Трехуровневый регулятор напряжения схема: Трехуровневый регулятор напряжения своими руками

схема подключения, как проверить, признаки неисправности

Трехуровневый регулятор напряжения (РН) представляет собой один из основных составляющих элементов генераторного устройства. Как известно, выход из строя генератора может привести к неработоспособности автомобиля в целом, поэтому состояние всех его деталей и механизмов всегда должно быть рабочим. Подробнее о регуляторе, его разновидностях, а также диагностике вы можете узнать из этого материала.

Характеристика регулятора напряжения

Что такое регулятор постоянного тока, какую роль он играет в автомобильном генераторе, какое напряжение должен выдавать генератор? Можно ли поднять и увеличить количество выдаваемого параметра с помощью простейшего трехуровневого устройства? Для начала давайте разберем, какова конструкция элемента и в чем заключается его предназначение.

Назначение

Итак, для чего применяется электронный регулятор напряжения генератора автомобиля? При запуске силового агрегата, как известно, в первую очередь начинает вращаться коленчатый вал, это происходит в результате воздействия на него постоянного тока. Ток в амперах осуществляет начало движения роторного механизма, после чего начинает функционировать генераторный узел. Регулятор постоянного напряжения используется для контроля всех процессов.

Если напряжение будет не высоким, а из-за выхода из строя регулятора напряжения генератора мощность механизма будет отсутствовать, узел запустить не получится. При отсутствии мощности генератора ток в амперах просто не будет подаваться на оборудование. Простой регулятор напряжения дает возможность удерживать ток в амперах в указанном диапазоне, это его основное предназначение.

Конструкция

Теперь разберем вопрос устройства: любой повышающий РН, даже простой и самодельный, будет состоять из:

1. Выпрямительного блока. Этот элемент включает в себя несколько диодных компонентов, обычно их количество равно шести. Все компоненты этого блока подключаются между собой по специальному мосту.
2. Роторный механизм с обмоткой. Это устройство осуществляет вращение вокруг оси, его предназначение заключается в образовании магнитного поля внутри узла.
3. Статорный механизм. На корпусе данного устройства расположены три обмотки, подключенные друг к другу. Благодаря этим обмоткам обеспечивается не только обеспечение более повышенного заряда, а также увеличения мощности для автомобильного аккумулятора. Они также позволяют обеспечить током всю электросеть транспортного средства.
4. Крыльчатки. Данный элемент устанавливается на внешней части механизма. Крыльчатка используется для обдува и охлаждения обмотки, без нее возможен перегрев последней.
5. Корпусная крышка. Ее назначение заключается в скрытии все составляющих конструктивных частей узла, благодаря чем у обеспечивается надежная защита устройства от воздействия грязи и пыли. В зависимости от модели, крышка может иметь специальный кожух — если конструкция подразумевает его наличие, то регуляторный элемент будет расположен сразу за ним.
6. И само реле. Если генератор выдает большое напряжение, не свойственное для бортовой сети, или слишком низкое, то реле позволит стабилизировать этот параметр до нужного уровня. Стабилизатор должен обеспечить именно оптимальное напряжение, не повышенное и не пониженное (автор видео — Виталий Галанкин).

Принцип работы

В том случае, если вы решите подключить обмотку без регуляторного устройства к источнику питания, то значение постоянного тока после подсоединения, разумеется, будет повышенным. С помощью данного устройства осуществляется выравнивание значения, что позволяет предотвратить поломку оборудования. Регуляторное устройство асинхронного генераторного узла — это, фактически, выключатель. Если напряжение на зажимах генератора не соответствует норме, механизм осуществляет регулировку параметра до нужного значения.

Перед тем, как повысить напряжение генератора, необходимо точно узнать, сколько должен быть параметр на конкретном устройстве. В идеале значение должно варьироваться в районе 14-14.2 вольт, но допускается от 13.6 вольт. Здесь многое зависит от модели автомобиля и самого генераторного узла, установленного на нем. Поэтому точно узнать, сколько вольт должно быть, нужно в технической документации.

Следует отметить, что выработка параметра производится по принципу — когда вращается роторный узел, на обмотку поступает невысокое напряжение, а в ходе вращения на выводах механизма образуется переменный ток. Впоследствии он передается на обмотку. Если вы не знаете, как повысить напряжение генератора, то в первую очередь следует проверить качество натяжки самого ремня. Как правило, о необходимости увеличивать и повышать значение напряжения автовладельца задумываются в том случае, если ремешок устройства ослаб, хотя его нужно просто подтянуть (автор видео — канал T-Strannik).

Разновидности

Схема подключения РН практически идентична на всех видах генераторных узлов, однако существуют определенные разновидности девайсов.

Какие виды РН можно найти в продаже:

1. Двухуровневые РН. Такие регуляторы на сегодняшний день считаются устаревшими, в большинстве своем они используются на отечественных авто. Конструктивно такой РН состоит из электромагнитного элемента, подключаемого к контроллеру обмотки. Также устройство оснащается пружинами, которые используются как задающие элементы, и подвижным рычагом, использующимся для стабилизации.
   Двухуровневые РН обычно небольшие по размерам. Существенным минусом девайсов такого типа считается невысокий срок службы, в результате чего они довольно быстро выходят из строя.
2. Полупроводниковые РН на 40 ампер. В отличие от вышеописанных, такие РН обладают более высоким сроком службы, а это, в свою очередь, обеспечивает их более стабильную работу на протяжении всего ресурса эксплуатации.
3. Трехуровневные РН. Такие девайсы по конструктивным особенностям схожи с вышеописанными. Единственно и важно отличие заключается в наличии в конструкции добавочного сопротивления.
4. Многоуровневые РН. Как можно понять из названия, такие РН имеют много уровней защиты благодаря тому, что в их конструкции может быть 3-5 добавочных сопротивлений. В результате этого многие специалисты считают, что такое РН более эффективны и надежные, чем другие виды.

Фотогалерея «Самые распространенные виды РН»

1. Двухуровневый РН для автомобиля ГАЗ 2. Трехуровневый РН фирмы «Совет автоэлектрика»

Проведение диагностики РН своими руками

Теперь расскажем о том, как проверить трехуровневый регулятор напряжения своими руками. Процедура проверки регулятора может быть произведена как на СТО, так и в гаражных условиях, мы же рассмотрим второй вариант. Проверка регулятора напряжения на 40 ампер или меньше должна выполняться с помощью тестера — вольтметра либо мультиметра. Также следует учитывать, что выявление неисправностей в работе РН должно производиться исключительно при полностью заряженной АКБ.

Итак, как проверить регулятор напряжения генератора с помощью тестера:

1. В первую очередь нужно открыть капот и повернуть ключ в замке, включив зажигание.
2. Далее, производится запуск силового агрегата. Двигатель должен поработать вхолостую какое-то время, для получения более точных данных диагностики рекомендуется включить оптику. Число оборотов при работе двигателя должно составлять в районе 2.5-3 тысяч. Чтобы ДВС перешел в такой режим работы, обычно требуется подождать примерно 10 минут.
3. Затем производится подключение щупов тестера к аккумуляторным выводам. Когда вы подключили тестер, на его дисплее должны высветиться показатели диагностики, в идеале они должны составлять примерно 14.1-14.3 вольта.

Если проверка показала другие значения, будь они более высокими или низкими, то нужно заняться ремонтом генераторного узла. Но как показывает практика, проблема обычно кроется именно в РН, поэтому вероятнее всего, его придется заменить. Перед тем, как приступить к диагностике, удостоверьтесь в том, что ремень нормально натянут. Во время диагностики не допускается замыкание контактов, так как это может стать причиной деформации и выхода из строя выпрямительного блока.

Видео «Подключение трехуровневого РН своими руками»

Подробная инструкция по подключению трехуровневого РН с описанием основных нюансов приведена в ролике ниже (автор — канал altevaa TV).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Трехуровневый регулятор напряжения схема подключения

Давно хотел поменять родное РР350 на что-то посовременней. Года два назад были попытки установки другого регулятора, но по незнанию неправильно его подключил(надо было переподключить щёточный узел) и зарядки не было. Тогда решил, что запчасть дохлая и забил на этом, работает да и ладно))

В конце февраля установил новый генератор на 65А, взамен родному 40А.
А недавно установил эл.вентилятор и напряжение довольно сильно просаживалось при его включении, и было решено — надо менять регулятор, может будет лучше 🙂

И вот, на днях решил поставить трёхуровневый регулятор. Купил какой и хотел — трёхуровневый, Калужский.

Схема включения немного отличается от родной — вторую щётку с генератора надо отключить от массы и подать на неё «+».

Всё собрал, подключил, завёл — работает как надо, режимы переключаются — меняется напряжение зарядки АКБ.

Оставил в среднем/номинальном положении «14.2В»- на АКБ 14.3В. Зимой теперь можно хорошенько подзаряжать АКБ, установив переключатель на max.режим — 14.7В.
А если включить в min.режиме(13.6), то ХХ повышаются на 50-100 об/мин. Видимо, генератор оказывает меньшее сопротивление для ДВС при таком режиме, т.к. легче вырабатывать энергию.

И как показалось ДВС стал поприятней работать. То ли вспышки на Марсе, то ли ветра на Плутоне, либо самовнушение))

Фишку от РР350 пока оставил, а РР убрал в багажничек, мало ли чО 🙂

Сегодня на рынке автозапчастей можно найти порой незаменимые вещи. Ни для кого не секрет, что подключение дополнительных нагрузок в автомобиле (света фар, печки, обогрева зеркал и заднего стекла) при работе двигателя на малых оборотах приводит к разряду аккумуляторной батареи, поскольку штатный регулятор напряжения не способен обеспечить оптимальную подзарядку аккумулятора в таких условиях.

Эту проблему можно решить, установив трехуровневый регулятор напряжения. Благо автомобильная промышленность выпускает их в изобилии.

Для этого нам понадобится набор ключей, фигурная отвертка, плоскогубцы, нож и тестер. Но перед установкой нового регулятора не поленитесь прочитать инструкцию, идущую с ним в комплекте.

Итак, приступим к работе.
1. Снимаем клемму массы с аккумулятора во избежание короткого замыкания.

2. При помощи ключа откручиваем гайку на генераторе и снимаем провода.
3. Вынимаем клеммную колодку и демонтируем пластиковый кожух генератора. Он крепится на трех защелках.
4. Снимаем регулятор напряжения. Он крепится на двух болтах.
5. Для улучшения контакта с диодным мостом нужно доработать напильником или наждачной бумагой торцы дистанционной втулки

6. Устанавливаем щеткодержатель нового регулятора напряжения на генератор. Не будет лишним также уплотнить отверстие для входа проводов резиновой втулкой или силиконовым герметиком.

7. Устанавливаем назад пластиковый кожух генератора, можно немного доработать…

8. Прикручиваем новый регулятор напряжения к корпусу автомобиля. ВАЖНО. Нужно обязательно добиться надежного контакта регулятора с массой. Для этого возможное место крепления регулятора нужно очистить от краски или установить шунт к корпусу генератора.

9. Подсоединяем остальные провода. Всю проводку необходимо связать в жгут при помощи пластиковых хомутов. Она не должны касаться высоковольтных проводов и коллектора отработанных газов.

10. Запускаем двигатель и проверяем работу нового регулятора напряжения. При помощи тестера нужно замерять напряжение на выходе с регулятора. При минимальной нагрузке оно должно составлять порядка 13,4 В.

При средней нагрузке – 14,1 В

и при высокой – 14,5 В.

Между прочим, из старого регулятора напряжения легко можно сделать выносной регулятор, который реагирует на температуру под капотом, а не генератора. Сначала для этого нужно удалить «лишние детали». Припаиваем к ножкам регулятора провода, продеваем их через отверстие для одной из щеток и соединяем со щеткодержателем.

Всем привет. Многие драйвовчане себе ставят трёхуровневый регулятор напряжения вот и я себе решил прикупить. Вещь очень полезная, особенно в морозы или когда аккумулятор начинает умирать. На природе когда гоняешь музыку, то тоже полезная штука. Или например кто редко и ненадолго выезжает, и машина стоит на сигнализации, тоже способ как следует подзарядить.

Моему аккумулятору уже 3 года, стоит с завода, тем не менее проблем с ним незнаю. Ниразу его не заряжал и ниразу он меня пока не подводил. Но например в ливень когда много всего включено напряжение проседает и ехать в пробке некомфортно. Но всё равно решил купить этот девайс, вполне может оказаться полезной в нужное время.

Покупал его на сайте www.12v.ru. Генератор у меня стоит белорусский «БАТЭ» индекс 3202.372.

Перед тем как что-то начать делать скидываем минус с аккумулятора. Я же зная это – скинуть забыл, полез откручивать и что-то коротнуло. К счастью обошлось без каких-либо последствий.

Для начала отгибаем резиновый защитный чехол откручиваем гайку и снимаем клеммы В+. Также отсоединяем колодку D.

Трёхуровневый регулятор напряжения. Включены обогрев зеркал и заднего стекла, ближний свет, вентилятор в 3-м положении.
Минимальное положение – 13.0 v;
Среднее положение — 13.4 v;
Максимальное положение – 13.7 v.

К сожалению нет электронного «напряжометра», поэтому смотрел по приборной панели. А вот бортовой компьютер почемуто напряжение показывает выше на 0.5 v.

Результат на лицо, я доволен. А вот что я заметил. При работе на холостом ходу моргают все лампочки. Причём с набором оборотом моргать перестают.

В чём дело? Что я мог сделать не так? Или неисправен регулятор? Хотя напрягу выдаёт как положено. Стал думать в чём дело. Собрал вроде всё как положено, ничего сложного там нет. Может когда коротнуло диодный мост дубу дал? В итоге логически пришёл к наиболее вероятному выводу, это хреновая масса, на которую посадил тумблер. Открутил его и посадил на минус аккумулятора.

Price tag: 260 ₽ Mileage: 30000 km

FakeHeader

Comments 33

Несколько лет назад разработал схему РР с термодатчиком, тоже самое что и трёхуровневый, только напряжение меняет в зависимости от температуры автоматически.

Когда создавал свой реле регулятор цель была создать надёжный реле регулятор, который облегчит зимний пуск двигателя, т.к. в мороз приходилось снимать аккумулятор и греть-подзаряжать дома, что было не удобно. Когда сделал, поставил проблема с запуском двигателя в мороз исчезла. более того проявились другие полезные качества. Как то увеличение срока службы аккумулятора. Двигатель стал заводиться с аккумуляторами, которые раньше его не заводили(меньшей ёмкости или старыми-убитыми). более стабильное напряжение.

вот видео как работает,

кто заинтересовался, может у меня заказать.
vk.com/id6807678

Пипец мосту пришел от него(((

Красава дружище))себе поставил и тоже заметил такую шляпу.все мерцает, сегодня переделаю +100500 тебе:)

Какраз регулятор сломался. Спасибо буду ставить)

Кстати, удобнее провод выводить через большое отверствие, которое выглядит как круг с прямоугольником. Оно вроде как под W. У нас вывода для этого W нет. На сколько я понимаю схему геннадия, это одна из обмоток генератора (фаза). Это отверствие с правой стороны крышки (если считать что B+ и D c левой) и по вертикали находится между отверствиями под B+ и D.

Понятно. А почему на драйв свою машину не выложишь?

Потому что не люблю фотографировать и фотографироваться. У меня даже фотика нормального нет. Можно взять конечно, но надо еще и помыться, найти место, и ракурс подобрать, фото обработать — заниматься тем чем не люблю. Да и время жалко именно на это. Я лучше с дочей повожусь, или машинкой замусь, или за компом посижу ;-), или посплю =) Да и подому что-то надо делать 😉
Да и не люблю фотоотчеты делать (причина выше — не люблю фоторграфировать).

Молодец, хороший выбор 🙂

Сгорел у меня один такой в августе 🙁 Кстати, нехороший человек, тоже моргал свет. Стоял с начала 2010года.
Купил такой-же, но для 10го семейства. Там токосъемник другой. Но мне не бяда, у меня же есть токосъемник 😉

Поставил туда же — на верхний болт крепления правой блок-фары (не нижний как на фото). Все заработало как и прежде, правда моргания нет совсем 😉

А вообще я моргание связывал с тем, что допускал использование в регуляторе схемы ШИМ (широтноимульсного усиления напряжения). Какая там реально схема не знаю. Почему подозревал?
1. Потому что при использовании ШИМ у постоянного напряжения появляется скважность. Т.е. ток идет прямоугольными импульсами, заданной разработчиком схемы, частоты (скорее всего есть определенные рекомендации выбора этой частоты)
2. Сейчас не моргает. Вот и думаю, а ШИМ ли там применяется? 😉

ЗЫ, господа УСТАНОВИВШИЕ, данное Полезное устройство. СЛЕДИТЕ за напряжением бортовой сети! Я этой весной пожег Osram Night Breaker’ы напряжением не менее 16В ((. Хорошо хоть АКБ живая осталась.
ЗЫЫ, полезнее этого регулятора только (по убывающей)
1) ТОРН Адамчука (термооптимизированный регулятор напряжения, супер навороченный)
2) регулятор напряжения от Шеви. Он сам нормально следит за правильным напряжением в бортовой сети. Стоит копейки, по сравнению со ТОРНом, и даже дешевле трехуровника. НО, Внимание, его надо ставить у автэлектрика, если не разбираетесь в геннадие. И ставить так, чтобы, при выходе его из строя, было легко поменять на него же или родной (вдруг в пути, «далеком кишлаке», не будет регулятора от Шеви).

Добавлю сразу, если истерлись щетки, меняйте просто щетки на токосъемнике 😉 Их отдельно в продаже нету. Можно купить дешевый регулятор с такими же щетками, либо выпросить парочку сгоревших регуляторов у автоэлектрика. Только чтобы щетки были нормальной длины, т.е. чтобы торчали не менее 2/3 от новых. Вы же не хотите часто лазить в генадие и паять щетки 🙂

Регулятор напряжения генератора — схема, проверка

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой.

На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции — защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автоматически включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигнализации аварийной работы генераторной установки.

В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков.

Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки — тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется.

Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.

Прежде чем проверить регулятор напряжения генератора, нужно убедиться, что проблема кроется именно в нём, а не в других элементах генератора (слабо натянут ремень, окислилась масса и т.д.), для этого нужно проверить сам генератор (Как проверить генератор?). После этого вам нужно снять регулятор напряжения. Процесс демонтажа регулятора описан в статье «как снять регулятор напряжения?».

В двух словах скажу, что сначала нужно снять минусовую клемму, снять все провода с генератора, снять пластиковый кожух с генератора, затем открутить и вынуть регулятор напряжения в сборе вместе с щётками.

Давайте перейдём непосредственно к проверке регулятора напряжения. Проверять регулятор напряжения нужно обязательно в сборе с щёткодержателями – т.к. в случае обрыва цепи щёток и регулятора напряжения, мы сразу это заметим. Перед проверкой, обратите внимание на состояние щёток: если они обломаны или их длина короче 5мм, неподвижны и не пружинят, – то их нужно заменить.

Для проверки нам понадобится:

• провода;
• аккумулятор автомобильный;
• лампочка на 12в 1-3Вт;
• две обычные пальчиковые батарейки.

Чтобы проверить регулятор напряжения, нам нужно будет построить две схемы: К щёткам подключаем лампочку, К выводам Б и В подключаем «+» от аккумулятора, «-» аккумулятора закрепляем на массу регулятора. Делаем ту же схему, но добавляем последовательно две пальчиковые батарейки. Вывод из всего вышесказанного таков.

Исправный регулятор напряжения генератора: в первой схеме лампа горит, во второй схеме лампа не горит, т.к. напряжение выше 14,7в и подача напряжения на щётки должна быть прекращена. Неисправный регулятор напряжения: в обоих случая лампа горит, значит в регуляторе пробой. Лампа не горит вообще – значит, отсутствует контакт между щётками и регулятором или обрыв цепи в регуляторе.

Сначала узнаем, для чего нужен этот регулятор. Автомобильный генератор во время движения и работы двигателя должен подпитывать аккумуляторную батарею. Тем самым восстанавливается ёмкость аккумулятора, когда он разряжается во время стоянки. Если мы ездим каждый день, то аккумулятор почти не разряжается, если он в исправном состоянии.

