Схемное и конструктивное исполнение регуляторов напряжения
Конструкция, технология изготовления и схемное исполнение регуляторов напряжения тесно связаны друг с другом. Основные тенденции развития конструкций и схем обуславливаются стремлением миниатюризировать регулятор, чтобы при встраивании в генератор он занимал меньше места, увеличить число выполняемых им функций (например, наряду со стабилизацией напряжения сообщать о работоспособности генераторной установки, предотвращать разряд аккумуляторной батареи при неработающем двигателе), а также повысить качество выходного напряжения.
Вибрационные реле-регуляторы и контактно-транзисторные регуляторы в настоящее время полностью заменены электронными транзисторными регуляторами напряжения. С развитием электроники наметились существенные изменения в схемном и конструктивном решениях электронных регуляторов. Теперь их можно разделить на две группы- регуляторы традиционного схемного исполнения с частотой переключения, меняющейся с изменением режима работы генератора, и регуляторы со стабилизированной частотой переключения, работающие по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ). По конструкции регуляторы традиционного схемного исполнения выполняются либо на навесных элементах, расположенных на печатной плате, либо в виде гибридных схем, регуляторы с ШИМ могут быть гибридного исполнения или полностью выполненными на монокристалле кремния. Число транзисторов в традиционных схемах невелико, обычно значительно меньше десятка, в регуляторах с ШИМ это число составляет несколько десятков. Последнее стало возможно с развитием электроники, так как в микросхемах, выполненных на монокристалле кремния, стоимость схемы мало зависит от числа транзисторов. Применение же ШИМ позволяет повысить качество стабилизации напряжения и предотвратить влияние на регулятор внешних воздействий.
Современные регуляторы выполняются в основном встроенными в генератор. Тем не менее, отечественная промышленность выпускает целую серию малогабаритных регуляторов напряжения для размещения вне генератора. Эти регуляторы выполняются в идентичных корпусах, по практически одинаковой схеме, на унифицированной крепежной панели с набором отверстий, позволяющих устанавливать регуляторы на разные модели автомобилей. Регуляторы предназначены для замены ранее выпускавшихся реле-регуляторов, контактно-транзисторных регуляторов и устаревших транзисторных регуляторов, кроме регулятора 13.3702-01 автомобилей «Волга» ГАЗ-31029 и «Газель» ГАЗ-33021, схема которого представлена на рис. 3.17.
Рис. 3.17. Схема регулятора напряжения 13.3702-01
Измерительным элементом этого регулятора является делитель напряжения на резисторах R1, R3, R4, причем резистор R1 подбирается при настройке. Элементом сравнения представлен стабилитрон VD1, причем стабилитрон, в отличие от схемы на рис. 3.4, включен в эмиттерную цепь транзистора VT1, что увеличивает величину тока через стабилитрон и, следовательно, точность поддержания стабильности напряжения.
Часть схемы на транзисторах VT1, VT4 является регулирующим органом. Транзисторы VT3, VT4- включены по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона).
Схема работает следующим образом: при открытом транзисторе VT1 открыт и транзистор VT2, так как его базовый ток протекает через переход эмиттер -коллектор VT1. В то же время закрыт составной транзистор VT3, VT4, поскольку его переход эмиттер-база зашунтирован переходом эмиттер-коллектор транзистора VT2. Если транзистор VT1 закрыт, что бывает при напряжении ниже напряжения настройки регулятора (ток через стабилитрон VD1 не протекает), то закрыт и транзистор VT2 и открыт составной транзистор VT3, VT4.
В схеме регулятора имеется резистор жесткой обратной связи R2. Переход составного транзистора VT3, VT4 в открытое состояние подключает резистор R2 параллельно резистору R4 входного делителя напряжения, что приводит к скачкообразному повышению напряжения на стабилитроне VD1, ускоренному отпиранию транзисторов VT1, VT2 и запиранию транзисторов VT3, VT4. Запирание этих транзисторов отключает резистор R2 от резистора R4, что способствует скачкообразному уменьшению напряжения на стабилитроне VD1 и его ускоренному запиранию. Таким образом, резистор R2 повышает частоту переключения регулятора напряжения.
Конденсатор С1 осуществляет фильтрацию колебаний входного напряжения и исключает их влияние на работу регулятора напряжения.
