Интегральный регулятор напряжения
Одним воскресным днем решил проверить заряд аккумулятора и работоспособность генератора. Диагностикой пришлось заняться по причине слабо горящей на панели приборов "лампы генератора".
Запустил двигатель, мультиметр подключил на клеммы аккумулятора. Прибор показал колебания напряжения 16-18В. От оборотов показания не менялись.
Первое на что подумал при данной проблеме это вышедшая из строя интегралка. Штатный интегральный регулятор — Я112В. Поехал купил новую интегралку, установил — но показания мультиметра стали чуть лучше 16-17В. Проблема сохранилась. Возможно интегралка была брак, тогда я решил разобраться с принципом работы возможных вариантов интегралок. Слышал что Я112А и Я112В в принципе взаимозаменяемы, скажу сразу без доработок — нет. Обшарил практически весь инет — но нормального комплексного решения не нашел — поэтому и решил сделать эту запись может кому и пригодится.
В чем же принципиальные отличия Я112А и я 112В? разобрал обе интегралки я обнаружил что отличий практически и нет — они даже комплектуются одними и теми же транзисторами. Отличие их заключается в том, что контакты (на интегралке Я112В) Б и В разъединены между собой а на Я112А спаяны.
Поэтому можно приобрести интегралку Я112А на которой будут выводы Ш-Б-В и Я11В(В1,В2) с маркировкой Ш-В-В, не знаю кто их производит но явно не запариваются насчет маркировки. Но правильно было бы маркировать как есть Ш-В-В для 112А и Ш-В-Б для Я112В.
Решил проверить купленную интегралку на работоспособность. Приобрел лампу 12В, 5Вт — усадил ее на клемы Ш и В (Б и В запаял между собой) — схему проверки привожу тут же. Схема проверки хоть и для Я112А — отличия этих интегралок я привел выше.
Регулируемым блоком питания подал напряжение с 12В постепенно поднимая выше.
Интегралка отработала ровно как и положено в пределах нормы — с 13,6В до 14,2В. Вопрос о ее браке отпал.
Почему нельзя заместо Я112В поставить Я112А. Согласно их схемам подключения в Я112А постоянно держит под потенциалом обмотку подмагничивания, поэтому даже когда авто не работает ток потребления составляет 1А. А Я112В потребляет лишь малую долю на радиоэлементы. Но заменить 112В на 112А можно если сделать переключатель и отдельно подвести питание к ней через этот переключатель. Этот переключатель в обход замка зажигания (если через замок, то он — замок, долго не проживет). Сечение провода должно выдерживать ток 5А, но лучше и с запасом.
А вот поставить вместо Я112А интегралку Я112В(В1,В2) можно без проблем — всего лишь надо запаять контакты Б и В — и она превратиться в 112А без каких либо последствий.
Решением моей проблемы стало — замена Я112В на Я112А с отдельным тумблером включения самой интегралки напрямую от "+" аккумулятора. Тумблер вывел в салон и цифровой вольтметр (продают в радиодеталях 200р.) для мониторинга заряда АКБ. Скачки напряжения прекратились зарядка стала ровной 14,2В
Автор: eufs, eufs@email.ua
Опубликовано 18.11.2015.
Создано при помощи КотоРед.
Представлю свою версию реле-регулятора напряжения бортовой сети автомобиля Я112А, которое зовётся в простонародно-водительском наречии-"шоколадка".
Не пристало настоящим котам затариваться в магазинах автозапчастей тем, что вполне можно сделать самим, тем более что за дешево можно там купить только откровенный хлам, а нормальная указанная вещь продается никак не меньше, чем полкило нормальной колбасы.
А деталек-то для самодельного потребуется совсем не много, большинство из которых легко добывается из старых материнских компьютерных плат.
Анализ предлагаемых готовых Я112 поразил своей разнообразностью с одной стороны и убогостью схемотехники с другой. Как придумали на заре автомобильно-генераторной цивилизации регулятор на трех транзисторах и стабилитроне — так оно и кочует из одного изделия в другое, за редким исключением. Есть с целой кучей транзисторов, но чем это лучше — не понятно. Все равно транзистор на выходе биполярный составной по сути или конструктивно, на котором выделяется 4-5Вт тепла. И это не единственный недостаток.
"Ну и что"-скажете Вы, "оно ж работает. " — и будете совершенно правы.
Но мы не такие! Мы не будем экономить на мелочах и оглядываться, а будем смотреть только вперед.
