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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Thermisch kompensierter Spannungsregler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Regler für Strom, Spannung, Leistung Eines der wichtigen Elemente der elektrischen Ausrüstung des Autos ist die Batterie (im Folgenden Batterie genannt). Im Gegensatz zu anderen Elektrogeräten hat die Batterie eine begrenzte Lebensdauer, und daher ist es für Autofahrer (angesichts der erheblichen Kosten) eine dringende Aufgabe, ihre Ressource auf den maximalen Wert zu bringen. Da die Batterie fast ständig im Auto installiert ist, ist es zur Lösung dieses Problems erforderlich, die optimale Ladespannung aufrechtzuerhalten, die vom Standardspannungsregler (im Folgenden als Regler bezeichnet) erzeugt wird, der Teil der elektrischen Ausrüstung des Autos ist . Der Nachteil herkömmlicher Regler besteht darin, dass sie eine feste Spannung aufrechterhalten (normalerweise 14,1 ± 0,2 V), obwohl bekannt ist ([1]), dass sich diese Spannung gemäß dem Ausdruck ändern sollte: Ut=U0(1+KeT), wobei Ut ist die Spannung, die bei einer Elektrolyttemperatur von T ° C an den Batteriepolen anliegen muss, um den optimalen Ladestrom zu gewährleisten; U0 = 14,56 V – Spannung, die an die Batteriepole angelegt werden muss, um den optimalen Ladestrom bei einer Elektrolyttemperatur von 0 °C zu gewährleisten; Ke = -1,65x10-3 1/°С – Temperaturkoeffizient des Elektrolytwiderstands; T ist die Temperatur des Elektrolyten, °C. Aus diesem Ausdruck folgt, dass sich die vom Regler erzeugte optimale Spannung bei einer Änderung der Elektrolyttemperatur von -10 auf +40 °C von 14,8 auf 13,6 V ändern sollte. Da die Abweichung der Netzspannung des Fahrzeugs vom Optimum um 0,4 V die Lebensdauer der Batterie um 25 % reduziert, d. h. für ca. 1 Jahr (nach anderen Quellen [2] reduziert eine Abweichung der Ladespannung um 10 ... 12 % von der optimalen die Batterielebensdauer um das 2 ... 2,5-fache), die Notwendigkeit einer Temperaturkorrektur des Reglers ist unbestreitbar. Zu diesem Zweck wurde ein Regler entwickelt, dessen Aufgabe es ist, die im Stromnetz des Fahrzeugs aufrechterhaltene Spannung zu steuern. Von den zuvor veröffentlichten Spannungsreglern mit ähnlicher Funktion [2] unterscheidet sich der vorgeschlagene durch die Einfachheit der Schaltung, die Vereinheitlichung (anstelle des Standardreglers installiert) und das Fehlen jeglicher Anpassungen, da die Auswahl der Schaltungselemente durch bestimmt wird Berechnung.
