Регулятор напряжения

Серийным электромеханическим и электронным регуляторам напряжения в бортовой сети легкового автомобиля присущи два серьезных недостатка. Они, во-первых, поддерживают заданное напряжение в бортовой сети без точного учета напряжения аккумуляторной батареи, а это приводит к перезарядке батареи, сокращению срока службы ламп накаливания. Во-вторых, эти регуляторы подают ток в обмотку генератора сразу после включения зажигания, при этом бесполезно расходуется энергия батареи при пуске двигателя и на малой частоте вращения коленчатого вала. 
Описываемый ниже регулятор напряжения свободен от этих недостатков. Он рассчитан на работу с генератором Г502-А автомобиля ЗАЗ-968М, но может быть использован на автомобилях "Москвич" и "Жигули" старых моделей. Регулятор обеспечивает максимальный ток возбуждения 2,5 А. Пределы регулировки частоты вращения коленчатого вала двигателя, при которой включается ток возбуждения генератора,- 1200...3000 мин -1, Пределы установки напряжения бортовой сети - 11.. 14,5 В. Точность поддержания установленного напряжения бортовой сети - ±20 мВ при температуре окружающей среды от -15 до +40 °С.
Принципиальная электрическая схема регулятора показана на рис.1. При включении зажигания напряжение питания подается на вывод "ВЗ" регулятора. Срабатывает реле К1 и контактами К1.1 подключает аккумуляторную батарею к делителю напряжения R12-R15 регулятора. Предположим, что контакты выключателя SA1 разомкнуты и двигатель не работает. В этом случае напряжение на движке подстроенного резистора R14 и на инвертирующем входе ОУ DA2 меньше напряжения на стабилитроне VD2 и инвертирующем входе этого ОУ. На выходе ОУ DA2 будет напряжение около 11 В, которое, пройдя через диоды VD3, VD4 и резисторы R16, R17, создаст ток, открывающий транзистор VT2. Вслед за этим транзистором откроется мощный транзистор VT3, через который в обмотку возбуждения генератора с выводом "Ш" потечет ток от батареи аккумуляторов.
Поскольку коленчатый вал еще не вращается и импульсы от контактов прерывателя на резистор R1 не поступают, на выходе логического элемента DD1.4 действует низкий уровень. Конденсатор С3 разряжен, поэтому на неинвертирующем входе компаратора DA1 также будет низкий уровень; к инвертирующему входу компаратора с движка подстроечного резистора R8 подведено пороговое напряжение около 2,5 В, поэтому на выходе компаратора напряжение будет близким к нулю.
Если теперь замкнуть контакты тумблера SA1, то транзистор VT2, а значит, и VT3 будут закрыты и ток обмотки возбуждения генератора выключен. Таким образом, при замкнутых контактах тумблера SA1 после включения зажигания обмотка возбуждения генератора будет обесточена до тех пор, пока коленчатый вал двигателя остается неподвижным.
После того, как стартер начал вращать коленчатый вал, от прерывателя на резистор R1 регулятора поступают импульсы напряжения амплитудой до 200.. .300 В. Стабилитрон VD1 ограничивает их на уровне 8,2 В. Эти импульсы инвертирует элемент DD1.1, и своим фронтом они запускают одновибратор, выполненный на элементах DD1.2 и DD1.3. Длительность генерируемого им импульса определяется номиналами резистора R3 и конденсатора С2. Выходные импульсы одновибратора инвертирует элемент DD1.4, к выходу которого подключена цепь R4C3.