В наших руках будет рождаться шедевр схемотехники на хороших, недорогих и распространенных деталях, обладающий некоторыми полезностями, такими как:
— малое падение напряжения на регулирующем элементе — не более 30мв, соответственно нет нагрева;
— высокую стабильность поддерживаемого напряжения;
— возможностью переключения напряжения "лето-зима";
— световой индикатор исправной работы.
Схема каких-то особенностей не имеет. Опрный источник напряжения +2.5В собран на всем известной TL431, компаратор на еще более известном ОУ LM358, драйвер выходного ключа на транзисторах общего применения и, наконец, выходным ключом на мощном мосфете 60N03.
Оба операционных усилителя включены параллельно. Чтоб не болталсо второй и для надежности первого :).
Пару слов о возможных заменах деталей.
Мощный полевой транзистор можно заменить любым с предельным током не ниже 15А и напряжением 30В. На материнках часто встречаются подобные мосфеты 18N06 (17aмпер 60вольт),30N03 (30а 30в),55N03 (55а 30в), 75N03 (75a 30в) и т.д и т.п. Все они годятся для конструкции. Только желательно по даташиту в интернете удостоверится насчет тока и напряжения (бывали случаи. ). Плата предусматривает установку как в корпусе DPACK (тот что покрупнее), так и D2PACK (помельче), но первый предпочтительней.
Транзисторы в драйвере -любые c соответствующей структурой в корпусе SOT23.
TL431 тоже можно припаять в SOT23 (тоже есть на материнках)), а можно более распространенню в TO92 лежа боком. Плата позволяет. После первого включения надо проверить 431 на предмет возбуждения на высокой частоте, возможно придется убрать С1 или изрядно добавить. У меня в одном экземпляре регулятора пришлось его убрать, потому что без него не было возбуждения, а с ним появлялось. Косвенно о возбуждении можно догадаться при сильно заниженном пороге срабатывания относительно 13.9-14.4В. Но лучше — осциллографом.
ОУ лучше не менять, их таких навалом.
При указанных на схеме деталях, рассчетный порог 14.25В, но все TL431 что были у меня были с незначительно заниженным напряжением, из- за чего порог сползал на 14.0-14.1.
Конденсатор С2-танталовый 3.3-10 мкф 20В. Попадаются и они на материнках, но реже. Чаще на платах от совсем старых CD или винчестеров.
Диод VD2 лучше всего двухамперный, но на крайний случай 1N4002-4007. Паяется формованными выводами на проводники в указанном месте без сверления.
Светодиод любого цвета диаметром 3мм впаивается в плату с обратной стороны и попадает в отверстие четвертого винта, который закручивать не надо. Щеткодержатель прекрасно держится и на трех.
Плата изготовлена из двухстороннего стклотекстолита 1.5-2мм. Фольгу с обратной стороны оставить. Для соединения с обратной стороной впаяны 4 перемычки. 3 от истока полевго транзистора, одна от анода TL431. Отверстия на плате обозначены.
Отверстия под клеммы щеткодержателя- 4.2-4.5 мм. Под центральный винт-3.3-3.5мм. Фольгу с лицевой и обратной стороны по краям больших отверстий надо срезать сверлом вдвое большего диаметра.
На площадку по центру припаивается гайка М3, лучше латунная.
Для реализации переключения режима "зима-лето" как не хотелось, а придется точно по центру коробки щеткодержателя просверлить отверстие 3.5мм. Закрутив в него винт М3 х 8 закоротится на корпус клемма от резистора R1 и напряжение на зиму повысится. Расчетное значение 14.4В. Можно еще поднять, если уменьшить R1.
Для проверки подаем напряжение от регулируемого источника напряжения 10-16В. Плавно увеличивая, пристально смотрим на светодиод, когда же он погаснет. Тем самым определяем порог срабатывания. Корректируем, если надо резистором R2.
Умные дядьки в толстых книжках рекомендуют 13.8-14.0 для лета и 14.3-14.5 для зимы. А вообще это целая наука — температурная компенсация напряжения. Но тянуть к аккумулятору термодатчик никому не охота. Однако схемотехническое решение данной конструкции позволяет это сделать, даже посчитаны номиналы для входного делителя под датчик NTC10k, который опять же на материнках попадается. Может надо кому.
Окончательно убеждаемся в работоспособности, подключив к выходу регулятора автомобильную лампу, хотя бы ватт на 20. Должно светится и транзистор не греться.
