Выносной регулятор напряжения генератора своими руками

Введение

Построение источников питания для автомобильной электроники — сложная и ответственная задача . Регуляторы напряжения в таких источниках должны работать в широком диапазоне номинальных напряжений, быть устойчивыми к воздействию кондуктивных помех и статических разрядов, а также иметь широкий диапазон рабочих температур. Компания Texas Instruments, Inc. (США, Техас) предлагает более 120 наименований аттестованных для автомобильной промышленности микросхем импульсных DC/DC-преобразователей. Одной из них является высоковольтный импульсный регулятор LM5001-Q1, появившийся на рынке совсем недавно, и потому информации на русском языке об этой микросхеме практически нет.

Микросхема LM5001-Q1, предназначенная для построения эффективных импульсных преобразователей постоянного напряжения с различной топологией силовых частей (повышающей, обратноходовой, прямоходовой, SEPIC), соответствует стандарту AEC-Q100 (стресс-тест контроль для интегральных схем) . Ее можно использовать для построения источников питания с DC/DC-преобразователями для промышленных, телекоммуникационных и автомобильных приложений. Структура регулятора включает в себя ключевой МОП-транзистор, датчик тока, схему попериодного ограничения пикового значения тока, высоковольтный регулятор напряжения смещения, широко­полосный усилитель ошибки.

Семейство высоковольтных импульсных регуляторов LM500x состоит из четырех микросхем, характеристики которых приведены в табл. 1 . Основным различием микросхем LM5001 и LM5001-Q1 является область их применения. Структура и принцип работы этих микросхем идентичны. Таблица 1. Сравнение микросхем семейства LM500x по основным параметрам

Характеристика LM5000 LM5001 LM5001-Q1 LM5002
Количество регулируемых выходов 1 1 1 1
Минимальное входное напряжение Uвх.min, В 3,1 3,1 3,1 3,1
Максимальное входное напряжение Uвх.max, В 40 75 75 75
Минимальное выходное напряжение Uвых.min, В 1,259 1,26 1,26 1,26
Максимальное выходное напряжение Uвых.max, В 75 75 75 75
Топологии силовых частей Обратноходовой, прямоходовой, SEPIC
Максимальная частота переключений fп.max, кГц 1300 1500 1500 1500
Ток покоя в режиме отключения (типовое значение) Iоткл.тип., мА 2,1 3,1 3,1 3,1
Максимальный коэффициент заполнения, % 90 85 85 85
Защита от понижения входного напряжения (UVLO) Фиксированная Регулируемая Регулируемая Регулируемая
Порог ограничения тока ключевого транзистора (типовое значение) Iогр.тип., А 2 1 1 0,5
Особенности
  • Регулируемая защита от пониженного входного напряжения
  • Вход разрешения работы
  • Внешняя синхронизация
  • Регулируемая защита от пониженного входного напряжения
  • Вход разрешения работы
  • Внешняя синхронизация
  • Вход разрешения работы
  • Внешняя синхронизация
Класс микросхемы (область применения) Универсальная Универсальная Автомобильная Универсальная
Диапазон рабочих температур, °С –40…+125
Количество выводов, корпус 16TSSOP, 16WSON 8SOIC, 8WSON 8SOIC 8SOIC, 8WSON
Примерная цена (при покупке партии от 1000 шт.), долл. 1,80 1,55 1,78 1,45

Как проверить регулятор напряжения генератора

Современный регулятор, совмещенный со щеточным узлом, применяется на большинстве автомобилей иностранного и отечественного производства. Для начала оценим доступ к генератору. Если он труднодоступен и неудобен, то лучше будет снять его с автомобиля. Если же доступ свободный, то снимаем с него реле, не снимая генератор. Но перед этим обязательно нужно снять минусовую клемму с аккумулятора.

Регулятор крепится к генератору со стороны задней крышки обычно двумя болтами. Откручиваем их и аккуратно, чтобы не повредить щетки, снимаем его, предварительно отсоединив от него провода.

Для дальнейшей проверки нам понадобится либо блок питания, либо зарядное устройство, лампа на кальвания на 12 вольт. Главное, чтобы можно было увеличивать и уменьшать напряжение от 10 до 16 вольт. Если для проверки будет использоваться зарядное устройство, то понадобится еще и аккумулятор. Дело в том, что многие зарядные устройства не работают без него.

