Електронни регулатори на напрежението. Електронен регулатор на напрежението на бордовата мрежа на автомобила. Колко струва реле-регулатора

В автомобилите се използват два вида регулатори на напрежението на бордовата мрежа:

1. Електромеханичен, при който с помощта на вибриращи контакти се променя токът в намотката на възбуждане на алтернатора. Работата на вибриращите контакти е осигурена по такъв начин, че с увеличаване на напрежението на бордовата мрежа токът в намотката на възбуждане намалява. Въпреки това, вибриращите регулатори на напрежението поддържат напрежение с точност от 5-10%, поради което издръжливостта на батерията и лампите за осветление на автомобила е значително намалена.
2. Електронни регулатори на напрежението на бордовата мрежа тип Ya112, които са популярно наричани "шоколад". Недостатъците на този регулатор са известни на всички - ниска надеждност поради нисък комутационен ток от 5А и местоположението на монтаж точно на генератора, което води до прегряване на регулатора и неговата повреда. Точността на поддържане на напрежението остава, въпреки електронната схема, много ниска и възлиза на 5% от номиналното напрежение.

Ето защо реших да направя устройство, което е лишено от горните недостатъци. Регулаторът е лесен за настройка, точността на поддържане на напрежението е 1% от номиналното напрежение. Веригата, показана на фигура 1, е тествана на много превозни средства, включително камиони в продължение на 2 години и е показала много добри резултати.

Фиг. 1.

Принцип на действие

Когато ключът за запалване е включен, към веригата на електронния регулатор се прилага напрежение от +12 V. Ако напрежението, подадено към ценеровия диод VD1 от делителя на напрежението R1R2, не е достатъчно за разрушаването му, тогава транзисторите VT1, VT2 са в затворено състояние, а VT3 е в отворено състояние. Максималният ток протича през намотката на възбуждане, изходното напрежение на генератора започва да расте и когато достигне 13,5 - 14,2 V, настъпва повреда на ценер диода.

Поради това транзисторите VT1, VT2 се отварят, съответно транзисторът VT3 се затваря, токът на намотката на възбуждане намалява и изходното напрежение на генератора намалява. Намаляването на изходното напрежение с около 0,05 - 0,12 V е достатъчно, за да може ценеровият диод да премине в заключено състояние, след което транзисторите VT1, VT2 се затварят и транзисторът VT3 се отваря и токът отново започва да тече през намотката на възбуждане. Този процес се повтаря непрекъснато с честота 200 - 300 Hz, която се определя от инерцията на магнитния поток.

Дизайн

При производството на електронен регулатор трябва да се обърне специално внимание на отстраняването на топлината от транзистора VT3. Този транзистор, работещ в ключов режим, не по-малко освобождава значителна мощност, така че трябва да се монтира на радиатор. Останалите части могат да бъдат поставени върху печатна платка, прикрепена към радиатора.

Това води до много компактен дизайн. Резистор R6 трябва да бъде поне 2W. Диодът VD2 трябва да има прав ток от около 2A и обратно напрежение от най-малко 400V, KD202Zh е най-подходящ, но са възможни и други опции. Желателно е да се използват транзистори, които са посочени на електрическата схема, особено VT3. Транзисторът VT2 може да бъде заменен с KT814 с произволен буквен индекс. Желателно е да се инсталира ценеров диод VD1 със серия KS със стабилизиращо напрежение 5,6-9V (тип KS156A, KS358A, KS172A), докато точността на поддържане на напрежението ще се увеличи.

Настройка

Правилно сглобеният регулатор на напрежението не се нуждае от специални настройки и осигурява стабилност на напрежението на бордовата мрежа от около 0,1 - 0,12 V, когато скоростта на двигателя се променя от 800 до 5500 об / мин. Най-лесният начин за настройка е на стойка, състояща се от регулируемо захранване 0 - 17V и крушка с нажежаема жичка 12V 5-10W. Положителният изход на захранването е свързан към клемата "+" на регулатора, отрицателният изход на захранването е свързан към клемата "Общ", а крушката с нажежаема жичка е свързана към клемата "Sh" и " Обща” клема на регулатора.

Настройката се свежда до избора на резистор R2, който се променя в рамките на 1-5 kOhm, а прагът се достига на ниво 14,2V. Това е поддържаното напрежение на бордовата мрежа. Невъзможно е да го увеличите над 14,5 V, тъй като това драстично ще намали живота на батерията.

Веднъж сглобен, най-простият регулатор на напрежение на един транзистор беше предназначен за конкретно захранване и конкретен консуматор, разбира се, не беше необходимо да го свързваме никъде другаде, но както винаги идва момент, когато спираме да правим правилно нещо. Последицата от това са проблемите и размислите за това как да живеем и да бъдем по-нататък и решението да възстановим създаденото по-рано или да продължим да създаваме.

Схема номер 1

Имаше стабилизирано импулсно захранване, даващо изходно напрежение от 17 волта и ток от 500 милиампера. Това изискваше периодична промяна на напрежението в диапазона от 11 - 13 волта. И добре познатият на един транзистор се справи с това перфектно. От себе си добавих към него само индикаторен светодиод и ограничителен резистор. Между другото, светодиодът тук не е само "светулка", сигнализираща за наличието на изходно напрежение. При правилно избрана стойност на ограничителния резистор, дори малка промяна в изходното напрежение се отразява в яркостта на светодиода, което дава допълнителна информация за неговото увеличение или намаляване. Изходното напрежение може да се променя от 1,3 до 16 волта.

KT829 - мощен нискочестотен транзистор от силициево съединение, беше инсталиран на мощен метален радиатор и изглеждаше, че ако е необходимо, може да издържи голямо натоварване, но имаше късо съединение в потребителската верига и той изгоря. Транзисторът има голям коефициент на усилване и се използва в нискочестотни усилватели - наистина се вижда мястото му там, а не в регулаторите на напрежение.

