Стабилизация напряжения в автомобиле

Автомобили

Стабилизация напряжения в автомобиле

Каждый раз, читая новые записи в блогах я сталкиваюсь с одной и той же ошибкой — ставят стабилизатор тока там, где нужен стабилизатор напряжения и наоборот. Постараюсь объяснить на пальцах, не углубляясь в дебри терминов и формул. Особенно будет полезно тем, кто ставит драйвер для мощных светодиодов и питает им множество маломощных. Для вас — отдельный абзац в конце статьи. Стабилизация напряжения в автомобиле

Для начала разберемся с понятиями:

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Исходя из названия — стабилизирует напряжение. Если написано, что стабилизатор 12В и 3А, то значит стабилизирует именно на напряжение 12В! А вот 3А — это максимальный ток, который может отдать стабилизатор. Максимальный! А не «всегда отдает 3 ампера». То есть от может отдавать и 3 миллиампера, и 1 ампер, и два… Сколько ваша схема кушает, столько и отдает. Но не больше трех. Собственно это главное.

Стабилизация напряжения в автомобиле

Когда-то они были такие и подключали к ним телевизоры…

И теперь я перейду к описанию видов стабилизаторов напряжения:

Линейные стабилизаторы (те же КРЕН или LM7805/LM7809/LM7812 и тп)

Стабилизация напряжения в автомобиле

Самый распространенный вид. Они не могут работать на напряжении ниже, чем указанное у него на брюхе. То есть если LM7812 стабилизирует напряжение на 12ти вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум примерно на полтора вольта больше. Если будет меньше, то значит и на выходе стабилизатора будет меньше 12ти вольт. Не может он взять недостающие вольты из ниоткуда. Потому и плохая это идея — стабилизировать напряжение в авто 12-вольтовыми КРЕНками. Как только на входе меньше 13.5 вольт, она начинает и на выходе давать меньше 12ти.

Еще один минус линейных стабилизаторов — сильный нагрев при хорошей такой нагрузке. То есть деревенским языком — все что выше тех же 12ти вольт, то превращается в тепло. И чем выше входное напряжение, тем больше тепла. Вплоть до температуры жарки яичницы. Чуть нагрузили ее больше, чем пара мелких светодиодов и все — получили отличный утюг.

Импульсные стабилизаторы — гораздо круче, но и дороже. Обычно для рядового покупателя это уже выглядит как некая платка с детальками.

Стабилизация напряжения в автомобиле

Бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Самые крутые — всеядные. Им все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим увеличения или уменьшения напряжения и держит заданное на выходе. И если написано, что ему на вход можно от 1 до 30 вольт и на выходе будет стабильно 12, то так оно и будет.

Но дороже. Но круче. Но дороже…
Не хотите утюг из линейного стабилизатора и огромный радиатор охлаждения впридачу — ставьте импульсный.
Какой вывод по стабилизаторам напряжения?
ЗАДАЛИ ЖЕСТКО ВОЛЬТЫ — а ток может плавать как угодно (в определенных пределах конечно)

СТАБИЛИЗАТОР ТОКА
В применении к светодиодам именно их еще называют «светодиодный драйвер». Что тоже будет верно.

Стабилизация напряжения в автомобиле

Задает ток. Стабильно! Если написано, что на выходе 350мА, то хоть ты тресни — будет именно так. А вот вольты у него на выходе могут меняться в зависимости от требуемого светодиодам напряжения. То есть вы их не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из количества светодиодов.
Если очень просто, то описать могу только так. =)
А вывод?
ЗАДАЛИ ЖЕСТКО ТОК — а напряжение может плавать.

Теперь — к светодиодам. Ведь весь сыр-бор из-за них.

Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется. Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта. Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!

То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука. Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо.

