4 Solid State Car Alternator Regulator Circuits Explored

De fyra enkla bilspänningsströmregulatorns kretsar som förklaras nedan skapas som ett omedelbart alternativ till vilken standardregulator som helst, och även om den huvudsakligen utvecklats för en dynamo kommer den att fungera lika effektivt med en generator.

Om funktionen hos en traditionell spänningsregulator för bil analyseras, tycker vi att det är fantastiskt att den här typen av regulatorer ofta är lika betrodda som de är.

Medan de flesta moderna bilar är utrustade med solid state-spänningsregulatorer för att reglera spänningen och strömutgången från generatorn, kan du fortfarande hitta otaliga tidigare bilar installerade med elektromekaniska spänningsregulatorer som råkar vara potentiellt opålitliga.

Hur elektromekaniska bilregulatorer fungerar

Standardfunktionen för en elektromekanisk spänningsregulator för bilgeneratorer kan beskrivas nedan:

När motorn är i tomgångsläge börjar dynamon få en fältström genom tändningslampan.

I det här läget förblir dynamo-ankaret fritt från batteriet eftersom dess uteffekt är mindre jämfört med batterispänningen och batteriet börjar urladdas genom det.

När motorns hastighet börjar öka, börjar också dynamos utgångsspänning öka. Så snart det överstiger batterispänningen slås ett relä på och kopplar dynamo-ankaret till batteriet.

Detta initierar laddning av batteriet. Om dynamoutgången stiger ännu mer aktiveras ett extra relä vid cirka 14,5 volt vilket stänger av dynamofältlindningen.

Fältströmmen sjunker medan utspänningen börjar sjunka ända tills detta relä inaktiveras. Reläet slår på denna punkt konsekvent PÅ / AV upprepade gånger och upprätthåller dynamoutgången vid 14,5 V.

Denna åtgärd skyddar batteriet från överladdning.

Det finns också ett tredje relä som innehåller sin spollindning i serie med dynamoutgången, genom vilken hela dynamoutgångsströmmen passerar.

När dynamos säkra utström blir farligt hög kan det bero på över urladdat batteri, aktiverar denna lindning reläet. Detta relä frigör nu dynamos fältlindning.

Funktionen säkerställer att bara den grundläggande teorin och den specifika kretsen för den föreslagna bilspänningsströmregulatorn kan ha olika specifikationer beroende på en specifik bildimension.

1) Använda krafttransistorer

I den angivna konstruktionen ersätts utskärningsreläet med D5, som blir förspänd så snart dynamoutgången sjunker under batterispänningen.

Batteriet kan därför inte urladdas i dynamon. Om tändningen startas blir dynamofältlindningen ström genom kontrollampan och T1.

Dioden D3 är inkorporerad för att undvika att ström dras från fältspolen på grund av generatorns reducerade ankarresistans. När motorns hastighet ökar kommer effekten från dynamo att öka proportionellt och börjar leverera sin egen fältström med hjälp av D3 och T1.

När katodsspänningen på D3 går upp varnar lampan gradvis tills den avtar.

När dynamoutgången når cirka 13-14 V börjar batteriet ladda igen. IC1 fungerar som en spänningskomparator som spårar dynamos utspänning.

När dynamoutgångsspänningen ökar är spänningen på op-förstärkarens inverterande ingång först större än vid den icke-inverterande ingången, därför hålls IC-utgången låg och T3 förblir avstängd.

Så snart utspänningen går högre än 5,6 V regleras och styrs den inverterande ingångsspänningen på denna nivå av D4.

När utspänningen går förbi den specificerade högsta potentialen (inställd genom P1) blir den icke-inverterande ingången på IC1 högre än den inverterande ingången, vilket gör att IC1-utgången ändras till positiv. Detta aktiverar T3. som stänger av T2 och T1, vilket hindrar strömmen till dynamofältet.

Dynamofältströmmen förfaller nu och utspänningen börjar sjunka tills komparatorn återgår tillbaka. R6 levererar flera hundra millivolter hysteres vilket hjälper kretsen att fungera som en växelregulator. T1 slås antingen hårdare PÅ eller är avskuren så att den släpper ut ganska låg effekt.

Nuvarande reglering påverkas av T4. När strömmen med R9 är högre än den valda högsta nivån resulterar spänningsfallet runt den i att T4 slås på. Detta höjer potentialen vid den icke-inverterande ingången till IC1 och isolerar dynamofältströmmen.

Värdet som valts för R9 (0,033 Ohm / 20 W, består av 10 nos av 0,33 Ohm / 2 W motstånd parallellt) är lämpligt för att få en optimal utström så hög som 20 A. Om större utströmmar önskas kan R9-värdet minskas på lämpligt sätt.

Enhetens utgångsspänning och ström måste fixeras genom att P1 och P2 ställs in på rätt sätt för att uppfylla standarderna för den ursprungliga regulatorn. T1 och D5 bör installeras på kylflänsar och måste vara strikt isolerade från chassit.

2) En enklare regulator för spänningsström för bilgenerator

Följande diagram visar en annan variant av en solid state bilgenerator spänning och strömstyrkrets med minimalt antal komponenter.

Normalt medan batterispänningen är under, full laddningsnivå, förblir regulatorn IC CA 3085-utgången AV, vilket gör att Darlington-transistorn kan vara i ledande läge, vilket håller fältspolen aktiv, och generatorn i drift.

