Kомпоненты, приборы, оборудование      
 |  Главная |  Каталог предприятий Украины |  Схемотехника |
 

Раздел на реконструкции, некоторые ссылки могут не работать!
  • Аудио
  • Безопасность
  • Бытовая электроника
  • Видео
  • Видеокамеры
  • Высоковольтные
  • Генераторы
  • Измерения
  • Интерфейсы
  • Коммутация
  • Компьютер
  • Медицина
  • Моделирование
  • Передатчики
  • Питание
  • Обработка данных
  • Предусилители
  • Радио

  • Веб-мастерам
    и писателям:
    Биржа статей. Продать - купить статью. Уникальные статьи: готовые и на заказ.


    Назад
       РЕЛЕ-РЕГУЛЯТОРЫ
       
        Н.П. Горейко
        Приведём взятые из NEТ цены на реле-регуляторы от B & C Specialty Products Inc (см. таблицу). Для сравнения: стоимость двигателя ВАЗ - около $500. Анализ таблицы показывает - в наших условиях есть резон улучшать имеющиеся схемы, радикально их модернизировать. Варианты питания обмотки возбуждения Применяются два способа питания обмотки возбуждения автомобильного генератора: - "плюсом" - один вывод ОВ постоянно соединён с корпусом авто; - "минусом" - при этом один из выводов обмотки возбуждения постоянно соединён с "плюсом" батареи, точнее с выходом "+" генератора. Изначально на автотранспорте применялась схема (рис.1а) с выдачей "плюса" на ОВ. В релейной схеме устанавливался R1 - резистор, обеспечивающий определённую "ступеньку" (разность) между порогами напряжения включения/выключения обмотки возбуждения (схема сильно упрощена, токовая обмотка и резисторы согласования не показаны, в 21-м веке нет резона оживлять релейную схему). Реле К1 - измерительное, в магнитной системе есть калиброванный немагнитный зазор, поэтому коэффициент возврата такого реле близкий к 1 и стабильный. Необходимость чёткого отличия порогов включения и выключения питания ОВ вызвана существованием сопротивления проводников (даже провода большого сечения, соединяющего "+" клеммы батареи и генератора) и внутреннего сопротивления батареи. Для перехода от разряда батареи к её заряду необходимо обязательно немного повысить напряжение на зажимах батареи. С переходом на кремниевые транзисторы "удобными" стали схемы (рис.1б) с выдачей "минуса" на ОВ - коллектор мощного кремниевого транзистора в те времена мог выдать только "минус" на выход. Первая схема надёжнее по следующим причинам: - одним поворотом ключа зажигания выключаются все цепи, кроме проводника большого сечения, соединяющего положительные клеммы батареи и генератора; - при отключении реле-регулятора от бортовой сети во второй схеме возможен пробой выходного транзистора и иные повреждения. В самом деле, в обеих схемах ОВ запитывается импульсами тока по несколько ампер (стрелками показаны Iбат - ток от батареи, Ivt - ток через транзистор). Импульсы тока прекращаются резко (контактами реле или транзистором), ток в цепи ОВ, обладающей большой индуктивностью, не может прекратиться мгновенно - экстраток размыкания идёт по цепям: - VD1 - через корпус авто; - VD2 - через плюсовой провод, предохранитель, нередко разъём. Очень часто регулятор выходит из строя при отсоединении разъёма без выключения бортовой сети, если в момент снятия питания реле-регулятора "исчезает" путь прохождения экстратока. На практике это бывает как при отсоединении клемм под напряжением бортовой сети, так и в момент "выдёргивания" разъёма. "Таблеточные" регуляторы Я112 различных модификаций содержат защитный диод и закреплены прямо на генераторе, поэтому причина их выхода из строя другая - малый объём монтажа (и нередко плохая схема) и нагрев от генератора. "Древняя" схема более надёжна - даже несведущие люди вначале отсоединяют реле-регулятор, лишь потом откручивают винты крепления, одновременно соединяющие регулятор с корпусом. До тех пор, пока корпус устройства соединён с "массой", никаких перенапряжений нет (экстраток замыкается диодом на "корпус")! Вывод: если в авто установлен генератор с двумя выводами от (одной) обмотки возбуждения