Вот берем самый распространненый вариант соединения светодиодов (такой почти во всех лентах используется) — последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Питаем от 12 вольт. Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели (про расчет не пишу, в интернете навалом калькуляторов). После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт………Нам пока хватает. На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта. И для третьего светодиода тоже хватит. А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта. И если захотите поставить четвертый, то уже не хватит. Вот если запитать не от 12В а от 15, то тогда хватит. Но надо учесть, что и резистор тоже надо будет пересчитать. Ну вот собственно и пришли плавно к…

Читайте также:  Датчик неровности дороги приора

Простейший ограничитель тока — резистор. Их часто ставят на те же ленты и модули. Но есть минусы — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде. И наоборот. Поэтому если у вас в сети напряжение скачет, что кони через барьеры на соревнованиях по конкуру (а в автомобилях обычно так и есть), то сначала стабилизируем напряжение, а потом ограничиваем резистором ток до тех же 20мА. И все. Нам уже плевать на скачки напряжения (стабилизатор напряжения работает), а светодиод сыт и светит на радость всем.
То есть — если ставим резистор в автомобиле, то нужно стабилизировать напряжение.

Можно и не стабилизировать, если вы расчитаете резистор на максимально-возможное напряжение в сети автомобиля, у вас нормальная бортовая сеть (а не китайско-русский тазопром) и сделаете запас по току хотя бы в 10%.
Ну и к тому же резисторы можно ставить только до определенной величины тока. После некоторого порога резисторы начинают адски греться и приходится их сильно увеличивать в размерах (резисторы 5Вт, 10Вт, 20Вт и тд). Плавно превращаемся в большой утюг.

Есть еще вариант — поставить в качестве ограничителя что-нибудь типа LM317 в режиме токового стабилизатора.

Стабилизация напряжения в автомобиле

LM317. Внешне как и LM7812. Корпус один, смысл несколько разный. Но и они тоже греются, ибо это тоже линейный регулятор (помните я писал про КРЕН в абзаце о стабилизаторах напряжения?). И тогда создали…

Импульсный стабилизатор тока (или драйвер).

Стабилизация напряжения в автомобиле
Вот такой маленький может быть драйвер.

Он в себе включает сразу все что надо. И почти не греется (только если дико перегрузить или неправильно собрана схема). Поэтому обычно и ставят их для светодиодов мощнее 0.5Вт. Самый греющийся элемент во всей схеме — это сам светодиод. Но ему на роду пока написано — греться. Главное не перегреваться выше определенной температуры. А то если перегреть, то дико начинает деградировать кристалл светодиода и он тускнеет, начинает менять цвет и тупо умирает (привет, китайские лампочки!).

Ну а в заключении — к тому, что постоянно пытаюсь доказать в дискуссиях. И доказываю. Вот только каждому отдельно объяснять одно и то же — язык отвалится. Поэтому попробую еще раз в этой статье.

Постоянно наблюдаю такую картину — задают ток драйвером для мощных светодиодов (скажем — 350мА) и ставят несколько веток светодиодов без ограничительных резисторов и прочего. И ведь люди, то вроде бы и не самые ламеры, а совершают одну и ту же ошибку раз за разом. Рассказываю, почему это плохо и к чему может привести:

Из закона Ома для полной цепи:
Сила тока в неразветвленной цепи равна сумме сил тока на ее параллельных участках.
Многие так и считают — «каждая ветка по 20мА, у меня 20 веток. Драйвер отдает 350мА, значит на каждую ветку придется даже меньше — по 17.5мА. Бинго!»
А вот и не Бинго!, а Жопа! Почему?

Сила тока в каждой ветке будет равна, если у вас идеальнейшие светодиоды с абсолютно одинаковыми параметрами. Тогда и ток будет во всех ветках одинаков, и никаких ограничителей тока не надо — взяли и поделили общий ток на количество одинаковых веток. Но такое — только в сказках.

Если параметры чуть-чуть отличаются — получили в одной ветке 19мА, в другой 17, в третьей 20… Общее количество тока так и остается неизменным — 350мА, а вот в ветках творится безумная кака. На взгляд и не определишь, вроде светят одинаково… И вот у вас одна ветка, самая прожорливая, начинает греться сильнее остальных. И жрать больше. И греться еще сильнее. А потом раз — и потухла. И все эти ее миллиамперы разбежались по остальным веткам. И вот еще одна ветка, недавно вроде нормально горевшая берет и тухнет следом. И уже вдвое больший ток уходит на другие ветки, ведь общий ток жестко задан 350мА. Процесс лавинообразный и вот уже пришел кирдык всей этой схеме, потому что все 350мА усосались в оставшиеся светодиоды и никто-никто их не спас… А стояли бы, как полагается, по отдельному стабилизатору (хотя бы банальному резистору) на каждой ветка — работала бы и дальше.

