Ochranné zariadenie palubnej siete"UZBS-1-800-12" pre osobné automobily
Na rozdiel od „hromadných ističov“, UZBS vykonáva ochranné funkcie vo všetkých režimoch prevádzky vozidla (beh motora, vypnutý motor, zapnutie zapaľovania, vypnutie zapaľovania).
Funkčne sa UZBS skladá z programovateľného regulátora a vysokorýchlostného vypínača. Regulátor neustále monitoruje aktuálny odber z batérie a v prípade prekročenia prípustnú hodnotu- odpojí záporný pól od elektrického zariadenia vozidla. Prípustný prúd nastavuje ovládač v závislosti od polohy kľúča zapaľovania auta. Rýchlosť odozvy ochrany je 30 mikrosekúnd, čo spoľahlivo zabraňuje zahrievaniu vodičov a roztaveniu izolácie elektrických rozvodov. Okrem toho pri vypnutom zapaľovaní UZBS monitoruje vybitie batérie a vypne ju, ak vybitie presiahne 50 % kapacity, režim zabráni úplnému vybitiu batérie, ak sú spotrebiče energie (obrysové svetlá a pod.) ponechané dlho.
UZBS je inštalovaný namiesto zemného ističa, zatiaľ čo poistkový blok si zachováva svoje funkcie.
Palubné napätie vozidla je 12 V.
Pokles napätia na kontaktoch pri zatvorenom kľúči pri prúde 100 A, nie viac ako 70 mV.
Hodnota odberu prúdu z batérie, pri ktorej sa ochrana spustí:
- pri vypnutom zapaľovaní (25….30) A pri zapnutom zapaľovaní (50-80) A so zapnutým štartérom je povolený prúd obmedzený dobou prevádzky v závislosti od hodnoty prúdu.
Na želanie zákazníka je možné nastaviť iné hodnoty prípustných prúdov a prevádzkových časov.
UZBS zostáva v prevádzke, keď sa napätie palubnej siete zmení z 5,5 na 16V - pre nominálne 12V.
UZBS si zachováva svoju funkčnosť pri teplotách životné prostredie od -400°С do +850°С.
Je možné ho namontovať na záporný pól batérie pomocou špeciálneho držiaka.
Možná realizácia v inom dizajn na žiadosť zákazníka.
Pripojenie k elektrickému zariadeniu vozidla sa vykonáva takto:
Svorkový kontakt, ktorý ho spája s karosériou vozidla, sa odstráni zo záporného pólu batérie a na jeho miesto sa nainštaluje špeciálna konzola pripojená k UZBS. Druhá svorka UZBS má rovnaký dizajn kontaktov ako na batérii a karoséria je k nej pripojená cez svorku odpojenú od batérie. Napájanie a kontrola stavu UZBS sa vykonáva cez samostatný konektor.
Základné technické údaje
Pri pripájaní neštandardných 12-voltových zariadení do palubnej siete automobilu vždy existuje riziko ich spálenia buď prepólovaním alebo prepätím, pretože aj s funkčným relé-regulátorom pri štartovaní motora (a po ňom) napätie v palubnej sieti sa mení tým najnepredvídateľnejším spôsobom.
Navrhovaná konštrukcia pozostáva z jednotky ochrany proti prepólovaniu a jednotky prepäťovej ochrany. Prvý je namontovaný na dióde VD1. Pri správnom zapnutí je dióda uzavretá spätným napätím a neovplyvňuje činnosť obvodu. Ak dôjde k prepólovaniu alebo k dostatočne silnému prepätiu obrátenej polarity v sieti, dióda sa otvorí. Vznikne skrat, ktorý prepáli poistku FU1.
Jednotka prepäťovej ochrany je zostavená na analógu výkonného nízkonapäťového varistora, zostaveného na tyristore VS1 a zenerových diódach VD2VD3. Akonáhle napätie v palubnej sieti prekročí normu, tyristor sa otvorí a skratuje vstup. Poistka FU1 sa opäť prepáli.
Lampa HL1 je kontrolka. Rozsvieti sa pri prepálení poistky. Ak chcete, môžete túto lampu zlikvidovať. Pri opakovaní obvodu je potrebné vziať do úvahy normálnu spotrebu prúdu záťaže a na základe toho zvoliť menovitý prúd poistky. Na druhej strane, dióda VD1 aj tyristor VS1 musia vydržať dopredný prúd, ktorý môže spáliť poistku.