Хуже приходиться аккумулятору, когда машина долго стоит без движения, ведь его энергия постепенно уходит на поддержание работы авто сигнализации. Ещё хуже дела обстоят зимой, когда при отрицательных температурах аккумуляторная батарея разряжается очень быстро.

А если вы ездите помалу и не часто, то аккумулятор не заряжается полностью во время движения и может полностью разрядится как-то утром.

Справиться с вышеуказанной проблемой, призван трехуровневый регулятор напряжения. У него три положения работы: это максимальное (выдаёт напряжение на генераторе 14,0-14,2 В), нормальное (13,6-13,8 В) и минимальное (13,0-13,2 В). Как мы знаем из статьи про проверку работоспособности аккумулятора, нормальное напряжение при заведённом двигателе должно быть от 13,2-13,6 В. Это означает, что генератор работает в нормальном режиме и АКБ заряжается в полном объёме.

Это соответствует среднему (нормальному) положению регулятора напряжения. А вот зимой, желательно повысить напряжение до 13,8-14,0 В, т.к. аккумулятор быстрее разряжается при отрицательных температурах. Это делается простым переводом рычажка на регуляторе напряжения. Так будет обеспечена лучшая зарядка АКБ зимой при работающем двигателе.

Летом, особенно когда жара превышает +25 градусов и выше — желательно понизить напряжение генератора до 13,0-13,2 В. Зарядка от этого не пострадает, но генератор не будет “выкипать”, т.е. не будет терять свою номинальную ёмкость и не сокращать ресурс.

Перед заменой регулятора напряжения, обязательно проверьте генератор в целом. Регулятор напряжения нужно менять, если напряжение под нагрузкой бортовой сети (включены дальний, обогрев зеркал, печка) меньше 13в. Так же регулятор напряжения может стать причиной высокого напряжения (выше 14,7в).

Но, как писалось выше, перед снятием регулятора нужно проверить сам генератор, ознакомиться с другими возможными неисправностями (например слабо натянут ремень генератора), и только потом приступать к замене регулятора напряжения. Так же данная статья вам понадобится для замены щёток генератора, т.к. щётки и регулятор напряжения устанавливаются на генератор в сборе.

Итак, как же снять регулятор напряжения? Открываем капот, снимаем минусовую клемму аккумулятора, находим генератор, отсоединяем колодку проводов «D»:

• снимаем защитный резиновый колпачок с наконечников проводов вывода «+». Откручиваем гайку крепления этих проводов, снимаем их с блока генератора;
• далее нам нужно снять сам пластиковый блок генератора (чаще всего он черного цвета). Для этого нужно отсоединить три пружинных фиксатора, расположенных по периметру блока;
• находим регулятор напряжения, и крестовой отверткой откручиваем его крепления;
• вынимаем регулятор напряжения в сборе с щётками, и отключаем от него колодку проводов;
• далее нам нужно проверить регулятор напряжения, дабы убедиться в его неисправности.

Устанавливаем регулятор напряжения строго в обратной последовательности. Стоит отметить, что в последнее время, многие автолюбители стали пользоваться трёхуровневым регулятором напряжения генератора, для того, чтобы избавиться от просадок напряжения в бортовой сети.

Трехуровневый регулятор напряжения ваз

Трехуровневый регулятор напряжения (функции, установка, достоинства)

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 5 мин. Просмотров 77

Современный автомобиль плотно насыщен многочисленными приборами и устройствами, работоспособность которых определяется получением питания от бортовой сети постоянного тока. При заведенном двигателе источником тока служит электрический генератор, ротор которого вращается за счет наличия механической связи с валом. Частота вращения вала двигателя меняется в широких пределах, в результате чего выходное напряжение генератора испытывает колебания. Для уменьшения вариаций напряжения до требуемого значения на выходе выпрямителя устанавливается стабилизатор, который  выполнен в виде реле-регулятора.

В перечень функций генератора обязательно входит подзаряд бортовой аккумуляторной батареи, который для обеспечения длительного срока службы осуществляется определенным током. Наиболее простым способом задания его значения является некоторое превышение напряжения, снимаемого с выхода реле-регулятора, над текущим значением напряжения аккумулятора. При этом немедленно возникает серьезная проблема, которая обусловлена тем, что в зависимости от температуры окружающей среды значение этого превышения должно быть различным.

Очевидное и достаточно просто реализуемое решение по получению заданного выходного напряжения применением температурной коррекции порога срабатывания регулятора за счет установки соответствующего датчика обладает малой эффективностью. Причина этого заключается в том, что температура в подкапотном пространстве из-за соседства с нагретым двигателем  отличается от температуры воздуха, причем определить степень этого отличия простыми средствами не получается.

Еще одна проблема определения заданного значения зарядного тока обусловлена тем, что даже при постоянной температуре окружающей среды нагрузка на бортовую сеть меняется в широких пределах. Это приводит к “провалу” уровня зарядки аккумулятора и сложностям запуска остывшего двигателя после стоянки.

Хорошее средство решения обозначенных задач — переход на реле-регулятор, которое выполняет нужные регулировки дискретным изменением  напряжения, которое создаёт генератор. Заданное значение порога срабатывания этого устройства устанавливается водителем самостоятельно с помощью трехпозиционного тумблера. Некоторые регуляторы подключаются автоматически и содержат внутренний датчик, который контролирует величину мгновенного значения напряжения бортовой сети. В обоих случаях выбор порога отсечки осуществляется с учетом внешних факторов, в первую очередь текущей температуры и условий эксплуатации автомобиля.

Уровень или режим “Минимум”, который соответствует выходному напряжению генератора 13,6 В, используется для работы при температуре воздуха свыше 20°С и применяется при высокой нагрузке на двигатель (пробки, горная местность).

Уровень “Норма” предполагает выходное напряжение 14,2 В, соответствует средней нагрузке на двигатель, используется весной и осенью при окружающих температурах 0– 20 °С.

В режим “Максимум” регулятор рекомендуется переводить при отрицательных температурах воздуха. В теплое время года он активизируется на короткое время для зарядки аккумулятора, сильно “посаженного” после длительной стоянки, например, акустической системой или по иным причинам.

Потребительские качества некоторых моделей трехуровневых реле улучшаются введением в состав схемы дополнительного полупроводникового ключа, который обеспечивает безопасный запуск двигателя. Данный узел блокирует подачу тока на обмотки генератора, если отсутствует у него стабильное выходное напряжение.

На практике распространение получили трехуровневые регуляторы, предназначенные для 9-й и более старшей моделей ВАЗ. Это обусловлено тем, что замена штатного реле на трехуровневое даёт такие преимущества:

Довольно распространены комплекты для вазовских “десяток” и 14-й модели, встречаются и устройства для “Волг” и “Газелей”. Их применение на этих автомашинах дает аналогичный эффект.

Трехуровневый реле-регулятор приобретается в форме готового к установке комплекта, в состав которого включена подробная иллюстрированная инструкция. Основные элементы комплекта — контактная группа, собственно реле с переключателем движкового типа для выбора напряжения стабилизации и соединительные провода.

Перед началом работ по замене целесообразно зарядить аккумулятор и затем отключить его минусовую клемму.

Контактная группа нового устройства монтируется непосредственно на посадочные места предварительно демонтированной старой, установка не требует применения переходников и прочих вспомогательных элементов. Соединительный провод протягивается через крышку генератора (может потребоваться пропилить в ней отверстие требуемого размера), а само реле крепится на свободную крепежную шпильку с ориентацией клеммами вниз. При установке дополнительно проконтролируйте наличие надежного контакта на массу. После монтажа и сборки генератора проверяем его.

Переход на трехуровневое реле-регулятор автомобильного генератора улучшает функционирование электрооборудования автомобиля и увеличивает срок службы аккумулятора. Положительный эффект от его установки проявляется во время сильных морозов. Рекомендуется заменять штатное реле трехпозиционным на машинах производства ВАЗ моделей 9 и старше.

Необходимые компоненты предлагаются в виде сравнительно дешевого готового к монтажу и удобного в работе комплекта. Замена старого реле с последующей проверкой качества монтажа не составляет проблем и выполняется автолюбителем даже с начальным уровнем квалификации в области электротехники. Регулятор отличается высокой эксплуатационной надежностью и оправдывает установку.

— линейный регулятор напряжения, стабилизатор напряжения Зенера и регулятор импульсного напряжения Регулятор напряжения

, как следует из названия, представляет собой схему, которая используется для регулирования напряжения. Регулируемое напряжение — это плавная подача напряжения, без каких-либо шумов или помех. Выходной сигнал регулятора напряжения не зависит от тока нагрузки, температуры и изменения линии переменного тока. Регуляторы напряжения присутствуют почти в каждой электронике или бытовой технике, такой как телевизор, холодильник, компьютер и т. Д., Для стабилизации напряжения питания.

В основном, регулятор напряжения минимизирует изменение напряжения для защиты устройства. В электрической распределительной системе регуляторы напряжения находятся либо в питающих линиях, либо на подстанции. В этой линии используются два типа регуляторов, один из них — ступенчатый, в котором переключатели регулируют подачу тока. Другой — это индукционный регулятор, представляющий собой переменную электрическую машину, аналогичную асинхронному двигателю, который подает питание в качестве вторичного источника. Это минимизирует изменение напряжения и обеспечивает стабильный выход.

Существуют различные типы регуляторов напряжения, которые описаны ниже.

Типы цепей регулятора напряжения

Цепь линейного стабилизатора напряжения

Регулятор напряжения серии

• Шунтирующий регулятор напряжения

Схема стабилизатора напряжения стабилитрона

Цепь стабилизатора напряжения переключения

• Бак тип
• тип повышения
• Buck / Boost тип

Цепь линейного стабилизатора напряжения

Это наиболее распространенные регуляторы, используемые в электронике для поддержания постоянного выходного напряжения.Линейные регуляторы напряжения действуют как схема делителя напряжения, при этом сопротивление регулятора изменяется в зависимости от изменения нагрузки и дает постоянное выходное напряжение. Некоторые преимущества и недостатки линейного стабилизатора напряжения приведены ниже:

Преимущества

• Низкое напряжение пульсаций на выходе
• Ответ быстрый
• Меньше шума

Недостатки

• Низкая эффективность
• Требуется большое пространство
• Выходное напряжение всегда будет меньше входного напряжения

1.Регулятор напряжения серии Регулятор напряжения серии

является частью линейного регулятора напряжения и также называется регулятором последовательного прохода. Переменный элемент, соединенный последовательно, используется для поддержания постоянного выходного напряжения. Когда вы изменяете сопротивление падения напряжения на последовательном элементе, его можно изменять, чтобы обеспечить постоянное напряжение на выходе.

Как вы можете увидеть схему для серии стабилизатора напряжения, NPN-транзистор Т1 является элементом серии и стабилитрон используется для обеспечения опорного напряжения.

Когда выходное напряжение увеличивается, напряжение базового эмиттера уменьшается, благодаря этому транзистор T1 проводит меньше. Поскольку T1 проводит меньше, это уменьшает выходное напряжение, следовательно, поддерживает постоянное выходное напряжение.

Когда выходное напряжение уменьшается, напряжение базового эмиттера увеличивается, благодаря этому транзистор T1 проводит больше. Поскольку T1 проводит больше, это увеличивает выходное напряжение, следовательно, поддерживает постоянное выходное напряжение.

Выходное напряжение определяется как:

  V  O  = V  Z  - V  BE  Куда, V  O  - выходное напряжение V  Z  - напряжение пробоя стабилитрона V  BE  - напряжение базы-эмиттера 

2.Шунтирующий регулятор напряжения

Нерегулируемое напряжение прямо пропорционально падению напряжения на последовательно включенном сопротивлении, и это падение напряжения зависит от тока, потребляемого нагрузкой. Если потребляемый ток нагрузки увеличивается, базовый ток также будет уменьшаться, и из-за этого меньше ток коллектора будет течь через клемму эмиттера коллектора, и, следовательно, ток через нагрузку будет увеличиваться, и наоборот.

Регулируемое выходное напряжение регулятора напряжения шунта определяется как:

  V  OUT  = V  Z  + V  BE  

Регулятор напряжения стабилитрона

Стабилизаторы напряжения

дешевле и подходят только для цепей малой мощности.Он может быть использован в тех случаях, когда количество энергии, расходуемой во время регулирования, не представляет большой проблемы.

Резистор, подключенный последовательно с стабилитроном для ограничения количества тока, протекающего через диод, и входное напряжение Vin (которое должно быть больше напряжения стабилитрона) подключено поперек, как показано на рисунке, и на выходе напряжение Vout берется по стабилитрону с Vout = Vz (напряжение стабилитрона). Как мы знаем, стабилитрон начинает проводить в обратном направлении, когда приложенное напряжение выше напряжения пробоя стабилитрона.Поэтому, когда он начинает проводить ток, он поддерживает на нем то же напряжение и отдает дополнительный ток, обеспечивая стабильное выходное напряжение.

Узнайте больше о работе стабилитрона.

Импульсный регулятор напряжения

Существует три типа импульсного стабилизатора напряжения:

• Бак или понижающий импульсный регулятор напряжения
• Повышающий или повышающий импульсный стабилизатор напряжения
• Buck / Boost Импульсный регулятор напряжения

Buck или понижающий импульсный регулятор напряжения

Бак-регулятор используется для понижения напряжения на выходе, мы даже можем использовать схему делителя напряжения для уменьшения выходного напряжения, но эффективность схемы делителя напряжения низкая, поскольку резисторы рассеивают энергию в виде тепла.Мы используем конденсатор, диод, индуктор и переключатель в цепи. Принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения приведена ниже:

Когда переключатель включен, диод остается смещенным в обратном направлении и источник питания подключен к катушке индуктивности. Когда переключатель разомкнут, полярность индуктора меняется, и диод становится смещенным в прямом направлении и подключает индуктор к земле. Тогда ток через индуктор уменьшается с наклоном:

  d I  L  / dt = (0-V  OUT ) / L  

Конденсатор используется для предотвращения падения напряжения до нуля на нагрузке.Если мы продолжаем открывать и закрывать переключатель, среднее напряжение на нагрузке будет меньше входного напряжения. Вы можете контролировать выходное напряжение, изменяя рабочий цикл коммутационного устройства.

  Выходное напряжение = (входное напряжение) * (процент времени, в течение которого переключатель включен)  

Если вы хотите узнать больше о Buck converter, чем перейти по ссылке.

Повышающий или повышающий импульсный стабилизатор напряжения

Повышающий регулятор используется для повышения напряжения на нагрузке.Принципиальная электрическая схема регулятора наддува приведена ниже:

Когда переключатель замкнут, диод ведет себя как обратное смещение, и ток через индуктор продолжает увеличиваться. Теперь, когда переключатель разомкнут, индуктор создаст силу, заставляющую ток продолжать течь, и конденсатор начнет заряжаться. Постоянным включением и выключением переключателя мы получим напряжение на нагрузке выше, чем входное напряжение. Мы можем контролировать выходное напряжение, контролируя время включения (тонна) выключателя.

  Выходное напряжение = Входное напряжение / Процент времени, в течение которого переключатель разомкнут  

Если вы хотите узнать больше о Boost Converter, чем перейти по ссылке.

Buck-Boost Импульсный регулятор напряжения

Buck-Boost Switching Regulator представляет собой комбинацию Buck и Boost Regulator, он дает инвертированный выходной сигнал, который может быть больше или меньше входного напряжения.

Когда переключатель включен, диод ведет себя как обратное смещение, и индуктор накапливает энергию, а когда переключатель выключен, индуктор начинает выделять энергию с обратной полярностью, которая заряжает конденсатор.Когда энергия, накопленная в индукторе, становится равной нулю, конденсатор начинает разряжаться в нагрузку с обратной полярностью. Благодаря этому понижающий бустер-регулятор также называется инвертирующим регулятором .

Выходное напряжение определяется как

  Vout = Vin (D / 1-D)   где D - рабочий цикл  

Следовательно, если рабочий цикл низкий, регулятор работает как стабилизатор Бака, а когда рабочий цикл высокий, регулятор ведет себя как повышающий регулятор.

Практический пример для цепей регулятора

Цепь положительного линейного стабилизатора напряжения

Мы разработали схему положительного линейного стабилизатора напряжения с использованием 7805 IC . Эта микросхема имеет все схемы для обеспечения питания 5 Вольт. Входное напряжение должно быть не менее 2В от номинального значения, как для LM7805, мы должны обеспечить не менее 7В.

Нерегулируемое входное напряжение подается на ИС, и мы получаем регулируемое напряжение на выходной клемме.Название IC определяет его функцию, 78 представляет положительный знак, а 05 представляет значение регулируемого выходного напряжения. Как вы видите на принципиальной схеме, мы подаем 9 В на 7805IC и регулируем + 5 В на выходе. Конденсаторы С1 и С2 используются для фильтрации.

Цепь стабилизатора напряжения стабилитрона

Здесь мы разработали стабилизатор напряжения Зенера с использованием 5,1 В диода Зенера. Стабилитрон работает как чувствительный элемент.Когда напряжение питания превышает его напряжение пробоя, оно начинает проводиться в обратном направлении и поддерживает то же напряжение на нем и отводит дополнительный ток, тем самым обеспечивая стабильное выходное напряжение. В этой схеме мы даем 9 В входного напряжения и получаем почти 5,1 напряжения регулируемого выхода.

, Как проверить регулятор напряжения вашего генератора

Симптомы плохого регулятора напряжения могут включать в себя:

• Выход высокого напряжения
• Выход низкого напряжения, иногда
• Нет выходного напряжения
• огни тусклые или мерцающие
• Неисправные лампы дальнего света
• Двигатель работает беспорядочно (слабая или мерцающая система зажигания)
• Частое добавление воды в аккумулятор
• Растущая коррозия вокруг клемм аккумулятора и верхней части
• Разряженная батарея
• Индикатор батареи или проверки двигателя горит на приборной панели

Некоторые из этих симптомов могут возникать из-за ослабленных или корродированных соединений системы зарядки.

I. Что делает регулятор напряжения?

Регулятор напряжения управляет выходным напряжением генератора переменного тока, чтобы поддерживать предварительно установленное зарядное напряжение для батареи. Он также контролирует электропитание различных электрических систем автомобиля.

Без регулятора напряжения генератор может выдавать напряжение до 250 вольт. Этого достаточно, чтобы разрушить аккумулятор и электрическую систему автомобиля.

Регулятор напряжения обычно находится внутри или сзади корпуса генератора.Тем не менее, все более поздние модели автомобилей имеют модуль управления двигателем (ECM), регулирующий выходное напряжение генератора переменного тока через специальную цепь.

В старых моделях использовался электромеханический внешний регулятор напряжения, установленный где-то в моторном отсеке.

В управляемой компьютером системе зарядки электронный или силовой модуль управления может контролировать работу системы, отключать зарядный выход, если уровни напряжения слишком высоки, и запускать диагностические коды неисправностей. Это часть отказоустойчивой схемы в компьютере, которая может помочь вам диагностировать системные проблемы и описать возможные неисправности.

II. Тест регулятора напряжения

Этот тест является простой процедурой проверки выходного сигнала регулятора напряжения генератора. Вам нужен цифровой мультиметр для этого теста.

1. Установите стояночный тормоз и переключите трансмиссию на нейтральную (ручной) или парковочный (автоматический).
2. Установите мультиметр на постоянное напряжение и выберите 20 вольт на шкале.
3. Подключите красный провод измерителя к положительному (+) полюсу батареи, а черный провод измерителя — к отрицательному (-) полюсу батареи.
4. Обратите внимание на напряжение холостого хода батареи. Ваша батарея должна быть примерно на 12,6 В, минимум на 12,4 В; в противном случае зарядите аккумулятор и продолжите этот тест.
5. Теперь попросите помощника запустить двигатель и запустить его при 1500 об / мин.
6. Запишите ваши показания вольтметра.

Хорошее выходное напряжение должно быть примерно на 2 Вольт выше, чем напряжение разомкнутой батареи. При необходимости обратитесь к руководству по ремонту вашего автомобиля, чтобы проверить правильные характеристики для вашей конкретной модели.

