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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 온도 보상 기능이 있는 전압 안정기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
전압 안정기는 현대 자동차 전기 장비 시스템의 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 이러한 이유로 장치의 설계 및 작동에 관한 기사가 라디오 잡지 페이지에 두 번 이상 게재되었습니다. 하지만 아직 이 주제를 끝내기에는 너무 이른 것 같습니다... 예를 들어 Radio에 발표된 가장 성공적인 안정 장치 디자인은 [1; 2]를 사용하면 다양한 온도에서 최적의 배터리 충전을 유지할 수 있습니다. 기사 [3]은 펄스 폭 제어 기능이 있는 전압 안정기에 대해 설명합니다. 이는 일정한 작동 주파수가 유사한 것과 다릅니다. 이러한 장치의 명백한 장점과 함께 상당한 단점도 있습니다. 즉, 자체 손실이 상당합니다. 제가 제안하는 안정기 버전에서는 전력 손실이 XNUMX배 감소하여 장치의 출력 요소에서 열 제거 문제가 제거됩니다. 최대 열 보상을 보장하기 위해 온도 센서는 배터리 전해질 용액에 직접 담궈집니다. 안정기는 설계가 더 간단하지만 전압 안정화가 더 좋습니다. VAZ 자동차의 "클래식" 모델에서는 발전기와 배터리로부터 안정기 121.3702의 상대적 거리로 인해 연결 와이어의 전압 강하로 인해 배터리 단자의 전압을 정확하게 모니터링할 수 없는 것으로 알려져 있습니다. 및 커넥터 접점. 이 때문에 안정화는 매우 조건부입니다. 측정 결과에 따르면 새 자동차의 불안정성은 수백 밀리볼트에 이를 수 있습니다. 독자의 관심을 끄는 안정 장치는 노드 121.3702 대신 설치하도록 고안되었으며 다음과 같은 주요 기술적 특성을 가지고 있습니다.
스태빌라이저를 개발할 때 [1-3]에서 제안한 아이디어와 다양한 기상 조건에서 차량을 작동한 경험이 고려되었습니다. 장치의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 1. 기능적으로는 A2 측정과 AXNUMX 조절의 두 부분으로 구성됩니다. 측정 부분이 있는 보드는 배터리 근처에 장착되고 조절 부분이 있는 보드는 이전 안정 장치 대신 장착됩니다.
접점 SA1이 닫히면 전계 효과 트랜지스터 VT1이 담당하는 전자 스위치가 열리고 브리지 측정 요소를 형성하는 전압 및 온도 센서를 배터리 GB1에 연결합니다. 전압 센서는 저항 분배기 R5R6이고 온도 센서는 다이오드 VD1-VD4의 직렬 회로입니다. 브리지 대각선에서 가져온 신호는 차동 증폭기의 입력으로 공급됩니다. 증폭된 신호는 신호 레벨에 비례하는 가변 듀티 사이클을 갖는 펄스 시퀀스로 변환됩니다. 펄스 주파수는 보조 톱니파 전압 발생기에 의해 결정됩니다. 다음으로 신호는 전류 증폭 후 출력 스위치로 이동합니다. 안정기의 주요 링크는 언급된 차동 증폭기, 발생기, 변환기 및 전류 증폭기를 포함하는 펄스 폭 컨트롤러 DD1입니다. 전계 효과 트랜지스터 VT3-VT5에 만들어진 푸시풀 동기 스위치를 사용하면 전력 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 기존 전기 시스템에서는 점화 장치를 켜면 전류가 발전기의 여자 권선을 통해 흐르기 시작하고, 어떤 이유로든 엔진 시동이 지연되면 엔진을 가열하는 데 에너지가 낭비됩니다. 