Премахнати електронни компоненти отляво, подготвени от него за смяна отдясно. Разликата в количеството е два артикула, а от гледна точка на качеството на схемите, първата и тази, която е решено да се сглоби, е несравнима. Това повдига въпроса - „Струва ли си да се сглоби схема с ограничени възможности, когато има по-усъвършенствана опция „за същите пари“, в буквалния и преносен смисъл на тази поговорка?“

Схема номер 2

Новата схема има и имейл с три изхода. компонент (но това вече не е транзистор) постоянни и променливи резистори, светодиод със собствен ограничител. Добавени са само два електролитни кондензатора. Обикновено типичните диаграми показват минималните стойности на C1 и C2 (C1 = 0,1 μF и C2 = 1 μF), които са необходими за стабилна работа на стабилизатора. На практика стойностите на капацитета варират от десетки до стотици микрофаради. Кондензаторите трябва да бъдат разположени възможно най-близо до чипа. За големи мощности условието C1>>C2 е задължително. Ако капацитетът на изходния кондензатор надвишава капацитета на входния кондензатор, тогава възниква ситуация, при която изходното напрежение надвишава входното, което води до повреда на микросхемата на стабилизатора. За да го изключите, е инсталиран защитен диод VD1.

Тази схема има напълно различни възможности. Входно напрежение от 5 до 40 волта, изходно 1,2 - 37 волта. Да, има спад на входно-изходното напрежение около 3,5 волта, но няма рози без бодли. Но чипът KR142EN12A, наречен линеен регулируем стабилизатор на напрежението, има добра защита за превишаване на тока на натоварване и защита от краткотрайно късо съединение на изхода. Работната му температура е до + 70 градуса по Целзий, работи с външен делител на напрежението. Изходен ток на натоварване до 1 A за продължителна работа и 1,5 A за краткотрайна работа. Максималната допустима мощност при работа без радиатор е 1 W, ако микросхемата е инсталирана на радиатор с достатъчен размер (100 cm2), тогава P max. = 10 W.

Какво стана

Процесът на актуализирана инсталация не отне повече време от предишния. В същото време не беше получен прост регулатор на напрежението, който е свързан към захранване със стабилизирано напрежение, сглобената схема, когато е свързана дори към мрежов понижаващ трансформатор с токоизправител на изхода, сама дава необходимото стабилизирано напрежение . Естествено, изходното напрежение на трансформатора трябва да съответства на допустимите параметри на входното напрежение на микросхемата KR142EN12A. Вместо това можете да използвате внесен аналогов интегрален стабилизатор. Автор Бабай от Барнаула.

Обсъдете статията ДВА ПРОСТИ РЕГУЛАТОРА НА НАПРЕЖЕНИЕ

Тази статия ще разгледа схема на електронен регулатор на променливо напрежение (автотрансформатор), както и описание на неговата конструкция. Веригата е доста сложна, но повторима, като сглобите такъв регулатор на напрежението, ще попълните колекцията си с наистина необходимо и незаменимо устройство. В края на статията има файлове за изтегляне, с печатна платка.

Лабораторният автотрансформатор е практически незаменим за ремонт и настройка на електронно оборудване. Въпреки това наличието на галванична връзка към мрежата увеличава риска от токов удар или повреда на измервателното оборудване, използвано при настройката. Предложеният електронен регулатор позволява минимизиране на тези рискове и прави процеса на настройка на устройствата по-безопасен и удобен.

Електронният регулатор ви позволява да променяте напрежението на товара в диапазона от 0 до 255V на стъпки от 1V. Товарното напрежение се измерва с разделителна способност 0,1V и се показва на седемсегментни индикатори. Максималният ток в товара е ограничен от използвания силов трансформатор и напречното сечение на проводниците на неговите намотки, в този случай е 3А.

Електрическите схеми на контролната платка на регулатора на напрежение и силовата част на регулатора са показани по-долу.

Регулирането на напрежението се извършва чрез превключване на вторичните намотки на трансформаторите T1 и T2 с помощта на реле K1 ... K8. Напрежението върху намотката II на трансформатора T1 е 1V, при всяка следваща намотка стойностите на напрежението се удвояват, достигайки стойност от 128V върху намотката III на трансформатора T2, с други думи, нивата на напрежение са серия от последователни степени на числото "2" - двоичен ред. Микроконтролерът DD1 доставя двоичен код, съответстващ на необходимото изходно напрежение на ключовете VT6 ... VT13, които управляват релето K1 ... K8. Най-малкият бит от числото съответства на релето K1, старшият - K8. Да речем, че трябва да получите напрежение, равно на 173V на изхода. Числото 173 в двоичен код е представено като 10101101, така че релетата K8, K6, K4, K3, K1 ще бъдат включени, които ще превключват намотки с напрежение 128V, 32V, 8V, 4V, 1V последователно един с друг, което общо ще бъде само 173B.

Настройката на изходното напрежение се извършва с бутоните SB1 ... SB6. След включване на регулатора в клетката на паметта, където се записва стойността на зададеното напрежение, се въвежда 0. Функционалното предназначение на бутоните е следното:
SB1 - увеличаване на изходното напрежение с 1V;
SB2 - намаляване на изходното напрежение с 1V;
SB3 - увеличаване на изходното напрежение с 10V;
SB4 - намаляване на изходното напрежение с 10V;
SB5 - увеличаване на изходното напрежение с 100V;
SB6 - намаляване на изходното напрежение с 100V;

Преди да зададете нов код на напрежение, релетата K1 ... K8 се изключват за време от около 16ms. Въпреки факта, че времето за изключване на релето, като правило, е 2 пъти по-малко от времето за включване, когато контактите се отварят под товар, възниква дъга, поради което времето за пълно изключване на товара се увеличава и този ефект може да доведе до скок на напрежението върху товара по време на промяна на кода.

Свързването / изключването на товара към регулатора се управлява от MK DD1 с помощта на бутона SB7, ключове VT14 ... VT16 и реле K9, първоначалното състояние е изключено, включеното състояние се показва от светодиода HL2. Ключовете VT14 ... VT16 се управляват от две линии на порта MK DD1 - PC5, активно ниво "0" и PC6, активно ниво "1". Такова управление намалява възможността за неволно задействане на релето в момента на включване / изключване на регулатора или нулиране на контролера.

Елементите C2 и R4 са необходими за гасене на дъгата между контактите на релето, когато товарът е изключен, което има индуктивен характер. В допълнение, те спомагат за намаляване на пусковия ток на устройства, съдържащи токоизправители (импулсни захранвания), поради частичното предварително зареждане на изглаждащия кондензатор на последния, което предотвратява залепването на контактите на релето K9 в момента на включване.