• Если вы сразу после запуска двигателя заметили, что показание выходного напряжения ниже 13 В, возможно, возникла проблема с системой зарядки.
• Если показание выходного напряжения составляет 16 В или выше, возникает проблема перезарядки. Это обычно указывает на плохой регулятор напряжения.
• Если во время теста кажется, что напряжение колеблется, переключите вольтметр на шкалу напряжения переменного тока и измерьте еще одно выходное напряжение при работающем двигателе.
  • На этот раз подключите красный провод измерительного прибора к клемме B + на задней панели генератора, а черный провод измерительного прибора к отрицательному полюсу аккумулятора (-).
  • Обычно наличие 0,25 В переменного тока означает негерметичный диод, который требует замены генератора. Но некоторые производители рекомендуют заменить генератор переменного тока, если обнаружено 0,50 В переменного тока.
  • Однако, если вы заметили проблемы с производительностью двигателя, возможно, это проблема. При необходимости проконсультируйтесь с руководством по ремонту вашего автомобиля относительно приемлемой скорости утечки диода.

Если ваше выходное напряжение соответствует техническим требованиям, продолжите этот тест:

1. При работающем двигателе увеличьте обороты двигателя до 2000 об / мин.
2. Включите фары, переменный ток, обогреватель и другие сильноточные аксессуары, которые у вас могут быть.
3. Запишите ваши показания вольтметра.

Показание выходного напряжения должно быть примерно на 0,5 В выше, чем напряжение разомкнутой цепи вашей батареи.

Большинство регуляторов напряжения откалиброваны для вывода от 13,5 до 15,5 зарядных вольт на полностью заряженном аккумуляторе при нормальной температуре без каких-либо аксессуаров или включенного освещения. Обратитесь к спецификациям в руководстве по ремонту вашего автомобиля для вашего конкретного применения.

Имейте в виду, что изношенный или ослабленный приводной ремень и другие условия эксплуатации автомобиля, такие как высокие температуры, могут повлиять на работу регулятора напряжения.

Когда ваш тест показывает стабильный или прерывистый выход высокого или низкого напряжения, возможно, неисправен стабилизатор напряжения. Однако большинство регуляторов напряжения выходят из строя из-за высокого выходного напряжения. Однако, прежде чем идти дальше, убедитесь, что все соединения с генератором и аккумулятором исправны и чисты, как описано в следующем разделе.

1. Проверка проводов с помощью падения напряжения

Быстрый способ проверки проводов и соединений в зарядной системе — проверить наличие падений напряжения.

1. Установите вольтметр на 2 вольт.
2. Запустите двигатель и дайте ему поработать на холостом ходу.
3. Измерьте напряжение на отдельных проводах и соединениях в зарядной системе.
4. Если в каком-либо проводе или соединении присутствует напряжение более 0,2 В, проверьте, не повреждены ли корродированные, не повреждены ли провода.
5. При фиксации проводов и соединений стремитесь к падению напряжения менее 0.1 вольт или 0.

Проверьте также падение напряжения вокруг основания двигателя, если необходимо.

Если соединения цепи зарядки в порядке, продолжите следующие испытания. Вы можете проверить, неисправен ли ваш регулятор напряжения, с помощью теста обхода регулятора, как описано в следующем разделе.

В следующем видео представлен обзор проверки системы зарядки, которой вы также можете следовать, чтобы проверить систему зарядки при необходимости.

2. Проверка обхода регулятора напряжения

На многих генераторах (кроме тех, которые имеют компьютерное регулирование напряжения) вы можете обойти регулятор напряжения, чтобы проверить, не поврежден ли ваш регулятор напряжения или какой-либо другой компонент (генератор или цепь зарядки).

Может быть несколько способов обойти регулятор напряжения, в зависимости от конфигурации системы зарядки для вашей конкретной модели автомобиля.

• Если задняя часть вашего генератора имеет «тестовую вкладку», вам нужно защелкнуть эту вкладку на раме генератора с помощью отвертки при проверке выходного напряжения на батарее при работающем двигателе.
• В других системах вам может потребоваться соединить клеммы аккумулятора и поля с помощью перемычки при проверке выходного напряжения на батарее при работающем двигателе.

Обратитесь к руководству по ремонту автомобиля для конкретной модели, чтобы провести этот тест, если это необходимо.

• Когда регулятор напряжения обойден, вы должны увидеть максимальное выходное напряжение.
• Если выходное напряжение находится на нормальном уровне, скорее всего, неисправен регулятор напряжения.
• Если выходное напряжение остается на том же уровне, что и при первоначальном тестировании, скорее всего, у вас неисправный генератор.

В следующем видео показано, как проверить внешний регулятор напряжения и как его обойти.

3. Регулировка регулятора напряжения

Некоторые генераторы со старой конфигурацией позволяют регулировать регулятор напряжения. На этих устройствах вы можете найти небольшой регулировочный винт на регуляторе напряжения.

1. Подключите свой вольтметр к клеммам батареи.
2. Установить стояночный тормоз.
3. Переключите коробку передач на нейтральную (ручной) или парковочную (автоматическая).
4. Запустите двигатель и дайте ему поработать на холостом ходу. Выключите все аксессуары, если это необходимо.
5. Проверьте зарядное напряжение аккумулятора.
6. Поверните регулировочный винт с помощью небольшой отвертки, чтобы отрегулировать зарядное напряжение в соответствии со спецификациями.

Обратитесь к руководству по ремонту вашего автомобиля, чтобы убедиться, что у вас есть регулируемый регулятор напряжения, найдите регулировочный винт и установите выходное напряжение в соответствии со спецификациями.

4. Проверка контактного регулятора напряжения

Генераторы постоянного тока старого типа и ранние системы зарядки транспортных средств использовали регулятор напряжения контактного типа. По сути, он состоял из катушки, набора точек и резисторов для управления напряжением генератора и выходным током.Эти регуляторы были заменены электронными или твердотельными регуляторами напряжения.

Тем не менее, сегодня на дороге могут быть транспортные средства, оснащенные регулятором этого типа.

Обычно точки контакта в регуляторе вызывают проблемы после многих миль обслуживания из-за износа или точечной коррозии.

Для ремонта контактного стабилизатора напряжения:

• Запишите, проверьте и отрегулируйте точки регулятора, если необходимо.
• Если напряжение по-прежнему не соответствует техническим характеристикам, заменить регулятор.

См. Руководство по ремонту для конкретной марки и модели автомобиля.

III. Замена регулятора напряжения

Чтобы заменить его, снимите регулятор напряжения сзади или внутри генератора. Обратитесь к руководству по ремонту вашего автомобиля для процедуры для вашей конкретной модели.

Если у вас еще нет руководства, вы можете купить относительно недорогую копию онлайн через Amazon. Руководства Haynes содержат пошаговые инструкции для многих проектов по техническому обслуживанию, устранению неполадок и замене компонентов, которые вы можете выполнять дома.Так что вы скоро окупите свои небольшие инвестиции.

В некоторых моделях транспортных средств используются генераторы с внутренним регулированием напряжения. Скорее всего, вам придется заменить генератор, если регулировка напряжения не удалась.

Кроме того, в моделях с управляемым компьютером регулированием напряжения проблемы с этой схемой означают необходимость замены модуля управления силовой передачей (PCM).

Если вы подозреваете проблему с системой зарядки, кроме регулятора напряжения, вы можете проверить систему зарядки.

, LM317 Принципиальная электрическая схема регулятора переменного напряжения

Всякий раз, когда нам нужно постоянное и конкретное значение напряжения без колебаний, мы используем IC регулятора напряжения. Они обеспечивают фиксированный регулируемый источник питания. У нас есть регуляторы напряжения серии 78XX (7805, 7806, 7812 и т. Д.) Для положительного источника питания и 79XX для отрицательного источника питания. Но что делать, если нужно изменить напряжение питания, поэтому здесь у нас есть стабилизатор переменного напряжения IC LM317. В этом уроке мы покажем вам, как получить переменное регулируемое напряжение от LM317 IC.С помощью небольшой схемы, подключенной к LM317, мы можем получить переменное напряжение до 37 В с максимальным током 1,5 А. Выходное напряжение изменяется путем изменения резистора, подключенного к регулируемому выводу LM317.

Необходимые компоненты Регулятор напряжения

• LM317 IC
• Резистор (240 Ом)
• Конденсатор (1 мкФ и 0,1 мкФ)
• Потенциометр (10К)
• Батарея (9 В)

принципиальная схема

LM317 Регулятор напряжения IC

Это регулируемая трехполюсная ИС регулятора напряжения с высоким значением выходного тока 1.5A. Микросхема LM317 помогает в ограничении тока, защите от тепловой перегрузки и в безопасной рабочей зоне. Он также может обеспечить работу с плавающей точкой для применения под высоким напряжением. Если мы отсоединяем регулируемую клемму, LM317 все равно поможет в защите от перегрузки. У него типичная линия и регулировка нагрузки 0,1%. Это также устройство без содержания свинца.

Его рабочая температура и температура хранения находятся в диапазоне от -55 до 150 ° C и обеспечивают максимальный выходной ток 2,2 А. Мы можем обеспечить входное напряжение в диапазоне 3–40 В постоянного тока, а i т может дать выходное напряжение 1.От 25 В до 37 В , которые мы можем варьировать в зависимости от необходимости, используя два внешних резистора на регулируемом ПИН-коде LM317. Эти два резистора работают как схема делителя напряжения, используемая для увеличения или уменьшения выходного напряжения. Проверьте здесь цепь зарядного устройства 12 В с использованием LM317

PIN-код LM317

Конфигурация контактов

PIN-код	ПИН-код	PIN-код Описание
1	Настроить	Мы можем настроить Vout через этот контакт, подключив к цепи делителя резистора.
2	Выход	Вывод напряжения на выходе (Vout)
3	Вход	Штырь входного напряжения (Vin)

Расчет напряжения для LM317

Во-первых, вы должны решить, какой выход вы хотите. Как и LM317, имеющее выходное напряжение , диапазон 1.25 В до 37 В постоянного тока. Мы можем регулировать выходное напряжение двумя внешними резисторами, подключенными через регулируемый вывод микросхемы. Если говорить о входном напряжении , оно может находиться в диапазоне от 3 до 40 В постоянного тока.

«Выход будет зависеть только от внешнего резистора, но входное напряжение всегда должно быть больше (минимум 3 В) необходимого выходного напряжения». Как правило, рекомендуемое значение резистора R1 составляет 240 Ом (но не фиксированный, вы также можете изменить его в соответствии с вашими требованиями), мы можем изменить резистор R2.

Вы можете непосредственно найти значение выходного напряжения или резистора R2, используя формулу ниже:

  Vout = 1,25 {1 + (R  2  / R  1 )}   R  2  = R  1  {(Vout / 1.25) - 1}  

Вы можете напрямую использовать калькулятор LM317 для быстрого расчета резистора R2 и выходного напряжения.

Давайте возьмем пример, значение R1 будет рекомендуемым значением 240 Ом, а R2 мы принимаем 300 Ом, поэтому какое будет выходное напряжение:

 Vout = 1.25 * {1+ (300/240)} = 2.8125v 

Вы можете посмотреть живое демонстрационное видео ниже.

Работа цепи регулятора напряжения LM317

Эта схема регулятора напряжения очень проста. Конденсатор С1 используется для фильтрации входного напряжения постоянного тока и дополнительно подается на вывод Vin ИС регулятора напряжения LM317. Регулируемый вывод соединен с двумя внешними резисторами и соединен с выводом Vout микросхемы. Конденсатор С2 используется для фильтрации выходного напряжения, получаемого от вывода Vout.И тогда выходное напряжение поступило на конденсатор С2. Проверьте полное рабочее видео ниже.

,

схема регулятора напряжения ваз 2110 — Автосайт

Включение дополнительных нагрузок (обогрева заднего стекла, фар, печки и др.) приводит к разряду аккумулятора даже при работающем двигателе с исправным штатным регулятором напряжения. Все эти проблемы решаются установкой трехуровневых регуляторов напряжения

Включение дополнительных нагрузок (обогрева заднего стекла, фар, печки и др.) приводит к разряду аккумулятора даже при работающем двигателе с исправным штатным регулятором напряжения. Все эти проблемы решаются установкой трехуровневых регуляторов напряжения.

Нормальная подзарядка АКБ осуществляется при напряжении выше 13.9В. Узнать напряжение сети автомобиля можно с помощью Бортового компьютера.
Установка трехуровневого регулятора напряжения позволяет решить проблемы зарядки аккумулятора и продлить срок его службы.

Трехуровневый регулятор напряжения своими руками Сделать самостоятельно трехуровневый регулятор напряжения не сложно. Главное, что бы под рукой был весь необходимый материал.

Самодельный трехуровневый Регулятор Напряжения сделал pukh
Он решил сделать трёхуровневый РН на базе штатного.

Что понадобилось:
Две диодной сборки с барьером шоттки 25CTQ045 на ток 30А и падением напряжения на диоде 0,4 В

В одном корпусе два диода (их можно запаралелить), но у них катоды общие Поэтому пришлось брать две диодной сборки. Оговорюсь сразу, что для данной схемы не нужны такие мощные диоды.

Достаточно 5А. Я какие нашёл, такие и купил. Радиаторы охлаждения для диодов. Решил поставить, так как не знаю какой ток диоды выдерживают без них. Тумблер со средним положением 6А 125В постоянки/3А 250В переменки. Пластмассовый фиксатор провода в корпусе. Пластмассовый корпус. Взял от блока центрального замка. Пластмассовая крышка корпуса. Металлическая планка крепления электро-приводов замков дверей

Я использовал её для крепления корпуса к кузову. Провод Я взял красно-чёрный провод(лапша) для питания ?музыки?. Провод такой взял для того, что бы продеть его через прорезь пластмассовой крышки генератора. Схема включения диодов и изображена схема выводов диодной сборки 25CTQ045.
1. MIN — без диодов (оба замкнуты)
2. MAX — используются оба диода
3. MID — используется только диод D2.
В такой схеме любые переключения безболезненны — в промежуточных состояниях тумблера будет режим №2.

Подключил к клемме «ВХ» — красный провод, а к «Вых» — чёрный провод.
Когда тумблер S1 находится в положении «1», то генератор работает в штатном режиме. В положении «3» тумблера S1 подключен один диод шоттки. Напряжение на выходе генератора увеличивается на 0,3-0,4В. Когда тумблер S1 в положении «2», то к схеме генератора подключены два последовательно включенных диода шоттки. Напряжение на выходе генератора увеличивается на (0,3-0,4В)*2. Показано расположение деталей в корпусе и крепление металлической планки на крышке корпуса.

Для подключения коробочки с диодами к генератору пришлось снимать пластмассовую крышку. Через прорезь в крышке генератора я провел провода.
К красному проводу припаял клемму «папа». Она подключается к проводу с «мамой», идущему от дополнительных диодов диодного моста. К чёрному проводу припаял клемму «мама» с заделкой провода под 90 градусов. Этот провод подключается непосредственно на клемму возбуждения регулятора напряжения. Подключив эти провода в схему генератора, надеваем пластмассовую крышку на место и подсоединяем штатные провода идущие к гене.
Вот так это выглядит в сборе

Далее пластмассовую коробочку с диодами прикручиваем к кузову машины между адсорбером и правой фарой.
Что бы смотрелось одеваем на провод пластмассовую «кишку» и укладываем вдоль штатной проводки и закрепляем хомутами.

Что было:
На холодную — 13,9В. С прогревом (отрицательная термокомпенсация) — 13,6В. Под max нагрузкой(габариты, ближний свет, передние и задние противотуманки, обогрев заднего стекла, вентилятор печки на «4» положении) — 13,3В. Что стало(использую пока один диод):
На холодную — 14,2В . С прогревом — 13,9В. Под max нагрузкой — 13,6В. Что стало(два диода):
На холодную — 14,5В. С прогревом — 14,1В. Под max нагрузкой — 13,8В.
Замеры проводились при температуре за бортом за 30 градусов.
Трехуровневый РН от rombic
Решил сделать переключатель на двух диодах Шоттки по примеру pukh`а.

Порядок действий:
Диоды приобрел MBR1545. Тумблер 6А (потому что используемый в первом сообщении явно слабоват, хотя переключение тумблера под нагрузкой не рекомендуется (может выбить транзистор таблетки), а без переключений он выдержит ток больший, чем его номинал.) Радиатры — половинки найденного радиатора от транзистора (распилил, просверлил отверстия и нарезал резьбу). Корпус — стандартный с уплотнительной резинкой

Монтаж довольно плотный, поэтому пришлось на все оголенные выводы надеть фторопластовые трубочки. Просверлены отверстия под тумблер, гермоввод и винты крепления радиаторов. Кабель двухжильный 2*0,75. Фастоны («мама» с заделкой под 90 градусов и прямой «папа») обжал, пропаял для надежности и заделал в термоусадочные кембрики.
Прикрутил к моторному щиту за ресивером к имеющемуся свободному отверстию. Провод проложил в жгуте рядом с бачком омывателя. В генераторе выломил одну пластмассовую перегородку и все подключил без проблем.

Раньше было:
В холостую — 13,8В. Под нагрузкой — 13,4В. Сейчас с одним диодом:
В холостую — 14,0-14,2В. В жару под нагрузкой опускается до 13,8В. Очень доволен, всем рекомендую.
Купить трехуровневый регулятор напряжения Если Вы не совсем разбираетесь в электрике и отчеты по самодельному изготовлению трехуровневого РН только путают или просто нет желания возиться с этим самостоятельно, тогда Вы можете заказать трехуровневый регулятор напряжения в интернет-е

Частенько покупают у фирмы Энергомаш. Хотя отзывы о их продукции бывают разные, так что решайте сами, покупать или нет.

Установка трехуровневого регулятора напряжения фирмы Энергомаш от zufa66

Комплект:
Коробка Инструкция Регулятор, соединенный проводом со щеткодержателем.

Что сразу бросилось в глаза — увеличенного размера щетки

Понадобится инструмент:
Ключ рожково-накидной S10 Отвертка крестовая Нож Возможно тестер Щипцы для обжима клемм. Порядок действий:
1-Окручиваем и снимаем минусовую клемму с аккумулятора
2-Ключиком S10 окручиваем гаечку М6 на генераторе и отводим в сторону провода.
3-Сдергиваем колодку типа «мама» и поддев три защелки снимаем пластиковый кожух генератора.
4-Откручиваем два винта крепления регулятора и сняв штекер снимаем его.
5-Попутно, открутив гаечка М6 немного доработаем на напильнике торцы дистанционной втулки — для лучшего контакта к диодному мосту

6-Ставим щеткодержатель на место регулятора, немного уплотнив отверстие входа проводов герметиком

7-Доработав пластиковый кожух генератора, устанавливаем его на место

8-Проложив провод вдоль штатной проводки к возможному месту установки регулятора, закрепляем его пластиковыми хомутиками

Нужно обязательно добиться хорошего контакта регулятора с «массой», а лучше сделать шунт, соединив им корпуса генератора и регулятора.

9-Прикручиваем остальные провода и запустив двигатель проверяем работу нового регулятора при полной нагрузке(фары, печка, обогрев стекла и т.д.):
минимум норма максимум
Из старого регулятора напряжения со сломанной щеткой решил сделать просто выносной регулятор, реагирующий на температуру подкапотного пространства, а не генератора. Для этого ножовкой по металлу отпиливаем и удаляем «не нужные нам детали».
В отверстие одной из щеток продеваем провод и припаиваем к ножкам регулятора

Теперь соединив с щеткодержателем проверяем работу.

Ну вроде, приблизительно так -))

Кстати, увеличить напряжение сети автомобиля можно простой доработкой генератора.

Дополнительный материал по теме и первоисточник:
Самодельный трёхуровневый регулятор напряжения ( фотоотчёт ) с форума autolada Трехуровневый регулятор напряжения! с форума autolada Генератор и лужи. с форума Завгара Трехуровневый регулятор напряжения. с форума 2112 Интернет- Энергомаш НПП Автомобильная электроника Установка трехуровнего регулятора напряжения, производства Энергомаш г.Калуга Впечатления после эксплуатации трехуровневого регулятора напряжения от ЗАО «Энергторгмаш» 67.3702?02 для ВАЗ 2115

Похожие статьи:

Полезные советы → Как правильно выйти из заноса

Полезные советы → Как правильно переехать «лежачего полицейского»

Полезные советы → Правила зимнего вождения

Полезные советы → Секретные буквы в вашем автомобиле

Полезные советы → Как защитить свой автомобиль и имущество от воровства?