이러한 단점을 제거하기 위해 오일 압력 센서에 전기적으로 연결된 차단 장치가 설명된 안정 장치에 도입됩니다. 즉, 엔진이 작동 모드에 도달하고 계기판에 "오일 압력 없음" 표시등이 켜질 때까지 계자 권선으로 전류가 흐르지 않습니다. 초기 상태에서는 점화 스위치(SA1)의 접점이 열려 있고, 유압 센서(SF1)의 접점이 닫혀 있다. 스위치 VT1이 닫혀 있습니다. 점화가 켜지면 트랜지스터 VT2 및 VT1이 열리고 배터리 GB1의 전압이 전압 및 온도 센서에 공급됩니다. 스위치에 유도 채널이 있는 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 이유는 첫째로 개폐 제어가 간단하다는 점, 둘째, 바이폴라 트랜지스터의 잔류 전압 특성이 없다는 점, 셋째로 낮은 저항 때문입니다. 오픈채널. 동시에 차량 대시보드의 HL1 경고등이 켜져 오일 압력이 부족함을 나타냅니다. 저항 R7에 의해 결정된 전류는 핀 1과 4 사이에 연결된 컨트롤러 DD1의 내부 다이오드와 공통 와이어에 닫힌 접점 SF1을 통해 닫혀 있기 때문에 다이오드 VD2-VD1를 통해 아직 흐르지 않습니다. K1156EU1 컨트롤러의 작동 원리와 전기적 매개변수에 대한 설명은 여기서 생략되었지만 [4; 5], 이는 Motorola의 잘 알려진 컨트롤러 uA78S40과 유사하기 때문입니다. 차동 증폭기로 연결된 DD6 칩 내부 연산 증폭기의 비반전 입력(핀 1)의 전압이 반전 입력(핀 7)보다 높기 때문에 출력에 높은 레벨이 존재합니다. OAout(핀 4). 공급 전압의 절반에 해당하는 바이어스 전압이 분배기 R9R12에서 비교기 CMR (핀 13)의 비반전 입력에 적용되고 반전 입력 (핀 10)이 높기 때문에 출력의 전압은 비교기는 XNUMX에 가깝습니다. 컨트롤러의 논리는 비교기 출력이 낮을 경우 전류 증폭기의 내부 출력 트랜지스터를 켜는 것이 금지되는 것과 같습니다. 이 증폭기는 불평형 출력을 가지며 동기 정류자의 올바른 작동을 위해서는 파라위상 제어가 필요합니다. 이를 위해 전계 효과 트랜지스터 VT3을 기반으로 한 위상 인버터가 안정기에 도입되었습니다. 전압 분배기 R15-R17은 저항 R3의 전압 강하가 컷오프 전압을 초과하지 않기 때문에 트랜지스터 VT5, VT4 및 VT19의 개방이 닫히도록 보장합니다. 전압 부스트 커패시터 C3은 다이오드 VD5 및 트랜지스터 VT5를 통해 공급 전압까지 전류로 충전됩니다. 엔진 시동 후 오일 압력 센서의 SF1 접점이 열리고 HL1 램프가 꺼집니다. 컨트롤러 DD1(핀 1 및 2)의 내부 다이오드를 통한 전류가 중단되고 온도 센서 VD1 - VD4를 통해 흐르기 시작하며 전해질 온도에 비례하는 전압이 설정됩니다. 이 순간부터 측정 브리지의 대각선 전압 부호가 변경되어 컨트롤러 출력 OAout의 전압이 공급 전압의 절반 미만이 되고 비교기는 하이 레벨 상태로 전환되며 전류 증폭기는 다음과 같습니다. 켜져 있습니다. 결과적으로 트랜지스터 VT3 및 VT5가 닫히고 다이오드 VD5 덕분에 트랜지스터 VT6의 닫힘이 빠른 속도로 발생합니다. 저항 R3을 통해 충전된 커패시터 C18의 전압은 개방 극성으로 트랜지스터 VT4의 게이트에 공급되어 개방됩니다. 실제로 정상 상태의 트랜지스터 VT4의 게이트 전압은 공급 전압의 거의 두 배와 같습니다. 이 상태에서 트랜지스터는 커패시터 C2[4; 5]: ton = 25·103 C2, 여기서 ton은 마이크로초 단위이고, C2는 마이크로패럿 단위입니다. 