083B : Драйвер высокого давления ШИМ, F <2.000 Гц, рабочий цикл от 18 до 100%. Это ИС с ШИМ в биполярной технологии для управления N-канальным силовым МОП-транзистором, используемым в качестве высокочастотного переключателя. Микросхема идеально подходит для управления яркостью (диммированием) ламп, например, в приборных панелях. D Широтно-импульсная модуляция до тактовой частоты 2 кГц. D Защита от короткого замыкания, сброса нагрузки, перенапряжения и реверсирования VS D Рабочий цикл до 100%.

VB921ZV : Источник питания высоковольтной катушки зажигания ic. ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ МОЩНОСТЬ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ I.C. n НЕ ТРЕБУЕТСЯ ВНЕШНИЙ КОМПОНЕНТ n ВСТРОЕННЫЙ ЗАЖИМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ n ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА ОБОЛОЧКИ ВНУТРИ катушка.

L6382 : Блок управления питанием для микроконтроллерного балласта ВСТРОЕННЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ЗАПУСК 4 ДРАЙВЕРА ДЛЯ PFC, ПОЛУМоста и МОП-транзисторов с предварительным подогревом 3,3 В С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ, СОВМЕСТИМЫМ С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ 3.3 В, УПРАВЛЕНИЕ ПОЛНОСТЬЮ ВНУТРЕННИМ ВНУТРЕННИМ РЕГУЛЯТОРОМ ПИТАНИЯ ДЛЯ ВСЕХ ОПЕРАЦИОННЫХ МОДУЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ПИТАНИЕМ ДЛЯ ВСЕХ ОПЕРАЦИЙ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕКРЕСТНОЙ ПРОВОДКИ ЦИФРОВОГО ВЫХОДНОГО СИГНАЛА (БЛОКИРОВКА).

L9474 : Полностью кремниевый стабилизатор напряжения L9474 — это монолитный многофункциональный генератор напряжения, предназначенный для использования в автомобилях. Это устройство регулирует выходную мощность автомобильного генератора, управляя током в обмотке возбуждения с помощью ШИМ-драйвера с переменной частотой.

ATA6832 : Высокотемпературный тройной полумостовой драйвер с SPI и PWM.

Ah473-P : Применение бесщеточного двигателя постоянного тока.Внутренняя подтягивающая защелка на эффекте Холла Рабочее напряжение 20 В постоянного тока — Встроенный подтягивающий резистор — Выходной ток потребления 25 мА — Рабочая температура: + 125 ° C — Корпус: SIP3, SOT23 — датчик Холла с одним цифровым выходом и резистор для работы при высоких температурах. Устройство включает встроенный генератор напряжения Холла для магнитного зондирования, усилитель.