80 — Трёхуровневый РН вместо встроенного

О реле-регуляторе (а правильнее говорить – о регуляторе напряжения) я писАл уже не один раз.
Первый раз, в этой теме я показывал, как менять ему щетки.
Второй раз, в этой теме, я показывал, как поднять ему выходное напряжение с помощью диода.
Ну а сейчас, в этой теме, я покажу, как его сломать. )))

Но сначала – не скажу чтобы краткий, но необходимый экскурс в мир бортовой сети автомобиля, чтобы вы поняли, для чего все это делалось.

Итак, генератор. Великий и ужасный. Без которого современное авто обойтись не может никак. Который обеспечивает электроэнергией все потребители, и который поддерживает в живом состоянии аккумуляторную батарею вашего авто.

Выходным напряжением генератора, как известно, управляет регулятор напряжения (в дальнейшем – РН). И от работы этого РН зависит величина и стабильность напряжения бортовой сети автомобиля.

Подавляющее большинство современных РН изготавливаются в одном блоке со щетками и устанавливаются внутри генератора. В автомобилях VAG, Мерседесах, Шкодах, Фордах, и многих других выпуска 80 … 2000 г., конструкция РН отработана чуть ли не до идеала. Вы и сами можете взглянуть на нее, сходив по приведенным выше ссылкам (если раньше не видели). Снимается и ставится такой РН в 10 секунд – для этого достаточно открутить/закрутить всего 2 винта.

Но как бы ни был он хорош с точки зрения простоты и практичности – его конструкция и место его установки имеет несколько очень серьезных недостатков.

Первый, и самый главный недостаток – этот РН питается от трех дополнительных диодов, расположенных внутри генератора.

Для наглядности привожу схему РН генератора Бош. Основная масса РН, изготавливаемых для авто указанных выше годов (а некоторых – и поныне), собрана по аналогичной схеме.

Красным крестиком на схеме указана цепь питания РН с допдиодов генератора. Об этом крестике еще будет упомянуто далее, а сейчас – продолжаем.

Итак, повторюсь, РН питается от трех дополнительных диодов. Напряжение на этих трех диодах является для него эталонным. РН следит за напряжением только на этих трех диодах. РН ничего не знает о напряжении на выходе «+В» генератора, к которому подключены все потребители в авто.
И в результате, при включении мощных потребителей тока (обогрев заднего стекла, фары, вентиляторы, компрессор, и т. д.), напряжение в бортовой сети начинает проседать.

Если бы вход РН был подключен к выходу «+В» генератора – он мгновенно среагировал бы на проседании напряжения, и восстановил бы его. Но РН про проседание напряжения не знает – ведь на допдиодах, к которым он подключен, проседания нет. И в результате, при большой нагрузке, напряжение бортовой сети падает неприлично сильно. У многих оно падает ниже 13 Вольт – и это отрицательно сказывается на аккумуляторе. И особенно – зимой.

Но об аккумуляторах мы еще поговорим позже. А сейчас – о втором недостатке встроенного в генератор РН.

Все схемы РН делаются с термокомпенсацией. Связано это с тем, что при повышении температуры электролита в АКБ, напряжение на ней должно быть снижено для исключения вскипания электролита. Графики зависимости допустимого зарядного напряжения на клеммах АКБ от температуры электролита есть в интернете, желающие могут их поискать. Мы же посмотрим на это с другой точки зрения:

Итак, РН является термокомпенсированным. Но вспомните, где стоит РН, и где стоит аккумулятор.
И спросите себя: а температуру чего же меряет РН?

— Правильно – раскаленного генератора, в котором он стоит!

А аккумулятор в это время стоит где-то там, далеко в уголке, да еще и закрытый крышкой у многих авто…
А у некоторых он стоит вообще в салоне под задним сиденьем…
А у некоторых он находится даже в багажнике…

А нагретый от генератора РН добросовестно снижает напряжение генератора, хотя электролит в АКБ в этот момент еще ледяной… РН снижает напряжение – и без того такое нужное, и уже просевшее при включенных мощных потребителях. И результатом такого недальновидного конструкторского решения становится хронический недозаряд аккумулятора.

А дальше мы имеем то, что имеем – аккумулятор недозаряжается. И мы ездим с полуразряженным аккумулятором – и он медленно, но верно дохнет от этого. (((

Но это летом – медленно. А зимой – очень даже быстро. И если у вас стоит аккумулятор кальциевый – вы выбросите его очень скоро. Достаточно одного глубокого разряда – и вы не вернете его к 100% емкости уже никогда. А основная масса современных аккумуляторов – как раз кальциевые…

Из всего этого можно сделать два основных вывода:

1. РН должен следить за напряжением непосредственно на клеммах АКБ (или хотя бы на клемме «+В» генератора.

2. РН должен иметь датчик температуры, устанавливаемый хотя бы на корпус АКБ, а если это невозможно или технически неоправданно – РН должен находиться ВНЕ генератора.
И лучше – рядом с АКБ.

О третьем пункте будет упомянуто позже. А сейчас – о решении, к которому пришел я:

Как вы помните, я уже переделывал свой РН, подняв ему напряжение. Этот метод имеет право на жизнь, так как он является самым простейшим методом. Но он имеет и отрицательную сторону – диод, добавляемый в цепь массы РН, схемотехнически включается последовательно с обмоткой возбуждения генератора. И из-за сопротивления этого диода снижается мощность, отдаваемая генератором в бортовую сеть. Особенно это сказывается на холостых оборотах двигателя, когда скорость вращения ротора генератора мала. Кроме того, напряжение начинает пульсировать – это хорошо заметно по лампам приборки.

Далее — мало того, что в схемах РН управлением обмотки возбуждения занимается обыкновенный биполярный транзистор, имеющий внушительное сопротивление перехода коллектор-эмиттер – так мы еще добавили в эту цепь еще и диод… А мы стоим на перекрестках с включенными фарами, печками, обогревателями сидений и стекол… И все это начинает питаться от АКБ, так как генератор обеспечить все это не в состоянии…

Выбрав время, я ради эксперимента вскрыл таблетку своего РН (у меня там оказалась схема на бескорпусных элементах), вычислил там управляющий транзистор, выкусил его и воткнул вместо него полевой транзистор (у полевых транзисторов сопротивление сток-исток на порядок меньше, чем у биполярных) — но большего сделать у меня не получилось.

А я надеялся убрать дебильную термокомпенсацию и скорректировать выходное напряжение РН внутри схемы, чтобы убрать установленный когда-то диод… Но не судьба – с бескорпусным монтажом сделать что-либо практически невозможно… (((

На этом мой экскурс заканчивается. Далее пойдет практическая часть.

Замечу только, что в продаже можно было найти РН с повышенным напряжением. Есть такие – на 14,5 Вольт. Но покупать новый РН и наступать на старые грабли (см. два вывода выше) мне не хотелось. Кроме того, напряжение в 14,5 Вольт меня не устраивало (далее будет сказано, почему).

И я совсем уже было собирался соорудить РН по собственным предпочтениям, когда в интернете наткнулся на вот такой выносной регулятор.

Это РН российской фирмы Энергомаш. Имеет встроенный переключатель, которым можно переключать напряжение на выходе генератора. Настроен на три порога: 14.2 Вольта, 14,9 Вольт и 15,2 Вольт. Проехавшись по нашим магазинам, наткнулся на почти такой РН и приобрел его. Почти – потому что в наличии был только РН в сборе со щеточным узлом на переднеприводные модели ВАЗов. И пороги у него были другие — 13,6 Вольт, 14,2 Вольта и 14,7 Вольта. Вот он –

Симпатичная продавщица, узнав, что я беру РН для иномарки, сказала, что если он не подойдет — назад они его не возьмут. )))

На что я ответил, что назад я его не принесу в любом случае.
Знала бы она, что я собираюсь с ним сделать… )))

Кроме того, я купил там же пару проводов с наконечниками под болт, разъем реле стартера ВАЗ (само реле у меня уже было) и выносной предохранитель. Для чего — будет рассказано далее.

Привожу фоты реле с разъемами и предохранителя —

Итак, первым делом, приехавши домой, я вскрыл купленный РН.

Глядите, что у него внутри –

РН внутри залит прозрачным герметиком. Я удалил этот герметик, снял с платы РН транзистор КТ829, и установил вместо него мощный полевик IRF3205, имеющий сопротивление перехода исток-сток всего-навсего 8 миллиОм (0,008 Ом). Замечу, что у лучших экземпляров КТ829 этот параметр имеет значение около 10 Ом, что, как вы сами понимаете, на три (!) порядка выше…

Зачем его туда ставит завод – до сих пор понять не могу…

Далее – сменил дохленький диод 1N4007, шунтирующий обмотку возбуждения, на 5-амперный SR506. Припаял к выводу истока транзистора провод с клеммой под болт и вывел его из корпуса РН к месту отверстия под его крепление. Эта операция связана с не понравившимся мне контактом алюминиевого фланца крепления (он же теплоотвод и вывод массы РН с общим проводником платы, к которому припаян вывод истока). Электроника, как известно – наука о контактах. Лишние заморочки в виде пропадания зарядки из-за хренового контакта мне совсем не нужны…

Затем подключил РН к регулируемому источнику питания и подбором пары резисторов выставил пороги как у первого описанного здесь регулятора (14,2; 14,9; 15,2 Вольт).

Термокомпенсацию убирать не стал, ибо ставить этот РН внутрь генератора, конечно же, не собирался. )))
Ну а потом залил плату парой слоев лака и вернул ее в корпус.

Ну а теперь начинается третья часть – самая для вас интересная.

Снимаем с генератора РН. На фото обозначена цоколевка его выводов.

Нам нужно полностью отрезать соединения щеток от таблетки РН.
Для этого сначала перепиливаем ножовкой по металлу выход РН на дальнюю щетку.

Затем перепиливаем соединение ближней щетки с выходом контакта, на который приходит питание с трех допдиодов. Дополнительно откусываем сам упор контакта, чтобы исключить подачу напряжения с допдиодов не только на щетку – но и на таблетку РН вообще. Двойная перестраховка, так сказать. )))

Если теперь вернуться назад, к схеме этого РН, тот самый красный крестик на схеме и указывает, откуда мы отрезаем плюсовой вход регулятора.

Массу РН трогать не нужно. Я не стал трогать и установленный когда-то диод – он так и остался там на память. )))

Затем отмеряем необходимую длину провода от места установки нового РН до генератора и отрезаем в этом месте ненужный нам щеточный узел нового РН.

После чего припаиваем провода к выводам щеток.

Ставим получившийся щеточный узел в генератор и притягиваем его кабель к одному из винтов крепления хомутиком.

Прокладываем кабель к месту установки РН, крепя его к проводке несколькими пластиковыми стяжками.

Затем устанавливаем сам РН. Я поставил его возле АКБ, на боковую стенку площадки.

Для этого мне пришлось сначала снять блок коммутатора зажигания с бобиной для облегчения работы с дрелью.

Примерившись, сверлим два отверстия и прикручиваем РН и реле стартера на их теперь постоянные места.

Подключаем провода щеточного узла к РН.

Сам РН подключаем по такой схеме – она объясняет, для чего ранее были приобретены в магазине реле стартера и выносной предохранитель —

Плюсовой вывод с АКБ подключаем к контакту 30 реле через предохранитель 7,5 — 10 Ампер. Контакт 87, который при срабатывании реле соединяется с контактом 30, подключаем с входом + регулятора. С этим входом, как видим, соединяется и одна из щеток.

Управляющий обмоткой реле плюс (86 на схеме) подключаем к плюсовому проводу бобины либо коммутатора зажигания – у меня он стоит рядышком. На этом проводе при включении замка зажигания появляется напряжение +12 Вольт – и оно включает реле.

Второй вывод обмотки реле заводим на массу – под болт крепления реле стартера.

Затем ставим на место блок коммутатора с бобиной и подключаем их разъемы.

Вот так оно и стоит у меня теперь.
Дополнительно привожу фото провода питания РН с предохранителем –

Провод я протянул в кембрик и провел под площадкой АКБ – там у меня идет жгут проводки.
К нему я и пристегнул новый провод.

Ну а теперь часть последняя – ради чего все это затевалось:

Напряжение на АКБ при первом положении переключателя РН (лето) –

Напряжение на АКБ при среднем положении переключателя РН (весна-осень) —

Напряжение на АКБ при верхнем положении переключателя РН (зима) –

Как видим, установленные при налаживании РН пороги напряжений снизились примерно на полторы десятые Вольта. Это — следствие сопротивления провода с плюсовой клеммы АКБ, введенного в провод предохранителя и переходного сопротивления контактов реле стартера.

Я планировал чуть позже снять РН и откорректировать пороги чуть вверх (для этого там нужно подобрать всего один резистор) – да так и не собрался. Так и езжу уже четвёртый год. )))

Теперь самое главное – напряжение на АКБ не меняется ни на сотую при включении любых потребителей. Я специально включил все, что было можно – и напряжение осталось неизменным, причем проверялось это на холостых оборотах двигателя.

Во время произведения замеров включился вентилятор охлаждения – и я воочию узрел, как работает РН: напряжение на мгновение просело – и тут же вернулось к своему прежнему значению.

Вот мы и почти подошли к концу темы. Два пункта, о которых писАлось во второй части темы, у меня выполнены. РН подключен к АКБ, и установлен рядом с АКБ – что сделает температурную компенсацию РН более соответствующей эксплуатации.

Остался третий пункт, о котором я обещал сказать: правильный РН должен отключать обмотку возбуждения генератора при пуске двигателя. В этот момент она бесполезно ест нужные при запуске в мороз Амперы (на таких оборотах генератор напряжение выдать не может). Самые навороченные последние РН (и они имеются у Энергомаша) имеют такую функцию. Пока двигатель не раскрутится до 400 об/мин, эти РН не включают обмотку возбуждения генератора – и этим облегчают пуск двигателя. Но для реализации этой возможности нужно будет разобрать генератор и сделать вывод от одной из его фазных обмоток. Этот вывод подключается к измерительному входу РН, после чего и начинает работать эта функция.

В моем выносном РН этой функции нет – и это его единственный теперь на сегодняшний день недостаток. При желании я введу в него такую функцию – но пока такого желания у меня нет.

Зима была на носу, понимаете, а тут надо и гену снимать/разбирать/паять/собирать, и РН пойать… Не, не хотелось… Да и заводится оно у меня зимой с пол-пинка что зимой, что летом: отлаженный моновпрыск делает все сам, мне нужно всего выжать педаль сцепления и повернуть ключ в замке зажигания…

И в заключение – о порогах РН и об АКБ.

Кто-то скажет, что и нынешнее мое бортовое напряжение (а я оставил его на 14, 63 Вольт) слишком велико. Отнюдь нет.

Советую посетить сайты производителей АКБ и почитать их рекомендации для современных кальциевых АКБ. Коротко же скажу, что зарядка таких АКБ производится напряжением 16,2 (!) Вольта , иначе заряд они не возьмут. Я сам убедился в этом на собственном опыте на своем новом АКБ, когда поднимал ему плотность.

Особо интересующимся советую поинтересоваться бортовым напряжением современных авто – хотя бы ВАЗов-Калин, Грант, Ларгусов, и прочая. Там оно у них равно 14,75 Вольт при забортной температуре воздуха +25 градусов. Зимой на морозах оно поднимается до тех самых 15,2 Вольт, которые я и выставлял при настраивании своего РН на верхнем пороге.

Вот тАк вот. Как видим, старые авто не приспособлены под новые АКБ и гробят их из-за незнания этой подлянки их владельцами (а так же из-за замалчивания этой темы производителями АКБ).

Лишний повод сменить старый автомобиль на новый, как говорится. )))

Или усовершенствовать его самому. А что еще нам остается делать?

————————————-

Существенное примечание:

В заводском исполнении, возбуждение на РН приходит через лампочку зарядки в приборке, которая загорается при включении зажигания и гаснет после запуска двигателя.
Отключив РН от обмотки возбуждения генератора, мы тем самым разрываем минусовую цепь лампы и она функционировать перестаёт.

Кроме того, на эту лампу (а точнее — на вход возбуждения генератора) завязан и вход БК (или миничека) приборки, вход АВС (у кого она есть) и еще кое-что — перечислять здесь не буду.

Так вот, чтобы восстановить прежнее функционирование лампы зарядки приборки (и остальных устройств), цепь возбуждения придётся немного доработать.

Для этого достаточно добавить малогабаритное реле, замыкающее минусовую цепь лампы на массу и переключающее после запуска двигателя эту цепь на вход возбуждения генератора.
Реле это можно установить хотя бы и под капотом, разрезав в удобном месте идущий на ОВ генератора провод. Мне же показалось более выгодным поставить это реле прямо в приборку.
Вот схема для подключения этого реле —

Работает она таким образом: при включении зажигания нормально замкнутые контакты реле замыкают выход лампы на массу — и она загорается.
После запуска двигателя с выхода генератора (с тех самых трёх диодов, куда подключен провод с 13 пина на схеме), приходит напряжение заработавшего генератора — этим напряжением включается реле, и оно своими контактами переключает цепь лампы с массы на провод возбуждения — и далее всё работает так, как и было задумано когда-то фрицами. )))

Я немного усложнил схему, включив последовательно с обмоткой реле резистор, подобрав его сопротивление по надёжному срабатыванию реле, и включил в цепь обмотки диод — чисто для перестраховки, чтобы реле меньше грелось (оно у меня слаботочное).
Получилась такая схема —

Реле приклеил возле желтого разъёма приборки, на свободное место —

Как видно, резистор и диод я распаял прямо на выводах реле.

В приборке нужно дополнительно перерезать одну дорожку (её и будет коммутировать ведённое реле), и просверлить отверстие для подключения контакта и обмотки реле к общему проводу (массе) —

Вокруг просверленного отверстия зачищаем лак, облуживаем это место и подпаиваем массовый контакт схемы. Два других контакта впаиваем в уже имеющиеся отверстия на плате приборки — эти места видны на фото.

—————————

И последнее дополнение:

Поездив с пару/тройку лет, я все-таки выбрал время и реализовал третий пункт, о котором писАлось выше — пункт об отключении генератора при запуске двигателя.

Для этого я использовал работу датчика давления масла двигателя — он нормально замкнут при включении зажигания, и размыкается после запуска двигателя.
Именно этот датчик теперь и управляет моим установленным когда-то реле (раньше это реле включалось замком зажигания).

Схема управления реле собрана на полевом транзисторе —

ДДМ в этой схеме — датчик давления масла.

Работает эта схема таким образом: при включении зажигания затвор транзистора замкнут на массу через диод — и транзистор закрыт, реле обесточено.
После запуска двигателя ДДМ размыкается и на вход схемы приходит напряжение 12 Вольт с лампы давления масла, что в приборке.
Этим напряжением начинает заряжаться конденсатор, и когда напряжение на нём достигнет порога открывания транзистора — он открывается и включает реле.
Ну а реле своими контактами подключает РН к АКБ, как и было ранее… Причём, вся эта схема уместилась внутри этого самого реле…

С указанным транзюком и номиналами резистора и конденсатора, задержка включения составляет около 5 секунд после срабатывания датчика давления масла. Этого вполне достаточно, КМК.

По схеме: Стабилитрон КС156А и диод 1N4003 — защитные. Первый защищает затвор транзистора, второй — предохраняет переход исток-сток от самоиндукции обмотки реле при срабатывании.

Диод 1N4148 нужен для мгновенного разряда конденсатора при глушении двигателя. В принципе, он не обязателен, ибо при глушении движка питание с релюхи снимается замком зажигания. Но если после глушения движка тут же его завести, а конденсатор ещё конца не разряжен — реле включится быстрее.
Диод этот помогает и при ситуации, когда ДДМ срабатывает уже во время работы стартера — у меня как раз такая ситуация. Датчик срабатывает несколько раз из-за неравномерного вращения КВ при запуске — и каждый раз при выключении ДДМ конденсатор схемы разряжается на массу, сбрасывая задержку в начало — и так, пока не заведётся двигатель.