через щётки и можно выбирать схему питания ОВ, необходимо выбрать вариант питания "плюсом" (один вывод ОВ всегда соединён с "корпусом"). В случае с "таблеткой" два вывода щёток спрятаны в модуле её крепления, необходима доработка для подключения внешнего регулятора. Регуляторы напряжения 14 В с “плюсом” на выходе Реле-регулятор мотоцикла BMW R Series (рис.2а) построен по некорректной схеме: - С1 имеет небольшую ёмкость, поэтому его роль в шунтировании всплесков напряжения незначительна по сравнению с мощной бортовой батареей; - С3 обеспечивает ООС в каскаде Q1, поэтому скорость переключения выходного транзистора снижается (приводит к перегреву этого транзистора); - защитный диод D3 не нужен, поскольку всплеск напряжения коммутации ОВ убирается диодом D4; - на выходе регулятора установлен составной транзистор, напряжение насыщения которого значительно больше, чем у простого биполярного. Такое соединение транзисторов приводит как к перегреву выходного транзистора, так и плохому заряду батареи при малых оборотах двигателя. Конденсатор С2 обеспечивает ПОС (положительную обратную связь) по выходному напряжению, это ускоряет переключение выходных транзисторов и снижает их нагрев, но "ступенька" регулирования в этой схеме не обеспечена. Входная часть схемы (компаратор напряжения) выполнена неплохо: - часть бортового напряжения подведена к стабилитрону; - потенциометр Р включен через дополнительные резисторы R1 и R2 для ограничения пределов регулировки и облегчения точной установки бортового напряжения; - номинал R2 достаточен для избежания перегрузки стабилитрона в "нижнем" положении Р. Можно удалить из схемы все конденсаторы (наименее надёжные детали), обеспечив при этом триггерный (ключевой) режим её работы (рис.2б). Резистор R7 обеспечивает ПОС по напряжению с выхода регулятора в цепь измерительного делителя напряжения: - при низком бортовом напряжении (входной транзистор закрыт, выходной - открыт) резистор R7 повышает (в сторону "+") потенциал цепочки VD1, VD2, поэтому входной транзистор закрывается ещё больше; - при высоком бортовом напряжении (входной транзистор открыт, выходной - закрыт) потенциал цепочки "диод - стабилитрон" действием ПОС понижается, поэтому входной транзистор открывается ещё сильнее. При таком построении схемы питание ОВ осуществляется чёткими "порциями", батарея работает периодически в двух режимах ЗАРЯД и РАЗРЯД. Перемещение движка R вниз (по схеме) приводит к большему перепаду напряжения на цепочке диод - стабилитрон - транзистор VT1, поэтому реле переключается при низшем напряжении. Перемещение движка R вверх перестраивает схему на большее напряжение. Номинал резистора R7 обратно пропорционален величине "ступеньки" регулирования - увеличение номинала этого резистора ослабляет чёткость переключения схемы (и наоборот). Главное отличие нашей схемы от импортной - ключевой режим работы выходного транзистора, независимо от скорости изменения бортового напряжения (даже медленное изменение бортового напряжения приводит к резкому переключению схемы). При работе такого регулятора с малой нагрузкой бортовой сети при холостых оборотах двигателя автовладелец иногда пугается - лампа "разряд" периодически вспыхивает. Это нормально. Для резкого уменьшения нагрева регулирующего (выходного) транзистора необходимо отказаться от применения составного транзистора. В схеме (рис.2.