Стабилизация напряжения в автомобиле

Вот как раз то, о чем я говорю. На картинке речь о 1Вт-светодиодах, но и с любыми другими картина та же.
Именно это мы и видим в китайских модулях и кукурузинах, которые горят как спички через неделю/месяц работы. Потому что светодиоды имеют адский разброс, а китайцы на драйверах экономят покруче, чем кто либо еще. Почему не горят фирменные модули и лампы Osram, Philips и тд? Потому что они делают довольно мощную отбраковку светодиодов и от всего дичайшего количества выпущенных светодиодов остается 10-15%, которые по параметрам практически идентичны и из них можно сделать такой простой вид, какой и пытаются сделать многие — один мощный драйвер и много одинаковых цепочек светодиодов без драйверов. Но только вот в условиях «купил светодиоды на рынке и запаял сам» как правило будет им нехорошо. Потому что даже у «некитая» будет разброс. Может повезти и работать долго, а может и нет.

Читайте также:  Что означает бедная смесь

Стабилизация напряжения в автомобиле
именно!

Да и токовый драйвер по-сравнению со стабилизатором напряжения и копеечными резисторами как правило дороже. Ну нафига стрелять в мишень для мелкокалиберной винтовки из танка? Цель-то поразим, вопросов нет. Но вместе с ней еще и воронку оставим. =))

Стабилизация напряжения в автомобиле

Запомните раз и навсегда! Я вас умоляю! =)
Да и просто — сделать правильно и сделать «смотрите как я сэкономил, а остальные — дураки» — это несколько разные вещи. Даже очень сильно разные. Учитесь делать не как пресловутые китайцы, учитесь делать красиво и правильно. Это сказано давно и не мной. Я лишь попробовал в стотыщпятьсотый раз объяснить прописные истины. Уж извиняйте, если криво объяснял =)

Стабилизация напряжения в автомобиле

Вот прекрасная иллюстрация. Разве вы думаете мне не хотелось сэкономить и уменьшить количество драйверов раза в 3-4? Но так — правильно, а значит будет работать долго и счастливо.

Ну и напоследок тем, кому даже такое изложение было слишком заумным.
Запомните следующее и старайтесь следовать этому (здесь «цепочка» — это один светодиод или несколько ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-соединенных светодиодов):

1.—- КАЖДОЙ цепочке — свой ограничитель тока (резистор или драйвер…)
2. — Маломощная цепочка до 300мА? Ставим резистор и достаточно.
3. — Напряжение нестабильно? Cтавим СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
4. — Ток больше 300мА? Ставим на КАЖДУЮ цепочку ДРАЙВЕР (стабилизатор тока) без стабилизатора напряжения.

Вот так будет правильно и самое главное — будет работать долго и светить ярко! Ну и надеюсь, что все вышенаписанное убережет многих от ошибок и поможет сэкономить средства и нервы.

Чтобы поддерживать напряжение бортовой сети в заданных пределах вне зависимости от частоты вращения генератора, используется такое устройство, как регулятор напряжения или стабилизатор. Необходимо помнить, что любой автомобильный стабилизатор работает по одному очень простому принципу. Напряжение генератора зависит от величины магнитного потока, который создается постоянным током, проходящим через обмотку возбуждения. Увеличивая силу тока в обмотке возбуждения, мы получим более высокое напряжение на клеммах генератора, и наоборот.

Таким образом, стабилизатор, используемый в автомобиле, регулирует только силу тока обмотки, которая обеспечивает «подмагничивание» внутри генератора. На один из контактов модуля стабилизатора подводится напряжение с «контрольной точки» (например, с плюсового контакта генератора). Если значение последнего выходит за определенный предел, ток в обмотке возбуждения будет уменьшен. Именно так осуществляется автоматическое регулирование.