Регулятор напряжения 1702.3702-02

Общая информация: Регулятор напряжения 1702.3702-02 имеет увеличенный напряжение регулирования. Эта модификация разработан специально для соблюдения требований энергетического баланса автомобиля с большое количество потребителей и высокий уровень общего энергопотребления. Это особенно эффективно в холодное время года, когда генератору требуется повышенное напряжение для зарядки аккумулятора, а при при этом требования к уровню заряда аккумулятора возрастают из-за повышенной нагрузки на него во время запуска. Регулятор обеспечивает оптимальный режим заряда современных («кальциевых» и др.) Аккумуляторов. которые требуют повышенного напряжения заряда. Применяемость: Автомобили с карбюраторными двигателями ВАЗ-2108, -09, -10, ВАЗ-21213 и др. С двигателем. Генератор 37.3701 или его модификации. Выходной ключ контроллера выполнен по технологии MOSFET, в результате чего потери мощности в виде тепла резко снижаются, надежность Контроллер увеличен.Нагрев регулятора относительно температуры окружающей среды менее 5 ° С, что позволило получить точную характеристику термокомпенсации контролируемое напряжение. Из-за использования дополнительного провода напряжение на генераторе поддерживается непосредственно на выходной клемме генератора. При этом достигаются самые высокие параметры текущего скоростные и нагрузочные характеристики.Функция температурной компенсации корректирует напряжение уровень генератора в зависимости от температуры окружающей среды, увеличивая напряжение заряда при низкие температуры, а в жаркую погоду — понижение, что обеспечивает оптимальные условия эксплуатации аккумулятор и все потребители электроэнергии, тем самым повышая надежность всех электрооборудование автомобиля. Регулятор выпускается в климатическом исполнении О2.1 по ГОСТ 15150 на внутренний рынок и на экспорт. По степени защиты от проникновения посторонних водоемов и водоемов изделие соответствует конструкции IP68 по ГОСТ 14254. Все электроконтактное соединение элементы регулятор изготовлен из латунного проката с гальваническим покрытием что гарантирует надежность электрических соединений в течение всего периода обслуживания.В режим работы контроллера — S1 по ГОСТ 3940. Регулятор устанавливается непосредственно на генератор с помощью стандартных винтов, дополнительного провода. крепится к стандартной цепи винтом «30». Не рекомендуется устанавливать регулятор напряжения 1702.3702-02. на генераторы в автомобилях с электрическим схема, отличная от типовой.Признаком несоответствия схеме включения или типу генератора является недостаточная длина провода, возможна работа двигателя после выключения зажигания. Также не рекомендуется использовать этот тип регулятора вместе с батареей старого типа. или с аккумулятором с низким уровнем напряжения. Гарантийный срок эксплуатации 3 года со дня с момента ввода в эксплуатацию или со дня продажи в розничной торговле сеть.Гарантия производителя действует 4 года со дня изготовления изделия. товар. Дата изготовления указана на корпусе изделия. Технические характеристики: Рабочий диапазон температура, ° С -45.. +100 Регулирующее напряжение с аккумулятором при t ° = (25 ± 2) ° С и нагрузкой генератора 3А, В 14,7 ± 0,1 Регулирующее напряжение с АКБ при t ° = (25 ± 2) ° С в диапазоне генератора нагрузка от 3А до 0,9 · Imax **, V 14,7 ± 0,15 Максимальный ток выходной цепи, А 5,0 Термокомпенсация регулирующего напряжения, мВ / ° С -4,5 ± 1,5 Остаточное напряжение на выходе «DF», не более, В 0,1 Максимально допустимый длительное влияние повышенного напряжения питания, V 18,0 Максимально допустимый влияние повышенного напряжения питания до 5 мин., V 25,0 Максимально допустимый импульсные перенапряжения по ГОСТ 28751, V 200,0 ** — Согласно техническим условиям на товар Схема подключения: Габаритный чертеж: Характеристика генератора:

Экономия энергии с компенсацией температуры

Отличное сообщение в блоге Грега Эмана из Sonics Inc, в котором рассматривается экономия энергии с компенсацией температуры с использованием высокоточного встроенного датчика температуры Moortec:

Было написано много блогов и статей об управлении питанием с использованием динамического масштабирования напряжения и частоты (DVFS), метода, с помощью которого дискретная пара напряжения и частоты выбирается из заранее определенного списка на основе входных требований.Например, прочтите блог Дона Динджи под названием «DVFS мертв, да здравствует целостный DVFS». Все начинается с выбора этого входного требования.

Наиболее частым входным требованием является требуемая производительность. Где узнать необходимую производительность? Что ж, ОС точно знает, какие задачи выполняются, поэтому может оценить пропускную способность. Эта пропускная способность напрямую связана с частотой и состоянием питания одного или нескольких ядер ЦП. DVFS позволяет ОС снижать частоту для соответствия желаемой пропускной способности, одновременно снижая напряжение до минимального уровня, который поддерживает безопасную работу на этой частоте.Но как выбрать это напряжение?

Экономия энергии за счет температурной компенсации — это дополнительный метод, который может применяться, с помощью которого можно снизить напряжение в цепи в зависимости от фактической рабочей температуры микросхемы. Большинство современных конструкций не используют этот параметр и при выборе рабочего напряжения просто принимают наихудшую температуру. Хотя это самый простой метод, он дает более высокое напряжение, чем требуется, и, следовательно, потребляет больше энергии.Поскольку большинство конструкций редко работают при максимальной температуре, температура является еще одним входным требованием, которое мы можем использовать в DVFS для дополнительной экономии энергии.

Контур положительной обратной связи

Концепция температурной компенсации проста и приводит нас к желанной петле положительной обратной связи, где, если температура устройства в какой-то момент упадет, мы можем снизить рабочее напряжение, что означает, что мы потребляем меньше энергии. Хорошее начало. Но меньшая потребляемая мощность также означает, что вырабатывается меньше тепла, а меньшее количество тепла часто приводит к еще более низкой рабочей температуре, замыкая контур положительной обратной связи.Это дальнейшее снижение температуры может привести к дальнейшему снижению напряжения, пока матрица не достигнет равновесия.

