Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. Следствием этого являются хлопоты и раздумья как жить-быть дальше и принятие решения восстанавливать сотворённое ранее или продолжать творить.
Схема номер 1
Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 - 13 вольт. И общеизвестная на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась. От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении. Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.
КТ829 - мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты - видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.
Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос - «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»
Схема номер 2
В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.
У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40 вольт, выходное 1,2 - 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход - выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.
Что получилось
Сам процесс обновлённого монтажа занял времени ни сколько не больше чем предыдущий. При этом получен не простой регулятор напряжения, который подключается к блоку питания стабилизированного напряжения, собранная схема при подключении даже к сетевому понижающему трансформатору с выпрямителем на выходе сама даёт необходимое стабилизированное напряжение. Естественно, что выходное напряжение трансформатора должно соответствовать допустимым параметрам входного напряжения микросхемы КР142ЕН12А. Вместо неё можно использовать и импортный аналог интегральный стабилизатор . Автор Babay iz Barnaula .
Обсудить статью ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
В автомобилях применяют два вида регуляторов напряжения бортовой сети:
- Электромеханический, в котором с помощью вибрирующих контактов изменяется ток в обмотке возбуждения генератора переменного тока. Работа вибрирующий контактов обеспечивается таким образом, чтобы с ростом напряжения бортовой сети уменьшался ток в обмотке возбуждения. Однако вибрационные регуляторы напряжения поддерживают напряжение с точностью 5-10%, из-за этого существенно снижается долговечность аккумулятора и освети тельных ламп автомобиля.
- Электронные регуляторы напряжения бортовой сети типа Я112 , которые в народе называют "шоколадка". Недостатки этого регулятора известны всем - низкая надежность, обусловленная низким коммутационным током 5А и местом установки прямо на генераторе, что ведет к перегреву регулятора и выходу его из строя. Точность поддержания напряжения остается, несмотря на электронную схему, очень низкой и составляет 5% от номинального напряжения.
Вот поэтому я решил сделать устройство, которое свободно от вышеизложенных недостатков. Регулятор прост в настройке, точность поддержания напряжения составляет 1% от номинального напряжения. Схема, приведенная на рис.1 прошла испытания на многих автомобилях, в том числе и грузовых в течение 2-х лет и показала очень хорошие результаты.
Рис.1.
Принцип работы
При включении замка зажигания напряжение +12В подается на схему электронного регулятора. Если напряжение, поступающее на стабилитрон VD1 с делителя напряжения R1R2 недостаточно для его пробоя, то транзисторы VT1, VT2 находятся в закрытом состоянии, а VT3 - в открытом. Через обмотку возбуждения протекает максимальный ток, выходное напряжение генератора начинает расти и при достижении 13,5 - 14,2В возникает пробой стабилитрона.
Благодаря этому открываются транзисторы VT1, VT2, соответственно транзистор VT3 закрывается, ток обмотки возбуждения уменьшается и снижается выходное напряжение генератора. Снижения выходного напряжения примерно на 0,05 - 0,12В достаточно, чтобы стабилитрон перешел в запертое состояние, после чего транзисторы VT1, VT2 закрываются, а транзистор VT3 открывается и через обмотку возбуждения снова начинает протекать ток. Этот процесс непрерывно повторяется с частотой 200 - 300 Гц, которая определяется инерционностью магнитного потока.
Конструкция
При изготовлении электронного регулятора, следует обратить особое внимание на отвод тепла от транзистора VT3. На этом транзисторе, работающем в ключевом режиме, 1ем не менее выделяется значительная мощность, поэтому его следует монтировать на радиаторе. Остальные детали можно разместить на печатной плате, прикрепленной к радиатору.
Таким образом, получается очень компактная конструкция. Резистор R6 должен быть мощностью не менее 2Вт. Диод VD2 должен иметь прямой ток около 2А и обратное напряжение не менее 400В, лучше всего подходит КД202Ж, но возможны и другие варианты. Транзисторы желательно применить те, которые указаны на принципиальной схеме, особенно VT3. Транзистор VT2 можно заменить на КТ814 с любыми буквенными индексами. Стабилитрон VD1 желательно установить серии КС с напряжением стабилизации 5,6-9В, (типа КС156А, КС358А, КС172А), при этом увеличится точность поддержания напряжения.
Настройка
Правильно собранный регулятор напряжения не нуждается в особой настройке и обеспечивает стабильность напряжения бортовой сети примерно 0,1 - 0,12В, при изменении числа оборотов двигателя от 800 до 5500 об/мин. Проще всего настройку производить на стенде, состоящем из регулируемого блока питания 0 - 17В и лампочки накаливания 12В 5-10Вт. Плюсовой выход блока питания подключают к клемме “+” регулятора, минусовой выход блока питания подключают к клемме "Общ”, а лампочку накаливания подключают к клемме "Ш" и клемме "Общ” регулятора.
