带热补偿的稳压器。方案、说明

带温度补偿的稳压器。无线电电子电气工程百科全书

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稳压器是现代汽车电气设备系统中最重要的组成部分之一。因此，专门讨论该装置的设计和操作的文章不止一次出现在《无线电》杂志的页面上。然而，显然，现在结束这个话题还为时过早……

例如，Radio 上发表的最成功的稳定器设计[1； 2]，让您在不同温度下保持最佳的电池电量。文章[3]描述了一种脉宽控制的稳压器，与同类稳压器的不同之处在于其工作频率恒定。

除了这些设备的明显优点外，它们也有一个显着的缺点——自身功率损耗很大。在我提出的稳定器版本中，功率损耗减少了三倍，从而消除了设备输出元件的散热问题。为了确保最大的热补偿，温度传感器直接浸入电池电解质溶液中。该稳压器设计较为简单，但稳压性能较好。

据了解，在VAZ汽车的“经典”车型中，由于稳定器121.3702与发电机和电池的相对距离，由于连接线上的压降，无法准确监测电池端子处的电压和连接器触点。正因为如此，稳定是非常有条件的。测量结果表明，即使是新车，不稳定也可能达到数百毫伏。

引起读者注意的稳定器旨在代替节点 121.3702 安装，并具有以下主要技术特性：

工作温度范围，°С......-40...+80
设备消耗的电流，mA，不超过......50
测量元件消耗的电流，mA，不超过..... 6
负载和发动机转速变化的工作范围内电压不稳定性，mV......±20
充电电压纹波范围，mV......100

在开发稳定器时，考虑了[1-3]中提出的想法以及在各种天气条件下操作车辆的经验。

该装置的原理图如图所示。 1、从功能上来说，它由测量A1和调节A2两部分组成。带有测量部分的板安装在电池附近，带有调节部分的板安装在之前稳定器的位置。

（点击放大）

当触点SA1闭合时，由场效应晶体管VT1发挥作用的电子开关打开，将电压和温度传感器连接至电池GB1，形成电桥测量元件。电压传感器是电阻分压器R5R6，温度传感器是二极管VD1-VD4的串联电路。

从电桥对角线获取的信号被馈送到差分放大器的输入。放大的信号被转换成具有与信号电平成比例的可变占空比的脉冲序列。脉冲频率由辅助锯齿波电压发生器确定。进一步地，电流放大后的信号被馈送到输出开关。

稳定器的主要环节是脉宽控制器DD1，它包括前面提到的差分放大器、发生器、转换器和电流放大器。使用场效应晶体管VT3-VT5制成的推挽式同步开关可以显着降低功率损耗。

在传统的电气系统中，当点火装置打开时，电流开始流过发电机的励磁绕组，如果发动机由于某种原因延迟启动，则能量会浪费在加热发动机上。为了消除这个缺点，在所描述的稳定器中引入了阻挡装置，该阻挡装置电连接到油压传感器。换句话说，在发动机进入工作模式之前（仪表板上“无油压”指示灯亮起），没有电流流入励磁绕组。

在初始状态下，点火开关SA1的触点打开，油压传感器SF1的触点闭合。开关VT1闭合。当点火开关打开时，晶体管VT2和VT1打开，电池GB1的电压供给电压和温度传感器。使用具有感应沟道的场效应晶体管作为开关，首先是因为开关控制简单，其次是因为不存在双极型晶体管的残压特性，第三是因为场效应晶体管的低电阻。开放的通道。

同时，车辆仪表板上的HL1警告灯亮起，表示油压不足。由电阻器 R7 确定的电流尚未流过二极管 VD1-VD4，因为它通过连接在引脚 1 和 1 之间的控制器 DD2 的内部二极管闭合，并且闭合触点 SF1 与公共线相连。这里省略了K1156EU1控制器的工作原理及其电气参数的描述，但可以在[4; 5]，因为它是摩托罗拉著名控制器 uA78S40 的模拟。