Такой сценарий может возникнуть, например, если я переключаюсь с просмотра фильма на телефоне на просто прослушивание музыки. Тепло от фазы фильма не рассеивается немедленно, и поэтому, когда начинается музыкальная фаза, напряжение должно быть выше минимального из-за температуры. Но поскольку уменьшение тепловыделения во время музыкальной фазы позволяет снизить температуру, можно снизить напряжение.

С другой стороны, когда температура начинает расти, может потребоваться повышение напряжения, чтобы компенсировать более высокую температуру. Это может вызвать более чем одно изменение напряжения при высокой производительности, но в конечном итоге устройство стабилизируется где-то на уровне или ниже максимального напряжения. Отсутствует возможность выхода из петли, если устройство было изначально спроектировано с учетом максимальной пропускной способности при максимально допустимой температуре.

Этот сценарий можно запустить, переместив телефон из прохладного здания на улицу на теплое солнце, выполняя то же действие, или переключившись на то, что требует более высокой пропускной способности.

Кто все контролирует?

Поскольку температура на кристалле не может быстро меняться, подходы с температурной компенсацией требуют только чувствительности на уровне миллисекунд. Однако использование преимущества текущей температуры для снижения напряжения до уровня, не отвечающего временным ограничениям при более высоких температурах, требует бдительности: система управления должна постоянно отслеживать изменения температуры. Слишком низкое напряжение при повышении температуры может вызвать неисправность, а слишком долгое сохранение высокого напряжения приводит к потере энергии.

Хотя программные контуры управления могут соответствовать требуемой чувствительности температурной компенсации, очевидно, что такие схемы требуют, чтобы для запуска программного обеспечения был активен процессор! В приложениях с длительным сроком службы, работающих от батарей, таких как периферийные устройства IoT, ЦП управления большую часть времени намеренно отключается, чтобы устранить утечку мощности. Пробуждение этого процессора для проверки изменений температуры тратит слишком много энергии — тем более, что основным источником изменения температуры в такой ситуации является окружающая среда, которая обычно изменяется медленно.

EPU в сочетании с датчиками температуры на кристалле

Лучшее решение для управления температурной компенсацией обеспечит быструю реакцию на соответствующие изменения температуры при гораздо меньшем энергопотреблении, чем ЦП. Этим потребностям отвечает специальный блок обработки энергии (EPU) с очень низким энергопотреблением в режиме ожидания и масштабируемостью для поддержки одновременных и независимых переходов между состояниями питания (высокий MSPS). Подключив один или несколько датчиков температуры на кристалле, EPU поддерживает независимые контуры непрерывного регулирования напряжения по температуре.Каждый контур регулирования, будучи независимым друг от друга, может управлять общим ресурсом, в данном случае регулятором напряжения. Полученный в результате элемент управления может по-прежнему обеспечивать наиболее безопасное значение для правильной работы схемы.

Другие особенности контура регулирования могут дополнительно улучшить управление, такие как гистерезис, который позволяет контуру реагировать быстрее в зависимости от направления входа, а также снижает колебания, чтобы обеспечить более стабильную систему. Кроме того, аварийные прерывания могут уведомлять программное обеспечение об опасных ситуациях, таких как чрезмерная температура.Для поддержки этих возможностей Sonics недавно объявила о партнерстве с Moortec, которое интегрирует мониторы температуры на кристалле с EPU.

Sonics ICE-P3, недавно представленный третий член семейства продуктов ICE-Grain EPU, содержит эти функции DVFS и многое другое, чтобы обеспечить надежное решение с контролем температуры. ICE-P3 использует инструменты разработки EPU Studio и корректирующий IP. Он позволяет определять рабочие точки с использованием до четырех независимых целевых показателей производительности, каждая из которых соответствует значениям с температурной компенсацией для четырех источников напряжения и / или частоты.Арбитраж в ICE-P3 позволяет различным кластерам совместно использовать одни и те же ресурсы напряжения и частоты, поддерживая скоординированное управление. ICE-P3 также имеет контроллеры ресурсов для систем ФАПЧ, генераторов тактовых импульсов, регуляторов напряжения или интерфейсов PMIC, чтобы превратить запросы перехода в управляющую сигнализацию.