Nastavenie ochrannej jednotky spočíva v výbere zenerových diód VD2 a VD3. Súčet ich stabilizačných napätí bude napätie, pri ktorom bude ochrana fungovať. V našom prípade bude ochrana fungovať pri 14 ... 17 V, keďže stabilizačné napätie zenerovej diódy D814A je 7 ... 8,5 V. Je celkom zrejmé, že namiesto dvoch zenerových diód môžete zapnúť jednu resp. tri s príslušnými parametrami, čo umožňuje presnejšie nastaviť ochranné napätie.
Navrhovaný obvod je určený na ochranu nízkonapäťových zariadení pred prepätím alebo prepólovaním a aj keď využíva poistkovú vložku na núdzové vypnutie napájacieho napätia, má oveľa vyšší výkon ako poistka.
Zariadenie je zapnuté v sérii so záťažou a v pohotovostnom režime nemá žiadny vplyv na napájací obvod. Akonáhle záťažové napätie prekročí nastavenú hodnotu, riadiaci obvod zostavený na tranzistore VT1 otvorí tyristor VS1, ktorý následne skratuje napájací obvod a vypáli poistku FU1. To isté sa stane, ak je polarita napájacieho zdroja pripojená nesprávne, ale v tomto prípade dôjde k vyhoreniu poistky v dôsledku otvorenia diódy VD1.
Použitie viacotáčkového odporu ako R4 a tranzistora s koeficientom prenosu najmenej 400 vám umožňuje nastaviť odozvové napätie v pomerne širokom rozsahu s presnosťou 0,4 V.
Široko používaný v amatérskych a priemyselných rádiových prijímačoch nikel-kadmiové batérie. Bohužiaľ, nepríjemnou vlastnosťou týchto batérií je, že zlyhajú, ak nesprávna voľba polarita zdroja nabíjacieho prúdu.
Pre tých, ktorí sa môžu pomýliť a pomýliť si polaritu batérie, je zariadenie určené napr. schému zapojenia ktorý je znázornený na obrázku,
Je ľahké si všimnúť, že batéria v tomto zariadení je zahrnutá v jednej uhlopriečke mostíka tvoreného tranzistormi V1-V4 a zdroj nabíjacieho prúdu je zahrnutý v druhej uhlopriečke.
Pri tomto spojení tranzistorov a batérie bude smer nabíjacieho prúdu závisieť iba od polarity batérie.
Napríklad, ak je kladný pól batérie pripojený k hornej svorke zariadenia v obvode, tranzistory V1 a V4 budú zatvorené a nabíjací prúd bude pretekať cez tranzistory V2 a V3. Keď je batéria zapnutá s obrátenou polaritou, prúd preteká cez tranzistory V1 a V4. Bez ohľadu na to, ako pripojíte batériu, polarita nabíjacieho prúdu bude vždy správna.
Poznámka: Tranzistory V1-V4 a odpory R1-R4, R5 sa vyberajú na základe maximálneho nabíjacieho prúdu batérie a menovité napätie zdroja nabíjacieho prúdu.
Literatúra:
Nabijec: pre flegmatiku. - Šdelovacia technika, 1984, N7, str. 278. Rádio N6, 1983
Pomocou rodiny integrovaných obvodov poskytuje Maxim Integrated prepäťovú ochranu elektroniky vo vozidle od -36 do 90 V bez potreby ďalších externých komponentov. Pri použití týchto sa ochrana rozšíri až na 200 V, čo autori článku dokázali na praktickom príklade zostavením ochranného obvodu na báze mikroobvodu.
Automobilová elektronika musia pracovať pod vplyvom silného impulzného hluku. IN moderné autá Je nainštalované veľké množstvo elektronických zariadení, pre prevádzku ktorých je potrebné chrániť silové obvody pred napäťovými rázmi, elektrostatickými výbojmi a zapínaním s prepólovaním batérie. Podľa GOST 28751-90 elektronické zariadenie, pracujúce vo vozidlovej sieti, musí odolávať rušeniu v rozsahu od mínus 1100 V do plus 300 V (pre palubnú sieť). Na vyriešenie týchto problémov existuje niekoľko tradičných možností ochrany:
- inštalácia diskrétnych komponentov (varistory, ochranné TVS diódy, poistky, indukčné a kapacitné filtre);
- používanie elektronických komponentov so zabudovanou ochranou proti preťaženiu vstupu a výstupu;
- použitie špecializovaných mikroobvodov s aktívnou ochranou.