由于通过差分放大器连接的DD6芯片内部运放的同相输入端（引脚1）处的电压大于反相输入端（引脚7）处的电压，因此其输出端呈现高电平OA 输出（引脚 4）。等于电源电压一半的偏置电压从分压器 R9R12 施加到比较器 CMR（引脚 13）的非反相输入，并且由于反相输入（引脚 10）为高电平，因此比较器接近于零。

控制器的逻辑是，如果比较器输出为低电平，则禁止打开电流放大器的内部输出晶体管。该放大器具有不平衡输出，为了同步换向器的正常运行，需要顺相控制。为此，稳定器中引入了 VT3 场效应晶体管上的反相器。

分压器R15-R17确保晶体管VT3、VT5和VT4的打开关闭，因为电阻器R19上的电压降不超过截止电压。升压电容器C3通过二极管VD5和晶体管VT5被电流充电至电源电压。

发动机启动后，机油压力传感器SF1触点断开，HL1灯熄灭。通过控制器DD1内部二极管（引脚1和2）的电流被中断，并开始流经温度传感器VD1-VD4，在其上建立与电解液温度成比例的电压。此时，测量电桥对角线上的电压改变符号，控制器输出OAout处的电压变为小于电源电压的一半，比较器切换到高电平状态，电流放大器被关闭。打开。

结果，晶体管VT3和VT5闭合，并且由于二极管VD5，晶体管VT6的闭合速度加快。来自充电电容器C3的电压通过电阻器R18以开路极性提供给晶体管VT4的栅极，这导致其开路。

事实上，稳态下晶体管VT4的栅极电压大约等于电源电压的两倍。在这种状态下，晶体管保持导通一段时间 t，该时间由电容器 C2 的电容值决定 [4; 5]：ton = 25 103 C2，其中ton的单位是微秒，C2的单位是微法。

为了使晶体管 VT4 可靠工作，电容 C3 的放电电路 tdisp3 的时间常数必须满足以下条件： tdisp3 = (R18 + R19)-C3 >> ton 需要注意的是，该电容在工作模式下被再充电通过负载（励磁绕组）。控制器输出处的打开时间与关闭时间之比在内部限制为大约 9:1。因此，经过一定时间后，电流放大器关闭，晶体管VT3打开。晶体管VT4截止，VT5导通。该切换周期（周期）结束。选择晶体管VT4和VT5的打开和关闭状态的持续时间，使得通过电流最小。

由于在一个开关周期内，发电机励磁绕组中的电流未达到所需值，因此控制器以指定的占空比运行几个周期。绕组中的电流和电池两端的电压增加。一旦电桥测量对角线中的电压接近零，控制器就会通过改变占空比来维持这种状态。实际上，考虑到系统的惯性（励磁绕组的电感等）和相移，充电电压的形状具有梯形形状。

在图中。图2是为了比较汽车工业稳定器121.3702和上述那些的自损特性系列。图表显示，对于采用 PSI 控制的稳定器，功率损失 Ppot 较小，并且在负载 Pn 和发动机曲轴转速 N 的整个变化范围内保持恒定。因此，其效率较高。能源领域的涨幅相比[1； 2]。以上所有内容证实了使用场效应晶体管的同步开关的可行性。

带热补偿的稳压器

器件采用精密电阻R5-R11、C2-29V、C2-14等，TCR不低于±200-10-6℃-1。允许使用调谐电阻 SP5-6V 或类似电阻代替 R5 和 R1；其余电阻器用于通用目的。电容器 C1、C3 - K50-35、C2 - K73-17。扼流圈 L1 - DM0.1 电感“！60 μH。

BS250场效应晶体管可以用任何其他具有绝缘栅极且开路电阻不超过10欧姆的p沟道晶体管代替。除 BSS91 外，任何具有绝缘栅极且沟道电阻不超过 20 欧姆的中等功率 n 沟道场效应晶体管都适用。强大的n沟道晶体管VT4、VT5必须具有不超过0,03欧姆的沟道电阻和至少20V的工作栅源电压。使用小尺寸DPAK（TO-252）封装的晶体管最为方便例如摩托罗拉的MTD3302。 KD102A二极管可以用任何字母索引的KD103代替。

