4 solid-state auto-alternatorregelaarcircuits onderzocht

De 4 eenvoudige spanningsstroomregelaarcircuits voor auto's die hieronder worden uitgelegd, zijn gemaakt als een onmiddellijk alternatief voor elke standaardregelaar en, hoewel ze voornamelijk voor een dynamo zijn ontwikkeld, zullen ze even effectief werken met een dynamo.

Als de werking van een traditionele auto-dynamospanningsregelaar wordt geanalyseerd, vinden we het verbazingwekkend dat dit soort regelaars vaak net zo vertrouwd is als ze zijn.

Hoewel de meeste moderne auto's zijn uitgerust met solid-state spanningsregelaars om de spanning en stroomafgifte van de dynamo te regelen, kun je nog steeds talloze eerdere auto's vinden die zijn geïnstalleerd met elektromechanische spanningsregelaars die mogelijk onbetrouwbaar zijn.

Hoe elektromechanische autoregelaar werkt

De standaard werking van een elektromechanische auto-dynamospanningsregelaar kan als volgt worden uitgelegd:

Zodra de motor stationair draait, krijgt de dynamo een veldstroom door het waarschuwingslampje voor de ontsteking.

In deze positie blijft het anker van de dynamo los van de accu, aangezien de output kleiner is dan de accuspanning en de accu hierdoor begint te ontladen.

Naarmate het toerental van de motor toeneemt, begint ook de uitgangsspanning van de dynamo te stijgen. Zodra het de accuspanning overschrijdt, wordt een relais ingeschakeld dat het dynamo-anker met de accu verbindt.

Dit start het opladen van de batterij. In het geval dat de dynamo-uitgang nog meer stijgt, wordt een extra relais geactiveerd op ongeveer 14,5 volt dat de dynamoveldwikkeling onderbreekt.

De veldstroom neemt af terwijl de uitgangsspanning begint te dalen totdat dit relais wordt gedeactiveerd. Het relais schakelt op dit punt consequent herhaaldelijk AAN / UIT, waardoor de dynamo-output op 14,5 V blijft.

Deze actie beschermt de batterij tegen overladen.

Er is ook een derde relais met zijn spoelwikkeling in serie met de dynamo-uitgang, waardoor de volledige dynamo-uitgangsstroom loopt.

Zodra de veilige uitgangsstroom van de dynamo gevaarlijk hoog wordt, mogelijk te wijten aan een te ontladen accu, activeert deze wikkeling het relais. Dit relais maakt nu de veldwikkeling van de dynamo los.

De functie zorgt ervoor dat alleen de fundamentele theorie en het specifieke circuit van de voorgestelde auto-spanningsstroomregelaar verschillende specificaties kunnen hebben, afhankelijk van de specifieke auto-afmetingen.

1) Gebruik van vermogenstransistors

In het aangegeven ontwerp is het uitschakelrelais vervangen door D5, dat in tegengestelde richting wordt voorgespannen zodra de uitvoer van de dynamo onder de accuspanning daalt.

De batterij kan daardoor niet in de dynamo ontladen. Als het contact wordt gestart, krijgt de dynamoveldwikkeling stroom door het verklikkerlicht en T1.

Diode D3 is ingebouwd om te voorkomen dat er stroom wordt getrokken uit de veldspoel vanwege de verminderde ankerweerstand van de dynamo. Naarmate het toerental van de motor toeneemt, neemt de output van de dynamo proportioneel toe, en begint het zijn eigen veldstroom te leveren door middel van D3 en T1.

Naarmate de spanning aan de kathodezijde van D3 toeneemt, wordt het waarschuwingslampje geleidelijk gedimd tot het verdwijnt.

Wanneer het vermogen van de dynamo ongeveer 13-14 V bereikt, begint de batterij opnieuw op te laden. IC1 werkt als een spanningsvergelijker die de uitgangsspanning van de dynamo volgt.

Naarmate de uitgangsspanning van de dynamo toeneemt, is de spanning op de inverterende ingang van de opamp in eerste instantie groter dan op de niet-inverterende ingang, daarom wordt de IC-uitgang laag gehouden en blijft T3 uitgeschakeld.

Zodra de uitgangsspanning hoger wordt dan 5,6 V wordt de inverterende ingangsspanning op dit niveau geregeld en aangestuurd door D4.