Задержку, если кому надо, можно увеличить (или уменьшить) путём увеличения (или, соответственно, уменьшения) сопротивления резистора или ёмкости конденсатора.
Приведенную выше схему я отлаживал на столе, а в релюху засунул другой полевик, 55N03 (взятый с дохлой материнской платы компьютера) из-за его меньших габаритов.
Для этого транзистора для задержки в 3 сек., ёмкость конденсатора пришлось увеличить до 15 мкФ, номиналы остальных деталей остались те же.

Конденсатор взял полимерный. Распаял его и стабилитрон прямо на выводах транзистора рядышком. Оно чудесно подошло по размеру. Резистор и диод уложил на них сверху… )))

Фото, ежели надо, выложу позже. И видео запуска/включения гены могу выложить так же.

Ну и всем, кто смог дочитать до конца эту эпопею — за усидчивость.
И — удачи всем!!!

 

Реле регулятора напряжения генератора: устройство и принцип работы

Создано реле регулятор напряжения генератора для корректировки выдаваемого в бортовую сеть и на клеммы аккумулятора «вольтажа» в заданном диапазоне 13,8 – 14,5 В (реже до 14,8 В). Кроме того, регулятор корректирует напряжение на обмотке самовозбуждения генератора.

Рис. 1 Реле регулятор напряжения генератора

Назначение реле регулятора напряжения

Независимо от стажа и стиля вождения владелец авто не может обеспечить одинаковые обороты двигателя в разные моменты времени. То есть, коленвал ДВС, передающий крутящий момент генератору, вращается с разной скоростью. Соответственно, генератор вырабатывает разное напряжение, что крайне опасно для АКБ и прочих потребителей бортовой сети.

Поэтому замена реле регулятора генератора должна производится при недозаряде и перезаряде аккумулятора, горящей лампочке, мигании фар и прочих перебоях электроснабжения бортовой сети.

Взаимосвязь источников тока авто

В транспортном средстве находится минимум два источника электроэнергии:

• аккумулятор – необходим в момент запуска ДВС и первичного возбуждения обмотки генератора, энергию не создает, а только расходует и накапливает в момент подзарядки
• генератор – питает бортовую сеть на любых оборотах и подпитывает АКБ только на высоких оборотах

Рис. 2 В машине генератор и аккумулятор объединены в общую сеть

В бортовую сеть необходимо подключение обоих указанных источников для корректной работы двигателя и прочих потребителей электричества. При поломке генератора АКБ «протянет» максимум 2 часа, а без аккумулятора не заведется двигатель, приводящий в движение ротор генератора.

Существуют исключения – например, а счет остаточной намагниченности обмотки возбуждения штатный генератор ГАЗ-21 запускается самостоятельно при условии постоянной эксплуатации машины. Можно завести авто « с толкача», если в нем установлен генератор постоянного тока, с прибором переменного тока такой трюк невозможен.

Рис. 3 Заводка ДВС с толкача

Задачи регулятора напряжения

Из школьного курса физики каждый автолюбитель должен помнить принцип работы генератора:

• при взаимном перемещении рамки и окружающего ее магнитного поля в ней возникает электродвижущая сила
• электромагнитом генераторов постоянного тока служат статоры, ЭДС, соответственно возникает в якоре, ток снимается с коллекторных колец
• в генераторе переменного тока намагничивается якорь, электроэнергия возникает в обмотках статора

Рис. 4 Принцип действия генератора авто

Упрощенно можно представить, что на величину выходящего с генератора напряжения влияет значение магнитной силы и скорость вращения поля. Основная проблема генераторов постоянного тока – пригорание и залипание щеток при съеме с якоря токов большой величины – решена переходом на генераторы переменного тока. Ток возбуждения, подающийся на ротор для возбуждения магнитной индукции, на порядок ниже, снимать электроэнергию с неподвижного статора гораздо легче.

Однако вместо постоянно расположенных в пространстве клемм «–» и «+» производители авто получили постоянное изменение плюса и минуса. Подзарядка аккумулятора переменным током не возможна в принципе, поэтому диодным мостиком его предварительно выпрямляют.

Рис. 5 Выпрямитель генератора

Из этих нюансов плавно вытекают задачи, решаемые реле генератора:

• подстройка тока в обмотке возбуждения
• выдерживание диапазона 13,5 – 14,5 В в бортовой сети и на клеммах аккумулятора
• отсечение питания обмотки возбуждения от АКБ при заглушенном двигателе

Рис. 6 Назначение реле регулятора напряжения

Поэтому называют регулятор напряжения еще и реле зарядки, а на панель выведена сигнальная лампа процесса подзарядки АКБ. В конструкцию генераторов переменного тока функция отсечения обратного тока заложена по умолчанию.

Разновидности реле регуляторов

Прежде, чем произвести самостоятельный ремонт устройства регулирования напряжения, необходимо учесть, что существует несколько типов регуляторов:

• внешние – повышают ремонтопригодность генератора
• встраиваемые – в пластину выпрямителя или щеточный узел
• регулирующие по минусу – появляется дополнительный провод
• регулирующие по плюсу – экономичная схема подключения
• для генераторов переменного тока – нет функции ограничения напряжения на обмотку возбуждения, так как она заложена в самом генераторе
• для генераторов постоянного тока – дополнительная опция отсечения АКБ при неработающем ДВС
• двухуровневые – морально устарели, применяются редко, регулировка пружинами и небольшим рычагом
• трехуровневые – дополнены специальной платой сравнивающего устройства и сигнализатором согласования
• многоуровневые – в схеме имеются 3 – 5 добавочных резисторов и система слежения
• транзисторные – в современных авто не используются
• релейные – улучшенная обратная связь
• релейно-транзисторные – универсальная схема
• микропроцессорные – небольшие габариты, плавные регулировки нижнего/верхнего порога срабатывания
• интегральные – встраиваются в щеткодержатели, поэтому заменяются после истирания щеток

Рис. 7 Выносное реле

Рис. 8 Реле встроено в щеточный узел

Рис. 9 Регулятор двухуровневый

Рис. 10 Реле трехуровневое

Рис. 11 Регулятор транзисторно-релейный

Рис. 12 Схема реле микроконтроллерного

Рис. 13 Регулятор интегральный

Внимание: Без доработки схемы «плюсовой» и «минусовой» регулятор напряжения являются не взаимозаменяемыми приборами.

Реле генераторов постоянного тока

Таким образом, схема подключения регулятора напряжения при эксплуатации генератора постоянного тока сложнее. Поскольку в стояночном режиме авто, когда ДВС заглушен, необходимо отключить генератор от АКБ.

При диагностике проверка реле происходит на выполнение трех его функций:

• отсечка аккумулятора во время стоянки машины
• ограничение максимального тока на выходе генератора
• регулировка напряжения для обмотки возбуждения

Рис. 14 Регулятор напряжения генератора постоянного тока

При любой неисправности требуется ремонт.

Реле генераторов переменного тока

В отличие от предыдущего случая диагностика своими руками регулятора генератора переменного тока немного проще. В конструкцию «автомобильной электростанции» уже заложена функция отсечки питания во время стоянки от АКБ. Остается проверить лишь напряжение на обмотке возбуждения и на выходе с генератора.

Рис. 15 Реле для генератора переменного тока

Если в машине стоит генератор тока переменного, его невозможно завести разгоном с горки. Так как остаточного намагничивания на возбуждающей обмотке здесь нет по умолчанию.

Встроенные и внешние регуляторы

Для автолюбителя важно знать, что измеряют и начинают регулировать напряжение реле в конкретном месте их установки. Поэтому встроенные модификации воздействуют непосредственно на генератор, а выносные «не знают» о его наличии в машине.

Например, если выносное реле подключено к катушке зажигания, его работа будет направлена на регулировку напряжения лишь на этом участке бортовой сети. Поэтому, прежде чем узнать, как проверить реле выносного типа, следует убедиться, что оно подключено правильно.

Управление по «+» и «–»

В принципе схемы управления по «минусу» и «плюсу» отличаются лишь схемой подключения:

• при монтаже реле в разрыв «+» одна щетка подключается к «массе», другая к клемме регулятора
• если же подключить реле в разрыв «–», то одну щетку нужно подключить к «плюсу», другую к регулятору

Рис. 16 Схема включения регулятора в разрыв плюсового провода

Однако в последнем случае появится еще один провод, поскольку реле напряжения является устройством активного типа. Для него необходимо индивидуальное питание, поэтому «+» нужно подвести отдельно.

Двухуровневые

На начальном этапе в машинах устанавливались механические двухуровневые регуляторы напряжения с простым принципом действия:

• через реле проходит электрический ток
• возникающее магнитное поле притягивает рычаг
• сравнивающим устройством служит пружина с заданным усилием
• при увеличении напряжения контакты размыкаются
• на возбуждающую обмотку поступает меньший ток

Рис. 17 Механический регулятор напряжения

Использовались механические двухуровневые реле в автомобилях ВАЗ 21099. Основным минусом являлась работа с повышенным износом механических элементов. Поэтому на смену этим приборам пришли электронные (бесконтактные) реле напряжения:

• делитель напряжения собран из резисторов
• стабилитрон является задающим устройством

Сложная схема соединения и недостаточно эффективный контроль напряжения привели к снижению спроса на эти приборы.

Трехуровневые

Однако двухуровневые регуляторы, в свою очередь, так же уступили позиции более совершенным трехуровневым и многоуровневым приборам:

• напряжение выходит с генератора на специальную схему через делитель
• информация обрабатывается, действительное напряжение сравнивается с минимальным и максимальным пороговым значением
• сигнал рассогласования регулирует силу тока, поступающего на возбуждающую обмотку

Рис. 18 Трехуровневый регулятор

Более совершенными считаются реле с частотной модуляцией – в них нет привычных сопротивлений, зато увеличена частота срабатывания ключа электронного. Управление осуществляется логическими схемами.

Принцип работы реле регулятора

Благодаря встроенным резисторам и специальным схемам реле получает возможность сравнивать величину вырабатываемого генератором напряжения. После чего, слишком высокое значение приводит к отключению реле, чтобы не перезарядить аккумулятор и не испортить электроприборы, подключенные в бортовую сеть.

Любые неисправности приводят именно к этим последствиям, приходит в неисправность батарея АКБ или резко увеличивается эксплуатационный бюджет.

Переключатель лето/зима

Вне зависимости от сезона и температуры воздуха работа генератора всегда стабильна. Как только его шкив начинает вращаться, электроток вырабатывается по умолчанию. Однако зимой внутренности аккумулятора замерзают, он восполняет заряд значительно хуже, чем летом.

Переключатели лето/зима находятся либо на корпусе регулятора напряжения, либо этим обозначением подписаны соответствующие разъемы, которые нужно найти и подсоединить к ним проводку в зависимости от сезона.

Рис. 19 Регулятор напряжения с зимними и летними клеммами

Ничего необычного в этом переключателе нет, это лишь грубые настройки реле регулятора, позволяющие повысить до 15 В напряжение на клеммах аккумулятора.

Подключение в бортовую сеть генератора

Если при замене генератора вы подключаете новый прибор самостоятельно, необходимо учесть нюансы:

• вначале следует проверить целостность и надежность контакта провода от кузова машины к корпусу генератора
• затем можно подсоединять клемму Б реле регулятора с «+» генератора
• вместо «скруток», начинающих греться через 1 – 2 года эксплуатации, лучше использовать пайку проводов
• заводской провод нужно заменить кабелем сечения 6 мм2 минимум, если вместо штатного генератора монтируется электроприбор, рассчитанный на ток больше 60 А
• амперметр в цепи генератор/аккумулятор показывает, мощность какого источника электроснабжения в данный момент выше в бортовой сети

Рис. 20 Подключение генератора на примере ВАЗ

Амперметры – нужные приборы, с помощью которых можно определить заряд АКБ и работоспособность генератора. Без особых причин не рекомендуется убирать их из схемы.

Схемы подключения регулятора выносного

Монтируется выносное реле регулятора напряжения генератора только после выяснения, в разрыв какого провода оно должно быть подключено. Например:

• на старых РАФ, Газелях и «Бычках» используются реле 13.3702 в полимерном или стальном корпусе с двумя контактами и двумя щетками, монтируются в «–» разрыв цепи, клеммы всегда промаркированы, «+» обычно берется с катушки зажигания (Б-ВК клемма), контакт Ш регулятора соединяется со свободной клеммой щеточного узла
• в «жигулях» применяются реле регуляторы 121.3702 белого и черного цвета, существуют двойные модификации, в которых при выходе из строя одного прибора работа второго устройства продолжается простым переключением на него, монтируется в разрыв «+» клеммой 15 к выводу катушки зажигания Б-ВК, к щеточному узлу крепится проводом клемма 67

Встраиваемые реле-регуляторы автолюбители называют «шоколадками», маркированными Я112. Они монтируются в специальные щеткодержатели, прижимаются винтами и защищаются дополнительно крышкой.

На автомобилях ВАЗ реле обычно встроены в щеточный узел, полная маркировка Я212А11, подключаются к замку зажигания.
Если владелец меняет штатный генератор на старом отечественном ВАЗ на устройство переменного тока от иномарки или современной Лады, подключение производится по другой схеме:

• вопрос крепления корпуса автолюбитель решает самостоятельно
• аналогом клеммы «плюс» здесь служит контакт В или В+, его включают в бортовую сеть через амперметр
• выносные реле регуляторы здесь обычно не используются, а встраиваемые уже интегрированы в щеточный узел, из них выходит единственный провод с маркировкой D либо D+, который подсоединяется к замку зажигания (к клемме катушки Б-ВК)

Рис. 21 Замена штатного реле трехуровневым регулятором

Для дизельных ДВС в генераторах может присутствовать клемма W, которая присоединяется к тахометру, ее игнорируют при установке на авто с бензиновым мотором.

Проверка подключения

После установки трехуровневого или иного реле-регулятора необходима проверка работоспособности:

• двигатель заводится
• напряжение в бортовой сети контролируется на разных оборотах

После установки генератора переменного тока и подключения его по вышеприведенной схеме владельца может ожидать «сюрприз»:

• при включении ДВС запускается генератор, измеряется напряжение на средних, больших и малых оборотах
• после выключения зажигания ключом …. двигатель продолжает работать

В этом случае заглушить ДВС можно либо сняв провод возбуждения, либо отпустив сцепление с одновременным нажатием тормоза. Все дело в наличии остаточной намагниченности и постоянном самовозбуждении обмотки генератора. Проблема решается установкой в разрыв возбуждающего провода лампочки:

• она горит при незапущенном генераторе
• гаснет после его запуска
• проходящий через лампу ток недостаточен, чтобы возбудить обмотку генератора

Эта лампа автоматически становится индикатором наличия зарядки АКБ.

Диагностика реле регулятора

Определить поломки регулятора напряжения можно по признакам косвенным. Прежде всего, это некорректная зарядка АКБ:

• перезаряд – выкипает электролит, раствор кислоты попадает на детали кузова
• недозаряд – ДВС не запускается, лампы горят в пол накала

Однако предпочтительнее диагностика приборами – вольтметром или тестером. Любое отклонение от максимального значения напряжения 14,5 В (в некоторых авто бортовая сеть рассчитана на 14,8 В) на больших оборотах или минимального значения 12,8 В на малых оборотах становится причиной замены/ремонта реле регулятора.

Встроенного

Чаще всего регулятор напряжения интегрирован в щетки генератора, поэтому необходимо уровневое обследование этого узла:

• после снятия защитной крышки и ослабления винтов щеточный узел извлекается наружу
• при износе щеток (осталось меньше 5 мм их длины) замена должна производится в обязательном порядке
• диагностика генератора мультиметром производится в комплекте с аккумулятором или зарядным устройством
• «минусовой» провод от источника тока замыкается на соответствующую пластину регулятора
• «плюсовой» провод от ЗУ или АКБ подключается к аналогичному разъему реле
• тестер устанавливается в режим вольтметра 0 – 20 В, щупы накладываются на щетки
• в диапазоне 12,8 – 14,5 В между щетками должно быть напряжение
• при увеличении напряжения больше 14,5 В стрелка вольтметра должна быть на нуле

Рис. 22 Диагностика реле встроенного

В данном случае вместо вольтметра можно использовать лампу, которая должна гореть в указанном интервале напряжения, гаснуть при увеличении этой характеристики больше этого значения.

Провод, управляющий тахометром (маркировка W только на реле для дизелей) прозванивается мультиметром в режиме тестера. На нем должно быть сопротивление около 10 Ом. При снижении этого значения провод «пробит», его следует заменить новым.

Выносного

Никаких отличий в диагностике для выносного реле не существует, зато его не нужно демонтировать из корпуса генератора. Проверить реле регулятор напряжения генератора можно при работающем двигателе, изменяя обороты с низких на средние, затем высокие. Одновременно с увеличением оборотов нужно включить дальний свет (как минимум), кондиционер, монитор и прочие потребители (как максимум).

Рис. 23 Диагностика выносного регулятора напряжения

Таким образом, при необходимости владелец транспортного средства может заменить штатное реле регулятор напряжения на более современную модификацию встраиваемого или выносного типа. Диагностика работоспособности доступна собственными силами при наличии обычной автомобильной лампы.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

(PDF) Моделирование и проектирование регулятора напряжения нейтральной точки для трехуровневого инвертора с диодной фиксацией и модуляцией нескольких несущих

726 IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 53, НЕТ. 3, ИЮНЬ 2006

Рис. 11. Измеренные формы сигналов от прототипа оборудования, работающего как на Рис. 9:

, связанное по переменному току верхнее напряжение на шине постоянного тока (2 мс / дел, 5 В / дел), иллюстрирующее уменьшение

третьего- гармонические пульсации напряжения (a) без регулирования нейтральной точки и (b) с регулировкой нейтральной точки

.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] Б. П. Шмитт и Р. Зоммер, «Модернизация асинхронных двигателей с фиксированной скоростью

с преобразователями привода среднего напряжения с использованием трехуровневой топологии на основе высоковольтного IGBT-преобразователя

NPC», в Proc. IEEE ISIE, 2001,

т. 2. С. 746–751.

[2] Дж. К. Стейнке и П. К. Стеймер, «Преобразователь привода среднего напряжения для промышленных приложений

в диапазоне мощностей от 0,5 МВт до 5 МВт на основе

на трехуровневом преобразователе, оборудованном IGCT», в Proc.Семинар IEE

Приводы среднего напряжения

ШИМ, 2000, стр. 6 / 1–6 / 4.

[3] Дж. Каррара, С. Гарделла, М. Марчесони, Р. Салутари и Г. Скиутто,

«Новый многоуровневый метод ШИМ: теоретический анализ», IEEE Trans.

Power Electron., Т. 7, вып. 3, стр. 497–505, июль 1992 г.

[4] Н. Целанович, Д. Бороевич, «Горитм быстрой пространственно-векторной модуляции al-

для многоуровневых трехфазных преобразователей», IEEE Trans. Ind. Appl.,

vol. 37, нет.2. С. 637–641, март / апрель. 2001.

[5] Y.-H. Ли, Р.-Й. Ким, Д.-С. Хюн, «Новая стратегия SVPWM, предусматривающая балансировку промежуточного звена постоянного тока

для многоуровневого инвертора напряжения» в

Proc. IEEE APEC, 1999, т. 1. С. 509–514.

[6] Г. Венкатараманан и А. Бендре, «Нусоидальная широтно-импульсная модуляция si-

на основе взаимного транспонирования для многоуровневых преобразователей с диодным ограничением

ers», IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 49, нет. 5. С. 1035–1047, окт.2002.

[7] Б. МакГрат, Д. Холмс и Т. Липо, «Оптимизированное переключение пространственного вектора

последовательностей для многоуровневых инверторов», в Proc. IEEE APEC, 2001, т. 2,

с. 1123–1129.

[8] П. Ло, Г. Холмс, Ю. Фукута и Т. Липо, «Пониженный общий режим

стратегии модуляции на основе несущей для каскадных многоуровневых инверторов», в

Proc. IEEE-IAS Annu. Встреча, 2002, т. 3. С. 2002–2009.

[9] В. Калискан, Г. Вергезе и А. Станкович, «Многочастотное усреднение

преобразователей постоянного тока в постоянный», в Proc.IEEE Workshop Comput. Power Electron.,

1996, с. 113–119.