JLPEA | Бесплатный полнотекстовый | Схема температурной компенсации для датчика ISFET

Рассматриваемая макромодель ISFET, которая фиксирует поведение токового напряжения (I-V) датчика ISFET, находится при изменении температуры и основана на модели, разработанной в рамках PSPICE [26,27].Реакция ISFET на ион H + демонстрируется теорией связывания сайтов, которая дает полное описание поведения ISFET в сочетании с моделью Гуи – Чепмена – Стерна и физикой MOSFET [26]. Как следствие, была составлена ​​система уравнений для изучения чувствительности датчика и ее зависимости от физико-химических параметров ISFET. Впоследствии макромодель SPICE рассматривает датчик ISFET как две несвязанные стадии: электрохимическую стадию, которая представляет собой поверхность раздела электролит-изолятор, моделируемую теорией связывания сайтов, а также электронную стадию, которая моделируется MOSFET.Рассматриваемая эквивалентная электрическая схема макромодели ISFET показана на рисунке 2. Где R — электрод сравнения, D — сток, S — источник электролит-изоляция, B — подложка, а VpH — потенциал электролита. –Изоляция интерфейса. Выражение VpH можно записать следующим образом:

φ0 = 2,3 KTqα (pHpzc − pH)

(2)

где Eref — потенциал, приложенный к электроду сравнения, φ0 — электростатический потенциал, который прямо пропорционален pH и температуре, K — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, pHpzc — точка заряда нуля pH, q — заряд электрона, а α — корректирующий параметр для pH – ISFET, который находится в диапазоне от 0 до 1.Электрохимические свойства изолирующей поверхности были объединены с нелинейным вольт-амперным (IV) MOSFET, что привело к выражению порогового напряжения ISFET, включая термины, полученные из теории MOSFET, а также термины электрохимической природы [26] :

VtI (ISFET) = (Eref + φlj) — (φ0 − χe) — [Qss + QscCox − 2φf + φscq]

(3)

VtI (ISFET) = VtM (MOSFET) + Eref + φlj + χe − φ0 − φmq

(4)

где φf — ферми-потенциал полупроводника, Qss — плотность заряда на единицу поверхности на границе раздела диэлектрик / полупроводник, Qsc — плотность заряда в области обеднения полупроводника, φlj — напряжение между эталонным раствором и электролитом, Cox — емкость оксида затвора, а χe — межфазный потенциал диполь электролит / изолятор.Стоит отметить, что потенциал φ0 — единственная переменная, которая зависит от pH. Учитывая область слабой инверсии MOSFET, ВАХ ISFET может быть записана следующим образом:

Ids = I0e (Vgs − VtIηUt)

(5)

где I0 — характеристический ток, Ut — тепловое напряжение, а η — коэффициент наклона подпорога. Этот режим работы дает возможность иметь высокое собственное усиление по напряжению и низкую мощность обработки.

2.1. Изготовление и испытания

Изготовление N-канального ISFET было выполнено в отделе физики полупроводников НИИ Микроустройств (Киев, Украина).Диэлектрик затвора основан на чувствительной пленочной структуре SiO2 / Si3 N4 [28]. Чип датчика был прикреплен к опоре из ситала (плавленого кварца) и прикреплен к алюминиевым проводникам. Длина канала около 7 мкм, ширина 250 мкм. Для измерения вольт-амперных характеристик (Ids) ISFET подложка и исток заземлены, а напряжение исток-сток (Vds) поддерживалось на уровне 1 В. Для измерения чувствительности датчика ISFET мы использовали три буферных раствора из pH от 3 до 11.Чтобы исследовать надежность и стабильность датчика pH, мы оценили влияние температуры на отклики ISFET. Температура может влиять на характеристики датчика, pH электролита, потенциал электрода сравнения и измерительную систему. Для последних изменений температура в помещении поддерживалась постоянной. Чтобы поддерживать постоянную температуру электролита, электрода и ISFET, использовался терморегулирующий контур, включающий систему измерения температуры и систему нагрева.Кроме того, экспериментальные результаты можно достоверно сравнить с теорией только в том случае, если температура во время измерений фиксирована. На рисунке 3 показаны экспериментальная установка и смоделированная модель эквивалентной схемы, реализованная в ADS на основе модифицированной модели SPICE. Для экспериментальной установки мы использовали GW Instek SPS-606 поколения для вариации Vgs; для измерения вариации Ids мы использовали измеритель источника Keithley 2400, а для измерения Vds мы использовали простой генератор постоянного тока.