Každá z týchto metód má výhody a nevýhody. Výhodou ochrany na diskrétnych komponentoch je nízka cena. Medzi nevýhody tejto možnosti patrí závislosť obmedzovacieho napätia od výkonu rušenia a dlhá doba odozvy varistora a poistky. Sériové pripojenie Dióda na vstupe chráneného obvodu umožňuje realizovať ochranu proti zapnutiu s prepólovaním, ale úbytok napätia na dióde znižuje rozsah prípustných vstupných napätí. Okrem toho sa stratí stratový výkon na sériovo zapojenej dióde, pretože všetok prúd preteká touto diódou. Po vypálení je potrebné poistky vymeniť. Vo väčšine prípadov to vyžaduje návštevu servisu.
Použitie čipov so zabudovanou ochranou je limitované ich výberom a cenou. Okrem toho sa takéto mikroobvody nedokážu vyrovnať so silným vysokonapäťovým rušením.
Špecializované mikroobvody pre aktívna ochrana od prepätí, nemajú mnohé nevýhody obvodov na diskrétnych elektronických súčiastkach. Základnou myšlienkou ASIC je nahradiť diskrétne komponenty vysokovýkonnými, vysokonapäťovými tranzistormi, ktoré sú riadené inteligentnými obvodmi. To vám umožňuje rozšíriť funkčnosť ochranných schém s vysokou presnosťou obmedzujúcich parametrov.
Základné ustanovenia GOST 28751-90
Elektronické zariadenia pripojené k palubným sieťam vozidiel s napájacím napätím 12 alebo 24 V musia zabezpečiť elektromagnetickú kompatibilitu a odolnosť voči šumu, spĺňajúce požiadavky medzištátnej normy GOST 28751-90. Tento dokument popisuje požiadavky a skúšobné metódy pre automobilové vybavenie. Elektronické zariadenia inštalované v automobiloch sú podľa odolnosti voči impulznému hluku rozdelené do funkčných tried, ktorých popis je prevzatý z vyššie uvedeného GOST a je uvedený v tabuľke 1.
Tabuľka 1. Funkčné triedy zariadení na odolnosť voči impulznému šumu v napájacích obvodoch
| Trieda | Popis |
| A | Všetky funkcie produktu sa vykonávajú počas a po vystavení testovacím impulzom |
| B | Všetky funkcie produktu sa vykonávajú počas a po vystavení testovacím impulzom, avšak hodnoty jedného alebo viacerých parametrov môžu byť mimo tolerancie. Po náraze sa obnovia hodnoty všetkých parametrov |
| C | Jedna alebo viac funkcií produktu sa nevykonáva počas vystavenia testovacím impulzom, ale po vystavení sa výkon produktu obnoví |
| D | Počas testovacích impulzov sa nevykonáva jedna alebo viac funkcií produktu. Po expozícii sa funkčnosť výrobku obnoví jednoduchým ovládaním |
| E | Počas testovacích impulzov sa nevykonáva jedna alebo viac funkcií produktu. Po ukončení expozície sa výkonnosť produktu neobnoví bez opravy. |
Pre konkrétne elektronické zariadenie zapojené do napájacích obvodov vozidiel s napätím 12 alebo 24 V musí byť zabezpečená jeho prevádzkyschopnosť v súlade s jednou alebo viacerými triedami uvedenými v tabuľke 1. Použitie špecializovaných ochranných mikroobvodov s prídavkom vysoko- napäťové tranzistory MOSFET umožňujú ochranu pred silnými rušivými impulzmi, ktoré spĺňajú podmienky niekoľkých tried z tabuľky 1. Na vykonanie meraní odolnosti voči rušeniu sa na vstup skúmaného obvodu privedú skúšobné impulzy so špecifickými parametrami.
Parametre testovacích impulzov sú tiež uvedené v GOST 28751-90. Najnebezpečnejší a najkomplexnejší z týchto testovacích impulzov je číslo 5. Jeho parametre pre rôzne napájacie napäťové obvody palubnej siete vozidla sú znázornené na obrázku 1.
Tento impulz je najzávažnejší pri vykonávaní testov zhody, pretože obsahuje najviac energie. Aplikácia tohto impulzu pri testovaní si pre svoju zložitosť nevyžaduje ani splnenie triedy A, to znamená, že pri aplikácii impulzu 5 nemusí zariadenie vykonávať všetky funkcie počas a po aplikácii impulzu.
MAX16126/7/8/9 rodina ochranných ASIC
Na ochranu elektronických zariadení určených na prevádzku v systémoch napájania automobilov vyrába Maxim Integrated rad integrovaných obvodov (tabuľka 2). Táto rodina umožňuje implementáciu ochranného obvodu v širokom rozsahu napätia. Samotný ochranný čip / je navrhnutý tak, aby fungoval v rozsahu -36…90 V bez použitia ďalších externých obvodov. Pre rozšírenie pracovného rozsahu však výrobca odporúča použiť externý parametrický stabilizátor, ktorý dokáže výrazne rozšíriť rozsah prevádzkových napätí. V tomto prípade bude prevádzkový rozsah obmedzený maximálnymi charakteristikami parametrického stabilizátora a externých tranzistorov.