Рис. 1

   Когда напряжение на конденсаторе С3, пропорциональное частоте следования импульсов прерывателя, превысит пороговое напряжение на движке резистора R8 (при частоте импульсов прерывателя, например, более 50 Гц), компаратор DA1 переключится, на его выходе появится напряжение высокого уровня и откроет транзисторы VT2, VT3. Таким образом, при превышении двигателем частоты вращения коленчатого вала, определяемой положением движка резистора R8, тахометрический узел перестает влиять на работу регулятора. 
Пока напряжение на батарее аккумуляторов меньше заданного значения (например, 13,8 В), напряжение на движке резистора R14 также будет меньше напряжения на стабилитроне VD2, входящем в источник образцового напряжения. На выходе ОУ DA2 будет напряжение 11...12 В, транзисторы VT2, VT3 будут открыты и включена обмотка возбуждения генератора. Когда напряжение на батарее превысит заданное значение, напряжение на движке резистора R14 окажется больше, чем образцовое, и на выходе ОУ DA2 установится низкий уровень (около 1 В), в результате транзисторы VT2 и VT3 закроются, обмотка возбуждения генератора будет обесточена. Через некоторое время напряжение на батарее уменьшится и на обмотку возбуждения генератора снова будет подано напряжение. Причем время, в течение которого включено напряжение на обмотку возбуждения, изменяется обратно пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя. Таким образом, регулятор напряжения при работе двигателя на средней и большой частотах вращения вала поддерживает заданное напряжение на батарее аккумуляторов, в значит, и в бортовой сети автомобиля.
Если частота вращения вала двигателя станет меньше заданной резистором R8 (например, 1500 мин-1, то есть импульсы от прерывателя будут следовать с частотой менее 50 Гц), то при замкнутых контактах тумблера SA1 подача напряжения на обмотку возбуждения генератора будет прекращена до тех пор, пока двигатель опять не разгонится.
Регулятор напряжения охвачен обратной связью через резистор R19. Поэтому напряжение на батарее, при котором обмотка возбуждения выключается, примерно на 10 мВ больше напряжения, при котором на нее снова поступает напряжение. Это позволяет исключить возможность перехода транзистора VT3 в активный режим и ограничить максимальную частоту переключения транзисторов VT2 и VT3 с целью исключения их перегревания.
Конденсаторы С1 и С4 предназначены для подавления высокочастотных помех, диод VD5 защищает транзистор VT3 от ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения. Цепь R11C5 фильтрует питающее напряжение микросхем. Для обеспечения стабильной амплитуды импульсов одновибратора микросхема DD1 питается от параметрического стабилизатора R10VD6.
Резистором R14 можно устанавливать напряжение бортовой сети в пределах от 11 до 14,5 В. Это позволяет корректировать напряжение бортовой сети в зависимости от климатической зоны, в которой эксплуатируется автомобиль, а также пользоваться батареей аккумуляторов при выходе из строя одной из банок - в этом случае отказавшую банку замыкают. Тумблером SA1 можно, если необходимо, исключить влияние частоты вращения вала двигателя на работу регулятора. Для этого контакты тумблера размыкают. В этом случае ток в обмотку возбуждения генератора поступает сразу после включения зажигания.
Все детали регулятора, кроме транзистора VT3, смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Плату устанавливают под пластмассовой крышкой электромеханического регулятора РР310-В. Для этого смонтированные там реле и два резистора удаляют. Для обеспечения высокой плотности монтажа часть элементов на плате устанавливают вертикально. Транзистор VT3 прижимают к металлическому основанию регулятора РР310-В через слюдяную или фторопластовую прокладку.
В регуляторе следует использовать малогабаритные детали. Постоянные резисторы - МЛТ или С2-23-0,062; подстроечные - СП5-2ВБ. Конденсаторы С1 и С2 - КМ-6; С5 - К50-16; С3 и С4 - К73-5, К73-9 или К73-17. Тумблер SA1 - МТ-1. Реле К1 - РЭС91, паспорт РС4.500.560-01; вместо него можно применить любое электромагнитное реле постоянного тока с напряжением срабатывания 8...10 В. Операционный усилитель К140УД7 можно заменить на К140УД6А, К140УД6Б, а микросхему 564ЛА7 - на 164ЛА7 или К561ЛА7. Вместо транзистора КТ630Е можно использовать КТ630Б или КТ630Д.
Если необходимо, регулятор способен отдавать в обмотку возбуждения ток до 5 А. Для этого надо заменить резистор R20 резистором МЛТ-2 сопротивлением 91 Ом, а транзистор КТ816В (VT3)-на КТ837 с индексами В, Е или Н.
При налаживании регулятора напряжения вначале подбирают транзистор VT1 и резистор R6 такими, чтобы ток через стабилитрон VD2 был равен 10 мА. Затем резистором R14 устанавливают требуемое напряжение бортовой сети автомобиля (при эксплуатации летом в европейской части России-13,7...13,8 В). Для этого, используя цифровой вольтметр, устанавливают движок этого резистора в такое положение, чтобы ток возбуждения отключался при напряжении на 5 мВ выше требуемого. Эту операцию можно выполнить и на автомобиле, непосредственно измеряя напряжение бортовой сети.
Тахометрический узел регулятора налаживают по генератору прямоугольных импульсов, выход которого подключают к выводу "Пр" устройства. Именно на этой частоте должен включаться ток возбуждения. Изменяя частоту генератора, определяют ее значение, соответствующее току зарядки батареи 0,2...0,3 А. На это значение частоты и устанавливают момент открывания транзистора VT3. Эту операцию также можно выполнить на автомобиле.
А.САУЛОВ, г. Киев, Радио №7, 1991 г., стр.34