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無線電子工学および電気工学の百科事典 SHIモーターパワーレギュレーター
無線電子工学と電気工学の百科事典 / パワーレギュレーター、温度計、熱安定剤 近年、電気自動車のアマチュア組み立てや、自動車を電気駆動に変換する改造が盛んになっています。 この道では、愛好家は多くの困難を予期しています。 したがって、たとえば、そのような車両の複雑で高価なコンポーネントのXNUMXつである電気モーター制御デバイスは、おそらく独立して開発および製造する必要があります。 高電流制御のトピックに関する実用的な文献はほとんどないことを付け加えておく必要があります。 以下の記事は、この設計分野における多くの問題の解決に役立つはずです。 以下に説明するデバイスの開発では、電気自動車業界の先駆者の 1 人の経験 [5] が使用されました。 このデバイスは、おもちゃ、スクーター、強力なファンを電化するのに役立ち、最大 150 V の電圧で最大 XNUMX kW の電気駆動装置を作成します。 読者の注意を引くために提示された SHI レギュレーターのパワーにより、ジグリ重量カテゴリーの車両の電気モーターを駆動することができます - クラシック。 このデバイス方式では、記事で概説されている推奨事項に従って、無線要素をより強力なものに置き換えることで、制御対象デバイスの電力を増やすことができます。
その回路が図に示されているレギュレータ。 図1は、VT1トランジスタに基づくマスターオシレータ、DA2、DA3マイクロ回路に組み込まれた制御パルスシェーパ、VT4-VT9トランジスタに基づく強力な電流スイッチ、電源ユニットVD1、R6、VT3、DA1の20つのノードで構成されています。 レギュレーターは 30 つの電源から電力を供給されます。150 つはデバイスの低電流部分に電力を供給するための XNUMX ～ XNUMX V の電圧、もう XNUMX つは負荷に電力を供給するための最大 XNUMX V の電圧です。 このデバイスには、レギュレータをブロックするための信号入力と、この信号を生成する外部保護ユニットへの出力があります。 トラクションモーターは電流スイッチと直列に接続されています。 レギュレータの周波数設定要素は、トランジスタVT1の鋸歯状パルス発生器です。 3 ～ 4 kHz の周波数は、R3C1 回路によって決定されます。 パルスは、比較器 DA2 の非反転入力に供給され、反転入力は、電気モーターの回転子の速度を制御する抵抗 R11 のエンジンから通電されます。 この抵抗器として、第0シリーズのVAZ車のスロットルポジションセンサーが使用されました。 センサー抵抗は 7,5 から XNUMX kΩ まで変化します。 センサは、スライダ回路に 1,5 kΩ の抵抗を内蔵しています。 それに加えて、SHI レギュレーターのこの回路に抵抗 R9 とコンデンサー C2 が追加され、エンジン接触の「バウンス」の影響を減らし、調整の滑らかさを高めます。 特定の機器での動作中、目的のプロセス ダイナミクスを得るために、この回路の要素を選択する必要がある場合があります。 電気自動車の場合の満足のいくダイナミクスの基準は、車のスムーズな加速（抵抗器R11スライダーがスキームに従って左に移動する場合）とブレーキ（右に同じ）、および電気モーターを流れる最大電流。
図上。 上部の図２は、発電機のパルスＵｇと、抵抗器Ｒ１１のエンジンから取り出された電圧ＵＲｄとを簡略化して示している。 レギュレータを使用した実際の経験が示すように、電気モーターのブレーキングプロセスを高速化するには、抵抗R9をKD522Aダイオードでシャントし、抵抗R9とコンデンサC2の接続ポイントにアノードで接続することをお勧めします。このコンデンサの放電を加速します。 抵抗R12は、抵抗R11が誤って切断されたり、抵抗RXNUMXをレギュレータに接続しているワイヤが破損したりした場合の緊急事態を防ぐのに役立ちます。 コンパレータ DA2 の出力では、抵抗 R2 によって設定された持続時間を持つ一連のパルス Uynp (図 11) が得られます。 次に、信号はアンプシェイパーDA3に供給され、120 ns以下の持続時間でフロントとリセッションのパルスを生成し、次に強力な電界効果スイッチングトランジスタVT4-VT9のブロックのゲート回路に供給されます. 抵抗器R19-R24は、トランジスタのゲート容量の充電電流値を等しくします。 充電電流パルスは、数百ミリアンペアに達することがあります。 