Коригирането на изходното напрежение за последващо измерване се извършва с помощта на елементите DA1, R1 ... R4, R6 ... R9, VD2, VD12, C3, C6, C8 на релейната платка. Резисторите R1 ... R4 образуват делител на напрежение, диодът VD2 шунтира отрицателната полувълна на напрежението, кондензаторът C3 е филтър. Еднополюсното включване на оп-усилвателя DA1 не позволява, при липса на сигнал на входа, да се получи нулево напрежение на изхода. За да се реши този проблем, във веригата DA1 OOS е включен диод VD12, спадът на напрежението в който е по-голям от минималното напрежение на изход 1 на DA1. Кондензаторът C8 интегрира положителното полувълново напрежение, резисторът R8 отделя изхода на операционния усилвател от капацитивния товар, а кондензаторът C6 осигурява високочестотно шунтиране.

За измервания се използва методът за преобразуване на напрежение в честота, вътрешният ADC MK DD1 не се използва. Измервателната част се състои от интегратор, монтиран върху елементите DA1, R3, R4, C8, VT1, компаратор DA3 и работи по следния начин. В момента на стартиране на преобразуването микроконтролерът DD1 затваря транзистора VT1. В същото време програмата позволява работата на броячния регистър TCNT1 от тактовата честота на контролера, разделена на 8, което е 1 MHz. Елементите DA1, R3, R4, образуващи стабилен източник на ток, зареждат кондензатора C8. Компараторът DA3 сравнява линейно нарастващото напрежение на щифта. 2 с измереното напрежение на пин 3 и веднага щом нарастващото напрежение стане по-голямо от измереното напрежение, на пин 1 DA2 ще бъде зададено ниско логическо ниво. Падаща предна част на щифта. 20 на контролера DD1 ще доведе до запис на съдържанието на броячния регистър TCNT1 в регистъра за улавяне ICR1, искане за прекъсване на събитието „улавяне“ и извикване на рутинната програма за прекъсване. Подпрограмата отваря транзистора VT1, разреждайки кондензатора C8, преобразува стойността, преброена от брояча (броят на преброените цикли е пропорционален на измереното напрежение) в десетична форма и показва тази стойност на индикатора HL1.

Zener диод VD1 осигурява ограничение на напрежението на щифта. 3 спрямо линейно нарастващото напрежение на щифта. 2 компаратора DA3, гарантиращи падащ ръб на щифта. 20 DD1, което означава прекъсване на събитието „capture“. Това ограничение е необходимо в ситуация, когато измереното напрежение надвишава максималната стойност, зададена от програмата, в този случай 499,9V. Превишаването на измереното напрежение от 499,9 V ще доведе до мигане на индикатора с честота от 1 Hz и показва числото "4999".

Ако на изхода 3 компаратор DA4 има нулева стойност на напрежението, след това отрицателен спад на щифта. 20 DD1 няма да се случи, защото нивото на напрежение на щифта. 2 очевидно ще бъде по-голям. В този случай броячът TCNT1 ще се препълни и ще бъде извикана процедурата за обработка на прекъсване за събитието „препълване“, което ще покаже стойността „0.0“ на индикатора.

Кондензатор C11 е необходим за потискане на пренапрежението при превключване на компаратора DA3, което води до преждевременно прекъсване на събитието "улавяне".

По-долу са схемите на разположение и печатните платки съответно на блока за управление и силовата част на регулатора. Архивът съдържа чертежи на печатни платки във формат ACAD.

Снимка на готовата платка за регулатор на променливотоково напрежение:

Програмата за управление е написана на асемблер. Настройката на бита на предпазителя е показана по-долу, където отметка означава, че битът е програмиран - нула, а празно квадратче - не.

Програмирането на MK DD1 се извършва чрез 10-пинов конектор XP1 през интерфейса на ISP, докато +12V захранване трябва да се подава към контролната платка на регулатора. След програмиране на МС, при включване на захранването на индикатора HL1 се изписва числото “2816” за 1 s, след което МС преминава в работен режим и показва измереното напрежение на изхода. За настройка на измервателните вериги на стабилизатора се подава напрежение +4.500V…+4.800V от външен източник на захранване към входа “+Uvyp” и “GND”, което се контролира от волтметър. Чрез регулиране на резистора R4 на индикатора HL1 се получават показания, които са идентични с външния волтметър. Освен това външното захранване е изключено и входът "+ Uvyp" на платката на регулатора е свързан към "GND". Възможно е да се посочи стойност, различна от нула, поради закъснения при превключване, нулево напрежение на отклонение на компаратора DA2 или ненулево съпротивление дрейн-източник на транзистора VT1. За отстраняване на тази грешка е предвидена софтуерна компенсация на измереното напрежение.

Влизането в режим на корекция се осъществява чрез натискане на бутон SB8. Индикаторът HL1 ще започне да мига с честота от 1Hz, докато показва текущата измерена стойност. В този режим всяко натискане на бутона SB1 увеличава с единица константата, която се изважда от измерената стойност на напрежението, а натискането на бутона SB2 я намалява. Резултатът от корекцията се показва на индикатора, което позволява корекция в реално време. След програмиране на MK, клетките на EEPROM паметта на всички адреси съдържат стойности, равни на 0xFF, следователно, когато за първи път стартирате режима на корекция, клетката, съдържаща константата, трябва да бъде нулирана чрез натискане на бутона SB4. След натискане на индикатора ще се появи стойността на измереното напрежение.

От режима на корекция се излиза с повторно натискане на бутона SB8, като стойността на константата се записва в енергонезависимата памет на МК DD1. След това регулаторът отново се захранва с напрежение +4,500V ... +4,800V и чрез допълнителна настройка на резистора R4 се постигат желаните показания на измереното напрежение.

Крайната настройка се свежда до настройка на посоченото напрежение на индикатора HL1 в съответствие с променливото напрежение на изхода на регулатора, което се контролира от външен волтметър. Настройката на измереното напрежение се задава от резистора R3 на релейната платка, докато на изхода се задава максимално ниво от 255V.