Подключаем зарядное устройство к аккумуляторной батарее в штатном режиме. Дополнительно к клеммам батареи подсоединяем мультиметр и два провода. Один на плюс, другой на минус. И соединяем их с реле-регулятором. Плюсовая клемма регулятора — это штекер. Минус — металлическая пластинка под одним из крепежных отверстий. Проводами подсоединяем к щеткам лампочку. Стенд готов, можно начать проверку. Блок питания подключается так же, только без аккумулятора.

Подключаем зарядное устройство к внешней сети и включаем его. Ручка регулятора нагрузки должна быть на минимальном уровне. Начинаем потихоньку поднимать напряжение. При этом накал лампочки должен понемногу увеличиваться. При нагрузке 12 вольт и более она должна гореть в полный накал. Продолжаем плавно поднимать напряжение до тех пор, пока не потухнет лампочка, или нагрузка не достигнет значения 15 вольт. Если регулятор исправен, то лампочка должна погаснуть на значении напряжения 14,2 -14,5. При снижении нагрузки лампочка опять загорится.

Если лампочка тухнет до 14 вольт, или достигнуто напряжение более 14,8 вольт, а лампочка все еще горит, то такой регулятор надо менять.

Проверка отдельного регулятора напряжения генератора

Таким же способом проверяется отдельно стоящий стабилизатор. В основном он крепится на кузове в моторном отсеке. Но иногда и на крышку генератора. В любом случае откручиваем его и подсоединяем к стенду. Пусть, например, это будет стабилизатор типа Я112 В.

Плюсовой провод подсоединяем к клеммам «Б» и «В», минус подаем на корпус. Контрольную лампочку соединяем с клеммами «В» и «Ш». Далее делаем все точно так же, как и с совмещенным стабилизатором. Плавно поднимаем нагрузку, при достижении 14,5 вольт должна произойти отсечка. Если отсечки нет, то меняем регулятор.

Проверяем устаревший 591.3702−01

Этот устаревший тип реле устанавливался почти на все заднеприводные автомобили. Относится он к отдельно стоящим. Всегда крепился к кузову моторного отсека. Схема подключения для проверки слегка отличается от вышеописанной. Действия и суть проверки остаются прежними.

Здесь имеется всего два контакта. Маркировка выполнена цифрами «67» и «15». Контакт под номером «67» — это минусовая клемма. Соответственно «15» — плюс. Минусовой провод с зарядного устройства закрепляем на корпусе устройства. Плюсовой крепим на клемме 15. Провода контрольной лампочки соединяем: один на корпусе, второй и клемме «67». Наш стенд готов к проверке.

Как проверить мультиметром регулятор к1216ен1

И напоследок пару слов о реле к1216ен1. Этот регулятор устанавливался на заднеприводные, и переднеприводные ВАЗы с инжекторными двигателями. Если учесть тот факт, что таких автомобилей эксплуатируется немало по всему постсоветскому пространству, нельзя обойти его стороной.

Этот регулятор принадлежит к совмещенному реле со щеточным узлом. Его предварительная и основная проверка проводится по вышеописанному методу. Никаких особых отличий нет.

Электрические принципиальные схемы регуляторов температуры паяльника

Внимание, ниже приведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы опасно для жизни!

Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора температуры паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление межу анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение межу его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма). При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ..

Диагностика автомобильного реле-регулятора

Для начала стоит определиться с тем, нужна ли вообще проверка реле

В первую очередь обращают внимание на некорректную зарядку аккумуляторной батареи:

  • Наблюдается перезаряд . Электролит начинает выкипать, причем раствор кислоты может попадать на детали кузова;
  • Наблюдается недозаряд . Заряд аккумуляторной батареи постоянно имеет малое значение, вследствие чего двигатель может не запускаться, а оптика гореть в пол накала.