Не забываем после настройки и проверки в указанном на плате контуре и пайку светодиода изрядно заквасить эпоксидным или нитролаком.
Как высохнет — идем к машине, ставим на генератор, заводим двигатель, меряем напряжение. Наблюдаем за весело мерцающим светодиодом, тем самым убеждаемся, что реле находится в зоне регулирования напряжения.
Буду рад, если принес кому-то пользу своей публикацией. Будут вопросы-отвечу.
В этом регуляторе составной регулирующий транзистор, обмотка возбуждения и схема управления имеют объединенную точку питания – В и В (в регуляторе Я 112 В две точки питания Б и В) Про регулятор Я 112 В смотри здесь
Регулятор напряжения это электронное реле, которое поддерживает входное напряжения генератора 14, 2 Вольта.
Регулятор включен в цепь обмотки возбуждения и включает – выключает ток в этой обмотке. Когда реле открыто и пропускает ток возбуждения, ротор намагничивается и генератор повышает напряжение. Когда напряжение превышает значение 14, 2 Вольта, реле закрывается, и ток возбуждения прекращается, напряжение генератора падает, и регулятор снова включает ток возбуждения, так с частотой 25 – 30 Гц, происходит включение – выключение тока возбуждения.
Силовой элемент реле это составной транзистор V 4 V 5. Когда он открыт через него на массу проходит ток возбуждения.
При включении зажигания Плюс приходит на точку В и на вторую точку В регулятора, Для данного типа регулятора эти точки соединены между собой. Транзистор V 2 закрывается и открывает составной транзистор V 4 V 5, появляется ток возбуждения (точка В, Обмотка возбуждения, точка Ш, транзистор V 5, масса). Генератор возбуждается и напряжение повышается. Транзистор V 2 закрыт, потому, что цепь его базы не проводит тока. Потенциал его коллектора высокий, и по цепи R 6 V 3 идет ток базы выходного составного транзистора V 4 V 5, поэтому выходной транзистор открыт.
Выходное напряжение генератора приложено к делителю R 1 R 2, часть этого напряжения действует на стабилитроне V 1. Напряжение повышается до напряжения стабилизации и стабилитрон открывается, появляется ток R 1, V 1, база транзистора V 2, поэтому транзистор V 2 открывается. Потенциал его коллектора заземляется, диод V 3 мгновенно закрывается, и ток базы выходного составного транзистора обрывается, он закрывается, и ток возбуждения генератора прекращается, напряжение генератора начинает падать. Когда на стабилитроне V 1 напряжение станет меньше напряжения стабилизации, стабилитрон закроется, прекратится ток базы транзистора V 2 и он закроется, на его коллекторе появится плюс, который откроет диод V 3, появится ток базы V 4 V 5 и он откроется, появится ток возбуждения, и напряжение начнет расти. Далее все повторится.
Цепочка R 5 С2 обеспечивает обратную связь, по которой проходит импульс, обеспечивающий четкое срабатывание всей схемы. Регулятор все время работает в режиме переключения, в момент, когда стабилитрон открывается, транзистор V 2 начинает открываться и закрывает составной транзистор, на коллекторе V 4 появляется плюс, который скачком через конденсатор попадет на базу V 2, и ускоряет его открытие, это ускоряет закрытие составного транзистора. Далее конденсатор заряжается, в момент закрытия стабилитрона, его минус оказывается приложен к базе V 2, транзистор быстро закрывается, открывая составной транзистор. Конденсатор С2 разряжается, и отрицательный фронт с коллектора попадает базу V 2, ускоряя его закрытие, и открытие составного транзистора, соответственно.
Конденсатор С1 работает как фильтр, поддерживая независимость работы стабилитрона от скачков напряжения, связанных с работой самого регулятора.
Сопротивления R б, R 4, R 3, обеспечивают режимы работы транзисторов.
Диод V 6 шунтирует обмотку возбуждения при резком прекращении тока. В момент закрытия составного транзистора, ток резко прекращается и в обмотке возбуждения возникает ЭДС самоиндкуции, которая импульсом высокого напряжения прикладывается к закрытому транзистору, транзистор может быть пробит. Шунтирующий диод имеет такое направление, что импульсом этого напряжения он открывается и накоротко замыкает обмотку возбуждения, ток самоиндукции гаснет, не создавая скачка напряжения.