Допустимата мощност на натоварване на регулатора зависи изцяло от характеристиките на трансформаторите Т1 и Т2 и релетата К1 ... К9. Не е необходимо да използвате 2 трансформатора, един ще бъде достатъчен, но поради големия брой навивки във вторичните намотки ще бъде трудно да ги поставите на една магнитна верига.

И двата трансформатора са навити на тороидални ядра, тъй като тороидалните трансформатори имат по-нисък ток на покой, практически са безшумни по време на работа, имат по-малко тегло и размери от трансформаторите, навити на "P" и "Sh" -образни ядра.

Всички намотки са навити с тел с диаметър 1,06мм, размер на сърцевината - D=117мм, d=58мм, h=55мм. Броят на завоите е показан в таблицата по-долу.

Ако регулаторът трябва да се използва за захранване на устройства с ниско напрежение, които консумират значителен ток, има смисъл да се навиват намотки от 1V до 16V с проводник с по-голямо напречно сечение от останалите.

Острите ръбове на тора, за да се избегне пробиване на изолацията на проводника по време на навиване, трябва да се закръглят с мелница или файл и след това да се залепят върху краищата на шайбите от дебел картон, които имат по-голям външен диаметър и по-малко вътрешен от тора, с 5-7 mm. След това торът се увива с лакирана кърпа или тиксо, но ако не са под ръка, можете да използвате тясно хартиено тиксо.

Крановете от намотките на трансформатора са най-добре направени от гъвкав и многоцветен многожилен проводник, едножилен проводник може да се счупи поради чести прегъвания по време на навиване, а различните цветове за намотките ще ви помогнат бързо да разберете какво напрежение е последното имат. За да не объркате фазирането по време на окончателната инсталация на устройството, препоръчително е незабавно да маркирате началото и края на намотките. Самите намотки са импрегнирани с шеллак, слоевете са изолирани един от друг.

Крепежни елементи за тороиди са показани по-долу, шайбата под налягане е изработена от фибростъкло с дебелина 3 мм.

Като уплътнение между трансформаторите и корпуса на регулатора се използват полиуретанови опорни лагери за мебели.

Микроконтролерът DD1 ATmega16L може да бъде заменен с ATmega16, резисторните модули DR2, DR3 могат да бъдат заменени с конвенционални резистори чрез комбиниране на 8 пина в един и свързване към веригата + 5V. Монтажът DR1 се състои от 8 отделни чип резистора с размер 1206. Стабилизаторът DA1 LM7812CV е монтиран върху алуминиева плоча с размери 100x45 mm и дебелина 5 mm. Номиналните стойности на дъговата верига C2, R4, в зависимост от вида на натоварването, може да се различават от тези, посочени в диаграмата, може да се наложи да бъдат преизчислени за вашите собствени нужди. Тази верига може да бъде изоставена, ако вместо реле K9 се използва реле с дъгов магнит.

Тялото на регулатора е сглобено от алуминиеви плочи с дебелина 2 мм, закрепени заедно с алуминиев ъгъл 15х15 мм.

Снимка на готовото устройство:

Лабораторният автотрансформатор е практически незаменим за ремонт и настройка на електронно оборудване. Въпреки това наличието на галванична връзка към мрежата увеличава риска от токов удар или повреда на измервателното оборудване, използвано при настройката. Предложеният електронен регулатор позволява минимизиране на тези рискове и прави процеса на настройка на устройствата по-безопасен и удобен.

Електронният регулатор ви позволява да променяте напрежението на товара в диапазона от 0 до 255V на стъпки от 1V. Товарното напрежение се измерва с разделителна способност 0,1V и се показва на седемсегментни индикатори. Максималният ток в товара е ограничен от използвания силов трансформатор и напречното сечение на проводниците на неговите намотки, в този случай е 3А.

Електрическите схеми на контролната платка на регулатора на напрежение и силовата част на регулатора са показани по-долу.

Регулирането на напрежението се извършва чрез превключване на вторичните намотки на трансформаторите T1 и T2 с помощта на реле K1 ... K8. Напрежението върху намотката II на трансформатора T1 е 1V, при всяка следваща намотка стойностите на напрежението се удвояват, достигайки стойност от 128V върху намотката III на трансформатора T2, с други думи, нивата на напрежение са серия от последователни степени на числото "2" - двоичен ред. Микроконтролерът DD1 доставя двоичен код, съответстващ на необходимото изходно напрежение на ключовете VT6 ... VT13, които управляват релето K1 ... K8. Най-малкият бит от числото съответства на релето K1, старшият - K8. Да речем, че трябва да получите напрежение, равно на 173V на изхода. Числото 173 в двоичен код е представено като 10101101, така че релетата K8, K6, K4, K3, K1 ще бъдат включени, които ще превключват намотки с напрежение 128V, 32V, 8V, 4V, 1V последователно един с друг, което общо ще бъде само 173B.

Настройката на изходното напрежение се извършва с бутоните SB1 ... SB6. След включване на регулатора в клетката на паметта, където се записва стойността на зададеното напрежение, се въвежда 0. Функционалното предназначение на бутоните е следното:
SB1 - увеличаване на изходното напрежение с 1V;
SB2 - намаляване на изходното напрежение с 1V;
SB3 - увеличение на изходното напрежение с 10V;
SB4 - намаляване на изходното напрежение с 10V;
SB5 - увеличение на изходното напрежение с 100V;
SB6 - намаляване на изходното напрежение с 100V;

Преди да зададете нов код на напрежение, релетата K1 ... K8 се изключват за време от около 16ms. Въпреки факта, че времето за изключване на релето, като правило, е 2 пъти по-малко от времето за включване, когато контактите се отварят под товар, възниква дъга, поради което времето за пълно изключване на товара се увеличава и този ефект може да доведе до скок на напрежението върху товара по време на промяна на кода.

Свързването / изключването на товара към регулатора се управлява от MK DD1 с помощта на бутона SB7, ключове VT14 ... VT16 и реле K9, първоначалното състояние е изключено, включеното състояние се показва от светодиода HL2. Ключовете VT14 ... VT16 се управляват от две линии на порта MK DD1 - PC5, активно ниво "0" и PC6, активно ниво "1". Такова управление намалява възможността за неволно задействане на релето в момента на включване / изключване на регулатора или нулиране на контролера.