Eftersom IC CA3085 är riggad som en baskomparator här, när batteriet laddas till sin fulla laddningsnivå, kan vara 14,2 V, ändras potentialen vid stift nr 6 på IC till 0V, vilket stänger av matningen till fältspolen.

På grund av detta försvinner strömmen från generatorn, vilket förhindrar ytterligare laddning av batteriet. Batteriet stoppas alltså från överladdning.

Nu när batterispänningen sjunker under CA3085 pin6-tröskeln blir utgången hög igen, vilket får transistorn att leda och driva fältspolen.

Generatorn börjar leverera till batteriet så att det börjar ladda igen.

Dellista

3) Transistoriserad bilgeneratorregulatorkrets

Med hänvisning till diagrammet nedan för solid-state-generatorns spänningsströmregulator nedan, är V4 konfigurerad som en seriekopplingstransistor som reglerar strömmen till generatorns fält. Denna transistor tillsammans med de två 20 amp-dioderna är fastspända på en extern kylfläns. Det är spännande att se att V1-spridningen egentligen inte är särskilt hög även under den maximala fältströmmen, utan bara inom 3 ampere.

I stället för mellanområdet där spänningsfallet över fältet motsvarar det hos transistorn V1 orsakar dock en högsta avledning på högst 10 watt.

Dioden Dl ger skydd för passeringstransistorn V4 från de induktiva spikarna som genereras i fältspolen närhelst tändningslåset stängs av. Dioden D2 som överför hela fältströmmen tillför extra arbetsspänning för drivtransistorn V2 och garanterar att passeringstransistorn V4 kan brytas vid stora bakgrundstemperaturer.

Transistor V3 fungerar som en drivrutin för V4 och en basströmssvängning på 3 ma till 5 ma när denna transistor möjliggör total 'på' till full 'av' omkoppling av V4.

Motstånd R8 erbjuder en rutt för strömmen vid höga temperaturer. Kondensator C1 är väsentlig för att skydda mot oscillation av regulatorn på grund av den höga förstärkningsslingan som skapas runt systemet. En tantalkondensator rekommenderas här för ökad precision.

Det primära elementet i kontrollavkänningskretsen är innesluten i den balanserade differentialförstärkaren som består av transistorerna V1 och V2. Särskild uppmärksamhet hade lagts på layouten för denna generatorregulator är att se till att det inte finns några temperaturdriftproblem. För att uppnå detta måste de flesta länkade motstånden vara trådlindade.

Spänningsstyrningspotentiometern R2 förtjänar särskild övervägande eftersom den aldrig bör flytta ifrån sina inställningar på grund av vibrationer eller extrema temperaturer. 20-ohm-potten som används i denna design fungerade perfekt för det här programmet, men nästan alla bra Wirewound-potter i roterande stil kan vara bra. De rätlinjiga trimpottvarianterna måste undvikas i denna konstruktion av generatorens spänningsströmregulator.

4) IC 741 Bilgenerator Spänningsströmregulator Laddarkrets

Denna krets erbjuder solid state-hantering av batteriladdning. Generatorns fältlindning stimuleras i början genom tändningslampan precis som i en traditionell metod.

Ström som rör sig över WL-terminalen går via Q1 till F-terminalen och slutligen på fältspolen. Så snart motorn drivs går strömmen från bilens dynamo genom D2 till Q1. Tändlampan tappar ut eftersom WL-terminalens spänning överstiger batteriets. Strömmen rör sig också genom D5 mot batteriet.

Vid denna tidpunkt upptäcker IC1, som är riggad som en komparator, batterispänningen. När denna spänning på den icke-inverterande ingången blir högre än den inverterande ingången (fastklämd vid 4,6 volt via zener D4) får utgången från op-förstärkaren att bli hög.

Strömmen passerar därefter via D3 och R2 mot Q2-basen och slår den omedelbart PÅ. Denna åtgärd leder till att Q1-basen stänger av den och tar bort strömmen som appliceras på fältlindningen. Generatorns utgång sjunker nu, vilket gör att batterispänningen också sjunker på motsvarande sätt.

Denna procedur säkerställer att batterispänningen alltid hålls konstant och aldrig får överladdas. De batteriets fulla laddningsspänning kan justeras genom RV1 till ungefär 13,5 volt.

Under kalla väderförhållanden när du startar bilen kan batterispänningen sjunka avsevärt lågt. Så snart motorn har antändts blir batteriets inre motstånd också ganska lågt, vilket tvingar det att dra för mycket ström från generatorn och därmed leda till en eventuell försämring av generatorn. För att begränsa denna höga strömförbrukning införs motstånd R4 i den primära kraftuttaget från generatorn.

R4-motståndet väljs och säkerställer att vid högsta möjliga ström (vanligtvis 20 ampere) genereras 0,6 volt över den som får Q3 att slå PÅ. I det ögonblick som Q3 aktiverar ström rör sig genom kraftledningen genom R2 mot Q2-basen, kopplar på den, som sedan stänger av Q1 och avbryter strömflödet till fältlindningen. På grund av detta sjunker nu dynamon eller generatorns utgång.

Inga ändringar behöver göras på originalkopplingen till generatorn i bilen. Kretsen kan vara innesluten i en gammal regulatorbox, Q1, Q2 och D5 måste anslutas till en lämpligt dimensionerad kylfläns.