トランジスタが閉じている場合、放電電流は抵抗器 R19-R24、抵抗器 R16、VD3R17 回路、および DA3 増幅器の出力を通って流れます。 トランジスタの閉じる速度は、開く速度と同じくらい重要です。トランジスタの加熱の程度はこれに依存します。 デバイスをセットアップするときは、強力なトランジスタのゲートで制御パルスの電圧を制御する必要があります-10 V未満であってはなりません-線形モードへの移行を防ぎます。 負荷供給電圧は、使用する電気モーターの特性によって異なりますが、トランジスタの公称ドレイン - ソース間電圧を超えてはなりません。 IRF640 トランジスタ ブロックの場合、最大電圧は 150 V で、合計負荷電流は最大 80 A です。 制御抵抗R11のエンジンの電圧の変化による電気モーターの出力Redの変化の性質は、図2に簡略化された方法で示されています。 XNUMX. この抵抗器のエンジンの初期位置は、スキームによると右端です。 この場合、制御パルスはなく、電界効果トランジスタVT4〜VT9は閉じられ、負荷は消勢されます。 デバイスの低電流部分に電力を供給するには、特に電気モーターがバッテリーで電力を供給されている場合、負荷供給電圧の一部を使用すると便利です。 ただし、この方法では、機械に取り付ける前にレギュレーターを慎重にテストする必要があります。これは、共通の電源線の抵抗がレギュレーター全体の品質に悪影響を及ぼす可能性があるためです。 デバイスを動作させるときは、リニア モードと過電流からトランジスタを保護することが望ましいです。 スイッチングモードから増幅モードへのトランジスタの移行は、急速な過熱とその後の破壊につながります。 レギュレータで使用されるトランジスタは、過負荷や負荷の短絡に数十マイクロ秒耐えることができなくなりました。 したがって、緊急時にもレギュレータを節約するために、保護装置を使用することをお勧めします。 その接続のために、負荷回路の上部シャント端子R27（制限抵抗R25付き）とパルス整形器のブロッキングデバイス（VT2）の入力の2つの出力が提供されます。 保護ノードは、事故の原因が取り除かれるまでトランジスタ VTXNUMX を開いたままにする信号を生成し、負荷電源回路の電流を制御して、強力なトランジスタがリニア モードに切り替わり過熱するのを防ぐ必要があります。 保護ホスト デバイスについては、この記事では扱いません。 保護を必要としない、または緊急事態の可能性が低い最も単純な制御装置では、トランジスタ VT2、抵抗器 R5 および R25、およびシャント R27 を省略することができます。 強力なトランジスタは、負荷回路が遮断されたときの電圧サージからVD4ダイオードによって保護されます。 その最大逆電圧は供給電圧以上でなければならず、その順方向電流はモーターの定格電流以上でなければなりません。 ここでは、国産ダイオードDCH151-125または輸入150EBU02が適しています。 デバイスがバッテリーから電力を供給されている場合、バッテリーに対する高周波電流の破壊的な影響を減らすために、負荷電力 6 キロワットあたり合計容量が 13 マイクロファラッドのコンデンサ C10 ～ C000 でブロックする必要があります。 コンデンサの定格電圧はバッテリ電圧以上です。 ジェネレーター、コンパレーター、パルスシェイパー、およびファンM1は、DA15スタビライザーとVT1トランジスターの電流増幅器で構成されるユニットから3Vの電圧で給電されます。 トランジスタとスタビライザーは、有効面積が20cm1以上のヒートシンクに取り付ける必要があります。 デバイスのヒートシンクに強力なトランジスタが取り付けられていて、必要な冷却が行われている場合は、MXNUMXファンがなくても実行できます。
デバイスの低電流部分は、図 3 のプリント基板上にあります。 XNUMX. 強力なトランジスタVT4-VT9が特定の負荷用に選択されています。 この場合、整形増幅器 DA3 に接続されるトランジスタの数は、その出力特性に対応する必要があります [2、3]。 経験からわかるように、SHI コントローラを開発する場合は、過電流マージンを確保する必要があります。 これは、トランジスタの設計によるものです。 宣言された電流値にもかかわらず、トランジスタの端子の断面はそれに対応していません。 断面積が 1,3 mm2 のトランジスタの端子での電圧降下、したがって、消費されるエネルギーは無駄に大きくなります。 トランジスタ出力の電流密度は 15...20 A/mm2 を超えてはなりません。 レギュレーターは、電流 640 A、電圧 18 V の IRF200 トランジスターを使用します。