Елементите C2 и R4 са необходими за гасене на дъгата между контактите на релето, когато товарът е изключен, което има индуктивен характер. В допълнение, те спомагат за намаляване на пусковия ток на устройства, съдържащи токоизправители (импулсни захранвания), поради частичното предварително зареждане на изглаждащия кондензатор на последния, което предотвратява залепването на контактите на релето K9 в момента на включване.

Коригирането на изходното напрежение за последващо измерване се извършва с помощта на елементите DA1, R1 ... R4, R6 ... R9, VD2, VD12, C3, C6, C8 на релейната платка. Резисторите R1 ... R4 образуват делител на напрежение, диодът VD2 шунтира отрицателната полувълна на напрежението, кондензаторът C3 е филтър. Еднополюсното включване на оп-усилвателя DA1 не позволява, при липса на сигнал на входа, да се получи нулево напрежение на изхода. За да се реши този проблем, във веригата DA1 OOS е включен диод VD12, спадът на напрежението в който е по-голям от минималното напрежение на изход 1 на DA1. Кондензаторът C8 интегрира положителното полувълново напрежение, резисторът R8 отделя изхода на операционния усилвател от капацитивния товар, а кондензаторът C6 осигурява високочестотно шунтиране.

За измервания се използва методът за преобразуване на напрежение в честота, вътрешният ADC MK DD1 не се използва. Измервателната част се състои от интегратор, монтиран върху елементите DA1, R3, R4, C8, VT1, компаратор DA3 и работи по следния начин. В момента на стартиране на преобразуването микроконтролерът DD1 затваря транзистора VT1. В същото време програмата позволява работата на броячния регистър TCNT1 от тактовата честота на контролера, разделена на 8, което е 1 MHz. Елементите DA1, R3, R4, образуващи стабилен източник на ток, зареждат кондензатора C8. Компараторът DA3 сравнява линейно нарастващото напрежение на щифта. 2 с измереното напрежение на пин 3 и веднага щом нарастващото напрежение стане по-голямо от измереното напрежение, на пин 1 DA2 ще бъде зададено ниско логическо ниво. Падаща предна част на щифта. 20 на контролера DD1 ще доведе до запис на съдържанието на броячния регистър TCNT1 в регистъра за улавяне ICR1, искане за прекъсване на събитието „улавяне“ и извикване на рутинната програма за прекъсване. Подпрограмата отваря транзистора VT1, разреждайки кондензатора C8, преобразува стойността, преброена от брояча (броят на преброените цикли е пропорционален на измереното напрежение) в десетична форма и показва тази стойност на индикатора HL1.

Zener диод VD1 осигурява ограничение на напрежението на щифта. 3 спрямо линейно нарастващото напрежение на щифта. 2 компаратора DA3, гарантиращи падащ ръб на щифта. 20 DD1, което означава прекъсване на събитието „capture“. Това ограничение е необходимо в ситуация, когато измереното напрежение надвишава максималната стойност, зададена от програмата, в този случай 499,9V. Превишаването на измереното напрежение от 499,9 V ще доведе до мигане на индикатора с честота от 1 Hz и показва числото "4999".

Ако на изхода 3 компаратор DA4 има нулева стойност на напрежението, след това отрицателен спад на щифта. 20 DD1 няма да се случи, защото нивото на напрежение на щифта. 2 очевидно ще бъде по-голям. В този случай броячът TCNT1 ще се препълни и ще бъде извикана процедурата за обработка на прекъсване за събитието „препълване“, което ще покаже стойността „0.0“ на индикатора.

Кондензатор C11 е необходим за потискане на пренапрежението при превключване на компаратора DA3, което води до преждевременно прекъсване на събитието "улавяне".

По-долу са схемите на разположение и печатните платки съответно на блока за управление и силовата част на регулатора. Архивът съдържа чертежи на печатни платки във формат ACAD.

Снимки на сглобени табла:

Програмата за управление е написана на асемблер. Настройката на бита на предпазителя е показана по-долу, където отметка означава, че битът е програмиран - нула, а празното квадратче не е.

Програмирането на MK DD1 се извършва чрез 10-пинов конектор XP1 през интерфейса на ISP, докато +12V захранване трябва да се подава към контролната платка на регулатора. След програмиране на МС, при включване на захранването на индикатора HL1 се изписва числото “2816” за 1 s, след което МС преминава в работен режим и показва измереното напрежение на изхода. За настройка на измервателните вериги на стабилизатора се подава напрежение +4.500V…+4.800V от външен източник на захранване към входа “+Uvyp” и “GND”, което се контролира от волтметър. Чрез регулиране на резистора R4 на индикатора HL1 се получават показания, които са идентични с външния волтметър. Освен това външното захранване е изключено и входът "+ Uvyp" на платката на регулатора е свързан към "GND". Възможно е да се посочи стойност, различна от нула, поради закъснения при превключване, нулево напрежение на отклонение на компаратора DA2 или ненулево съпротивление дрейн-източник на транзистора VT1. За отстраняване на тази грешка е предвидена софтуерна компенсация на измереното напрежение.

Влизането в режим на корекция се осъществява чрез натискане на бутон SB8. Индикаторът HL1 ще започне да мига с честота от 1Hz, докато показва текущата измерена стойност. В този режим всяко натискане на бутона SB1 увеличава с единица константата, която се изважда от измерената стойност на напрежението, а натискането на бутона SB2 я намалява. Резултатът от корекцията се показва на индикатора, което позволява корекция в реално време. След програмиране на MK, клетките на EEPROM паметта на всички адреси съдържат стойности, равни на 0xFF, следователно, когато за първи път стартирате режима на корекция, клетката, съдържаща константата, трябва да бъде нулирана чрез натискане на бутона SB4. След натискане на индикатора ще се появи стойността на измереното напрежение.

От режима на корекция се излиза с повторно натискане на бутона SB8, като стойността на константата се записва в енергонезависимата памет на МК DD1. След това регулаторът отново се захранва с напрежение +4,500V ... +4,800V и чрез допълнителна настройка на резистора R4 се постигат желаните показания на измереното напрежение.

Крайната настройка се свежда до настройка на посоченото напрежение на индикатора HL1 в съответствие с променливото напрежение на изхода на регулатора, което се контролира от външен волтметър. Настройката на измереното напрежение се задава от резистора R3 на релейната платка, докато на изхода се задава максимално ниво от 255V.