트랜지스터 VT4의 안정적인 작동을 위해서는 커패시터 C3의 방전 회로 tdisp3의 시상수가 다음 조건을 충족해야 합니다. tdisp3 = (R18 + R19)-C3 >> ton 이 커패시터는 작동 모드에서 재충전된다는 점에 유의해야 합니다. 부하(여자 권선)를 통해. 컨트롤러 출력의 개방 시간과 폐쇄 시간의 비율은 내부적으로 약 9:1로 제한됩니다. 따라서 일정 시간이 지나면 전류 증폭기가 닫히고 트랜지스터 VT3이 열립니다. 트랜지스터 VT4가 꺼지고 VT5가 켜집니다. 이로써 정류 주기(기간)가 완료됩니다. 트랜지스터 VT4 및 VT5의 개방 및 폐쇄 상태 지속 시간은 통과 전류가 최소화되도록 선택됩니다. 한 번의 스위칭 기간 동안 발전기 여자 권선의 전류가 필요한 값에 도달하지 않기 때문에 컨트롤러는 여러 사이클 동안 지정된 듀티 사이클로 작동합니다. 권선의 전류와 배터리 양단의 전압이 증가합니다. 브리지 측정 대각선의 전압이 XNUMX에 가까워지면 컨트롤러는 듀티 사이클을 변경하여 이 상태를 유지합니다. 실제로는 시스템의 관성(여자 권선의 인덕턴스 등)과 위상 변이를 고려하면 충전 전압의 모양은 사다리꼴 모양을 갖는다. 그림에서. 도 2는 자동차 산업용 스태빌라이저 121.3702의 자기 손실 특성 계열과 위에서 설명한 특성을 비교하기 위해 제시됩니다. 그래프는 PSI 제어 기능이 있는 스태빌라이저의 경우 전력 손실 Ppot이 더 적고 부하 Pn 및 엔진 크랭크축 속도 N의 전체 변화 범위에 걸쳐 일정하다는 것을 보여줍니다. 따라서 효율성이 더 높습니다. [1; 2]. 위의 모든 내용은 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 동기 스위치 사용의 타당성을 확인합니다.
이 장치는 TCR이 ±5-11-2 °C-29 이상인 정밀 저항기 R2-R14 C200-10V, C6-1 등을 사용합니다. R5 및 R6 대신 튜닝 저항기 SP5-1V 또는 이와 유사한 것을 사용하는 것이 허용됩니다. 나머지 저항은 범용으로 사용됩니다. 커패시터 C1, C3 - K50-35, C2 - K73-17. 초크 L1 - DM0.1 인덕턴스 "! 60μH. BS250 전계 효과 트랜지스터는 절연 게이트와 10Ω 이하의 개방 채널 저항을 갖춘 다른 p-채널 트랜지스터로 대체될 수 있습니다. BSS91 대신 절연 게이트가 있고 채널 저항이 20Ω 이하인 중간 전력의 n채널 전계 효과 트랜지스터가 적합합니다. 강력한 n채널 트랜지스터 VT4, VT5는 0,03Ω 이하의 채널 저항과 최소 20V의 작동 게이트 소스 전압을 가져야 합니다. 소형 DPAK(TO-252) 패키지에 트랜지스터를 사용하는 것이 가장 편리합니다. , 예를 들어 Motorola의 MTD3302입니다. KD102A 다이오드는 문자 인덱스가 있는 KD103으로 교체할 수 있습니다. -1156°C 이하의 온도에서 차량을 작동하지 않으려는 경우 K1EU1156 대신 KR1EU15 컨트롤러가 적합합니다. 구조적으로 측정 및 제어 부품은 두 개의 회로 기판에 조립되며 연결은 MGTF 0,07 와이어로 이루어집니다. 고전류 회로의 경우 단면적이 0,75mm2 이상인 장착 와이어가 사용됩니다. 보드는 차폐 브레이드의 1선 유연성 케이블 RVSHEXNUMX을 통해 서로 연결됩니다. 전선이 코드로 꼬여 있습니다. 측정 부분을 배터리에 연결하는 데에는 브레이드 없이 동일한 코드가 사용됩니다. 