Дополнительный регулятор для автомобильного генератора

Заряд аккумулятора в автомобиле от штатного генератора, особенно в зимнее время года, может вызывать некоторые затруднения. Из-за погрешности работы встроенного регулятора напряжения ток, подаваемый на обмотку возбуждения генератора, бывает недостаточным для поддержания выходного напряжения на уровне 14,2…14,7В, даже без подключения потребителей. Подключение нагрузки, а именно: лампы ближнего света и разного рода обогреватели, только усугубляет ситуацию. Постоянный недозаряд грозит образованием сульфата свинца на пластинах аккумулятора, что снижает его ёмкость, и, в конечном итоге, не только не позволит завести двигатель, но и выведет аккумулятор из строя. Например, производитель «Akom» в своей инструкции указывает: «Для эффективной и полной зарядки АКБ, изготовленных по технологии Ca/Cа, зарядное устройство должно обеспечивать зарядное напряжение 16,0 В». Для бортовой сети это напряжение великовато, но для заряда зимой во время поездок хватит и 14,5…14,8В. Очень популярным решением для этой проблемы в сети интернет является последовательное включение диода в разрыв питания регулятора напряжения автомобильного генератора. Суть доработки в следующем. Встроенный регулятор генератора отслеживает напряжение питания бортсети автомобиля. Добавление диода вычитает из его питающего напряжения 0,5…0,7В в зависимости от его типа и тока нагрузки. Регулятор будет стремиться компенсировать это падение напряжения, поскольку питающее напряжение в сети уменьшилось, ток в обмотке возбуждения генератора будет увеличен до значения, которое позволит добавить именно это значение падения напряжения, что приведёт к росту напряжения бортсети. Способ простой и эффективный. Но есть недостаток – из-за конкретного типа диода, тока нагрузки и температуры окружающей среды падение напряжения может существенно отличаться от необходимого. Предлагаемая конструкция поможет внести предсказуемость в работу автомобильного генератора путём добавления регулируемой вольтдобавки - соединения предлагаемого устройства между питанием штатного встроенного автомобильного генератора и питанием бортсети автомобиля.

Схема достаточно проста:

Основа схемы – ОУ DA2. Он сравнивает опорное напряжение, поступающее с элементов C1, R1…R3, DA1, с напряжением, снимаемым со стока транзистора VT1. Уменьшение падения напряжения сток-исток VT1 относительно опорного напряжения приводит к его закрытию, что стабилизирует вычитающее напряжение регулятора генератора на уровне, устанавливаемом резистором R3. Элементы R4, R5, C2 предотвращают самовозбуждение схемы, ОУ DA2 без них на ёмкостную нагрузку, которой является затвор VT1, нормально работать не будет. Конденсаторы C1, C3…C5 фильтруют помехи в цепи питания. Диодный мост VD1 – аварийный. В случае нештатной работы регулятора он не позволит превысить падение напряжения в питающей цепи регулятора напряжения более 1,4В. Резистор R6 необходим для первичной настройки падения напряжения между выводами сток-исток транзистора VT1 без подключения к генератору.

Фото собранного устройства:

Элементы C1, C4, C5, DA1, R3 приклеены на плату. Это поможет им пережить вибрацию во время движения автомобиля. Сторона пайки компонентов печатной платы для защиты от влаги покрыта акриловым лаком:

Сама плата устанавливается на радиатор:

Вообще-то, хватит радиатора и поскромнее, достаточно алюминиевой пластины толщиной 5мм, но это у кого что найдётся. Внешние компоненты также частично покрыты акриловым лаком. Всё в сборе размещается в подходящем по размеру корпусе:

В нём же установлен выключатель регулятора для работы в тёплое время года:

В этом случае он замыкает входную и выходную цепь (сток – исток транзистора VT1), исключая влияние устройства на работу генератора.

Собранный из исправных элементов регулятор в дополнительных настройках не нуждается. Добавка необходимой величины напряжения бортсети автомобиля осуществляется подстройкой резистора R3. Контроль этой величины осуществляется с помощью вольтметра между входной и выходной цепи регулятора (сток – исток транзистора VT1).

О замене элементов. ОУ DA2 подойдёт любой, допускающий работу при входных напряжениях, равных питающему, в даташите при этом указывается – «common-Mode Input Voltage Range Includes VCC+». Из наименее экзотических подойдут ОУ LF355/6/7. Тут необходимо добавить, что использование цанговой панельки для ОУ – мера вынужденная. То, что продавалось под маркировкой TL071CN действительности не соответствовало – они не работали от входных напряжений, равных питающему. Приходилось подбирать. Если с оригинальными ОУ проблем нет, лучше запаивать микросхему в плату напрямую. Транзистор VT1 можно заменить на IRF5210N или аналогичные. Однако не следует забывать, что сопротивление сток – исток применяемого транзистора ограничивает минимальное падение напряжения на регуляторе, а следовательно, минимальную вольтдобавку бортсети. Иными словами, транзисторы с большим сопротивлением сток – исток будут работать как обычные сопротивления даже при подаче открывающего напряжения 15В на затвор – исток. Диодный мост VD1 подойдёт любой, подходящий для удобного монтажа на радиатор под «винт». В общем-то, именно это и послужило причиной выбора именно диодного моста.

Можно было бы использовать 2 последовательно соединённых диода, но их сложнее крепить к радиатору. Стоит ещё заметить, что если вольтдобавка не превышает 0,6В, можно ограничиться только одним защитным диодом. В случае с использованием диодного моста можно соединить на плате перемычкой выводы «~ ~» с «+» или «-». Задача DA1 – поддержание стабильного опорного напряжения вне зависимости от температуры окружающей среды. Источник опорного напряжения DA1 можно заменить низковольтным стабилитроном или стабистором. При этом, возможно, придётся изменить номиналы сопротивлений R2, R3 для плавной настройки. В крайнем случае, вместо DA1 можно применить 3 последовательно соединённых диода 1N4148, - работать это будет, но погрешность составит +-6,3 мВ на изменение одного градуса Цельсия. Если настраивать падение напряжения регулятора «на морозе» (резистором R3), это может оказаться приемлемым за счёт относительно небольших колебаний температуры.

Для упрощения установки в капот автомобиля имеет смысл предусмотреть клеммы подключения:

И самое главное. Для данной доработки генератора необходимо, чтобы питание встроенного регулятора автомобильного (или тракторного) генератора имело отдельное питание. Например, от замка зажигания. В этом случае подключение не вызовет никаких затруднений. В отличие от конструкционных решений, где питание встроенного регулятора осуществляется от внутренних цепей генератора. В этом случае без частичной разборки корпуса не обойтись…

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}