Допустимата мощност на натоварване на регулатора зависи изцяло от характеристиките на трансформаторите Т1 и Т2 и релетата К1 ... К9. Не е необходимо да използвате 2 трансформатора, един ще бъде достатъчен, но поради големия брой навивки във вторичните намотки ще бъде трудно да ги поставите на една магнитна верига.

И двата трансформатора са навити на тороидални ядра, тъй като тороидалните трансформатори имат по-нисък ток на покой, практически са безшумни по време на работа, имат по-малко тегло и размери от трансформаторите, навити на "P" и "Sh" -образни ядра.

Всички намотки са навити с тел с диаметър 1,06мм, размер на сърцевината - D=117мм, d=58мм, h=55мм. Броят на завоите е показан в таблицата по-долу.

Ако регулаторът трябва да се използва за захранване на устройства с ниско напрежение, които консумират значителен ток, има смисъл да се навиват намотки от 1V до 16V с проводник с по-голямо напречно сечение от останалите.

Острите ръбове на тора, за да се избегне пробиване на изолацията на проводника по време на навиване, трябва да се закръглят с мелница или файл и след това да се залепят върху краищата на шайбите от дебел картон, които имат по-голям външен диаметър и по-малко вътрешен от тора, с 5-7 mm. След това торът се увива с лакирана кърпа или тиксо, но ако не са под ръка, можете да използвате тясно хартиено тиксо.

Крановете от намотките на трансформатора са най-добре направени от гъвкав и многоцветен многожилен проводник, едножилен проводник може да се счупи поради чести прегъвания по време на навиване, а различните цветове за намотките ще ви помогнат бързо да разберете какво напрежение е последното имат. За да не объркате фазирането по време на окончателната инсталация на устройството, препоръчително е незабавно да маркирате началото и края на намотките. Самите намотки са импрегнирани с шеллак, слоевете са изолирани един от друг.

Крепежни елементи за тороиди са показани по-долу, шайбата под налягане е изработена от фибростъкло с дебелина 3 мм.

Като уплътнение между трансформаторите и корпуса на регулатора се използват полиуретанови опорни лагери за мебели.

Микроконтролерът DD1 ATmega16L може да бъде заменен с ATmega16, резисторните модули DR2, DR3 могат да бъдат заменени с конвенционални резистори чрез комбиниране на 8 пина в един и свързване към веригата + 5V. Монтажът DR1 се състои от 8 отделни чип резистора с размер 1206. Стабилизаторът DA1 LM7812CV е монтиран върху алуминиева плоча с размери 100x45 mm и дебелина 5 mm. Номиналните стойности на дъговата верига C2, R4, в зависимост от вида на натоварването, може да се различават от тези, посочени в диаграмата, може да се наложи да бъдат преизчислени за вашите собствени нужди. Тази верига може да бъде изоставена, ако вместо реле K9 се използва реле с дъгов магнит.

Тялото на регулатора е сглобено от алуминиеви плочи с дебелина 2 мм, закрепени заедно с алуминиев ъгъл 15х15 мм.

Снимки на сглобеното устройство:

Когато работите с регулатора, въпреки липсата на галванична връзка с мрежата 220V, не трябва да забравяте мерките за безопасност, тъй като нивото на напрежение, което може да достигне 255V на изхода, е животозастрашаващо. Освен това, ако има елементи C2 и R4, ще има напрежение на изхода на регулатора, дори ако контактите на релето K9 са отворени.

Списък на радио елементи

Обозначаване	Тип	Деноминация	Количество	Забележка	Магазин	Моят бележник
	Табло за управление
DD1	MK AVR 8-битов	ATmega16	1			Към бележника
DA1	Линеен регулатор	LM317	1			Към бележника
DA2	Линеен регулатор	LM7805CT	1			Към бележника
DA3	Компаратор		1			Към бележника
VT1	Транзистор с полеви ефекти	KP505A	1			Към бележника
VT2-VT5, VT14	биполярен транзистор	C945	5			Към бележника
VT6-VT13, VT15, VT16	биполярен транзистор	2N2222A	10			Към бележника
VD1	ценеров диод	при 9.1V	1			Към бележника
VD2	токоизправителен диод	1N4148	1			Към бележника
C1, C4		470uF	2			Към бележника
C2, C3, C7, C9	Кондензатор	1 uF	4			Към бележника
C5, C10	Кондензатор	22 pF	2			Към бележника
C6	електролитен кондензатор	220uF	1			Към бележника
C8	Кондензатор	2,2uF	1			Към бележника
C11	Кондензатор	150 pF	1			Към бележника
R1	Резистор	1 MΩ	1			Към бележника
R2, R22, R25, R26	Резистор	10 kOhm	4			Към бележника
R3	Резистор	510 ома	1			Към бележника
R4	Тример резистор	100 ома	1			Към бележника
R5-R12, R23	Резистор	2 kOhm	9			Към бележника
R13-R20	Резистор	150 ома	8			Към бележника
R21	Резистор	1 kOhm	1			Към бележника
R24	Резистор	330 ома	1			Към бележника
DR1	Резисторни възли	10 kOhm	1			Към бележника
DR2, DR2	Резисторни възли	2,7 kOhm	2			Към бележника
ZQ1	Кварц	8 MHz	1			Към бележника
HL1	Индикатор	E40561	1			Към бележника
HL2	Светодиод		1			Към бележника
SB1-SB8	Бутон	Без фиксация	8			Към бележника
	Силова част
DA1	Операционен усилвател	LM358N	1			Към бележника
DA2	Линеен регулатор	LM78L12	1			Към бележника
VD1	Диоден мост	GBU606	1			Към бележника
VD2	диод на Шотки	1N5817	1			Към бележника
VD3-VD11	токоизправителен диод	FR107	9			Към бележника
VD12	токоизправителен диод	1N4148	1			Към бележника
C1, C4	електролитен кондензатор	2200uF 25V	2

Много хора знаят за такова устройство като регулатор на напрежението на генератора, но не всеки може да каже какви принципи са в основата на неговата работа и как може да се извърши диагностика. Струва си да се отбележи, че това устройство е изключително важно, тъй като се използва за стабилизиране на напрежението на изхода на генератора. Представете си как работи двигателят в процеса на движение. Неговите обороти се променят постоянно и в широк диапазон, вариращ от 700-900 оборота в минута и завършващ с пет, седем или дори десет хиляди. В резултат на това честотата на въртене на ротора на генератора също варира в широк диапазон. И при всяка скорост трябва да се поддържа стабилно напрежение, което ще бъде достатъчно за зареждане на батерията. Ако има някакви дефекти, тогава е необходима цялостна проверка на регулатора на напрежението на генератора.

