Разработка структурной схемы регулятора напряжения для бортовой сети автомобиля. Расчет генератора прямоугольных импульсов, компаратора напряжения, датчика температуры, выходного каскада. Технологический маршрут изготовления монокристального регулятора.
Аннотация к работе
Превышение напряжения сверх допустимых пределов служит причиной перезаряда аккумуляторной батареи с последующим выходом ее из строя, пониженное напряжение вызывает недозаряд батареи. Функцию поддержания на постоянном уровне напряжения выполняет регулятор напряжения бортовой сети автомобиля, встраиваемый, как правило, в генератор переменного тока, снабженного выпрямителем на обычных или лавинных диодах (стабилитронах). В настоящее время существует большое разнообразие выпускаемых регуляторов напряжения для автомобильных бортовых электрических сетей с напряжением 14 В и 28 В с различным набором функций, которые можно разделить на два семейства: монофункциональные и мультифункциональные регуляторы напряжения. Данные регуляторы напряжения, изменяя величину тока в обмотке возбуждения генератора, поддерживают в заданных пределах напряжение на выходе генератора или в заданной точке бортовой электрической сети автомобиля, независимо от частоты вращения ротора генератора, тока нагрузки. Учитывая высокую техническую сложность контроля температуры электролита, изменения величины напряжения на батарее в момент зарядки добиваются введением зависимости, как правило, с отрицательным температурным коэффициентом напряжения настройки регулятора от температуры его корпуса.Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение. Если напряжение возрастает или уменьшается регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы. Таким образом, к регулятору напряжения обязательно должно быть подведено напряжение генератора или напряжение из другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от аккумуляторной батареи, а также подсоединена обмотка возбуждения генератора. Особенностью автомобильных регуляторов напряжения является то, что они осуществляют дискретное регулирование напряжения путем включения и выключения в цепь питания обмотки возбуждения (в транзисторных регуляторах) или последовательно с обмоткой дополнительного резистора (в вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжительность включения обмотки или дополнительного резистора. В данных регуляторах в случае увеличения падения напряжения в цепи связи выхода генератора и удаленной контролируемой точки бортовой сети выше допустимой величины или разрыва цепи, регулятор переходит на управление генератором путем регулирования напряжения на его выходе (местное регулирование).Время заряда и разряда конденсатора, а, следовательно, время импульса и время паузы определяются величиной емкости конденсатора С1 и параметрами p-n-p-и n-p-n-транзисторов (в основном внутренними сопротивлениями транзисторов). В начальный момент, когда конденсатор С1 разряжен, транзистор VT10 закрыт, то потенциал на базе транзистора VT5 определяется делителем напряжения R2, R3 и R7 и будет определяться как uб (VT5) = uпит Далее через транзистор VT1 конденсатор С1 будет заряжаться до напряжения, присутствующего на базе транзистора VT5 (4,7 В). При срабатывании компаратора и транзистора VT10 будет наблюдаться процесс разряда конденсатора С1 через транзисторы VT7, VT4, VT9 и резистор R5, которые и будут определять время разряда конденсатора С1. Напряжение на конденсаторе будет уменьшаться до последующего срабатывания компаратора на транзисторах VT4 и VT5, то есть до потенциала, находящегося на базе транзистора VT5, который при открытом транзисторе VT10 будет определяться как uб (VT5) = VR3 VКЭ VR6.Т - триггер, называемый часто счетным триггером, характеризуется таблицей состояний 3.2.1.1. В соответствии с таблицей 3.2.1.1. характеристическое уравнение Т - триггера имеет вид Принципиальная электрическая схема Т - триггера приведена на рис. Диаграммы, поясняющие работу Т - триггера, приведены на рис. Учитывая тяжелые тепловые условия работы микросхемы для повышения стабильности и надежности работы транзистора с инжекционным питанием в данном случае применено питание n-p-n-транзистора не с помощью инжектора, а с помощью отдельно-размещенного p-n-p-транзистора, имеющего индивидуальное питание, которое позволяет исключить перекос в питании в результате технологического разброса параметров физической структуры интегрально-инжекционной логики, который имеет место в случае инжекторного питания.