Если наблюдается что-то из вышеописанное, нужно обзавестись тестером и начать проверку реле-регулятора. Коротко говоря, любое отклонение напряжения от максимума (14,5, в редких авто целых 14,8 Вольт) или минимума (12,8 Вольт) на соответствующих оборотах свидетельствует о необходимости замены реле-регулятора. Перед диагностикой стоит провести замер напряжения на клеммах автомобильного аккумулятора – в норме оно равняется 12,8 Вольтам.

Если в транспортном средстве используется встроенное реле, нужно проделать следующее:

  • Извлечь щеточный узел и случае нужды подобрать новые щетки. Короткими считаются щетки менее 5 миллиметров;
  • Взять источник питания. Подойдет блок питания или же зарядное устройство , позволяющим регулировать напряжение хотя бы до 16 Вольт . «Минусовой» провод источника замкнуть на соответствующую клемму регулятора;
  • «Плюсовой» провод источника питания подключаться к соответствующей клемме реле-регулятора;
  • Подключить 10-Ваттную контрольную лампу к щеткам. При ее отсутствии подойдет и светодиод;
  • Подавать питание от источника к реле, постепенно повышая напряжения. Как только оно превысит отметку в 14,5 или 14,8 Вольт (исключительный случай), лампа/светодиод должны погаснуть .

Если реле-регулятор не прошло проверку (контрольный прибор не погас), его однозначно стоит менять. При игнорировании проблемы аккумулятор будет перезаряжаться на постоянной основе, что в конце концов приведет к его поломке. В случае встроенного реле проверка станет еще проще:

  • Подключить щупы тестера к клеммам реле;
  • На мультиметре выставить значение в 20 Вольт ;
  • Запустить двигатель и проверить показатель напряжения – он должен быть минимальным (порядка 12,8 Вольт);
  • Увеличить обороты двигателя. Показатели напряжения должны плавно расти;
  • Когда двигатель будет иметь 3500 об/мин , проследить за изменениями показателей напряжения. Они обязательно должны попасть в диапазон 14-14,5 Вольт. В некоторых автомобилях максимум составляет 14,8 Вольт.

В том случае, если вы наблюдали серьезные отклонения или, напротив, постоянство напряжения вне зависимости от оборотов, реле-регулятор однозначно является неисправным. Мы категорически рекомендуем даже после этих проверок лишний раз проверить клеммы регулятора – окислы и налеты могут помешать проведению правильной диагностики устройства. После очистки диагностику стоит повторить.

Стоимость и взаимозаменяемость

Встроенный реле регулятор напряжения 71.3702 для генератора Г-222

Средняя цена за регулятор напряжения как встроенный в щетки, так и выносной составляет около 100 рублей.

Модели генераторов Г-221 и Г-222 взаимозаменяемы, то есть вы без особых трудностей сможете поставить новый генератор от «семерки» на «копейку», но стоит уделить внимание правильному заряду АКБ. Для этого необходимо доработать электропроводку по стандартной схеме подключения

В зависимости от ситуации, либо установить внешний реле регулятор напряжения, либо, наоборот, снять внешний и оставить один встроенный в генератор.

Нормальным напряжением в бортовой сети автомобиля считается диапазон 13,5-14,5 Вольт.

Реле-регулятор напряжения генератора — это неотъемлемая часть системы электрооборудования любого автомобиля. С его помощью производится поддержка напряжения в определенном диапазоне значений. В данной статье вы узнаете о том, какие конструкции регуляторов существуют на данный момент, в том числе будут рассмотрены механизмы, давно не используемые.

Экскурс по производителям

Если вы подбираете реле-регулятор к отечественному автомобилю, то сможете найти продукцию множества фирм. Если же речь идет о подборе реле к иномарке, фирм-производителей будет не так уж и много. По сути, их же продукцию предлагают упаковщики – мелких изготовителей реле генераторов немного

Обращать внимание стоит в первую очередь на реле вот этих фирм:

  • Bosch (Германия);
  • Valeo (Франция);
  • Cargo (Дания);
  • Huco (Германия).

Продукцию всех вышеуказанных брендов за исключением Cargo подделывают крайне часто. А вот поддельные реле датской фирмы почти не встречаются, хотя автолюбителям и в случае покупки запчастей этого производителя стоит быть предельно осмотрительными и удостоверяться в подлинности товара.