Der Reglerkreis (siehe Abbildung) weist keine Besonderheiten auf. An die Diagonale der Messbrücke ist ein Spannungskomparator angeschlossen. An einen der Arme der Messbrücke ist eine beispielhafte Spannungsquelle angeschlossen, an den anderen ist ein Thermosensor mit thermischem Kontakt zum Elektrolyten angeschlossen. Vom Ausgang des Komparators wird das Signal über einen offenen Emitter einem leistungsstarken Ausgangsschlüssel zugeführt, der den Strom durch die Erregerwicklung des Generators schaltet. Elemente der Messbrücke - R1, R2, Rd, R3, VD1. Widerstand R3 und Zenerdiode VD1 bilden eine Referenzspannungsquelle. Der Widerstand R4 liefert eine Rückmeldung, um den Effekt der elektrischen Hysterese beim Betrieb des Komparators DA1 zu erhalten. Der Kondensator C1 dient zur Unterdrückung von Störungen, die auf dem Kabel zum Temperatursensor Rd entstehen. Der Komparator DA1 steuert abhängig von dem an seinem direkten Eingang empfangenen Signal den Betrieb des Transistors VT1. Die Widerstände R5, R6 begrenzen den Ausgangsstrom des offenen Emitters des Komparators und sorgen außerdem für eine Vorspannung an der Basis des Transistors VT1, die für dessen zuverlässiges Öffnen und Schließen erforderlich ist. Der Transistor VT1 schaltet den Strom durch die Erregerwicklung. Die Dioden VD2, VD3 schützen den Transistor VT1 vor selbstinduktionsbedingten Spannungsstößen, die zum Zeitpunkt seiner Sperrung an der Erregerwicklung auftreten. Die Spannung von den Batterieklemmen wird dem Spannungsteiler R1, R2, Rd zugeführt. Das vom Temperatursensor Rd entnommene und sich proportional zu seinem Widerstand ändernde Signal wird dem direkten Eingang des Komparators DA1 zugeführt und mit der von der Zenerdiode VD1 erzeugten Referenzspannung verglichen und dem inversen Eingang des Komparators zugeführt. Ist das Signal am Direkteingang kleiner als die Referenzspannung, gibt der Komparator DA1 ein Signal an den Transistor VT1 aus, der öffnet und die Erregerwicklung des Generators einschaltet. Wenn das Signal am Direkteingang des Komparators die Referenzspannung überschreitet, wird der Transistor VT1 gesperrt und die Erregerwicklung des Generators abgeschaltet. Aufgrund der Rückkopplung über den Widerstand R4 beträgt die Differenz zwischen den Signalpegeln am Direkteingang des Komparators, an dem dieser ein Signal zum Ein- und Ausschalten des Transistors VT1 gibt, etwa 0,05 V. Die Einstellung des Gerätes beschränkt sich auf die Berechnung und Auswahl der Werte der Elemente der Messbrücke. Hierzu ist ein Thermometer mit einer Teilung von 0,1 °C und ein kombiniertes Messgerät erforderlich, das Spannungen mit einer Genauigkeit von 10 mV und Widerstände mit einer Genauigkeit von 1 Ω messen kann. Beispiel. 1. Messen Sie den Widerstand des Temperatursensors bei einer bekannten Temperatur, zum Beispiel bei T=21 °C Rd=1883 Ohm. 2. Gemäß der Formel Rt \u0d R1 (0 + KmT), wobei Rt, R0 der Widerstand des Kupferleiters bei einer Temperatur von T ° C bzw. 4,26 ° C sind; Km=10x3-1 0/°С – Temperaturkoeffizient des Kupferwiderstands; T - Temperatur des Temperatursensors (Elektrolyt), ° C, finden Sie R1728 = XNUMX Ohm. 3. Unter Verwendung des erhaltenen Werts von R0 berechnet dieselbe Formel die Werte von Rt für Temperaturen von -10 und +40 °C; R-10=1655 Ohm; R+40=2023 Ohm. 4. Durch Anschließen der +14-V-Stromversorgung an Klemme „B“ messen Sie die Referenzspannung Uop = 8,84 V. 5. Ermitteln Sie konsistent für eine Temperatur von -10 und +40 ° C den Gesamtwiderstand der Widerstände R1, R2 (R1 + R2) t \uXNUMXd (UtRt / Uop) - Rt, wobei Ut die Spannung ist, die an die Batterieklemmen angelegt werden muss, um den optimalen Ladestrom bei einer Elektrolyttemperatur von T ° C zu