Wanneer de uitgangsspanning het gespecificeerde hoogste potentiaal overschrijdt (ingesteld via P1), wordt de niet-inverterende ingang van IC1 hoger dan de inverterende ingang, waardoor de IC1-uitgang positief wordt. Dit activeert T3. die T2 en T1 uitschakelt, waardoor stroom naar het dynamoveld wordt onderdrukt.

De dynamoveldstroom neemt nu af en de uitgangsspanning begint te dalen totdat de comparator weer terugkeert. R6 levert honderden millivolt hysterese waardoor het circuit werkt als een schakelende regelaar. T1 wordt óf harder AAN geschakeld óf wordt afgesneden zodat het een vrij laag vermogen afvoert.

De huidige regelgeving wordt beïnvloed door T4. Zodra de stroom door middel van R9 hoger is dan het geselecteerde hoogste niveau, leidt de spanningsval eromheen ertoe dat T4 wordt ingeschakeld. Dit verhoogt het potentieel aan de niet-inverterende ingang van IC1 en isoleert de dynamoveldstroom.

De waarde die is geselecteerd voor R9 (0,033 Ohm / 20 W, bestaande uit 10 nos van 0,33 Ohm / 2 W parallel geschakelde weerstanden) is geschikt om een ​​optimale uitgangsstroom te krijgen van wel 20 A.Als grotere uitgangsstromen gewenst zijn, kan de R9-waarde op passende wijze worden verminderd.

De uitgangsspanning en -stroom van het apparaat moeten worden vastgesteld door P1 en P2 op de juiste manier in te stellen om te voldoen aan de normen van de originele regelaar. T1 en D5 moeten op heatsinks worden geïnstalleerd en moeten strikt worden geïsoleerd van het chassis.

2) Een eenvoudigere auto-dynamospanningsregelaar

Het volgende diagram toont een andere variant van een solid-state auto-dynamo-spannings- en stroomregelaarcircuit met een minimaal aantal componenten.

Normaal gesproken, terwijl de accuspanning lager is, het volledige laadniveau, blijft de uitgang van de regelaar IC CA 3085 uitgeschakeld, waardoor de Darlington-transistor in de geleidende modus kan zijn, waardoor de veldspoel wordt geactiveerd en de dynamo operationeel blijft.

Aangezien de IC CA3085 hier als een basisvergelijker is opgetuigd, verandert de potentiaal op pin # 6 van de IC naar 0V wanneer de batterij zijn volledige laadniveau laadt, misschien wel 14,2 V, waardoor de voeding naar de veldspoel wordt uitgeschakeld.

Hierdoor neemt de stroom van de dynamo af en kan de accu niet verder worden opgeladen. Zo wordt voorkomen dat de batterij overladen wordt.

Nu de batterijspanning onder de CA3085 pin6-drempel daalt, wordt de output weer hoog, waardoor de transistor geleidt en de veldspoel van stroom voorziet.

De dynamo begint de batterij van stroom te voorzien, zodat deze weer begint op te laden.

Onderdelen lijst

3) Getransistoriseerde auto-alternatorregelaarcircuit

Verwijzend naar het onderstaande schema van de stroomregelaar voor de wisselstroomdynamo in vaste toestand, is V4 geconfigureerd als een transistor in serie die de stroom naar het veld van de dynamo regelt. Deze transistor is samen met de twee 20 amp-diodes op een externe heatsink geklemd. Het is intrigerend om te zien dat de dissipatie van V1 niet echt erg hoog is, zelfs niet tijdens de maximale veldstroom, maar slechts binnen 3 ampère.

Echter, in plaats van het middenbereik waarbij de spanningsval over het veld overeenkomt met die van transistor V1, veroorzaakt dit een hoogste dissipatie van niet meer dan 10 watt.

Diode D1 biedt bescherming aan de doorlaattransistor V4 tegen de inductieve pieken die in de veldspoel worden opgewekt telkens wanneer de contactschakelaar wordt uitgeschakeld. Diode D2 die de gehele veldstroom overdraagt, levert extra werkspanning voor stuurtransistor V2 en garandeert dat de doorlaattransistor V4 kan worden uitgeschakeld bij hoge achtergrondtemperaturen.