Импульсная стабилизация

Регулировка напряжения стабилизатором может осуществляться только дискретно, а точнее, обмотка возбуждения в цепь питания может быть включена или отсоединена от нее. Ток, идущий через обмотку, при этом будет меняться не скачками, а плавно. На самом деле, стабилизатор варьирует только относительное время подключения, вследствие чего меняется и среднее значение силы тока. Например, в течение минуты в общей сложности ток может поступать ровно 30 секунд, что будет эквивалентно использованию половины от максимальной силы тока.

Стабилизация напряжения в автомобиле

Раньше использовались схемы, которые подключали или отключали обмотку возбуждения в момент выхода напряжения за установленные пределы. Длительность «импульсов» и частота их повторения могла изменяться. Все современные стабилизаторы при этом используют постоянную частоту следования импульсов. А переменным параметром является только длительность.

Инновации приводят к усложнению схемы

Мы забыли сказать, что ток для питания обмотки возбуждения обычно берется с положительной клеммы АКБ. Многие зарубежные фирмы используют генераторы без дополнительного выпрямителя. В таком случае, к регулятору подключают фазу генератора, а не провод, идущий от аккумулятора. Это позволяет избежать разрядки АКБ.

  • Автомобильный стабилизатор напряжения – как он устроен?
  • 1. Конструкция и детали стабилизатора напряжения
  • 2. Налаживание стабилизатора напряжения
  • 3. Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизация напряжения в автомобиле Стабилизация напряжения в автомобиле Стабилизация напряжения в автомобиле Стабилизация напряжения в автомобиле Стабилизация напряжения в автомобиле

Стабилизация напряжения в автомобилеСтабилизатор напряжения являет собою электронное (электрическое) или электромеханическое устройство, которое имеет выход и вход по напряжению и предназначается для того, чтобы поддерживать выходное напряжение во всех узких пределах, при условии существенного изменения выходного тока нагрузки и входного напряжения.

Сразу же стоит заметить, что по типу выходного напряжения устройства стабилизаторов делятся на:

– стабилизаторы переменного напряжения;

– стабилизаторы постоянного напряжения.

Как аксиома, что на входе стабилизатора и его выходе вид напряжения всегда будет совпадать. Тем не менее, некоторые конструкции стабилизаторов предусматривают разные вариации данных видов.

1. Конструкция и детали стабилизатора напряжения

Стабилизация напряжения в автомобиле

Вследствие своей конструктивной простоты, самый элементарный стабилизатор напряжения будет собираться на отрезке макетной платы, который будет всегда располагаться на особом месте в корпусе от реле-регулятора. Конструктивный элемент платы закрепляется в устройстве посредством стоек, так как именно плата будет обеспечивать контроль и надежную работу всего устройства.

Стабилизация напряжения в автомобилеВажно заметить, что устройство имеет в наличие и мощный полевой транзистор, который устанавливается через изолирующую и теплопроводящую прокладку на базисную основу корпуса. Данная часть в обязательном порядке предусматривает смазывание поверхности теплопроводящей пастой.

Читайте также:  Карбюратор солекс 21083 регулировка качества смеси

2. Налаживание стабилизатора напряжения

Для того, чтобы максимально точно и успешно произвести налаживание устройства стабилизатора напряжения автомобилисту потребуются некоторые устройства и инструменты:

– регулируемый стабилизированный источник питания, который будет иметь выходное напряжение от 12 до 15 В;

– максимальный ток нагрузки не менее 1 А;

Стабилизатор напряжения необходимо подключить непосредственно к источнику питания, где выходное напряжение будет установлено на 12 В. Посредством устройства осциллографа нужно проверить наличие импульсов, частота которых будет составлять от 300 до 600 Гц на выходе. Длительность импульсов коротких низкоуровневых должна составлять от 100 до 300 мкс. Если же длительность и частота импульсов будут выходить за вышеуказанные пределы, то следует подобрать второй конденсатор. После этого на самом коллекторе необходимо проверить наличие транзистора пилообразных импульсов, максимальное положительное напряжение которого будет составлять 9 В, а отрицательное – от 0,5 до 0,7 В, касательно вывода микросхемы.