gewährleisten (U-10 = 14,8 V; U + 40 = 13,6 V) (R1 + R2) -10 \u1116d 1 Ohm; (R2+R40)+1089=XNUMX Ohm. 6. Der Durchschnittswert dieser beiden Werte: (R1 + R2) cp \u1102,5d XNUMX Ohm. 7. Unter Berücksichtigung von R2~2R1 werden die nächstgelegenen Widerstandswerte der angegebenen Widerstände R1=360 Ohm, R2=750 Ohm entsprechend dem Nennwiderstandsbereich gewählt. Bei dieser Berechnung überschreitet der relative Fehler bei der Auswahl der Widerstände der Widerstände R1, R2 1 % nicht. Der Regler ist im Gehäuse eines regulären, ausgefallenen Reglers vom Typ „Schokolade“, zum Beispiel Ya112-V, untergebracht. Öffnen Sie dazu den verklebten Deckel, entfernen Sie die alte „Füllung“ und reinigen Sie den Metallsockel. Der Transistor VT1 wird fest gegen die Metallbasis gedrückt, nachdem zuvor eine beidseitig mit LITOL-24-Fett geschmierte Glimmerdichtung angebracht und die Kollektormontageplatte an der Innenseite des „Sh“-Kontaktpads und der Emitterausgang an die Basis angelötet wurden des Falles. Komparator DA1, Kondensator und Widerstände befinden sich auf einer separaten Platine. Über den Gehäuseboden und die Standard-Kontaktpads „Sh“, „B“, „C“ werden die restlichen Elemente und In-Circuit-Anschlüsse durch Aufputzmontage montiert. Um den Temperatursensor anzuschließen, verwenden Sie ein freies Kontaktpad (in der Abbildung durch das Symbol „A“ gekennzeichnet), das sich auf derselben Diagonale wie das Kontaktpad „B“ befindet. Der Temperatursensor selbst ist mit einer Kupferplatte gecrimpt, an die einer seiner Anschlüsse angelötet und mit Epoxidharz gefüllt ist. Der zweite Ausgang der Wicklung ist über einen separaten Draht mit dem Kontaktpad „A“ verbunden. Da es sich bei diesem Stromkreis um einen Schwachstromkreis handelt, bestehen keine besonderen Anforderungen an die Leitung. Die Kupferplatte ist so groß gewählt, dass darin ein Befestigungsloch zur Montage unter der Befestigungsschraube des „Kragens“ des Minuspols der Batterie gebohrt wird. Die Klemme selbst mit dem von ihr ausgehenden Teil des „negativen“ Busses ist thermisch von der Umgebung isoliert. Aufgrund der relativ hohen Wärmeleitfähigkeit der Bleiplatten der Batterie wird bei dieser Art der Befestigung des Temperatursensors eine minimale Temperaturdifferenz zwischen Elektrolyt und Sensor erreicht. Alle Elemente des Reglers sind lackiert, die Abdeckung ist aufgeklebt und an ihrem ursprünglichen Platz montiert. Der Regler verwendet die folgenden Widerstände: R5 – Typ MLT-0,25; der Rest vom Typ MLT-0,125, Kondensator C1 vom Typ KM 5. Als Zenerdiode VD1 können Sie jede Zenerdiode mit einer Stabilisierungsspannung von 6 bis 9 V verwenden, vorausgesetzt jedoch, dass der Regler am Gehäuse des Generators installiert ist, der seine Temperatur während des Motorbetriebs in einem weiten Bereich ändert, Die Zenerdiode wird mit dem kleinstmöglichen Temperaturkoeffizienten der Spannungsänderung ausgewählt, zum Beispiel KS191F, D818E. Es ist wünschenswert, seinen thermisch stabilen Punkt mit der in [3] beschriebenen Methode zu bestimmen. Als DA1-Komparator können Sie einen Komparator vom Typ K554CA3 verwenden, allerdings ist zu beachten, dass dieser Mikroschaltkreis eine andere Pin-Nummerierung und etwas größere Gesamtabmessungen hat als im Diagramm angegeben. Als Ausgangsschlüssel kann der Transistor KT829B verwendet werden, der Stromübertragungskoeffizient des Transistors VT1 muss jedoch in jedem Fall mindestens 50 betragen. Als Dioden VD2, VD3 können Sie KD209A und als Temperatursensor eine Wicklung mit verwenden ein Widerstand von 1 ... 2 kOhm eines kleinen Relais, zum Beispiel RES-60, hergestellt aus Kupferdraht. Литература:
Autor: V.G. Petik
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