Транзистор VT5 выполняет в схеме две функции. При нормальном режиме работы он обеспечивает форсированный переход транзисторов VT2- VT4 регулятора из закрытого состояния в открытое и обратно, чем снижает потери в них при переключении, т.е. вместе с конденсатором С2 и резистором R12 осуществляет гибкую обратную связь в регуляторе.
Запирание составного транзистора VT3, VT4 вызывает резкое понижение потенциала его коллектора. При этом по цепи: переход эмиттер-база транзистора VT5, резистор R12, конденсатор С2 начинает протекать ток, что приводит к отпиранию транзистора VT5 и обеспечивает в результате форсированное отпирание транзистора VT2 и ускорение запирания составного транзистора VT3, VT4. При отпирании транзистора VT3, VT4 транзистор VT5 находится в закрытом состоянии и конденсатор С2, разряжаясь, форсирует запирание VT2 и сокращает время отпирания составного транзистора VT3, VT4.
В аварийном режиме схема на транзисторе VT5 осуществляет защиту выходного транзистора регулятора VT3, VT4 от перегрузки. Замыкание в цепи обмотки возбуждения генератора вызывает изменение потенциала коллектора транзистора VT4. Зарядный ток конденсатора С2 открывает VT5 и, следовательно, транзистор VT2. При этом транзистор VT3, VT4 запирается.
После заряда конденсатора ток в его цепи пропадает, VT5 закрывается, закрывается VT2, открывается VT3, VT4. Процесс повторяется, а выходной транзистор переходит в автоколебательный режим. При этом среднее значение силы тока через транзистор невелико и не может вывести его из строя. Диод VD3 является в схеме регулятора гасящим диодом. Диод VD4 защищает регулятор от импульсов напряжения обратной полярности. Остальные элементы схемы обеспечивают нужный режим работы полупроводниковых элементов схемы.
Регулятор напряжения 131.3702 автомобилей ГАЗ-3307 имеет дублированный вывод Ш и дополнительный вывод «+» для создания второго уровня регулируемого напряжения, регулятор 121.3701 в малогабаритном исполнении имеет аналогичную схему, измененную, однако, таким образом, что он может работать с генератором по схеме рис. 3.6, а, т.е. имеющим обмотку возбуждения, соединенную с «массой». Регулятор 201.3702, призванный заменить устаревшие регуляторы РР350, РР350А; 2012.3702, заменивший РР350Б; 22.3702, заменивший РР362 и 221.3702, заменивший РР362А, имеют идентичное схемное исполнение.
Рис 3.78. Схема регулятора напряжения 4202.3702
Регулятор напряжения 4202.3702 автомобиля ЗИЛ-5301 «Бычок» (рис. 3.18) снабжен автоматической системой изменения уровня напряжения в зависимости от температуры электролита аккумуляторной батареи. Терморезистор, помещенный в электролит, включен параллельно одному из плеч входного делителя напряжения. Изменение сопротивления терморезистора из-за изменения температуры охлаждающей жидкости и перестраивает регулятор.
Рис. 3.19. Схемы интегральных регуляторов напряжения:
а - Я112А1; б - Я112В1; в - Я120М1
Интегральные регуляторы напряжения встраиваются в генератор, они неразборны и ремонту не подлежат. На рис. 3.19 представлены схемы регуляторов Я112А1, Я112В1 и Я120М1. Они выполнены по гибридной технологии на керамической подложке с нанесением на нее толстопленочных резисторов, распайкой переходов выходного транзистора, гасящего диода и навеской микросхемы, состоящей из стабилитрона и входного транзистора. Схемы регуляторов достаточно просты.
Базовым является регулятор напряжения Я112А1. Регулятор Я112В1 отличается тем, что для работы в схеме рис. 3.6, в, в нем добавлен выход «Б», к которому напряжение подводится через выключатель зажигания. При неработающем двигателе на выходе «Б» нет напряжения, ток в базовой цепи транзистора VT2 не протекает, он закрыт, не пропускает ток от аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения.
Регулятор Я120М1 также имеет дополнительный вывод Д, т.к. он работает в схеме по рис. 3.6, е, а также вывод Р для подключения переключателя посезонной регулировки. Схема регулятора напряжения 17.3702, в который встраивается щеточный узел генератора 37.3701 автомобилей ВАЗ, приведена на рис. 3.20.