Рассмотренный ниже 5 - ти разрядный счетчик предназначен для формирования импульсов прямоугольной формы с различной частотой (периодом). В данном случае счетчик выполнен на счетных Т - триггерах, которые были описаны в п. Принципиальная электрическая схема счетчика приведена на рис. Тактируется данный счетчик непосредственно от генератора прямоугольных импульсов (приведен в п. С прямых выходов Т - триггеров (Q) сигнал снимается и подается на триггерное устройство, управляющее работой выходного каскада и транзистора.Учитывая то, что сигналы снимаются с инвертирующих выходов Т - триггеров (), то в начальный момент на
План
Содержание
1. Введение
2. Структурная схема регулятора напряжения для бортовой сети автомобиля
2.1 Методы и способы регулирования напряжения в бортовой сети автомобиля
2.2 Метод регулирования напряжения с помощью широтно-импульсной модуляции
3. Разработка принципиальной электрической схемы регулятора напряжения
3.1 Генератор прямоугольных импульсов
3.2 Формирователь пилообразного напряжения
3.2.1 Т-триггер, построенный на основе интегрально-инжекционной логики
3.2.2 5 - ти разрядный счетчик на основе Т - триггеров
3.5 Блок защиты от перенапряжения в бортовой сети автомобиля
3.6 Датчик температуры
3.7 RS - триггер, управляющий работой выходного транзистора
3.8 Выходной каскад
3.9 Стабилизатор напряжения
4. Типовая схема включения регулятора напряжения в генераторную установку
5. Методика измерения и контроля параметров регулятора напряжения
6. Технологический маршрут изготовления монокристального регулятора напряжения
7. Заключение
Список использованных источников
Введение
В связи с бурным развитием в настоящее время автомобильной промышленности наблюдается повсеместное развитие и разработка различных электронных устройств, используемых на борту автомобиля для выполнения определенных полезных функций. Очень важной задачей для используемых на борту автомобиля потребителей электрической энергии, а также для подзарядки аккумуляторной батареи является поддержание на постоянном уровне напряжения бортовой сети автомобиля. Превышение напряжения сверх допустимых пределов служит причиной перезаряда аккумуляторной батареи с последующим выходом ее из строя, пониженное напряжение вызывает недозаряд батареи. Например, увеличение напряжения на 10 % сверх номинального снижает срок службы ламп примерно на 50 %. Функцию поддержания на постоянном уровне напряжения выполняет регулятор напряжения бортовой сети автомобиля, встраиваемый, как правило, в генератор переменного тока, снабженного выпрямителем на обычных или лавинных диодах (стабилитронах). Регулятор напряжения представляет собой интегральную микросхему гибридного или монокристального исполнения, который может включаться в бортовую сеть автомобиля по различным схемам включения.
В настоящее время существует большое разнообразие выпускаемых регуляторов напряжения для автомобильных бортовых электрических сетей с напряжением 14 В и 28 В с различным набором функций, которые можно разделить на два семейства: монофункциональные и мультифункциональные регуляторы напряжения. Данные регуляторы напряжения, изменяя величину тока в обмотке возбуждения генератора, поддерживают в заданных пределах напряжение на выходе генератора или в заданной точке бортовой электрической сети автомобиля, независимо от частоты вращения ротора генератора, тока нагрузки. Для обеспечения благоприятных режимов зарядки аккумуляторной батареи напряжение на ней в момент зарядки должно изменяться в зависимости от температуры электролита. Учитывая высокую техническую сложность контроля температуры электролита, изменения величины напряжения на батарее в момент зарядки добиваются введением зависимости, как правило, с отрицательным температурным коэффициентом напряжения настройки регулятора от температуры его корпуса. Величина температурного коэффициента различна для различных типов регуляторов и ее выбор зависит от типа аккумулятора, условий размещения генератора и аккумуляторной батареи, протяженности электрической сети от генератора до точки подключения аккумуляторной батареи.
Рассмотренный регулятор напряжения должен удовлетворять следующим требованиям: Напряжение настройки должно быть равно 14,1 ± 0,1 В;
Остаточное напряжение на выходном транзисторе не должно превышать 0,8 В;
Температурный диапазон работы микросхемы должен находиться в интервале температур от - 45 ОС до 100 ОС;