[10] Обзор продукта Mathworks. [Онлайн]. Доступно: http: // www.

mathworks.com/products/prodoverview.shtml

[11] Анализатор частотной характеристики Venable, модель 3120. [Онлайн]. Доступен:

http://www.venable.biz/pr-3120.html

Ашиш Бендре (S’02 – M’03) получил награду B.Tech.

Индийского технологического института,

Бомбей, Индия, в 1990 году, и M.С. и к.т.н.

степени Университета Висконсина в Мэдисоне,

в 1992 и 2003 годах соответственно, все в области электротехники

инженерии. В настоящее время он работает над получением степени

MBA в Чикагском университете,

Чикаго, штат Иллинойс.

Он имеет более десяти лет опыта проектирования и разработки промышленных преобразователей энергии

, в основном в компаниях Pil-

lar Technologies и SoftSwitching Technologies.

В настоящее время он является главным инженером в группе перспективных разработок в

DRS Power and Control Technologies, Милуоки, штат Висконсин, где он проводит исследования

, направленные на преобразование морской энергии.Его основные интересы

включают силовую электронику и проектирование управления для многоуровневых преобразователей, преобразователей постоянного тока

и устройств контроля качества электроэнергии.

Гири Венкатараманан (S’86 – M’92) получил

г. н.э. степень в области электротехники от Gov-

ernment технологический колледж, Коимбатур, Индия,

в 1986 году, M.S. степень Калифорнийского технологического института

, Пасадена, в 1987 году, и докторская степень.

степень Университета Висконсина, Мэдисон,

в 1992 году.

После преподавания электротехники в Монтане

Государственный университет, Бозман, он вернулся в университет

Висконсина, Мэдисон, в 1999 году в качестве преподавателя

, где он продолжает руководить исследованиями в

различных областях электронное преобразование энергии в качестве заместителя директора

Wisconsin Electric Machines and Power Electronics Consortium. Он является обладателем

пяти патентов США и опубликовал ряд технических статей.

Его исследовательские интересы: микросети, распределенная генерация, возобновляемые источники энергии.

системы, матричные и многоуровневые преобразователи энергии, а также управление потоками переменного тока

.

Дон Розен получил степень младшего специалиста в области электронных технологий

инженерных технологий в Hamilton Tech-

nical College, Давенпорт, штат Айова, в 1984 году.

Он занимал должности в Texas Instruments и

Best Power Technologies и в настоящее время является младший инженер в SoftSwitching Technologies, Mid-

dleton, WI.Последние 14 лет он проработал в области силовой электроники

. В последнее время он сосредоточил свое внимание на

, разработке современных решений для силовой электроники

для промышленных приложений контроля качества электроэнергии.

Виджай Сринивасан (M’05) получил степень бакалавра искусств. степень в области электроники и приборостроения —

, инженерно-конструкторский факультет Регионального инженерного колледжа, Руркела, Индия,

в 1998 году, а также степень магистра наук. степень в области электротехники Университета

Висконсин, Мэдисон, в 2003 году.

С 1998 по 2000 год он работал с STMicroelectronics в их индийском дизайн-центре

. Работая в Консорциуме Wisconsin Electric Machines and Power Electronics

с 2000 по 2003 год, он разрабатывал контрольно-измерительные приборы и оборудование

для исследований в области энергетики. С 2003 года он был членом

технического персонала Sun Microsystems, Санта-Клара, Калифорния, где в настоящее время

работает над методами оценки мощности для микропроцессоров.

ЦЕПИ ДЛЯ ТРЕХУРОВНЕВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ КОРПУСА

Регуляторы напряжения

— это повсеместный компонент схемы, который имеет решающее значение для обеспечения постоянного питания нагрузок схемы. Регуляторы Buck образуют класс регуляторов напряжения, популярных в определенных приложениях. Однако понижающие регуляторы могут испытывать неэффективность из-за паразитного сопротивления этих регуляторов.

Соответственно, желательны новые схемы для регуляторов напряжения.

Предусмотрены схемы для трехуровневых понижающих регуляторов.В некоторых вариантах реализации схемы содержат: индуктор, имеющий первую сторону и имеющий вторую сторону; первый переключатель, первая сторона которого подключена к первому источнику напряжения, а вторая сторона; второй переключатель, первая сторона которого подключена ко второй стороне первого переключателя, а вторая сторона подключена к первой стороне индуктора; третий переключатель, первая сторона которого соединена с первой стороной индуктора и имеет вторую сторону; четвертый переключатель, первая сторона которого подключена ко второй стороне третьего переключателя, а вторая сторона подключена ко второму источнику напряжения; пятый переключатель, первая сторона которого подключена к первой стороне катушки индуктивности, а вторая сторона подключена к одному из первого источника напряжения и второго источника напряжения; первый конденсатор, первая сторона которого подключена ко второй стороне первого переключателя, а вторая сторона подключена ко второй стороне третьего переключателя; и второй конденсатор, первая сторона которого подключена ко второй стороне катушки индуктивности, а вторая сторона подключена ко второму источнику напряжения.

В некоторых вариантах реализации вторая сторона пятого переключателя подключена ко второму источнику напряжения, и схемы дополнительно содержат: шестой переключатель имеет первую сторону, подключенную к первой стороне индуктора, а вторую сторону подключенную к первый источник напряжения.

В некоторых вариантах реализации вторая сторона пятого переключателя подключена ко второму источнику напряжения, и при этом в Состоянии 0 регулятора: первый переключатель разомкнут; второй выключатель разомкнут; третий переключатель замкнут; четвертый переключатель замкнут; и пятый переключатель замкнут.В некоторых таких вариантах осуществления в Состоянии 1 регулятора: первый переключатель разомкнут; второй выключатель замкнут; третий выключатель разомкнут; четвертый переключатель замкнут; и пятый переключатель разомкнут. Кроме того, в некоторых таких вариантах осуществления в Состоянии 2 регулятора: первый переключатель замкнут; второй выключатель разомкнут; третий переключатель замкнут; четвертый переключатель разомкнут; и пятый переключатель разомкнут. Кроме того, в некоторых таких вариантах осуществления регулятор переключается между состоянием 0, состоянием 1 и состоянием 2 во время цикла регулятора.

В некоторых вариантах осуществления вторая сторона пятого переключателя подключена ко второму источнику напряжения, и при этом в Состоянии 3 регулятора: первый переключатель замкнут; второй выключатель замкнут; третий выключатель разомкнут; четвертый переключатель разомкнут; и пятый переключатель замкнут. В некоторых таких вариантах осуществления в Состоянии 1 регулятора: первый переключатель разомкнут; второй выключатель замкнут; третий выключатель разомкнут; четвертый переключатель замкнут; и пятый переключатель разомкнут. Кроме того, в некоторых таких вариантах осуществления в Состоянии 2 регулятора: первый переключатель замкнут; второй выключатель разомкнут; третий переключатель замкнут; четвертый переключатель разомкнут; и пятый переключатель разомкнут.Кроме того, в некоторых таких вариантах осуществления регулятор переключается между состоянием 3, состоянием 1 и состоянием 2 во время цикла регулятора.

В некоторых вариантах реализации вторая сторона индуктора соединена с нагрузкой.

РИС. На фиг.1А-1В показан пример понижающего регулятора и его работа, известная из уровня техники.

РИС. 2A-2F иллюстрируют пример трехуровневого понижающего регулятора и его работу, известную из уровня техники.

РИС. 3A-3D иллюстрируют пример трехуровневого понижающего стабилизатора, включающего переключатель на землю для уменьшения паразитного сопротивления, и его работу в соответствии с некоторыми вариантами осуществления.

РИС. 4A-4D иллюстрируют пример трехуровневого понижающего регулятора, включая переключатель V _IN для уменьшения паразитного сопротивления, и его работу в соответствии с некоторыми вариантами осуществления.

РИС. 5A-5F иллюстрируют пример трехуровневого понижающего стабилизатора, включая переключатель на землю и переключатель на V _IN для уменьшения паразитного сопротивления, и его работу в соответствии с некоторыми вариантами осуществления.

РИС. 1A-1B иллюстрируют пример 100 понижающего регулятора и его работу, известную из уровня техники.Как показано на фиг. 1A, понижающий стабилизатор , 100, включает в себя катушку индуктивности , 108, , два переключателя , 114, и , 116, , и конденсатор , 120, . Понижающий регулятор управляет нагрузкой 106 .

Во время работы понижающий стабилизатор 100 подключает катушку индуктивности 108 к первому источнику напряжения V _IN 104 и второму источнику напряжения 118 через переключатели 114 и 116 .В некоторых случаях второй источник , 118, напряжения представляет собой источник напряжения земли (0 В), который предполагается для оставшейся части этого приложения только для простоты. Переключатели , 114, и , 116, включаются и выключаются с использованием сигналов управления от любого подходящего механизма управления, такого как аппаратный процессор. Переключатели , 114, и , 116, управляются таким образом, что два переключателя не включаются одновременно. Переключатели , 114, и , 116, могут быть реализованы как транзисторы, например MOSFET-транзисторы.Например, переключатель , 114, может быть реализован с использованием P-канального MOSFET-транзистора, а переключатель , 116 может быть реализован с использованием N-канального MOSFET-транзистора.

Как показано на фиг. 1B, поскольку переключатели 114 и 116 включаются и выключаются с периодом T, напряжение V _X 102 на левой стороне (входе) индуктора 108 колеблется между 0 В (земля) и V _IN с периодом T. Более конкретно, между временем 0 и временем DT и между временем T и временем T + DT переключатель 114 замкнут, а переключатель 116 разомкнут.Это приводит к тому, что V _X 102 равно V _IN 104 . Между временем DT и временем T и между временем T + DT и временем 2T переключатель 114 открыт, а переключатель 116 закрыт. Это приводит к тому, что V _X 102 равно заземлению. Катушка индуктивности , 108, и конденсатор , 120, работают как фильтр нижних частот, который усредняет V _X 102 по времени, тем самым создавая сигнал V _OUT 110 на выходе регулятора, имеющий небольшое напряжение. рябь.Уровень выходного напряжения V _OUT 110 может зависеть от количества времени, в течение которого катушка индуктивности 108 подключена к первому источнику напряжения V _IN 104 и количества времени, в течение которого катушка индуктивности 108 находится в подключен ко второму источнику напряжения 118 . Например, понижающий регулятор 100 может регулировать уровень V _OUT 110 так, чтобы он был равен V _IN D + (0V) (1-D), где D — число от 0 до 1, — это отрезок времени, когда V _X связан с V _IN .D также называют рабочим циклом. Выходная нагрузка 106 , потребляющая выходной ток, может быть любым типом электронного устройства, включая аппаратные процессоры, память (DRAM, NAND, флэш-память и т. Д.), RF-микросхемы, комбинированные микросхемы WiFi и усилители мощности.

КПД понижающего регулятора 100 можно вычислить как:

η = PLPI

, где P _L указывает мощность, подаваемую на выходную нагрузку 106 , а P _I указывает входную мощность понижающего регулятора 108 .P _L можно вычислить следующим образом: P _L = P _I −P _LOSS , где P _LOSS включает количество потерь мощности в процессе регулирования напряжения.

Одна из основных потерь мощности P _LOSS , связанная с понижающим регулятором 100 , включает резистивные потери P _R , вызванные паразитным сопротивлением катушки индуктивности 108 . Когда понижающий стабилизатор 100 подает мощность на выходную нагрузку 106 , обеспечивая ток I _L 112 , в идеале понижающий стабилизатор 100 обеспечивает всю мощность, которую он получает на входе (входная мощность), на выход. нагрузка 106 как выходная мощность.Однако на практике понижающий стабилизатор , 100, рассеивает часть своей входной мощности внутри индуктора 108 . В идеале индуктор 108 имеет нулевое сопротивление. Следовательно, ток через катушку индуктивности , 108, не рассеивает мощность. Однако на практике индуктор 108 связан с конечным сопротивлением, в первую очередь из-за сопротивления материала, образующего индуктор 108 . Это нежелательное конечное сопротивление индуктора 108 называется паразитным сопротивлением.Паразитное сопротивление может вызвать потерю резистивной мощности, поскольку паразитное сопротивление может вызвать рассеивание энергии током через индуктор 108 . Следовательно, потеря резистивной мощности может снизить эффективность преобразования мощности понижающего стабилизатора , 100, .

При переменном токе потери резистивной мощности могут быть вычислены как P _R = I _{L, RMS} ² R _L , где R _L — значение паразитного сопротивления катушки индуктивности. 108 и I _{L, RMS} — это среднеквадратическое значение тока через катушку индуктивности 108 .I _{L, среднеквадратичное значение} можно уменьшить за счет уменьшения размаха пульсаций тока катушки индуктивности (I _{L, PP} 120 ). Следовательно, понижающий стабилизатор , 100, может уменьшить резистивные потери P _R за счет уменьшения размаха пульсаций тока индуктора I _{L, PP} 120 .

Есть два способа уменьшить размах пульсаций тока индуктора I _{L, PP} 120 . Во-первых, понижающий стабилизатор , 100, может переключаться на высокой частоте и сокращать период переключения регулятора T.Однако это решение может увеличить мощность, потребляемую для зарядки и разрядки паразитной емкости на переходе , 122, между переключателями , 114, и , 116, . Эта емкостная потеря мощности может быть значительной, потому что размер переключателей , 114, и , 116, может быть большим, что увеличивает паразитную емкость, и потому, что размах напряжения на V _X 102 велик. Эту емкостную потерю мощности можно вычислить следующим образом: P _C = fCV ² , где C — величина паразитной емкости на переходе , 122, , f — частота, с которой переключается понижающий стабилизатор 100 , и V — размах напряжения на переходе 122 .Эта потеря мощности может быть значительной, потому что размер переключателей , 114, и , 116, велик, что увеличивает паразитную емкость, и потому, что размах напряжения на V _X 102 велик.

Во-вторых, понижающий регулятор 100 может использовать катушку индуктивности 108 с высоким значением индуктивности, тем самым уменьшая паразитное сопротивление R _L . Однако такой подход делает катушку индуктивности 108 большими и затрудняет интеграцию.

РИС. 2A-2F иллюстрируют пример 200 трехуровневого понижающего регулятора и его работу, известную из уровня техники. На высоком уровне регулятор 200 представляет собой стабилизатор с переключаемым конденсатором 2: 1, за которым следует индуктор. Как описано в связи с фиг. 1A-1B, понижающий стабилизатор имеет прямоугольную волну на V _X 102 , которая колеблется между 0 и V _IN 104 , что представляет собой два уровня напряжений. Однако трехуровневый понижающий регулятор может иметь 0, V _IN /2 или V _IN /2 при V _X 102 , отсюда и название понижающего регулятора уровня «3».

Как показано на фиг. 2E, когда рабочий цикл «D» меньше 0,5, V _X 102 колеблется между 0 и V _IN /2, чтобы регулировать V _OUT 110 как значение от 0 до V _IN / 2. Более конкретно, как показано на фиг. 2E, между моментом времени 0 и временем (0,5-D) T и между временем 0,5T и временем (1-D) T, регулятор 200 работает в состоянии 0, показанном на фиг. 2А. В этом состоянии переключатели 202 и 204 разомкнуты, а переключатели 206 и 208 замкнуты.Между временем (0,5-D) T и временем 0,5T регулятор , 200, работает в состоянии 1, показанном на фиг. 2Б. В этом состоянии переключатели 202 и 207 разомкнуты, а переключатели 204 и 208 замкнуты. Между временем (1-D) T и временем T регулятор , 200, работает в Состоянии 2, показанном на фиг. 2С. В этом состоянии переключатели 204 и 208 разомкнуты, а переключатели 202 и 206 замкнуты.

Как показано на фиг.2F, когда D равно или больше 0,5, V _X 102 колеблется между V _IN /2 и V _IN 104 для регулирования V _OUT 110 , чтобы быть значением между V _IN /2 и V _IN . Более конкретно, как показано на фиг. 2F, между моментом времени 0 и временем (D- 0 , 5 ) T и между временем 0,5T и временем DT, регулятор 200 работает в Состоянии 3, показанном на фиг. 2D. В этом состоянии переключатели , 206, и , 208, разомкнуты, а переключатели , 202, и , 204, — замкнуты.Между временем (D-0,5) T и временем 0,5T регулятор , 200, работает в состоянии 1, показанном на фиг. 2Б. В этом состоянии переключатели 202 и 207 разомкнуты, а переключатели 204 и 208 замкнуты. Между моментом времени DT и временем T регулятор , 200, работает в состоянии 2, показанном на фиг. 2С. В этом состоянии переключатели 204 и 208 разомкнуты, а переключатели 202 и 206 замкнуты.

Независимо от значения D между 0 и 1, колебание напряжения на V _X 102 составляет V _IN /2, что составляет половину колебания напряжения V _IN на V _X для 2 понижающий регулятор уровня, как показано на фиг.1А-1Б. Поскольку размах напряжения на V _X составляет половину, размах колебаний тока индуктивности I _L 112 также составляет половину. В результате трехуровневый понижающий стабилизатор может иметь меньшие потери I _{L, RMS} ² на катушке индуктивности или может использовать меньшее значение индуктивности, чем понижающий стабилизатор для того же I _{L, RMS} ² потеря.

Трехуровневый понижающий регулятор генерирует третий уровень V _IN /2, используя C _FLY 210 .Состояния 1 и 2 такие же, как у типичного регулятора 2: 1 SC, поэтому итерация между этими двумя состояниями генерирует V _IN /2 на V _X .

Одним из недостатков трехуровневого понижающего регулятора является то, что переключатели (например, переключатели 206 и 208 на фиг. 2A и переключатели 202 и 204 на фиг. 2D) имеют последовательное каскодирование, что приводит к большим потерям I ² R из-за паразитного сопротивления переключателей. В Состоянии 0 переключатели , 206, и , 208, включены последовательно, а в Состоянии 3 переключатели , 202, и , 204, включены последовательно.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления фиг. 3A-3D показан пример 300 трехуровневого понижающего стабилизатора, который добавляет переключатель между землей (0 В) (или любым другим подходящим вторым источником напряжения) и V _X 102 для уменьшения сопротивления переключателей 206 и 208 при каскодировании, как показано на фиг. 3А. Более конкретно, как показано на фиг. 3A и 3D, когда D меньше 0,5, можно использовать переключатель 302 для уменьшения паразитного сопротивления между землей и V _X 102 в состоянии 0.Переключатель 302 используется только тогда, когда D меньше 0,5, а регулятор 300 находится в состоянии 0. Трехуровневый понижающий регулятор 300 может работать, когда D больше или равно 0,5 (который будет работать как регулятор 200. , как показано на фиг.2B, 2C, 2D и 2F), но переключатель 302 всегда будет выключен и не будет давать никаких преимуществ по сравнению с типичным трехуровневым понижающим стабилизатором, подобным тому, который показан на фиг. 2A-2F.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления фиг. 4A-4D иллюстрируют пример 400 трехуровневого понижающего регулятора, который добавляет переключатель между V _X 102 и V _IN 104 для уменьшения сопротивления переключателей 202 и 204 , когда каскодировано, как показано на фиг.4С. Более конкретно, как показано на фиг. 4C и 4D, когда D больше или равно 0,5, можно использовать переключатель 404 для уменьшения паразитного сопротивления между V _X 102 и V _IN 104 в состоянии 3. Переключатель 404 используется только тогда, когда D больше или равно 0,5, а регулятор 400 находится в Состоянии 3. Трехуровневый понижающий регулятор 400 может работать, когда D меньше 0,5 (который будет работать как регулятор 200 как показанные на фиг.2A, 2B, 2C и 2E), но переключатель , 404, всегда будет ВЫКЛЮЧЕН и не будет давать никаких преимуществ по сравнению с типичным трехуровневым понижающим стабилизатором, подобным тому, который показан на фиг. 2A-2F.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления фиг. 5A-5F иллюстрируют пример 500 трехуровневого понижающего стабилизатора, который добавляет переключатель между землей (0 В) (или любым другим подходящим вторым источником напряжения) и V _X 102 для уменьшения сопротивления переключателей 206 и 208 при каскодировании, как показано на фиг.5A, и это добавляет переключатель между V _X 102 и V _IN 104 для уменьшения сопротивления переключателей 202 и 204 при каскодировании, как показано на фиг. 5D. Более конкретно, как показано на фиг. 5A и 5E, когда D меньше 0,5, переключатель 302 может использоваться для уменьшения паразитного сопротивления между землей и V _X 102 в состоянии 0. Переключатель 302 используется только тогда, когда D меньше, чем 0.5, а регулятор 500 находится в состоянии 0.Как показано на фиг. 5D и 5F, когда D больше или равно 0,5, можно использовать переключатель 404 для уменьшения паразитного сопротивления между V _X 102 и V _IN 104 в состоянии 3. Переключатель 404 используется только тогда, когда D больше или равно 0,5 и регулятор 500 находится в Состоянии 3. Когда регулятор 500 находится в Состоянии 1 или Состоянии 2, оба переключателя 302 и 404 выключены.

