熱補償付き電圧安定器。スキーム、説明

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熱補償付き電圧安定器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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電圧安定装置は、現代の自動車の電気システムの最も重要なコンポーネントの XNUMX つです。このため、ノードの設計と運用に関する記事が Radio 誌のページに複数回掲載されました。それでも、どうやら、この話題に終止符を打つのは時期尚早のようです...

スタビライザーの最も成功した設計は、「Radio」に掲載されています。たとえば、[1; 2] を使用すると、さまざまな温度でバッテリーの最適な充電を維持できます。論文 [3] では、パルス幅制御を備えた電圧安定化装置について説明しています。これは、動作周波数の一定性が同様のものとは異なります。

これらのデバイスには明らかな利点がある一方で、重大な欠点、つまりそれ自体の損失が大きいという重大な欠点もあります。私のバージョンのスタビライザーでは、電力損失が XNUMX 分の XNUMX に減少し、デバイスの出力要素からの熱除去の問題を排除することができました。熱補償を最大限に高めるために、温度センサーはバッテリーの電解液に直接浸漬されています。スタビライザーは設計がシンプルですが、より優れた電圧安定化を備えています。

VAZ車の「クラシック」モデルでは、スタビライザー121.3702が発電機やバッテリーから比較的離れているため、接続部の電圧降下によりバッテリー端子の電圧を正確に監視することができないことが知られています。ワイヤー、コネクタの接点。このため、安定化には非常に条件がつきます。測定によると、新車であっても不安定性は数百ミリボルトに達する可能性があります。

読者の注意を引いたスタビライザーは、ノード 121.3702 の代わりにインストールすることを目的としており、次の主な技術的特徴を備えています。

作動温度範囲、°С......-40 ... + 80
デバイスが消費する電流、mA、以下...... 50
測定要素によって消費される電流、mA、以下 ..... 6
負荷変化およびエンジン速度の動作範囲における電圧の不安定性、mV ...... ± 20
充電電圧リップル範囲、mV ...... 100

スタビライザーを開発する際には、[1-3]で提案されたアイデアと、さまざまな気象条件での自動車の運転経験が考慮されました。

装置の概略図を図に示します。 1. 機能的には、A1 の測定と A2 の調整の XNUMX つの部分で構成されます。測定部を備えたボードはバッテリーの近くに取り付けられ、以前のスタビライザーの代わりに調整部が取り付けられています。

（クリックして拡大）

SA1 接点が閉じると、電子スイッチが開き、その役割は電界効果トランジスタ VT1 によって果たされ、電圧センサーと温度センサーがバッテリー GB1 に接続され、ブリッジ測定要素が形成されます。電圧センサーは抵抗分圧器 R5R6 で、温度センサーは VD1-VD4 ダイオードの直列回路です。

ブリッジの対角線から取得された信号は、差動アンプの入力に供給されます。増幅された信号は、信号レベルに比例する可変デューティサイクルを持つパルスシーケンスに変換されます。パルス周波数は補助のこぎり波電圧発生器によって決定されます。さらに電流増幅後の信号が出力スイッチに供給されます。

スタビライザの主なリンクはパルス幅コントローラ DD1 で、これには前述の差動アンプ、ジェネレータ、コンバータ、電流アンプが含まれます。電界効果トランジスタ VT3 ～ VT5 で作られたプッシュプル同期スイッチを使用すると、電力損失を大幅に削減できます。

従来の電気システムでは、イグニッションがオンになると発電機の励磁巻線に電流が流れ始め、何らかの理由でエンジンの始動が遅れると、エンジンの加熱にエネルギーが浪費されます。この欠点を解消するために、前述のスタビライザーに遮断装置が導入され、油圧センサーに電気的に接続されています。つまり、エンジンが運転モードになるまで（計器盤の「油圧なし」表示灯が点灯するまで）、励磁巻線には電流が供給されません。

初期状態では、イグニッションスイッチＳＡ１の接点は開いており、油圧センサＳＦ１の接点は閉じている。スイッチ VT1 が閉じています。イグニッションがオンになると、トランジスタ VT1 と VT1 が開き、バッテリー GB2 からの電圧が電圧センサーと温度センサーに供給されます。誘導チャネルを備えた電界効果トランジスタをスイッチに使用する理由は、第一に開閉制御が容易であること、第二にバイポーラトランジスタ特有の残留電圧がないこと、第三に抵抗が低いことです。オープンチャンネルの。

同時に車のダッシュボードのコントロールランプHL1が点灯し、油圧がなくなったことを示します。抵抗器 R7 によって決定される電流は、端子 1 と 4 の間に接続されたコントローラの内部ダイオード DD1 と共通ワイヤへの閉じた接点 SF1 を通って閉じるため、ダイオード VD2 ～ VD1 にはまだ流れません。 K1156EU1 コントローラの動作原理と電気的パラメータの説明はここでは省略しますが、[4; 5]、これはよく知られている Motorola uA78S40 コントローラーの類似品であるためです。