このデバイスは、トランジスター IRF3710 (100 V、57 A)、IRF3205 (55 V、110 A)、IRF3808 (75 V、140 A) でもテストされています。 ) 電気モーター出力 3 kW および供給電圧 48 V を制御します。 出力トランジスタへの制御信号は、ツイスト ペア線を介してゲートとソースに直接送信することをお勧めします [4]。 トランジスタの制御電流をデバイスのコモン線に流さないでください。負荷回路から制御回路へのスイッチング干渉の危険があります。 実際には、これはトランジスタの発熱の増加と予測不可能な故障として現れます。 低電流ノードと強力なノードの電源を分離することで、さらに良い結果が得られます。 強力な電流レギュレータ スイッチの設計には、最も注意を払う必要があります。 デバイス全体の品質は、そのレイアウトに依存します。 強力なトランジスタ VT4-VT9 をよりコンパクトに配置し、大きな断面の導体 (10 ... 20 mm2) を端子にはんだ付けし、抵抗 R18-R24 を強力なトランジスタの近くに配置することをお勧めします。 電源ユニット内の導体の曲がりは、寄生インダクタンスを形成するため、許容できません。 修理可能な部品から組み立てられた装置は、原則として調整を必要としません。 トランジスタVT3のエミッタでのパルス繰り返し周波数（4 ... 1 kHz）をチェックして、マスター発振器が安定していることを確認するだけで、出力電力制御制限が正しく設定されていることを確認できます（抵抗R7、R13を選択する場合必要な）そしてその制御パルスが抵抗器R10-R18の回路の共通点に存在する（少なくとも24Cの電圧で）。 出力トランジスタは、サイズが160x60x4 mmの銅製ヒートシンクプレートに取り付けられ、M1ファンによって冷却されます。 ファンを使用しない場合、各トランジスタのヒートシンク面積は、その特性と消費電力に基づいて計算されます。 冷却ファンとして、事前に選択された抵抗（図1の図には示されていません）を介して接続されたパーソナルコンピュータクーラーを使用して、電圧を9〜12Vに下げることができます。 ヒートシンクは、トランジスタのドレインの合成出力として使用できます。 コンデンサC6〜C13のバッテリーは、バッテリーのすぐ近くに取り付け、車両で使用する場合は、湿気から保護するために別のボックスに配置する必要があります。 ダイオードVD4は任意の便利な場所に配置できます。 保護装置を使用する場合は、既製のシャント75ShSM MZ（または75ShS）が使用されます。 その値は、レギュレータの負荷電流に基づいて選択されます。 検討中のケースでは、デバイスがZDT-100電気モーターを31Vの電圧と24Aの電流で制御するように設計されているため、80 Aのシャントが使用されました。負荷を接続するために、銅線とたとえば、PVZシリーズのワイヤに適した8mm1あたり2Aの断面積を使用する必要があります。 ワイヤの端には、断面に対応するケーブルラグが取り付けられています。 結論として、強力なトランジスタ VT4 ～ VT9 を交換する場合についていくつかコメントします。 IRF シリーズのトランジスタには、1200 pF (IRF640) から 5310 pF (IRF3808) までの大きなゲート容量があるため、抵抗 R18 ～ R23 およびアンプ DA3 が必要になります。 強力なトランジスタの数が増えると、IR2110 ドライバ アンプをより強力なもの (LM5110 など) に交換するか、プッシュプル トランジスタ パワー アンプを追加する必要が生じる場合があります (一般的な IR2110 接続ではそのような変更が可能です [2])。 アンプから消費される電流は、回路 R16R18 ～ R24 の合計抵抗によって決まります。 抵抗器 R19-R24 の抵抗値は次のように計算されます。 まず、ゲート容量の平均充電電流が決定されます。
ここで、Upit は増幅器 DA3 の電源電圧、V です。 C3 - トランジスタのゲート容量、F; t - トランジスタの開閉時間、s。 このとき、ゲート回路の抵抗器の抵抗値は R3=Upit/I3,OM となります。 ゲート回路の抵抗は、トランジスタのリード線に直接ハンダ付けするのが最適です。 SHI レギュレータのコンポーネントを選択するときは、より高周波の無線要素を優先する必要があります。 文学
著者: N. Tokmakov、Syktyvkar; 出版物: radioradar.net
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