В некоторых вариантах реализации переключатели 302 и 404 могут быть рассчитаны на V _IN /2, поскольку максимальное напряжение на переключателе составляет V _IN /2.Это лучше, чем использование переключателя с номинальным напряжением V _IN 104 , поскольку размер переключателя и сопротивление увеличиваются с увеличением скорости напряжения.

Хотя изобретение было описано и проиллюстрировано в вышеупомянутых иллюстративных вариантах осуществления, следует понимать, что настоящее раскрытие было сделано только в качестве примера, и что многочисленные изменения в деталях реализации изобретения могут быть сделаны без отклонения от сущность и объем изобретения, которые ограничиваются только нижеследующей формулой изобретения.Признаки раскрытых вариантов осуществления можно комбинировать и переставлять различными способами.

Многофазный трехуровневый понижающий преобразователь для источника питания с отслеживанием конвертов

Для ВЧ-усилителей мощности требуется громоздкое охлаждающее оборудование, так как они, как известно, выделяют тепло при питании от постоянного постоянного напряжения. Значительная часть системы радиочастотного передатчика обычно занята охлаждающим оборудованием. Причина и концепция повышения эффективности RFPA заключается в использовании источников питания с отслеживанием огибающей (ET), поскольку модуляторы питания имеют высокое значение от пика до среднего пика (PARP). ¹ На рисунке 1 четко показана простая блок-схема усилителя мощности ET. Были представлены различные типы источников питания ET, которые в дальнейшем использовались в линейных усилителях, ^2,3 переключающих ^4–7 и линейных коммутирующих преобразователях с поддержкой. ^8,9 Большая ширина полосы сигнала до 20 МГц обычно отслеживается понижающими преобразователями, которые являются одно- или многофазными ⁵ специально для базовых станций с 4G LTE.Общая проблема в этом случае связана с обработкой более высокого постоянного напряжения на высоких частотах. Двухфазный трехуровневый понижающий преобразователь для ET был обсужден и представлен в этой статье вместе с его различными преимуществами. Высокие частоты переключения имеют меньшие потери переключения при выключении, что делает эту конструкцию подходящей и работоспособной для источников питания PARP ET и более широкой полосы пропускания. В этой статье также объясняется принцип работы и конструкция предлагаемого преобразователя. Здесь вы можете найти исходный документ IEEE.

Рисунок 1: Источник питания ET

Проектирование

Рисунок 2 — четкое представление архитектуры силового каскада двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя и выходного фильтра четвертого порядка ZVS приложения ET. Поведение RFPA известно из резистивной нагрузки RL. ⁵ Рисунки 3 и 4 представляют собой представление правильного управления напряжением на летающем конденсаторе при V _в /2, напряжение коммутационного узла каждой фазы, которое переключается между 0 и V _в /2 для 0 < D <0.5, и между V _в /2 и V _в для 0,5 1 Было отмечено, что в общем токе присутствует 4-кратная частота пульсаций по сравнению с частотой коммутации устройства. I _T , что в конечном итоге приводит к расширению полосы пропускания преобразователя без обратной связи и уменьшению размера фильтра. ¹

Рисунок 2: Схема двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя Рисунок 3: Осциллограммы преобразователя при 0 < D <0,5 Рисунок 4: Осциллограммы преобразователя при 0.5 < D <1

Выбор устройства

Причина выбора полевых транзисторов eGaN серии EPC800 ^10,11 заключается в преимуществе сверхмалой занимаемой площади, нулевой скорости обратного восстановления и более низких коммутационных потерь. Рисунки 5 и 6 ясно показывают лучшую эффективность предлагаемой трехуровневой конструкции с максимальной номинальной мощностью 115 Вт по сравнению с ее традиционным аналогом при более высокой частоте переключения до 50 МГц. ¹ МОП-транзисторы нижнего плеча (LSM) включают два верхних устройства S _1x и S _2x , которые подключают катушку индуктивности L ₁ к входной положительной клемме шины постоянного тока / конденсатора, которые называются полевыми МОП-транзисторами высокого напряжения (HSM ), а два нижних устройства S _3x и S _4x , которые соединяют индуктивность L ₁ с землей / отрицательной клеммой летающего конденсатора.Введение правильной задержки в стробирующих сигналах для устройств нижнего уровня может помочь включению ZVS LSM. ¹ Рассеяние отмечается при включении устройств на стороне высокого напряжения из-за недостаточности тока отрицательного проводника для заряда / разряда через устройства паразитной емкости. Если пульсирующий ток размаха спроектирован и передан таким образом, чтобы в два раза превышало значение среднего тока, будет достигнуто включение ZVS HSM. L1 обязательно поможет уравновесить фазированные токи без помощи каких-либо контуров управления током. ¹ Значение сопротивления нагрузки 6,6 Ом для компонента ZVS-фильтра четвертого порядка показано в таблице 1. С помощью принципов Тевениса и суперпозиции упрощенная схема двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя выглядит следующим образом: показано на рисунке 7.

Рисунок 5: Сравнение частоты коммутации и эффективности обычного двухуровневого понижающего преобразователя. Рисунок 6: Сравнение частоты коммутации и эффективности трехуровневого понижающего преобразователя. Рисунок 7: Эквивалентная схема предлагаемого двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя.

Результаты и анализ

На рисунке 8 показаны сигналы ET с полосой пропускания 20 МГц для напряжений коммутационного узла и токов индуктивности предлагаемого двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя в среде моделирования PLECS. ¹ В зависимости от значения входной команды огибающей, переключение было отмечено в напряжениях коммутационного узла, равными либо (1) 0 В и 15 В, либо (2) 15 В и 30 В. Таким образом, были уменьшены и ограничены видно по напряжению на GaN MOSFET по сравнению с входным напряжением. ¹ Было отмечено, что преобразователь имеет пиковый КПД 97,5% при 115 Вт и среднюю частоту 94,5% при 26 Вт при средней мощности. Предлагаемая конструкция показывает PARP 10 дБ и КПД выше 90%. ¹

Рисунок 8: Напряжения в коммутационных узлах и токи индуктивности двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя на частоте 20 МГц.

Заключение и будущее

В этой статье описывается конструкция двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя с расширенной полосой пропускания. Отслеживание сигнала огибающей LTE на 20 МГц было получено путем разработки фильтра нижних частот ZVS, а поддержание собственной фазы и балансировка тока также были выполнены в многофазном понижающем преобразователе.Для данной проектной мощности и PARP предложенный двухфазный трехуровневый понижающий преобразователь демонстрирует лучший КПД с точки зрения средней мощности по сравнению с двухуровневым понижающим преобразователем. Масштабируемость предлагаемого двухфазного трехуровневого понижающего преобразователя намного выше и достижима для приложений с высоким энергопотреблением. Наряду с этим у них есть возможность достичь более высокой пропускной способности и PARP. Результаты, которые были смоделированы, служат доказательством концепции и работы. Все данные были собраны из достоверных источников.

Список литературы

¹ Многофазный трехуровневый понижающий преобразователь с самобалансировкой тока для источника питания слежения за огибающей с высокой пропускной способностью Srikanth Yerra, Хариш Кришнамурти, Университет электротехники и компьютерной инженерии, Хьюстон, Хьюстон, Техас,

² K.Moon, J.Kim, S.Jin, B.Park, Y.Cho, M.Park и B.Kim, «Высоко линейный усилитель мощности с отслеживанием огибающей с простой схемой коррекции», 2015 IEEE Radio Симпозиум по частотным интегральным схемам (RFIC), май 2015 г., стр.127–130.

³ С. Джин, К. Мун, Б. Парк, Дж. Ким, Д. Ким, Ю. Чо, Х. Джин, М. Квон и Б. Ким, «Динамическая обратная связь и смещение для линейной CMOS. усилитель мощности с отслеживанием огибающей », на Международном симпозиуме по СВЧ IEEE MTT-S (IMS2014), июнь 2014 г., стр. 1–4.

⁴ М. Родригез, Я. Чжан и Д. Максимович, «Понижающие высокочастотные ШИМ-преобразователи с использованием GaN-на-SiC HEMT», IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, нет. 5. С. 2462–2473, май 2014 г.

⁵ Я. Чжан, Дж. Стридом, М. де Рой и Д. Максимович, «Источник питания GaN с отслеживанием конверта для базовых станций сотовой связи 4G», конференция и выставка IEEE Applied Power Electronics 2016 (APEC), Март 2016 г., стр. 2292–2297.

⁶ Х. Хуанг, Дж. Бао и Л. Чжан, «Многоуровневый преобразователь мощности с управлением AMASH для высокоэффективных РЧ-передатчиков», IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, вып. 4. С. 1205–1214, апрель 2011 г.

⁷ С.Флориан, Т. Каппелло, Р.П. Паганелли, Д. Ниссен и Ф. Филикори, «Отслеживание огибающей ВЧ-усилителя большой мощности с 8-уровневым модулятором питания GaN-на-Si с цифровым управлением», IEEE Transactions по теории и методам СВЧ , т. 63, нет. 8, pp. 2589–2602, август 2015 г.

⁸ В.Юсефзаде, Э. Аларкон и Д. Максимович, «Разделение полос и оптимизация КПД в импульсных усилителях мощности с линейной поддержкой», 37-я конференция специалистов по силовой электронике IEEE, июнь 2006 г., стр.1–7.

⁹ П. Ф. Миаха, М. Родригес, А. Родригес и Дж. Себастьян, «Линейный преобразователь постоянного тока в постоянный для приложений слежения за огибающей и устранения и восстановления конверта», IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, нет. 7. С. 3302–3309, июль 2012 г.

¹⁰ (2019) EPC8009 — Силовой транзистор режима расширения. (Онлайн). Доступно: http: // epcco.com/epc/Portals/0/epc/documents/datasheets/EPC8009 datasheet.pdf

¹¹ (2019) EPC8004 — Силовой транзистор режима расширения.(Онлайн). Доступно: http: // epcco.com/epc/Portals/0/epc/documents/datasheets/EPC8004 datasheet.pdf

Маурицио работал в области исследований гравитационных волн и в проектах космических исследований в качестве инженера-конструктора. Иногда он задается вопросом, не присылал ли нам кто-то там сообщения, которые мы не получили или не смогли расшифровать. Маурицио — инженер-электронщик и имеет докторскую степень. по физике. Маурицио любит писать и рассказывать истории о технологиях и электронике. Его основные интересы — энергетика, автомобилестроение, Интернет вещей, цифровые технологии.Маурицио в настоящее время является главным редактором Power Electronics News и европейским корреспондентом EE Times. Он также наблюдает за обсуждениями на EEWeb.com. Он написал различные технические и научные статьи, а также пару книг для Springer по сбору энергии, а также по сбору данных и системе управления.

Типы регуляторов напряжения

и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на ваш почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Как работает регулятор напряжения?

Стабилизатор напряжения — это схема, которая создает и поддерживает фиксированное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.

Регуляторы напряжения (VR) поддерживают напряжение источника питания в диапазоне, совместимом с другими электрическими компонентами. Хотя регуляторы напряжения чаще всего используются для преобразования мощности постоянного / постоянного тока, некоторые из них также могут выполнять преобразование мощности переменного / переменного или переменного / постоянного тока. В этой статье речь пойдет о регуляторах постоянного / постоянного напряжения.

Типы регуляторов напряжения: линейные и импульсные

Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные. Оба типа регулируют напряжение в системе, но линейные регуляторы работают с низким КПД, а импульсные регуляторы работают с высоким КПД.В высокоэффективных импульсных регуляторах большая часть входной мощности передается на выход без рассеивания.

Линейные регуляторы

В линейном стабилизаторе напряжения используется устройство активного прохода (например, BJT или MOSFET), которое управляется операционным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, линейный регулятор регулирует сопротивление проходного устройства, сравнивая внутреннее опорное напряжение с дискретизированным выходным напряжением, а затем сбрасывая ошибку до нуля.

Линейные регуляторы — это понижающие преобразователи, поэтому по определению выходное напряжение всегда ниже входного. Однако у этих регуляторов есть несколько преимуществ: они, как правило, просты в конструкции, надежны, экономичны и обладают низким уровнем шума, а также малыми колебаниями выходного напряжения.

Линейным регуляторам, таким как MP2018, для работы требуются только входной и выходной конденсатор (см. Рисунок 1) . Их простота и надежность делают их интуитивно понятными и простыми устройствами для инженеров, а зачастую и очень рентабельными.

Рисунок 1: Линейный регулятор MP2018

Импульсные регуляторы

Схема импульсного регулятора обычно более сложна в разработке, чем линейный регулятор, и требует выбора значений внешних компонентов, настройки контуров управления для обеспечения стабильности и тщательного проектирования компоновки.

Импульсные регуляторы

могут быть понижающими преобразователями, повышающими преобразователями или их комбинацией, что делает их более универсальными, чем линейный регулятор.

Преимущества импульсных регуляторов заключаются в том, что они высокоэффективны, имеют лучшие тепловые характеристики и могут поддерживать более высокие токи и более широкие приложения VIN / VOUT.Они могут достичь эффективности более 95% в зависимости от требований приложения. В отличие от линейных регуляторов, для импульсной системы питания могут потребоваться дополнительные внешние компоненты, такие как катушки индуктивности, конденсаторы, полевые транзисторы или резисторы обратной связи. HF920 является примером импульсного регулятора, который обеспечивает высокую надежность и эффективное регулирование мощности (см. Рисунок 2) .

Рисунок 2: Импульсный регулятор HF920

Ограничения регуляторов напряжения

Одним из основных недостатков линейных регуляторов является то, что они могут быть неэффективными, поскольку в определенных случаях использования они рассеивают большое количество энергии.Падение напряжения линейного регулятора сравнимо с падением напряжения на резисторе. Например, при входном напряжении 5 В и выходном напряжении 3 В между клеммами возникает падение на 2 В, а эффективность ограничивается 3 В / 5 В (60%). Это означает, что линейные регуляторы лучше всего подходят для приложений с более низкими дифференциалами VIN / VOUT.

Важно учитывать расчетную рассеиваемую мощность линейного регулятора в приложении, поскольку использование более высоких входных напряжений приводит к значительному рассеиванию мощности, что может привести к перегреву и повреждению компонентов.

Еще одним ограничением линейных регуляторов напряжения является то, что они способны только к понижающему (понижающему) преобразованию, в отличие от импульсных регуляторов, которые также предлагают повышающее (повышающее) и понижающее-повышающее преобразование.

Импульсные регуляторы

очень эффективны, но некоторые недостатки включают то, что они, как правило, менее рентабельны, чем линейные регуляторы, больше по размеру, более сложны и могут создавать больше шума, если их внешние компоненты не выбраны тщательно. Шум может быть очень важным для конкретного приложения, поскольку шум может повлиять на работу и производительность схемы, а также на характеристики электромагнитных помех.

Топологии импульсного регулятора: понижающий, повышающий, линейный, LDO и регулируемый

Существуют различные топологии линейных и импульсных регуляторов. Линейные регуляторы часто используют топологию с малым падением напряжения (LDO). Для импульсных регуляторов существует три распространенных топологии: понижающие преобразователи, повышающие преобразователи и понижающие-повышающие преобразователи. Каждая топология описана ниже:

Регуляторы LDO

Одной из популярных топологий линейных регуляторов является стабилизатор с малым падением напряжения (LDO).Линейные регуляторы обычно требуют, чтобы входное напряжение было как минимум на 2 В выше выходного напряжения. Тем не менее, стабилизатор LDO разработан для работы с очень небольшой разницей напряжения между входными и выходными клеммами, иногда до 100 мВ.

Понижающие и повышающие преобразователи

Понижающие преобразователи

(также называемые понижающими преобразователями) принимают большее входное напряжение и производят более низкое выходное напряжение. И наоборот, повышающие преобразователи (также называемые повышающими преобразователями) принимают более низкое входное напряжение и производят более высокое выходное напряжение.

Преобразователи Buck-Boost

Понижающий-повышающий преобразователь — это одноступенчатый преобразователь, который сочетает в себе функции понижающего и повышающего преобразователя для регулирования выхода в широком диапазоне входных напряжений, которые могут быть больше или меньше выходного напряжения.

Управление регулятором напряжения

Четыре основных компонента линейного регулятора — это проходной транзистор, усилитель ошибки, опорное напряжение и цепь обратной связи через резистор. Один из входов усилителя ошибки установлен двумя резисторами (R1 и R2) для контроля процентного значения выходного напряжения.Другой вход — это стабильное опорное напряжение (VREF). Если дискретизированное выходное напряжение изменяется относительно VREF, усилитель ошибки изменяет сопротивление проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).

Для работы линейных регуляторов

обычно требуется только внешний входной и выходной конденсатор, что упрощает их внедрение.

С другой стороны, импульсный стабилизатор требует большего количества компонентов для создания цепи. Силовой каскад переключается между VIN и землей для создания пакетов заряда для доставки на выход.Подобно линейному регулятору, есть операционный усилитель, который производит выборку выходного постоянного напряжения из сети обратной связи и сравнивает его с внутренним опорным напряжением. Затем сигнал ошибки усиливается, компенсируется и фильтруется. Этот сигнал используется для модуляции рабочего цикла ШИМ, чтобы вернуть выход в режим регулирования. Например, если ток нагрузки быстро увеличивается и вызывает падение выходного напряжения, контур управления увеличивает рабочий цикл ШИМ, чтобы обеспечить больший заряд нагрузки и вернуть шину в режим регулирования.

Приложения для линейных и импульсных регуляторов

Линейные регуляторы часто используются в приложениях, которые чувствительны к затратам, чувствительны к шуму, слаботочны или ограничены в пространстве. Некоторые примеры включают бытовую электронику, такую ​​как наушники, носимые устройства и устройства Интернета вещей (IoT). Например, в таких приложениях, как слуховой аппарат, можно использовать линейный регулятор, поскольку в них нет переключающего элемента, который мог бы создавать нежелательный шум и влиять на работу устройства.

Более того, если проектировщики в основном заинтересованы в создании недорогого приложения, им не нужно так беспокоиться о рассеивании мощности, и они могут полагаться на линейный регулятор.

Импульсные регуляторы полезны для более общих приложений и особенно полезны в приложениях, требующих эффективности и производительности, таких как потребительские, промышленные, корпоративные и автомобильные приложения (см. Рисунок 3) . Например, если приложение требует большого понижающего решения, лучше подходит импульсный стабилизатор, так как линейный регулятор может создать большое рассеивание мощности, которое может повредить другие электрические компоненты.

Рисунок 3: Понижающий регулятор MPQ4430-AEC1

Каковы основные параметры микросхемы регулятора напряжения?

Некоторые из основных параметров, которые следует учитывать при использовании регулятора напряжения, — это входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток. Эти параметры используются для определения того, какая топология VR совместима с ИС пользователя.

Другие параметры, включая ток покоя, частоту переключения, тепловое сопротивление и напряжение обратной связи, могут иметь значение в зависимости от приложения.

Ток покоя важен, когда приоритетом является эффективность в режимах малой нагрузки или ожидания. Если рассматривать частоту коммутации как параметр, максимальное увеличение частоты коммутации приводит к меньшим системным решениям.

Кроме того, термическое сопротивление имеет решающее значение для отвода тепла от устройства и его рассеивания по системе. Если контроллер включает в себя внутренний полевой МОП-транзистор, то все потери (проводящие и динамические) рассеиваются в корпусе и должны учитываться при расчете максимальной температуры ИС.