如果您不打算在低于 -1156 °C 的温度下运行汽车，则可以使用 KR1EU1156 控制器代替 K1EU15。

结构上，测量和控制部分组装在两块电路板上，连接采用MGTF 0,07导线。对于大电流电路，使用横截面至少为 0,75 mm2 的安装线。这些板通过屏蔽编织的两线软电缆 RVSHE1 相互连接；电线绞合成绳。使用相同的电线（但没有编织层）将测量部分连接到电池。测量板必须放置在合适的金属盒中。

温度传感器的设计通常与[2]中描述的没有什么不同。带二极管的烧瓶由聚乙烯电缆护套制成。二极管浸入 KPT-8 导热膏中，以便更好地将热量从壁向内传递到二极管。将较小直径的聚乙烯管紧紧地放置在导体（双绞线）上。使用加热至聚乙烯熔化温度的烙铁，预先焊接烧瓶底部。最后，对烧瓶和电缆管的连接处进行焊接。接缝的密封性必须很高，因为在操作过程中烧瓶会浸入电池电解液中。

要设置稳压器，您需要一个输出电压可在 10 至 15 V 范围内调节、负载电流高达 3 A 的直流电源、精度等级至少为 0,1 级的直流电压表以及具有5欧姆的电阻。必须并联一个容量至少为 10000 μF 的氧化物电容器到电源。暂时将电阻R6换成3kOhm的可变电阻，控制器的1脚接公共线。

首先，电源提供 15 V 电压，并控制设备消耗的电流 - 不应超过 50 mA。引脚 1 与公共线的临时连接断开，电源电压降低至 13,6 V。使用可变电阻器 R6，在控制器的 DC 和 SC 输出处出现脉冲序列，并且具有幅度的反相脉冲序列等于稳定器输出处出现的电源电压。晶体管 VT4 不应发热。

稳定器安装到车上后最后进行调整。温度传感器通过中间电池罐之一的插头上的孔浸入电解质溶液中。按图连接好所有电路，打开点火开关，确保稳压器输出端无电压。

启动发动机，并在耗电设备关闭的情况下以怠速运转，根据建议 [6] 使用可变电阻器 R1 设置电池的充电电压。如果汽车长时间没有运行，环境空气和电解液温度可以认为是相等的。设置好电压后，将可变电阻R6换成恒定电阻。

通过改变发动机转速和发电机负载，控制充电电压的不稳定；其值应不低于±0,02V。在冬季条件下行驶时，有时可能需要明确电阻R7的值。必须记住，调整电阻R7后，需要重新选择R6。

为了稳定器的有效运行并延长电池的使用寿命，首先需要将所有电池组中电解液的密度均衡到±0,01 g/cm3，并且密度应与气候带相对应[6] ，其次，定期用弱氨水（10%）擦拭电池盖，以防止污染物造成电流泄漏；第三，如果电池壳的周围是黑色的，则用铝箔（例如Quintol）覆盖电池壳的周围。或瞬间胶） - 这会将电解质温度降低 5...10 °C，这在夏季尤其重要。

稳定器在VAZ 2106汽车上运行了三年，运行中没有任何异常现象，电池中的电解液没有沸腾，也不需要加水。在年度电池检查期间，我会检查电解液密度和充电电压。

文学

Lomanovich V. 热补偿电压调节器。 - 广播，1985 年，第 5 期，第 24 页27-XNUMX。
Biryukov S. 一种简单的热补偿电压调节器。 - 广播，1994 年，第 6 期，第 27 页28、XNUMX。
Tyshkevich E. 脉宽电压调节器。 - 广播，1984 年，第 6 期，第 27 页28、XNUMX。
光盘。 “MOTOROLA”公司的电子元件，版本 1.0。 - “多德卡”。 1998
用于开关电源的微电路。 - “多德卡”，1998 年。
铅酸启动电池。用户手册。 ZHUITs.563410.001 IE。

作者：V. Khromov，克拉斯诺亚尔斯克

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