Весьма неплохую электрику можно найти в каталогах таких фирм, как Mobiltron (Тайвань), ERA (Италия). Негативных отзывов автолюбителей на продукцию этих фирм довольно много, так что потенциальному покупателю стоит задуматься над тем, готов ли он сыграть в «лотерею» – качество запчастей данных фирм может варьироваться от поставки к поставке. Запчасти WAI (США) весьма хороши, но их подделывают и их качество в зависимости от страны производства и рынка, на который ориентирована американская фирма, может варьироваться.

Виды реле: контактные и бесконтактные

По устройству исполнительного компонента реле делят на контактные и бесконтактные.

Контактные

Воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов. Их размыкание или замыкание полностью разъединяет или замыкает электроцепь. Для изготовления контактов используются: медь, серебро, вольфрам. Количество контактов – до 10 штук. Четырех- и пятиконтактные реле используются в электрических схемах автомобилей для включения и переключения цепей.

Бесконтактные

Такие реле воздействуют на управляемую цепь способом изменения электрических параметров выходных электроцепей – емкости, сопротивления, индуктивности, величины тока или напряжения.

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

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

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.

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

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

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

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

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

Три стадии зарядки

Фаза насыщения

Графики работы регулятора постоянного тока и напряжения. Регулятор постоянного напряжения снижает зарядный ток во время первой стадии зарядки и из-за этого заряжает аккумуляторы медленней Во время этой стадии регулятор поддерживает максимальную мощность генератора, до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не поднимется до предустановленного значения (для 12 вольтовых генераторов это обычно 14,2-15,1 вольт). В отличии от автомобильных генераторов, которые заряжают при постоянном напряжении, зарядка в стадии насыщения идет при постоянном токе.

Понять разницу между двумя типами зарядки помогает аналогия с насосом, который накачивает воду в резервуар, состоящий из нескольких отсеков, соединенных между собой полупроницаемыми мембранами. Генератор в системе с постоянным напряжением работает как центробежный насос. По мере того как давление в баке растет, объем воды перекачиваемой насосом снижается, даже если он еще не достиг своего максимального давления.

В отличии от него, генератор с регулятором напряжения постоянного тока работает как насос с постоянным расходом, который перемещает одинаковый объем воды вне зависимости от давления в системе до тех пор, пока датчик давления (регулятор напряжения) не выключит его. Расход насоса постоянен пока не сработает датчик.

Чем больше отношение емкости аккумуляторной батареи к постоянному току зарядки, тем быстрее повысится напряжение аккумулятора. Но тем меньше он окажется заряженным. Увеличивая поверхностное напряжение пластин аккумулятора, генератор не дает их внутренним областям времени «усвоить» ток.

Во время быстрой зарядки напряжение окончания первой стадии должно быть выше, чтобы аккумулятор достиг того же состояния, что при медленной зарядке низким напряжением. При зарядке током в 10% от емкости стадия насыщения заканчивается напряжением 14,2 вольта, а при зарядном токе 25% от емкости напряжение окончания первой стадии 14,4 вольта.

Однако необходимо избегать крайностей. Ток зарядки с многоступенчатым генератором должен быть равен нагрузке при работающем двигателе плюс 10-40% емкости аккумулятора. Для аккумуляторов с жидким электролитом это значение ниже, для AGM батарей – выше.

Стадия абсорбции

Слишком долгая зарядка постоянным током опасно увеличивает напряжение аккумулятора и грозит ему выходом из строя. Чтобы не допустить этого, во время второй стадии регулятор поддерживает постоянным напряжение на котором закончился первый этап зарядки (14,2-15,1 вольт для 12 вольтовых систем). При постоянном напряжении ток определяется скоростью проникновения заряда во внутренние области пластин.

Чтобы заряд распространился по всей толщине аккумуляторной пластины, продолжительность второго этапа задают заранее или заканчивают зарядку, когда потребляемый аккумулятором ток снижается до 2% от емкости.

Поддерживающая зарядка

Если продолжать стадию абсорбции для полностью заряженного аккумулятора, он пострадает от перезарядки. Чтобы не допустить этого, по окончании второй стадии регулятор переключается на низкое поддерживающее напряжение (13.2-13.6 вольт), которое защищает аккумулятор при продолжительной работе двигателя.