Настройка сводится к подбору резистора R2, который изменяют в пределах 1-5 кОм, и добиваются порога срабатывания на уровне 14,2В. Это и есть поддерживаемое напряжение бортовой сети. Увеличивать его выше 14,5В нельзя, поскольку при этом резко сократится ресурс аккумуляторов.
Появление полупроводниковых приборов, способных при работе в ключевом режиме коммутировать большие мощности, привело к использованию для регулирования напряжения авиационных генераторов транзисторных и тиристорных регуляторов. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения среднего тока возбуждения. В большинстве схем регуляторов напряжения на транзисторах принципиальная схема оконечного каскада имеет вид, представленный на рис. 4.3.а).
Рис. 4.3. а) Схема включения электронного регулятора; б) форма управляющего сигнала и среднего тока в ОВГ.
Схемы регуляторов отличаются друг от друга схемами управления импульсным элементом, роль которого выполняет мощный транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения и работающий в режиме ключа. Когда транзистор находится в закрытом состоянии, можно считать, что сопротивление цепи эмиттер - коллектор весьма велико - «ключ закрыт». Если транзистор работает в режиме насыщения (находится в открытом состоянии)- «ключ открыт», то сопротивление весьма мало. . Схема управления вырабатывает импульсы прямоугольной формы (рис. 4.3.б). При подаче прямоугольного импульса со схемы управления транзистор открывается и через обмотку возбуждения генератора начинает протекать ток. Но так как обмотка возбуждения представляет собой индуктивность, то нарастание тока в ней будет носить экспоненциальный характер. При прекращении воздействия импульса ток возбуждения также будет убывать не мгновенно, а по экспоненте, т.е. при открытом транзисторе в полюсах генератора накапливается магнитная энергия, а в паузе тока управления, ток в обмотке возбуждения продолжает идти за счет накопленной энергии в магнитном поле. Средний ток регулируется изменением скважности импульсов. При отклонении напряжения генератора от заданного значения, например, при его увеличении длительность импульса, а соответственно и время нахождения транзистора в открытом состоянии уменьшается, что приводит к снижению среднего значения тока возбуждения возбудителя генератора, и напряжение генератора возвращается к прежнему значению. При снижении напряжения генератора время нахождения транзистора в открытом состоянии увеличивается, средний ток возбуждения возбудителя и, следовательно, напряжение генератора увеличиваются.
Таким образом, уменьшение скважности ведет к увеличению среднего тока, и наоборот. Электронная комплектация ЭРН позволяет расширить функции регулятора, так, например, на самолете Л410 он защищает сеть от повышения напряжения генератора и ограничивает максимальный ток генератора при запуске двигателя.
УПРАВЛЕНИЕ И ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
К операциям управления относятся: дистанционное включение и отключение генераторов; автоматическое включение генераторов на нагрузку при правильной полярности и определенном соотношении напряжений генераторов и бортсети. Подключение генераторов к бортсети контролируется автоматически.
В процессе эксплуатации возможны случаи отказов элементов систем генерирования, приводящих к нарушению нормальной работы СЭС. В целях предупреждения возможных тяжелых последствий, к которым могут привести ненормальные режимы, применяют различные виды защиты. В СЭС постоянного тока применяют защиты от понижения и повышения напряжения, включения генератора с неправильной полярностью и от коротких замыканий.
Операции управления и защиты от понижения напряжения (от обратных токов) и от включения генератора с неправильной полярностью выполняются комплексным аппаратом - дифференциально-минимальным реле. Защита от повышения напряжения осуществляется с помощью автоматов защиты от перенапряжения.
Многие автолюбители доступными им средствами стремятся улучшить работу различных узлов своей машины. Немалую помощь в этом оказывает им электроника. Взять хотя бы разнообразные системы электронного зажигания, о которых «М-К» не раз уже рассказывал. Сегодня мы предлагаем владельцам «Жигулей» и «Запорожцев» построить несложный электронный регулятор напряжения (ЗРН), сконструированный харьковчанином Б. Крутаковым.
У него отсутствуют механически размыкаемые электрические контакты, в момент запуска генератор не нагружает двигатель и аккумулятор. Тем самым облегчается запуск мотора заводной ручкой при слабо заряженном аккумуляторе. Применение подобного устройства исключает импульсные перенапряжения в бортовой сети, оно не создает помех радиоприему. Кроме того, ЗРН позволяет контролировать систему давления масла.
Устройство имеет четыре вывода imolodec.com для подключения и системе электропитания автомобиля (см. принципиальную схему): «ДДМ» – к датчику давления масла, «15» - н положительному полюсу бортовой сети, «67» - к обмотке возбуждения генератора, «М» - к массе автомобиля (минусу источника питания).