DD6 マイクロ回路の内部オペアンプの非反転入力 (ピン 1) の電圧は、差動アンプによってオンにされるため、反転入力 (ピン 7) の電圧よりも高いため、その電圧にはハイレベルが存在します。 OAout 出力 (ピン 4)。電源電圧の半分に等しいバイアス電圧が、R9R12 分圧器からコンパレータの CMP の非反転入力 (ピン 13) に印加されます。反転入力 (ピン 10) にはハイレベルがあるため、電圧はコンパレータの出力におけるはゼロに近くなります。

コントローラのロジックは、コンパレータの出力が Low の場合、電流アンプの内部出力トランジスタをオンにすることが禁止されるようになっています。このアンプにはシングルエンド出力があり、同期整流子が適切に動作するには二相制御が必要です。この目的のために、VT3 電界効果トランジスタの位相反転器がスタビライザーに導入されました。

分圧器 R15 ～ R17 はトランジスタ VT3、VT5 を開き、抵抗 R4 での電圧降下がカットオフ電圧を超えないため、VT19 は閉じられます。昇圧コンデンサ C3 は、VD5 ダイオードと VT5 トランジスタを介して電源電圧まで電流で充電されます。

エンジン始動後、油圧センサーの接点SF1が開き、ランプHL1が消灯します。コントローラ DD1 (ピン 1 と 2) の内部ダイオードを流れる電流が遮断され、温度センサー VD1 ～ VD4 を流れ始め、電解液の温度に比例した電圧が設定されます。この瞬間から、測定ブリッジの対角線の電圧の符号が変化するため、コントローラの出力OAoutの電圧は電源電圧の半分未満になり、コンパレータはハイレベル状態に切り替わり、電流アンプはがオンになります。

その結果、トランジスタＶＴ３およびＶＴ５が閉じられ、ダイオードＶＤ６によってトランジスタＶＴ５の閉じが加速される。充電されたコンデンサＣ３から抵抗Ｒ１８を介して電圧がトランジスタＶＴ４のゲートに開放極性で供給され、トランジスタＶＴ４が開放される。

実際、定常状態におけるトランジスタＶＴ４のゲートの電圧は、電源電圧の２倍にほぼ等しい。この状態では、トランジスタはコンデンサ C4 [2; 4]: ton = 5 25 C103、ton の単位はマイクロ秒、C2 の単位はマイクロファラッドです。

トランジスタ VT4 を確実に動作させるには、コンデンサ C3 の放電回路 traz3 の時定数が次の条件を満たす必要があります。 traz3 = (R18 + R19) -C3 >> ton このコンデンサは 9 時間以内に再充電されることに注意してください。負荷を介した動作モード（界磁巻線）。コントローラ出力の開閉時間比は内部的に約 1:3 に制限されています。したがって、一定時間が経過すると、電流アンプが閉じ、トランジスタ VT4 が開きます。トランジスタ VT5 がオフになり、VT4 がオンになります。この切り替えサイクル（期間）が終了します。トランジスタＶＴ４およびＶＴ５の開状態および閉状態の持続時間は、貫通電流が最小になるように選択される。

発電機の励磁巻線の電流は XNUMX 回のスイッチング周期では必要な値に達しないため、コントローラーは指定されたデューティサイクルで数サイクル動作します。巻線に流れる電流とバッテリーの電圧が増加します。ブリッジの測定対角線の電圧がゼロに近づくとすぐに、コントローラーはデューティサイクルを変更してこの状態を維持します。実際には、システムの慣性 (界磁巻線のインダクタンスなど) と位相シフトを考慮すると、充電電圧の形状は台形になります。

図上。図２は、自動車産業用スタビライザ１２１．３７０２の固有損失特性群と上記のものとを比較するために提示されている。グラフは、SHI 制御を備えたスタビライザーの場合、損失電力 Ppot が小さく、エンジンの負荷 Рn とクランクシャフト回転数 N の全変化範囲にわたって一定であることを示しています。したがって、その効率はより高くなります。エネルギー部門の利益も、[2; 121.3702]。上記のすべてにより、電界効果トランジスタに同期スイッチを使用するのが便利であることがわかります。

熱補償付き電圧安定器

このデバイスは、TCR が ±5-11-2 °C-29 以下の高精度抵抗器 R2-R14 S200-10V、S6-1 などを使用しています。 R5 と R6 の代わりに調整抵抗 SP5-1V などを使用することもできます。残りの抵抗は汎用です。コンデンサ C1、C3 - K50-35、C2 - K73-17。インダクタ L1 - DM0.1 インダクタンス "! 60 μH。

電界効果トランジスタ BS250 は、絶縁ゲートと 10 オーム以下のオープンチャネル抵抗を備えた他の p チャネルトランジスタで置き換えることができます。 BSS91 の代わりに、チャネル抵抗が 20 オーム以下の任意の n チャネル中出力絶縁ゲート電界効果トランジスタを使用できます。強力な n チャネルトランジスタ VT4、VT5 は、チャネル抵抗が 0,03 オーム以下、ゲートソース間動作電圧が少なくとも 20 V である必要があります。小型 DPAK (TO-252) パッケージのトランジスタを使用するのが最も便利です。例: Motorola MTD3302。ダイオード KD102A は、任意の文字インデックスを持つ KD103 に置き換えることができます。