Стабилизация напряжения в автомобилеПосле этого необходимо подключить вхож осциллографа к выходу элемента, вследствие чего будут наблюдаться прямоугольные импульсы, размах которых равен 9 В. Далее следует достаточно плавно повышать и увеличивать напряжение в источнике питания, вследствие чего в определенный момент длительность импульса высокого уровня будет резко увеличена. Если это произойдет, то следует знать, что напряжение, которое устанавливается на выходе источника питания, будет достаточно близким к напряжению, которое относится к стабилизации устройства стабилизатора.

Также следует затронуть и проверку длительности перепадов импульсов, которые должны колебаться в пределах от 5 до 20 мкс; короткие перепады будут вызывать лишнее перегревание генератора, а длинные будут предопределять нагревание мощного транзистора. Если существует необходимость, то нужно подобрать резистор. Это может быть необходимым тогда, когда существует необходимость в замене полевого транзистора.

После всего проведенного посредство вывода и общего провода нужно подключить лампу накаливания на напряжение 12 В, которое имеет мощность 15 Вт. При выходе источника питания необходимо установить напряжение в 14,2 В. Посредством вращения движка подстроенного резистора нужно найти момент в резком изменении яркости свечения лампы. Движок необходимо оставить в положении, когда сама лампа уже погаснет. Именно после этого устройство стабилизатора можно устанавливать на автомобиль и окончательно налаживать.

3. Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизация напряжения в автомобилеСхема стабилизатора напряжения бортовой сети транспортного средства является достаточно простой. Она содержит в себе стабилизатор напряжения питания микросхемы на резисторе и стабилитроне; устройство генератора коротких импульсов с низким логическим уровнем, частота следования которого не превышает 600 Гц; устройство времязадающего конденсатора, который подключается параллельно в соответствии с участком коллектор-эмиттера транзистора; устройство управляемого генератора тока на транзисторе; измерительное устройство, такое же, как и в прототипе, которое имеет в своем арсенале фильтр нижних частот и содержит резистивный делитель напряжения; стабилитрон и конденсатор. Кроме того к системе будет относиться и мощный полевой транзистор, защитный диод.

Вслед за подачей питания устройство первого конденсатора будет заряжаться посредством четвертого резистора до устройство напряжения стабилизации первого стабилитрона. Кроме того, приведется в работу и генератор коротких импульсов, частота следования которого не будет превышать 600 Гц.

Для предопределения общей картины в голове автомобилиста, следует разобрать еще один период работы стабилизатора, что будет начинаться с того момента, когда непосредственно на выходе первого триггера будет возникать низкий логический уровень. Первый транзистор будет открываться посредством тока зарядки третьего конденсатора и подавать на входы второго триггера высокий уровень, при чем будет происходить одновременное разряжение четвертого конденсатора. Именно на выходе второго элемента будет возникать и низкий уровень, посредством которого будет открываться третий полевой транзистор.

Стабилизация напряжения в автомобилеКроме того будет возникать и возбуждение генератора. По завершении импульса на первом выходе возникнет высокий уровень, а первый транзистор замкнется. После этого будет начата зарядка четвертого конденсатора посредством тока, который исходит из управляемого генератора на втором транзисторе через пятый резистор. После того, как на четвертом конденсаторе напряжение достигнет нижнего порога переключения второго триггера, он переключится, а на его выходе возникнет новый уровень, посредством которого третий транзистор будет закрыт.

Вся дальнейшая зарядка четвертого конденсатора не будет вызывать переключения второго элемента. После этого, когда на выходе генератора уже будет находится ново сформированный импульс низкого уровня, все процессы будут повторяться. Процедура стабилизации напряжения будет осуществляться посредством изменения относительной длительности задействованного состояния третьего полевого транзистора; именно этим процессом будут управлять измерительные устройства и генератор тока.

Если детально изучить и рассмотреть стабилизатора напряжения для автомобиля, вникнуть в саму сущность и схему данного устройства, то можно выяснить, что оно не является таким сложным и нереальным, как это могло бы показаться на первый взгляд.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Добавить комментарий

1 × 2 =