Transistor V3 werkt als een driver voor V4 en een basisstroomzwaai van 3 ma tot 5 ma op deze transistor maakt het mogelijk om V4 volledig 'aan' tot volledig 'uit' te schakelen.

Weerstand R8 biedt een route voor de stroom bij te hoge temperaturen. Condensator C1 is essentieel om te beschermen tegen oscillatie van de regelaar vanwege de lus met hoge versterking die rond het systeem wordt gecreëerd. Een tantaalcondensator wordt hier aanbevolen voor meer precisie.

Het primaire element van het besturingsdetectieschakeling is omsloten door de gebalanceerde differentiaalversterker die bestaat uit transistors V1 en V2. Er is speciale aandacht besteed aan de lay-out van deze alternatorregelaar om ervoor te zorgen dat er geen problemen zijn met temperatuurschommelingen. Om dit te bereiken moeten de meeste gekoppelde weerstanden van het type draadgewonden zijn.

De spanningsregelpotentiometer R2 verdient bijzondere aandacht, aangezien deze nooit van zijn instellingen mag afwijken vanwege trillingen of extreme temperatuuromstandigheden. De 20-ohm pot die in dit ontwerp werd gebruikt, werkte ideaal voor dit programma, maar bijna elke goede Wirewound-pot in de rotary-stijl is misschien prima. De rechtlijnige trimpot-variëteiten moeten worden vermeden in het ontwerp van deze auto-dynamospanningsregelaar.

4) IC 741 Auto Dynamo Spanningsstroomregelaar Oplaadcircuit

Dit circuit biedt solid-state beheer van het opladen van de batterij. De veldwikkeling van de dynamo wordt in het begin net als bij een traditionele methode gestimuleerd door de ontstekingslamp.

De stroom die over de WL-aansluiting beweegt, gaat via Q1 naar de F-aansluiting en vervolgens naar de veldspoel. Zodra de motor wordt aangedreven, gaat de stroom van de dynamo van de auto door D2 naar Q1. Het controlelampje voor de ontsteking dooft omdat de WL-klemspanning hoger is dan die van de accu. Stroom beweegt eveneens via D5 richting de batterij.

Op dit punt detecteert IC1, die is opgetuigd als een comparator, de batterijspanning. Wanneer deze spanning op de niet-inverterende ingang hoger wordt dan de inverterende ingang (geklemd op 4,6 volt via zener D4), wordt de uitgang van de opamp hoog.

De stroom gaat vervolgens via D3 en R2 naar de Q2-basis en schakelt deze onmiddellijk in. Deze actie zorgt ervoor dat de Q1-basis wordt uitgeschakeld en de stroom wordt verwijderd die op de veldwikkeling wordt toegepast. De output van de dynamo daalt nu, waardoor ook de accuspanning navenant daalt.

Deze procedure zorgt ervoor dat de accuspanning altijd constant wordt gehouden en nooit te hoog mag worden geladen. De batterij volledige lading spanning kan worden getweakt via RV1 tot ongeveer 13,5 volt.

Gedurende koude weersomstandigheden tijdens het starten van de auto kan de accuspanning aanzienlijk dalen. Zodra de motor is ontstoken, wordt de interne weerstand van de batterij ook vrij laag, waardoor deze te veel stroom van de dynamo moet trekken en dus tot een mogelijke verslechtering van de dynamo kan leiden. Om dit hoge stroomverbruik te beperken, wordt weerstand R4 geïntroduceerd in de primaire voedingsaansluiting van de dynamo.

De R4-weerstand wordt geselecteerd en zorgt ervoor dat bij de hoogst mogelijke stroom (gewoonlijk 20 ampère) 0,6 volt eroverheen wordt gegenereerd, waardoor Q3 wordt ingeschakeld. Op het moment dat Q3 de stroom activeert, beweegt zich door de voedingslijn door R2 naar de Q2-basis, schakelt deze in, die vervolgens Q1 uitschakelt en de stroom naar de veldwikkeling afsnijdt. Hierdoor zakt het vermogen van de dynamo of de dynamo nu.

Er hoeven geen wijzigingen te worden aangebracht aan de originele bedrading van de dynamo in de auto. Het circuit kan worden ingekapseld in een oude regelkast, Q1, Q2 en D5 moeten worden aangesloten op een koelplaat met de juiste afmetingen.