-1156 °C 未満の温度で車を運転することを目的としていない場合は、K1EU1156 の代わりに KR1EU15 コントローラが適しています。

構造的には、測定および制御部品は 0,07 つの取り付けプレート上に組み立てられており、接続は MGTF 0,75 ワイヤで行われます。高電流の回路では、断面積が少なくとも 2 mm1 の取り付けワイヤが使用されます。ボードは、シールド編組の XNUMX 線フレキシブルケーブル РВШЭXNUMX によって相互接続されています。ワイヤーを撚ってコードにします。測定部分をバッテリーに接続するために、同じコードを使用しましたが、編組はありませんでした。測定ボードは適切な金属製の箱に入れる必要があります。

温度センサーの設計は通常、[2] で説明されているものと変わりません。ダイオードを備えたフラスコはポリエチレンケーブルシースでできています。ダイオードは、壁からダイオードの内部への熱伝導を良くするために、KPT-8 熱伝導ペーストに浸漬されています。より小さな直径のポリエチレンチューブが、しまりばめで導体（ツイストペア）上に配置されます。はんだごてをポリエチレンの融点まで加熱し、フラスコの底をあらかじめ煮沸します。最後に、フラスコとケーブルチューブの接合部を溶接します。動作中フラスコはバッテリー電解液に浸されるため、継ぎ目の気密性は高くなければなりません。

電圧安定器を確立するには、最大 10 A の負荷電流で出力電圧が 15 ～ 3 V に安定化される DC 電源、精度クラスが少なくとも 0,1 の DC 電圧計、および抵抗は5オーム。電源と並列に、少なくとも 10000 マイクロファラッドの容量を持つ酸化物コンデンサを接続する必要があります。一時的に、抵抗器 R6 を 3 kΩ の抵抗値を持つ変数に置き換え、コントローラーの端子 1 を共通のワイヤに接続します。

まず、15 V の電圧が電源から供給され、デバイスによって消費される電流が制御されます。電流は 50 mA を超えてはなりません。端子 1 と共通ワイヤの一時的な接続が開かれ、供給電圧が 13,6 V に低下します。可変抵抗器 R6 は、コントローラの DC および SC 出力にパルスシーケンスの出現と反転パルスを実現するために使用されます。スタビライザーの出力における電源電圧と等しい振幅を持つシーケンス。トランジスタ VT4 が加熱しないようにしてください。

スタビライザーは車両に取り付けてから最終的に調整します。温度センサーは、バッテリーの中央の缶の XNUMX つのコルクにある穴を通して電解液に浸されます。図に従ってすべての回路を接続し、イグニッションをオンにして、スタビライザーの出力に電圧がないことを確認します。

エンジンが始動し、消費者がオフになってアイドル状態になると、バッテリーの充電電圧が推奨事項 [6] に従って可変抵抗器 R1 で設定されます。車が長期間走行していない場合、周囲の空気温度と電解液の温度は等しいと考えることができます。電圧を設定した後、可変抵抗器 R6 を定数抵抗器に置き換えます。

エンジンのクランクシャフトの速度と発電機の負荷を変更することで、充電電圧の不安定性が制御されます。 ± 0,02 V を下回らないようにしてください。冬季に運転する場合、抵抗 R7 の値を明確にする必要がある場合があります。抵抗器 R7 を調整した後は、R6 を再選択する必要があることに注意してください。

スタビライザーの効率的な動作とバッテリー寿命の延長のためには、まずすべてのバンクの電解液の密度を±0,01 g/cm3 に均一にすることが望ましく、密度は気候帯に対応する必要があります [6]。次に、汚染による電流漏れを防ぐために、定期的に電池カバーを弱アンモニア水溶液 (10%) で拭きます。第三に、電池ケースが黒い場合は、周囲にアルミホイルを貼り付けます (例:クイントールまたはモーメント接着剤） - これは電解質の温度を5 ... 10℃に下げます。これは夏には特に重要です。

VAZ 2106車でのスタビライザーのXNUMX年間の動作期間中、動作中に何の指摘も見られず、バッテリー内の電解液は沸騰せず、水を追加する必要はありませんでした。年に一度のバッテリーの技術検査では、電解液の濃度や充電電圧を検査します。

文学

Lomanovich V. 温度補償型電圧レギュレーター。 - ラジオ、1985 年、第 5 号、p. 24-27。
Biyukov S. シンプルな熱補償型電圧レギュレータ。 - ラジオ、1994 年、第 6 号、p. 27、28。
Tyshkevich E. 幅パルス電圧レギュレータ。 - ラジオ、1984 年、第 6 号、p. 27、28。
のCD-ROM。会社「MOTOROLA」、バージョン1.0の電子部品。 -「ドデカ」。 1998年
スイッチング電源用のマイクロ回路。 -「ドデカ」、1998年。
鉛蓄電池スターターバッテリー。ユーザーマニュアル。 ZHUITs.563410.001 IE。

著者: V. Khromov、クラスノヤルスク

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