측정 보드는 적합한 금속 상자에 넣어야 합니다. 온도 센서의 설계는 일반적으로 [2]에 설명된 것과 다르지 않습니다. 다이오드가 있는 전구는 폴리에틸렌 케이블 외장으로 만들어집니다. 다이오드는 벽에서 다이오드 내부로 더 나은 열 전달을 위해 KPT-8 열전도 페이스트에 담겨 있습니다. 더 작은 직경의 폴리에틸렌 튜브가 도체(연선)에 단단히 배치됩니다. 폴리에틸렌의 녹는점까지 가열된 납땜 인두를 사용하여 플라스크 바닥을 미리 용접합니다. 마지막으로 전구와 케이블 튜브의 접합부를 용접합니다. 작동 중에 플라스크가 배터리 전해액에 잠겨 있으므로 솔기의 견고성이 높아야 합니다. 전압 안정기를 설정하려면 최대 10A의 부하 전류에서 15~3V로 조정 가능한 출력 전압을 갖는 DC 소스, 정확도 등급이 0,1 이상인 DC 전압계 및 다음과 같은 부하 저항이 필요합니다. 5옴의 저항. 최소 10000μF 용량의 산화물 커패시터를 소스에 병렬로 연결해야 합니다. 일시적으로 저항 R6은 저항이 3kOhm인 가변 저항으로 교체되고 컨트롤러의 핀 1은 공통 와이어에 연결됩니다. 먼저 전원에서 15V의 전압이 공급되고 장치에서 소비되는 전류가 제어됩니다. 이는 50mA를 초과해서는 안됩니다. 핀 1과 공통 와이어의 임시 연결이 열리고 공급 전압이 13,6V로 감소합니다. 가변 저항 R6을 사용하면 컨트롤러의 DC 및 SC 출력에 펄스 시퀀스가 나타나고 진폭이 반전된 펄스 시퀀스가 나타납니다. 공급 전압과 동일한 전압이 안정기 출력에 나타납니다. 트랜지스터 VT4는 가열되어서는 안됩니다. 스태빌라이저는 차량에 장착한 후 최종적으로 조정됩니다. 온도 센서는 중간 배터리 캔 중 하나의 플러그에 있는 구멍을 통해 전해질 용액에 담겨 있습니다. 다이어그램에 따라 모든 회로를 연결하고 점화를 켜고 안정기 출력에 전압이 없는지 확인하십시오. 엔진을 시동하고 소비자가 꺼진 상태에서 유휴 속도에서 권장 사항 [6]에 따라 가변 저항 R1을 사용하여 배터리의 충전 전압을 설정합니다. 자동차를 오랫동안 운행하지 않은 경우 주변 공기와 전해질 온도는 동일하다고 간주할 수 있습니다. 전압을 설정한 후 가변 저항 R6이 일정한 저항으로 교체됩니다. 엔진 속도와 발전기 부하를 변경하여 충전 전압의 불안정성을 제어합니다. 이는 ±0,02V보다 나쁘지 않아야 합니다. 겨울철 운전 시 저항 R7의 값을 명확히 해야 할 경우가 있습니다. 저항 R7을 조정한 후에는 R6을 다시 선택해야 한다는 점을 기억해야 합니다. 안정 장치의 효과적인 작동과 배터리 수명 연장을 위해서는 먼저 모든 뱅크의 전해질 밀도를 ±0,01g/cm3으로 균등화하는 것이 바람직하며, 밀도는 기후대와 일치해야 합니다. 둘째, 오염 물질로 인한 전류 누출을 방지하기 위해 묽은 암모니아(6%) 수용액으로 배터리 커버를 주기적으로 닦아주고, 셋째, 배터리 케이스가 검은색인 경우 알루미늄 호일(예: Quintol)로 덮습니다. 또는 순간 접착제) - 전해질 온도를 10~5°C 정도 낮추는데, 이는 여름에 특히 중요합니다. VAZ 2106 자동차의 안정 장치를 XNUMX년 동안 작동하는 동안 작동에 대한 설명이 기록되지 않았고 배터리의 전해질이 끓지 않았으며 물을 추가할 필요가 없었습니다. 매년 배터리 점검을 할 때 전해질 밀도와 충전 전압을 확인합니다. 문학
저자: V. Khromov, Krasnoyarsk
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