в) мощный резистор R7 задаёт базовый ток выходного транзистора VT3, но ток через этот резистор не протекает постоянно, а "включается" транзистором VT2. Теперь предвыходной и выходной транзисторы могут работать в режиме насыщения (большой ток и низкое напряжение) - нагрев транзисторов резко уменьшается. Важным преимуществом схемы является некоторое увеличение напряжения на обмотке возбуждения, которое проявляется улучшением заряда батареи при работе двигателя на низких оборотах (плохая дорога, заторы). Для обеспечения триггерного режима работы схемы применена токовая ПОС: - ток предвыходного каскада (и R7) проходит через диод VD5, падение напряжения на котором меняется на долю вольта; - это изменение напряжения прикладывается к входному делителю R2, R, R1; - ПОС в каскадах VT1, VT2 обеспечивает триггерный режим работы этих каскадов. Токовая петля ПОС обеспечивает большее быстродействие, чем ПОС по напряжению, потому что изменение напряжения на диоде VD5 сразу прикладывается к элементам входного делителя напряжения (а в схеме (рис.2б.) - через резистор 10 кОм). По этой причине переключение транзисторов происходит быстрее и с меньшим нагревом. Выходной транзистор открывается до насыщения при низком бортовом напряжении или полностью закрывается при высоком напряжении. Интервал переключения (доли вольта) автоматически обеспечивается нелинейностью ВАХ VD5, поэтому единственным подстроечным элементом схемы является резистор R (задатчик величины бортового напряжения). Цепь температурной стабилизации напряжения (диод D1, VD1 на рис.2а,б) можно удалить: - её влияние несущественно; - различия в настройке регуляторов доходят для различных производителей (и стран) почти до 1 В; - регулятор напряжения часто имеет иную температуру, чем батарея; - если уж усложнять схему, то нужно делать не стабильность напряжения при различных температурах, а заметно изменять напряжение в зависимости от температуры батареи. До сих пор находится в эксплуатации регулятор напряжения РР-350 (Волга ГАЗ-324, рис.3а), выполненный на германиевых транзисторах! При высокой температуре обратный ток коллектора таких транзисторов неконтролируемо растёт, в схеме приняты меры для уверенного их закрывания: - в цепях эмиттеров установлены кремниевые диоды VD2, VD3 - для обеспечения обратного напряжения при закрывании базы; - в цепях баз установлены низкоомные резисторы; - выходной транзистор VT3 немного разгружен по нагреву благодаря резистору R15. Для ускорения процесса переключения в сравнительно "медленную" ПОС по напряжению через R7 введён дроссель L1 (переменная составляющая напряжения положительной обратной связи передаётся в цепь входного делителя напряжения "форсированно"). Конструкторы этой модели ввели в цепь входного делителя напряжения терморезистор R5, поэтому бортовое напряжение зависит от температуры так, как "удобно" работать аккумулятору! Цепи входного делителя напряжения настроены (на конвейере!) путём подбора постоянных резисторов, которые намного надёжнее в работе, чем переменные. Почему же схема не подвергалась модернизации многие годы, когда была техническая возможность установить кремниевые транзисторы? По причине застоя! При кустарном ремонте нередко на "своё" место в схеме устанавливается резистор или стабилитрон с идентичным обозначением, и настройка реле нарушается! Необходимо устанавливать резисторы и стабилитрон цепей входного делителя не просто "по номиналу", а с учётом влияния данной детали на величину порога переключения схемы. При параллельно соединённых R1, R2 большее влияние на настройку схемы оказывает меньший номинал (и наоборот). При ремонте следует впаять сначала низкоомный резистор R2=300 Ом (подобрав его с допуском в сторону большего сопротивления - большее напряжение настройки регулятора). Потом подобрать резистор тонкой настройки R1 (начиная с номиналов в десятки раз больше). На практике бывает удобнее подбирать сопротивление тремя резисторами, важно только чтобы первые два обеспечивали заниженное напряжение настройки. Повторим контуры этой испытанной временем схемы с сравнительно новыми (80-х годов) деталями (рис.3б). Стабилитрон VD1 с широким диапазоном рабочих токов позволяет выполнить входной делитель более высокоомным (в исходной схеме R6=100 Ом представлял опасность для стабилитрона). Вход схемы без перегрузки выдерживает импульсы напряжения в десятки вольт (это очень существенно - делитель со стабилитроном является "слабым звеном" многих схем!). Применение многооборотного подстроечного резистора R4 позволяет повысить