Напряжение обратной связи — еще один важный параметр, который необходимо изучить, поскольку он определяет минимальное выходное напряжение, которое может поддерживать регулятор напряжения. Стандартно смотреть на параметры опорного напряжения. Это ограничивает более низкое выходное напряжение, точность которого влияет на точность регулирования выходного напряжения.

Как правильно выбрать регулятор напряжения

Чтобы выбрать подходящий регулятор напряжения, разработчик должен сначала понять их ключевые параметры, такие как V _IN , V _OUT , I _OUT , системные приоритеты (например,г. эффективность, производительность, стоимость), а также любые дополнительные ключевые функции, такие как индикация хорошего энергопотребления (PG) или включение управления.

После того, как разработчик определил эти требования, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство, отвечающее желаемым требованиям. Таблица параметрического поиска — ценный инструмент для дизайнеров, поскольку она предлагает различные функции и пакеты, доступные для соответствия требуемым параметрам для вашего приложения.

Каждое устройство MPS поставляется с таблицей данных, в которой подробно описано, какие внешние компоненты необходимы и как рассчитать их значения для достижения эффективной, стабильной и высокопроизводительной конструкции.Таблицу данных можно использовать для расчета таких значений компонентов, как выходная емкость, выходная индуктивность, сопротивление обратной связи и другие ключевые компоненты системы. Кроме того, вы можете использовать инструменты моделирования, такие как программное обеспечение DC / DC Designer или MPSmart, ознакомиться с примечаниями к применению или задать вопросы в местном FAE.

MPS предлагает множество эффективных, компактных линейных и импульсных стабилизаторов напряжения, включая семейство HF500-x, семейство MP171x, MP20056, MP28310, MPQ4572-AEC1 и MPQ2013-AEC1.

Список литературы

Глоссарий по электронной инженерии

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Получить техническую поддержку

Общие сведения о работе регулятора напряжения

Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений его входного напряжения или условий нагрузки.Существует два типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные.

В линейном регуляторе используется активное (BJT или MOSFET) устройство прохода (последовательное или шунтирующее), управляемое дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с точным опорным напряжением и регулирует проходное устройство для поддержания постоянного выходного напряжения.

Импульсный стабилизатор преобразует входное постоянное напряжение в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой MOSFET или BJT-переключатель. Отфильтрованное выходное напряжение переключателя мощности подается обратно в схему, которая управляет временем включения и выключения переключателя питания, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или тока нагрузки.

Каковы некоторые топологии импульсного регулятора?

Существует три распространенных топологии: понижающая (понижающая), повышающая (повышающая) и понижающая-повышающая (повышающая / понижающая). Другие топологии включают обратноходовые, SEPIC, Cuk, двухтактные, прямые, полномостовые и полумостовые топологии.

Как влияет на конструкцию регулятора частоты коммутации?

Более высокие частоты переключения означают, что в регуляторе напряжения можно использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера. Это также означает более высокие коммутационные потери и больший шум в цепи.

Какие потери происходят с импульсным регулятором?

Потери возникают из-за мощности, необходимой для включения и выключения полевого МОП-транзистора, которые связаны с драйвером затвора полевого МОП-транзистора. Кроме того, потери мощности полевого МОП-транзистора возникают из-за того, что переключение из состояния проводимости в состояние непроводимости занимает конечное время. Потери также связаны с энергией, необходимой для заряда и разряда емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.

Каковы обычные области применения линейных и импульсных регуляторов?

Рассеиваемая мощность линейного регулятора прямо пропорциональна его выходному току для данного входного и выходного напряжения, поэтому типичный КПД может быть 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достичь КПД в диапазоне 90%. Однако выходной шум линейного регулятора намного ниже, чем импульсный стабилизатор с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Обычно импульсный регулятор может управлять более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.

Как импульсный регулятор управляет своим выходом?

Для импульсных регуляторов

требуются средства для изменения выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения.Один из подходов — использовать ШИМ, который управляет входом в соответствующий выключатель питания, который контролирует его время включения и выключения (рабочий цикл). Во время работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно на ШИМ-контроллер для управления рабочим циклом. Если отфильтрованный выходной сигнал имеет тенденцию к изменению, обратная связь, подаваемая на ШИМ-контроллер, изменяет рабочий цикл для поддержания постоянного выходного напряжения.

Какие проектные характеристики важны для ИС регулятора напряжения?

Среди основных параметров — входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от приложения могут быть важны другие параметры, такие как пульсирующее напряжение на выходе, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важными параметрами для линейного регулятора являются падение напряжения, PSRR (коэффициент отклонения источника питания) и выходной шум.

использованная литература

Загрузить средства проектирования управления питанием

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

• Образование
• Исследовательская работа
• Инновации
• Прием + помощь
• Студенческая жизнь
• Новости
• Выпускников
• О Массачусетском технологическом институте
• Подробнее ↓
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О Массачусетском технологическом институте

Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Назад к основам: ИС регуляторов напряжения, часть 1

Среди регуляторов самая простая схема регулятора предназначена для регулятора напряжения с малым падением напряжения (LDO), топология которого показана на рис.1 . Как линейный регулятор напряжения, его основными компонентами являются проходной транзистор, усилитель ошибки, опорное напряжение и выходной МОП-транзистор. Один вход усилителя ошибки, установленный резисторами R1 и R2, контролирует процентное значение выходного напряжения. Другой вход — это стабильное опорное напряжение (VREF). Если выходное напряжение увеличивается относительно VREF, усилитель ошибки изменяет выход проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).

Фиг.1. Низкое падение напряжения и низкий ток покоя LDO делает его подходящим для портативных и беспроводных приложений.

Низкое падение напряжения относится к разнице между входным и выходным напряжениями, которая позволяет ИС регулировать выходное напряжение. То есть LDO регулирует выходное напряжение до тех пор, пока его вход и выход не сблизятся друг с другом при падении напряжения. В идеале падение напряжения должно быть как можно меньшим, чтобы минимизировать рассеивание мощности и максимизировать эффективность.

Основным преимуществом LDO IC является ее относительно «тихая» работа, поскольку она не требует переключения. Напротив, импульсный регулятор обычно работает в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц, что может создавать электромагнитные помехи, влияющие на аналоговые или радиочастотные цепи. LDO с внутренним силовым MOSFET или биполярным транзистором могут обеспечивать выходы в диапазоне от 50 до 500 мА. Низкое падение напряжения и низкий ток покоя LDO делает его подходящим для портативных и беспроводных приложений.

Падение напряжения стабилизатора LDO определяет наименьшее используемое входное напряжение питания.То есть, хотя спецификации могут указывать на широкий диапазон входного напряжения, входное напряжение должно быть больше, чем напряжение падения плюс выходное напряжение. Для LDO с выпадением 200 мВ входное напряжение должно быть выше 3,5 В, чтобы на выходе было 3,3 В.

При использовании LDO разница между входным и выходным напряжением может быть небольшой, а выходное напряжение должно строго регулироваться. Кроме того, переходные процессы должны быть достаточно быстрыми, чтобы выдерживать нагрузки, которые могут составлять от нуля до десятков ампер за наносекунды.Кроме того, выходное напряжение может изменяться из-за изменений входного напряжения, выходного тока нагрузки и температуры. В первую очередь, эти колебания выходного сигнала вызваны влиянием температуры на опорное напряжение LDO, усилитель ошибки и его резисторы выборки (R1 и R2).

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Во многих приложениях линейные источники питания были заменены импульсными источниками. Показанный на Рис. 2 — это типичный изолированный импульсный источник питания.

Фиг.2. Импульсный источник питания включает и выключает входной постоянный ток, а затем выпрямляет его для получения выходного постоянного тока.

Один из широко используемых подходов использует время включения и выключения широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления выходным напряжением переключателя мощности. Отношение времени включения к времени периода переключения — это рабочий цикл. Чем выше рабочий цикл, тем выше выходная мощность переключателя силового MOSFET. Фильтр нижних частот, подключенный к выходному трансформатору, обеспечивает напряжение, пропорциональное времени включения и выключения контроллера ШИМ.Во время работы часть выходного постоянного напряжения возвращается в усилитель ошибки, что заставляет компаратор управлять временем включения и выключения ШИМ. Если выходное напряжение изменяется, обратная связь регулирует рабочий цикл, чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

Для генерации сигнала ШИМ усилитель ошибки принимает входной сигнал обратной связи и стабильное опорное напряжение для создания выходного сигнала, соответствующего разности двух входов. Компаратор сравнивает выходное напряжение усилителя ошибки с пилообразной характеристикой генератора, создавая модулированную ширину импульса.Выход компаратора подается на драйвер, выход которого идет на силовой полевой МОП-транзистор.

Выходной фильтр нижних частот индуктора-конденсатора преобразует коммутируемое напряжение переключающего трансформатора в постоянное напряжение. Фильтр не идеален, поэтому всегда есть некоторый остаточный выходной шум, называемый пульсацией. Величина пульсации зависит от эффективности фильтра нижних частот на частоте переключения. Частоты переключения источника питания могут находиться в диапазоне от 100 кГц до более 1 МГц. Более высокие частоты переключения позволяют использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего номинала в выходном фильтре нижних частот.Однако более высокие частоты также могут увеличивать потери в силовых полупроводниках, что снижает эффективность источника питания.

Что касается рассеиваемой мощности, выключатель питания является ключевым компонентом импульсного источника питания. Переключатель обычно представляет собой силовой полевой МОП-транзистор, который работает только в двух состояниях — включенном и выключенном. В выключенном состоянии переключатель питания потребляет очень мало тока и рассеивает очень мало энергии. Во включенном состоянии переключатель питания потребляет максимальное количество тока, но его сопротивление во включенном состоянии невелико, поэтому в большинстве случаев его рассеиваемая мощность минимальна.При переходе из включенного состояния в выключенное и выключенного во включенное состояние переключатель питания проходит через свою линейную область, где он потребляет некоторую мощность. Таким образом, общие потери для переключателя мощности складываются из потерь во включенном и выключенном состояниях плюс потери при переходе через его линейную область.

Микросхемы ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

ИС для импульсных источников питания бывают двух основных конфигураций: ИС преобразователя и ИС контроллера.

ИС преобразователя представляют собой полноценный преобразователь постоянного тока в постоянный в одном корпусе.Единственными необходимыми внешними компонентами обычно являются пассивные устройства. Переключатели питания могут быть либо биполярными, либо полевыми МОП-транзисторами, способными обрабатывать требуемый ток и мощность. Обычно силовой полупроводниковый переключатель включается и выключается с частотой от 100 кГц до 1 МГц, в зависимости от типа ИС. Большинство переключателей мощности используют широтно-импульсную модуляцию для управления выходным напряжением, поэтому рабочий цикл изменяется в соответствии с желаемым выходным напряжением.

Для ИС контроллера требуется внешний переключатель питания, либо биполярный транзистор, либо силовой полевой МОП-транзистор.Схема контроллера, в которой используется внешний переключатель питания, обычно имеет более высокий КПД, чем преобразователь со встроенным силовым полевым МОП-транзистором, поскольку интегрированные полевые МОП-транзисторы имеют более высокое сопротивление в открытом состоянии (более высокие потери). Сопротивление во включенном состоянии внешнего силового MOSFET ниже, и MOST обычно имеет более высокую выходную мощность, чем IC со встроенным MOSFET.

И для преобразователя, и для ИС контроллера частота коммутации определяет физический размер и стоимость катушек индуктивности, конденсаторов и трансформаторов фильтра.Чем выше частота переключения, тем меньше физический размер и меньшие значения компонентов. Для оптимизации эффективности материал магнитопровода для индуктора и трансформатора должен соответствовать частоте переключения. Таким образом, материал сердечника трансформатора / катушки индуктивности следует выбирать таким образом, чтобы он эффективно работал на частоте переключения.

Преобразователи постоянного тока в постоянный принимают входной и вырабатывают постоянный ток. Они могут быть изолированными или неизолированными, в зависимости от того, есть ли прямой путь постоянного тока от входа к выходу.Изолированный преобразователь ( Рис. 2 ) использует трансформатор для обеспечения изоляции между входным и выходным напряжением. В неизолированном преобразователе используется индукторно-конденсаторный фильтр, а оптопара обычно обеспечивает изоляцию между выходной обратной связью и входом. Для многих приложений подходят неизолированные преобразователи. Преимущество трансформаторного преобразователя заключается в том, что он может легко создавать несколько выходных напряжений с использованием нескольких вторичных обмоток.

Первоначально в преобразователях с интегрированным переключателем мощности использовались биполярные переключатели питания, но практически во всех новых устройствах используются переключатели питания на полевых МОП-транзисторах, которые повышают эффективность.Еще одним улучшением эффективности является использование интегрированных синхронных выпрямителей, состоящих из переключателей силовых полевых МОП-транзисторов, которые выпрямляют выход источника питания и обеспечивают выход постоянного тока.

Среди функций, имеющихся в ИС преобразователя и контроллера:

• Постоянное или регулируемое выходное напряжение

• Несимметричные или синхронные выходы

• Плавный пуск, обеспечивающий постепенное увеличение мощности

• Блокировка минимального напряжения

• Тепловое отключение

• Максимальная токовая защита

• Защита от перенапряжения

НАСОС НАСОС ICS

Зарядные насосы на самом деле представляют собой другую форму переключения питания.Они переключают конденсаторы, чтобы обеспечить преобразование постоянного напряжения, используя сеть переключателей для зарядки и разрядки одного или нескольких конденсаторов. Сеть переключателей переключает между состояниями заряда и разряда конденсаторов. Как показано в Рис. 3 , «летающий конденсатор» (C1) перемещает заряд, а «накопительный конденсатор» (C2) удерживает заряд и фильтрует выходное напряжение.

Рис. 3. Преимуществом зарядового насоса является устранение магнитных полей и электромагнитных помех, которые возникают с индуктором или трансформатором.

В базовом насосе заряда отсутствует регулирование, которое обычно добавляется с использованием либо линейного регулирования, либо модуляции насоса заряда. Линейное регулирование обеспечивает наименьший выходной шум и, следовательно, лучшую производительность. Модуляция подкачки заряда обеспечивает больший выходной ток для данного размера (или стоимости) кристалла, потому что ИС регулятора не обязательно должна включать в себя транзистор с последовательным проходом.

Основным преимуществом зарядового насоса является устранение магнитных полей и электромагнитных помех, которые возникают с индуктором или трансформатором.Существует один возможный источник электромагнитных помех — высокий зарядный ток, который течет к «летающему конденсатору», когда он подключается к входному источнику или другому конденсатору с другим напряжением.

MOSFET, потому что интегрированные MOSFET имеют более высокое сопротивление в открытом состоянии (более высокие потери). Сопротивление во включенном состоянии внешнего силового MOSFET ниже, и MOST обычно имеет более высокую выходную мощность, чем IC со встроенным MOSFET.

И для преобразователя, и для ИС контроллера частота коммутации определяет физический размер и стоимость катушек индуктивности, конденсаторов и трансформаторов фильтра.Чем выше частота переключения, тем меньше физический размер и меньшие значения компонентов. Для оптимизации эффективности материал магнитопровода для индуктора и трансформатора должен соответствовать частоте переключения. Таким образом, материал сердечника трансформатора / катушки индуктивности следует выбирать таким образом, чтобы он эффективно работал на частоте переключения.

Преобразователи постоянного тока в постоянный принимают входной и вырабатывают постоянный ток. Они могут быть изолированными или неизолированными, в зависимости от того, есть ли прямой путь постоянного тока от входа к выходу.В изолированном преобразователе (рис. 2) используется трансформатор, обеспечивающий изоляцию между входным и выходным напряжением. В неизолированном преобразователе используется индукторно-конденсаторный фильтр, а оптопара обычно обеспечивает изоляцию между выходной обратной связью и входом. Для многих приложений подходят неизолированные преобразователи. Преимущество трансформаторного преобразователя заключается в том, что он может легко создавать несколько выходных напряжений с использованием нескольких вторичных обмоток.

МНОЖЕСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ / РЕГУЛЯТОР ICS

ИС контроллеров с несколькими выходами состоят из двух или более регуляторов в одном корпусе.Это могут быть два импульсных преобразователя или два регулятора LDO.

Примером сдвоенного импульсного регулятора является понижающий DC-DC преобразователь с двойным током в режиме ШИМ с внутренними переключателями питания 2 А, эта ИС работает от входного напряжения от 3,6 В до 25 В, что позволяет регулировать широкий диапазон мощности. такие источники, как четырехэлементные батареи, логические шины 5 В, нерегулируемые настенные трансформаторы, свинцово-кислотные батареи и распределенные источники питания. Два регулятора имеют общую схему, включая источник входного сигнала, источник опорного напряжения и генератор, но в остальном они независимы.Их контур обратной связи контролирует пиковый ток в переключателе во время каждого цикла. Это управление в режиме тока улучшает динамику контура и обеспечивает ограничение тока от цикла к циклу.

Пример микросхемы стабилизатора напряжения с двумя выходами и малым падением напряжения имеет встроенные функции сброса, сброса при включении (POR) и стабилизации питания (PG). Дифференцированные функции, такие как точность, быстрая переходная характеристика, схема контроля (сброс при включении питания), вход ручного сброса и независимые функции включения, обеспечивают полное системное решение.Эти регуляторы напряжения имеют чрезвычайно низкий уровень шума на выходе без использования каких-либо дополнительных байпасных конденсаторов фильтра и разработаны для обеспечения быстрой переходной характеристики и обычно стабильны с конденсаторами с низким ESR.

Это семейство LDO также может иметь спящий режим; подача высокого сигнала на разрешающий вход отключает Регулятор 1 или Регулятор 2 соответственно. Перевод регуляторов в спящий режим снижает входной ток до TJ = 25 ° C. Каждый регулятор имеет внутренний разрядный транзистор для разрядки выходного конденсатора, когда регулятор выключен (отключен).

Микросхемы контроллеров с несколькими выходами также могут состоять из двух или более преобразователей накачки заряда в одном корпусе. Это могут быть контроллеры с внешними переключателями питания или регуляторы с внутренним переключателем питания. Одна из возможностей — это выход 5 В и выход 3,3 В для процессоров и логических приложений.

Например, типичные микросхемы контроллера накачки заряда с несколькими выходами могут понижать преобразователи постоянного тока в постоянный, которые производят два регулируемых регулируемых выхода из одного 2.Вход от 7 В до 5,5 В. В ИС используется дробное преобразование переключаемых конденсаторов для достижения типичного повышения эффективности на 50% по сравнению с линейным регулятором. Никаких индукторов не требуется.

ИС имеет два переключаемых насоса заряда конденсаторов для понижения VIN до двух регулируемых выходных напряжений. Два нагнетательных насоса работают со сдвигом по фазе на 180 °, чтобы уменьшить входную пульсацию. Регулировка достигается путем измерения каждого выходного напряжения через внешний резистивный делитель и модуляции выходного тока накачки заряда на основе сигнала ошибки.Двухфазный, неперекрывающийся тактовый сигнал активирует два зарядных насоса, запускающих их в противофазе друг от друга.

СИНХРОННАЯ РЕКТИФИКАЦИЯ

Эффективность — важный критерий при проектировании преобразователей постоянного тока в постоянный, требующих малой мощности. Эти потери вызваны переключателем мощности, магнитными элементами и выходным выпрямителем. Для уменьшения потерь в переключателе мощности и магнитных потерь требуются компоненты, которые могут эффективно работать на высоких частотах переключения. Выходные выпрямители могут быть диодами Шоттки, но синхронное выпрямление ( рис.4 ), состоящие из силовых МОП-транзисторов, обеспечивают более высокий КПД.

Рис. 4. Синхронный выпрямитель более эффективен, чем диодный выпрямитель Шоттки.

МОП-транзисторы демонстрируют более низкие потери прямой проводимости, чем диоды Шоттки. В отличие от обычных самокоммутирующихся диодов, полевые МОП-транзисторы включаются и выключаются с помощью управляющего сигнала затвора, синхронизированного с работой преобразователя. Основным недостатком синхронного выпрямления является дополнительная сложность и стоимость, связанные с устройствами MOSFET и соответствующей управляющей электроникой.