Механични регулатори на напрежението

Историята на автомобилната индустрия датира от повече от сто години, през което време са изобретени и внедрени много дизайни, които подобряват работата на всички агрегати. Сред тях е реле-регулатор, тъй като модерна машина няма да може да работи нормално без него. Първоначално се използват механични устройства, които се основават на електромагнитно реле. Например регулаторът на напрежението на генератора VAZ на първите модели беше точно такъв.

Той, както се оказа по-късно, няма плюсове, доста често има недостатъци. Освен това основният недостатък е ниската надеждност поради наличието на подвижни контакти. Те се изтриват с времето, тъй като устройството работи постоянно, без да спира. Освен това понякога е необходимо да се извършват работи по настройка, което няма много добър ефект върху работата на автомобила. Модерността диктува правилото, според което машината трябва да се обслужва своевременно в сервизните центрове. И водачът не трябва да може да извършва сложни ремонти, той се нуждае само от способността да управлява кола и да смени колело (това е максимумът).

Електронни реле-регулатори

Поради посочените по-горе причини електронните регулатори на напрежението са широко разпространени. Напредъкът не стои неподвижен, така че ключови транзистори, триаци, тиристори са заменили електромагнитните релета. Те имат много висока надеждност, тъй като няма механични контакти, вместо които има полупроводников кристал. Разбира се, технологията на производство на такива устройства трябва да бъде обмислена. В противен случай полупроводникът може да се провали. Регулаторът на напрежението на този тип генератор се проверява доста просто, просто трябва да вземете предвид неговите характеристики.

В сравнение с предишния, механичен тип реле-регулатори, може да се види една особеност - електронните се произвеждат в един корпус с четки. Това спестява място и най-важното улеснява процедурата по подмяна и диагностика. Специална характеристика на електронните типове е точността на регулиране на напрежението. Свойствата на полупроводника не се променят по време на работа. Следователно напрежението на изхода на генератора винаги ще бъде същото. Но си струва да говорим за метода на регулиране, за това как протича целият процес. И това е доста интересно, ще трябва да разгледате в общи линии дизайна на генератора.

От какви елементи се състои автомобилен генератор

Основата е тялото, иначе се нарича статор. Това е неподвижна част от всяка електрическа машина. Статорът има намотка. При автомобилните генератори той се състои от три части. Работата е там, че на изхода се генерира трифазно променливо напрежение, чиято стойност е около 30 волта. Причината за използването на този дизайн е да се намалят пулсациите, тъй като фазите се припокриват една друга, в резултат на което след токоизправителя се появява постоянен ток. За преобразуване на напрежението се използват шест полупроводникови диода. Те са еднопосочни. Ако възникне повреда, определянето на това с тестер е доста просто.

Но на изхода на намотката на статора няма да има напрежение, освен ако не се вземе предвид едно условие - необходимо е магнитно поле и движещо се. Не е трудно да се направи, достатъчно е да навиете намотката върху метална котва и да приложите захранване към нея. Но сега възниква въпросът за стабилизирането на напрежението. Няма смисъл да се прави това на изхода, тъй като елементите ще трябва да бъдат много мощни, тъй като токовете са големи. Но тук една характеристика на електрическите машини идва на помощ на дизайнерите - ако се приложи стабилизирано напрежение към намотката на ротора, тогава магнитното поле няма да се промени. Следователно напрежението на изхода на генератора също се стабилизира. Генераторът VAZ 2107 работи по същия начин, чийто регулатор на напрежението работи на същите принципи като тези на "десетките".

Компоненти на регулатора на напрежението

Съвременните автомобили са оборудвани с доста прости конструкции. Те са неразделими, два елемента са комбинирани в един корпус - самият регулатор и графитни четки, които предават захранващото напрежение към намотката на ротора на генератора. Освен това електронните видове устройства могат да бъдат два вида. Например регулаторът на напрежението на генератора VAZ-2110, произведен в края на 90-те години, е направен на малка платка. Съвременните устройства са направени с помощта на единичен полупроводников кристал, в който са разположени всички елементи. Можете дори да кажете, че това е малък чип.

Графитните четки са свързани към клемите на платката или полупроводниковия елемент. Напрежението им се подава от батерията през лампа, която е необходима за диагностика на генератора. Моля, имайте предвид, че не можете да поставите LED елементи на негово място, тъй като те нямат вътрешно съпротивление. Грубо казано, лампата с нажежаема жичка работи и като предпазител. Ако нишката изгори, захранването на намотката на ротора спира, генераторът спира да работи. Ако лампата светне, значи има повреда. Или четките са износени, или ремъкът е скъсан, но понякога се случва и полупроводниковите диоди в токоизправителя да се повредят. В този случай е необходимо да смените регулатора на напрежението на генератора с нов.

Как да премахнете регулатора

Ако повредата е само в регулатора на напрежението, тогава няма много работа да го смените. Ще ви трябва и специален инструмент - една отвертка е достатъчна. Не е необходимо напълно да разглобявате генератора, тъй като четките с регулатора на напрежението са разположени на задния му капак.

Дори не е необходимо да разхлабвате колана. Необходимо е да премахнете регулатора на напрежението на генератора 2110 в два случая:

1. Четките са напълно износени.
2. Настъпил е срив в полупроводника.

Опциите за проверка на устройството ще бъдат представени по-долу. Първо изключете батерията. Факт е, че захранващ проводник преминава от него към генератора, няма защита върху него, защото се използва за зареждане на батерията. И текущата консумация на тази верига е много висока. На корпуса на регулатора има един конектор, изключете проводника от него. Сега можете да развиете двата монтажни болта. След това регулаторът на напрежението на генератора може лесно да се отстрани от задния капак. Време е да го проверите.