надёжность работы схемы в условиях вибрации. Процесс налаживания с переменным резистором значительно упрощается. Введение быстродействующей токовой ПОС с выхода регулятора через нелинейность VD3 непосредственно в эмиттерную цепь транзистора VT1 - компаратора напряжения позволяет максимально ускорить процесс переключения транзисторов (уменьшается рассеиваемая транзисторами мощность). Выделим функции диодов и транзисторов: - VD1 - входит в цепь делителя бортового напряжения; - VT1 - является компаратором входного напряжения (вывод эмиттера подключен к VD3); - VT2 - эмиттерный повторитель (усилитель тока рассогласования VT1); - VT3 - выходной (регулирующий) транзистор; - VD3 - нелинейный элемент цепи ПОС, который, в отличие от резистора, не требуется подбирать под определённую величину рабочего тока; - VD4 - убирает коммутационные перенапряжения на обмотке возбуждения. Такая схема намного лучше, чем "старинная" РР350, но потеря 1 В напряжения на VD3 нежелательна - ухудшает питание бортовой сети при работе двигателя на низких оборотах. Устранить такую потерю позволит схема рис.3в. Остановимся на ее отличиях: - быстродействующая ПОС по току заменена на положительную обратную связь по напряжению через R6 с заменой транзисторов на более высокочастотные; - второй каскад (VT2) взят от УНЧ с активной нагрузкой (были такие в малотранзисторных карманных приёмниках). Усилитель тока работает на VT2, но в момент его закрывания в работу включается германиевый VD2 - цепь базы выходного транзистора шунтируется через этот диод. Сейчас нелегко найти германиевый диод на ток в сотни миллиампер, поэтому можно заменить его германиевым транзистором (показано на рисунке). Подбор R1, R2 необходимо производить по напряжению переключения схемы. Такая схема вносит малые потери в цепь питания ОВ, при этом обладает чётко выраженным триггерным режимом работы. Схема немного непривычна - некоторое усложнение второго каскада позволяет лучше закрывать выходной и предвыходной транзисторы. Непромышленные схемы регуляторов Самый "старинный" полупроводниковый регулятор (рис.4) построен по схеме нелинейного усилителя с инвертированием - при возрастании бортового напряжения питание ОВ уменьшается (и наоборот). Триггерный эффект полностью отсутствует, поэтому выходной транзистор работает с перегревом (требуется радиатор), напряжение в бортовой сети зависит от мощности потребителей и оборотов двигателя - лучше всего это заметно при движении на "нейтралке" с включенными фарами. Два схемных несоответствия нужно выделить: - в верхнем положении по схеме движка потенциометра R2 стабилитрон V1 перегружается по току, при некоторых режимах работы возможен выход V1 из строя; - защитный диод V4 рассчитан на ток 0,1 А, а "принимает удары" тока свыше 2 А. Нужно заметить, что при исправных узлах системы генерации и зажигания данная схема всё-таки работала почти нормально! Не в одном справочнике, а также в "паутине" побывала схема (рис.5а), выполненная на неплохом операционнике. Схема была собрана формально, с избыточными элементами, без учёта условий эксплуатации: - симметрирование входов операционного усилителя (до милливольт) при помощи R6, R7 не имеет смысла, для бортовой сети важны изменения больше 0,5 В; - пара выходных транзисторов требует подбора (отсутствуют элементы выравнивания токов); - выходные транзисторы выбраны с большим запасом по напряжению, но коэффициент усиления по току - самый низкий из группы (это ухудшает их насыщение); - регулировочные элементы R3 и S1 нежелательно монтировать прямо на высокоомных входах микросхемы, практичнее было бы соединение таких деталей с корпусом. Предлагаем более эффективную (при той же элементной базе) схему (рис.5б). Малополезные резисторы в цепях входов удалены. Элементы регулирования напряжения соединены с корпусом, поэтому при наладке и "диком" поиске неисправности на входы ОУ не будут поданы случайные потенциалы. Для удаления резисторов смещения R9, R12 к