Работает устройство следующим образом. Когда включают зажигание (S1), через клемму «15» поступает положительное напряжение на резисторный делитель R1, R2, к которому подсоединен стабилитрон V1, выполняющий функции порогового элемента. Приложенное к стабилитрону напряжение ниже уровня его отпирания - тон базы транзистора V2 отсутствует: полупроводниковый триод заперт. Однако транзисторы V3-V5 остаются закрытыми, поскольку давление масла у неработающего двигателя отсутствует и контакт S2 датчика давления масла замыкает коллекторную цепь V2 на массу автомобиля (через клемму «ДДМ»). Ток в обмотке возбуждения генератора отсутствует (в штатном регуляторе напряжения в этом случае протекает тон около 2,5 А), о чем сигнализирует лампа Н1 давления масла. Такое состояние ЭРН сохраняется до тех пор, пока после запуска двигателя давление масла не вызовет размыкания контакта S2.
Теперь на коллектор V2 через погасшую лампу Н1 подается положительное напряжение н транзисторы V3, V4 проводят ток. В результате транзистор V5 открывается, и через разъем «67» в обмотку возбуждения (OB) генератора Г1 поступает питание от аккумуляторной батареи GB1. Генератор начинает заряжать аккумулятор GB1. По мере возрастания оборотов двигателя (генератора) и увеличения заряда батареи напряжение бортовой сети повышается. Одновременно возрастает и напряжение, приложенное к стабилитрону V1. Как только оно превысит напряжение отпирания V1, возникает базовый ток транзистора V2 и он начнет открываться, а транзисторы V3 - V5 закрываться, уменьшая тем самым ток в обмотке возбуждения до 0,5-0,7 А: напряженке и тон, отдаваемый генератором в бортовую сеть и аккумулятор, падают.
Когда нагрузка возрастает (например, при включении осветительных приборов), потребление тока увеличивается, напряжение сети снижается, транзистор V2 слегка закрывается и ток, протекающий через полупроводниковый триод V5 по обмотке возбуждения, возрастает. Генератор отдает больший ток в бортовую сеть автомобиля, поддерживая постоянным напряжение в ней. К примеру, в автомобиле «Жигули» при полностью включенных осветительных приборах, на малых оборотах двигателя через транзистор V5 и обмотку возбуждения протекает ток около 1,5 А. С увеличением оборотов он снижается до 0,9 А. Рассеиваемая на транзисторе V5 мощность может достигать 8 Вт.
В случае применения ЭРН включение сигналов поворота вызывает большие изменения тока возбуждения генератора, чем при штатном регуляторе напряжения. Это указывает на то, что ЭРН успевает «следить» за всеми изменениями нагрузки бортовой сети автомобиля, не вызывал существенных перенапряжений на обмотке возбуждения, имеющей большую индуктивность. Объясняется это тем, что в момент запирания транзистора V5 ЭДС обмотки возбуждения приложена к его эмиттеру в отрицательней полярности, не допускающей резкого запирания V5. Тем самым не происходит перенапряжения коллектора и надежность работы выходного транзистора возрастает.
Сопротивления резисторов R1 и R2 подобраны из расчета, чтобы ЭРН поддерживал напряжение на аккумуляторе (в бортовой сети электропитания автомобиля) равным 13,5-13,8 В независимо от изменения нагрузки. При таком напряжении аккумуляторная батарея не заряжается выше допустимой нормы, не «выкипает» электролит. Чтобы повысить напряжение генератора, достаточно уменьшить сопротивление резистора R2 или R4 до 1 кОм.
Проверяют исправность ЭРН, измеряя напряжение на клеммах «15» и «67». При включенном зажигании и неработающем двигателе напряжение на первой такое же, как и у аккумулятора, а на второй оно равно 0 В. Когда двигатель работает, напряжение на клемме «15» при любых оборотах должно составлять 13,8-14,2 В (в зависимости от настройки ЭРН).
В электронном регуляторе напряжения в качестве элемента V5 допустимо применить транзисторы серии КТ803, KT805, КТ817. а вместо двух полупроводниковых триодов V3 и V4 можно установить один n-p-n проводимости с током коллектора не менее 150 мА и напряжением’ на нем выше 15 В (например. серии КТ503, КТ815). Транзистор V2 (КТ315А) можно заменить на КТ312Б, В. Стабилитрон Д818Г заменяет аналогичный прибор марки Д814Б, Д818Д или Д818Е.
Элементы ЭРН размещены на плате, изготовленной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита методом прорезания фольги на токопроводящие участки. Контактные лепестки разъема изготовлены из листовой латуни. Через отверстия в них плату крепят к гетинаксовому кронштейну (основание ЭРН). Два других отверстия служат для установки радиатора транзистора V5, Радиатор - ребристый, размером 35 40×45 мм. Сверху к нему привинчен пластмассовый корпус от штатного регулятора напряжения с вентиляционными отверстиями в нижней и верхней частях боковых стенок. Можно использовать и любой другой контейнер с близкими размерами.
При виходе из строя контрольной лампы или датчика давления масла транзисторы V3-V5 запираются и загорается лампа контроля генератора. К такому же результату приводит снижение давлення масла ниже нормы. Тем самым уменьшается возможность работы двигателя с неисправной системой смазки.
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.