Диагностика на регулатор на напрежение

На първо място, обърнете внимание на състоянието на четките - ако дължината им е по-малка от 0,5 см, тогава е необходимо да смените монтажния възел. Не изобретявайте колелото. Няма смисъл да запоявате нови четки, тъй като надеждността ще пострада само от това. Тъй като има няколко начина за проверка на регулатора на напрежението на генератора, струва си да започнете с най-трудното - премахване на устройството. За диагностика ще ви е необходимо захранване, на изхода на което напрежението може да се променя в рамките на 10-18 волта.

Нуждаете се и от лампа с нажежаема жичка. Електрическите му параметри са както следва: захранващо напрежение - 12 волта, мощност - 2-3 вата. Сервирайте както следва:

1. Положителен изход към конектора в корпуса на регулатора (той е единственият на новите проби).
2. Минус общата чиния.

Лампата с нажежаема жичка се включва между две четки. Процедурата е следната:

1. Когато се приложи напрежение от 12-12,5 волта, лампата с нажежаема жичка трябва да свети.
2. При напрежение над 15 волта трябва да изгасне.

Ако свети при всяко захранващо напрежение или не свети в нито един от тези случаи, значи има повреда на регулатора и трябва да се смени.

Как да поставим диагноза без отстраняване?

Не се препоръчва да се извършва такава проверка, тъй като не е възможно да се оцени състоянието на четката. Но случаите са различни, така че дори такава диагноза може да даде резултат. За да работите, ще ви е необходим мултиметър или, ако няма такъв, лампа с нажежаема жичка. Основното за вас е да измерите напрежението в бордовата мрежа на автомобила, за да определите дали има пренапрежения. Но се виждат по време на шофиране. Например мигаща светлина при промяна на оборотите на двигателя.

Но измерванията, направени с помощта на мултицет или волтметър с разширена скала, ще бъдат по-точни. Стартирайте двигателя и включете късите светлини. Свържете мултиметър към клемите на батерията. Напрежението не трябва да надвишава 14,8 волта. Но също така е невъзможно да падне под 12. Ако не е в допустимия диапазон, тогава има повреда на регулатора на напрежението. Възможно е контактите в точките на свързване на устройството с генератора да са счупени или контактите на проводниците да са окислени.

Модернизация на веригата на регулатора

Колко пълно ще бъде заредена батерията зависи от регулатора на напрежението. За съжаление описаните по-горе прости конструкции имат широк диапазон от параметри. Следователно, закупувайки три копия на едни и същи устройства в един и същи магазин, ще получите различно изходно напрежение. И това е факт, никой няма да спори. Ако батерията няма достатъчно заряд, тя ще загуби капацитета си за кратко време. И няма да запали двигателя. Ще трябва да го възстановите само със стационарно зарядно.

Но можете да инсталирате тристепенен регулатор на напрежението на генератора, който ви позволява да променяте характеристиките чрез просто превключване на превключвателя. В неговата верига има два полупроводника, в които характеристиките са малко по-различни. Това дава възможност за регулиране на изходното напрежение. Когато един полупроводник е включен, на изхода се появява 14,5 волта, а ако се включи друг във веригата, той ще бъде малко по-висок. Използването на такова устройство е актуално през зимата, когато капацитетът на батерията намалява и е необходимо допълнително зареждане.

Как да инсталирате тристепенен регулатор?

За тази процедура ще ви е необходим малък набор от инструменти. Имате нужда от отвертка, термосвиваема изолация, самонарезни винтове, възможно е да ви трябва бормашина със свредло 2-4 мм. И така, всичко е наред. На първо място, трябва да развиете двата болта, които закрепват четката и регулатора. На негово място трябва да поставите нов, който идва с комплекта. Разликата му от простата е, че там има само четки, полупроводниците са разположени в отделен блок. Трябва да поставите втория възел близо до генератора, върху тялото на автомобила.

За да направите това, направете малки дупки за закрепване. Струва си да се отбележи, че блокът с полупроводници се нуждае от допълнително охлаждане. Следователно ще е необходимо да го инсталирате на алуминиев радиатор, едва след това да направите крепежни елементи към елементите на тялото. Ако не се осигури достатъчно охлаждане, тогава устройството може да се повреди, както и нарушение на работата му - регулирането няма да се извърши правилно. След като завършите работата по закрепването, свържете двата възела с проводници, направете изолация. Препоръчително е да закрепите свързващите проводници с помощта на скоби-замазки към съществуващите снопове.

Възможно ли е сами да направите тристепенен регулатор?

Ако сте запознати с радиотехниката, можете да намерите катод и анод на диод, тогава няма да ви е трудно да направите сами такова устройство. Въпросът е има ли смисъл. Ще ви трябват два диода на Шотки, за да направите. Ако ги имате, тогава цената на конструкцията ще бъде оскъдна. Но ако трябва да ги купите (и не е известно на каква цена), тогава можете да сравните разходите с цената на готов тристепенен регулатор. Схемата на тристепенния регулатор на напрежението на генератора е проста, всеки, който знае как да борави с поялник, може да го повтори.

За да реализирате идеята си, ще ви трябва и пластмасова кутия. Можете да използвате и алуминий, дори ще е по-добре, тъй като охлаждането ще бъде по-ефективно. Желателно е само да покриете всички повърхности със слой изолация, така че контактите да не се затварят в корпуса при шофиране. Също така ще трябва да инсталирате превключвател, който ще превключва полупроводникови елементи. Работата по инсталирането на устройството на автомобил е подобна на описаната в предишния параграф. Също така си струва да се отбележи, че все още трябва да закупите четка.

заключения

Не пренебрегвайте такова устройство като регулатор на напрежението на автомобилен генератор. Животът на батерията зависи от нейното качество и състояние. И ако има някакви дефекти в устройството, то трябва да бъде сменено. Следете състоянието на този елемент, ако е необходимо, почистете контактите, така че да не се появяват повреди. Генераторът се намира в долната част на двигателното отделение и ако няма калник, тогава при лошо време върху него попада много вода и мръсотия. И това води до появата на дефекти не само в регулатора на напрежението, но дори и в намотките на статора и ротора. Следователно грижата за автомобила е необходима за нормалното функциониране на всички системи. И преди да проверите регулатора на напрежението на генератора, извършете задълбочена проверка и почистете всички структурни елементи от замърсяване.