выходу микросхемы подключен составной транзистор VT1 иной проводимости и инвертировано подключение элементов входных делителей напряжения. Мы учитываем и ограничение усиливаемого микросхемой сигнала - на трёх э-б переходах транзисторов теряется почти 2 В, поэтому закрывание выходных транзисторов обеспечено (примерно такое же напряжение "недорабатывает" выход операционника). В нашей схеме обеспечено выравнивание токов регулирующих транзисторов при помощи эмиттерных резисторов R15, R15' (базы транзисторов соединены вместе), поэтому не требуется подбор транзисторов. Более того, вполне возможна работа регулятора без элементов R15, R15'и VT2' (на одном транзисторе), - в схеме обеспечено хорошее насыщение выходного транзистора, и его нагрев будет минимальным. Для надёжной работы радиатор площадью около 10 см2 для VT2 не помешает. Уменьшение количесва деталей и улучшение режимов их работы - не самоцель, а средство упрощения наладки, ремонта и повышения эксплуатационной надёжности узла. Напомним: замыкание S1 повышает напряжение в бортовой цепи (зимний режим работы). Перемещение движка R3 вверх тоже увеличивает порог переключения схемы. Номинал резистора R8 мы заметно уменьшили - в исходной схеме различие порогов включения/выключения было чрезмерным. В связи с популярностью в NЕТ придётся ещё раз обратиться к "новой" схеме (рис.6а), вопросительными знаками отмечены недоработки: - L1 и C1 установлены для "борьбы" с импульсами бортового напряжения, но при работе только на электронном зажигании (при отключенных иных потребителях) данные элементы будут провоцировать заметные колебания бортового напряжения; - для чего нужен C2 на выходе схемы при наличии защитного диода VD4, понять невозможно; - номинал R1 намного меньше, чем даже в "старинной" схеме (рис.4), потому для спасення стабилитрона VD2 требуется предельная внимательность при налаживании; - элементы VD3, R7 триггера Шмитта (так монтировали до 1970 г.) вместе с высоковольтным транзистором с низким усилением по току VT2 делают данную схему очень зависимой от подбора экземпляров деталей; - мощный выходной германиевый транзистор недостаточно открывается (усиление по току КТ904А всего лишь больше 3,5 раза!). Таким образом, прекрасная идея - автоматическая термокомпенсация бортового напряжения при помощи стабистора VD1 - погублена ошибками. Предлагаем устранить ошибки при уменьшении количества элементов (рис.6б). Элементы входного делителя (при том же стабилитроне!) просчитаны более высокоомными, поэтому ток стабилитрона резко ограничен. Триггер Шмитта выполнен на транзисторах VT1 и VT2 с эмиттерной положительной связью через резистор R6. Для согласования режимов транзисторов (иными словами, для увеличения напряжения К-Э транзистора VT1) в эмиттерную цепь второго транзистора установлен кремниевый диод VD3. Коэффициент передачи тока транзистора VT2 большой, поэтому переключение каскада происходит чётко. Мы показали пунктиром диод (КД105) в эмиттерной цепи VT1 - при его наличии схема будет устойчиво работать даже при изменении номиналов других деталей. Для увеличения ресурса схемы обязательно требуется небольшой радиатор для регулирующего транзистора. Это может быть отрезок шинки, алюминия, меди. Коллекторный вывод регулирующего транзистора желательно аккуратно удалить, к схеме подвести вывод от радиатора (это подходит как для металлического корпуса, так и для пластмассового). Пластины самодельного радиатора необходимо прижимать ко всем доступным плоскостям транзистора, края пластин можно надрезать и развести так, чтобы лучше было охлаждение воздухом. Напомним: в век компьютерных технологий не снижаются требования к работе простых узлов аппаратуры, работающих в сложных условиях. Реальная шутка: в NЕТ удалось найти схему регулятора напряжения Bosch, выполненного … на двух электромагнитных реле!


     SVITEL © 2014  Мир электроники.  Admin  При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна. Rambler's Top100