Tabuľka 2. Čipy série MAX16126/7/8/9 na ochranu automobilovej elektroniky
Testovanie ochranného obvodu na základe MAX16127 pri aplikácii impulzu číslo 5
Amplitúda šumu pri napätí batérie 24 V môže dosiahnuť 200 V s dobou trvania impulzu až 350 ms. Práve parametre tohto veľmi „hrozného“ impulzu boli použité pri testovaní ochranných mikroobvodov série s prídavnými vysokonapäťovými tranzistormi. Na vykonanie testov bol na základni zostavený ochranný obvod s prijateľným prevádzkovým rozsahom do +400 V (obrázok 2). Ako kľúče boli zvolené tranzistory od STMicroelectronics, parametrický stabilizátor bol vyrobený na báze zenerovej diódy CMZ5946B od ON Semiconductor. Prah prepätia bol upravený na úroveň 32 V pomocou externých rezistorov R3 a R4 podľa technickej dokumentácie.
Tranzistor T1 sa používa na ochranu, keď sa objaví záporné napätie, napríklad keď je zariadenie nesprávne zapojené do obvodu („prepólovanie“). V aplikáciách, kde sú potrebné miniatúrne riešenia a nie je potrebná ochrana proti záporným impulzom, nemusí byť nainštalovaný tranzistor T1. Tranzistor T2 slúži na realizáciu ochrany pri výskyte prepätia. Keď sa na vstupe ochranného obvodu objaví prepätie prekračujúce stanovenú prevádzkovú hranicu (prahová hodnota prepätia), zatvorí tranzistor T2, čím zabráni zvýšenému napätiu dosiahnuť výstup obvodu.
Na prototypovanie bol zvolený mikroobvod, keďže v tomto prípade sa používa režim obmedzenia rušenia, v ktorom sa výstupné napätie prakticky nemení a prevádzkyschopnosť napájaného zariadenia je zabezpečená bez ohrozenia jeho funkčnosti.
Obrázok 3 zobrazuje odozvu upínacieho obvodu na špičkový vstupný impulz 182 V, keď nie je záťaž (žltý tvar vlny). Celkové napätie privedené na vstup obmedzovacieho obvodu je (24 + 182 = 206) V, kde 24 V je napätie batérie. Obmedzené výstupné napätie v tomto režime merania nepresiahne (24 + 6 = 32) V, to znamená, že pri amplitúde impulzu na vstupe 182 V sa výstupné napätie zvýšilo o 6 V.
Obrázok 4 ukazuje oscilogram pri zaťažení 100 ohmov. Výstupné napätie ochranného obvodu bolo teda 32 V a prúd 300 mA, pričom stupeň potlačenia vstupného šumu sa prakticky nezmenil. To naznačuje, že keď sa záťažový prúd mení v širokom rozsahu od nuly do 300 mA, režim obmedzovania šumu zostáva prakticky nezmenený, čo je veľká výhoda aktívnych obmedzujúcich obvodov v porovnaní s riešeniami využívajúcimi pasívne komponenty.
Obrázok 5 zobrazuje orezovú hranu, keď vstupné napätie stúpa. Pri vstupnom napätí do 32 V sa úroveň napätia prenáša na výstup bez zmeny. Keď vstupné napätie dosiahne približne 32 V (tento prah odozvy je možné v prípade potreby zmeniť), výstupné napätie sa obmedzí ďalším zvýšením vstupného napätia. Všimnite si, že časový rozsah je 2 ms na bunku (časový rozsah v predchádzajúcich priebehoch bol 40 ms).
Pri odosielaní impulzov z rôzne zaťaženie Merala sa teplota tranzistorových spínačov. Vzhľadom na to, že obmedzenie sa vykonáva v režime kľúča, počas obmedzenia nebolo zaznamenané žiadne zvýšenie teploty. To znamená, že použitie obmedzujúceho mikroobvodu nekladie špeciálne požiadavky na rozptýlený výkon tranzistorových spínačov, prídavné konštrukcie odvádzajúce teplo (radiátory) atď. Za zmienku tiež stojí, že tranzistory a zenerove diódy boli vybrané na základe ich dostupnosti. O ďalšie požiadavky Na základe veľkosti ochranného obvodu môže konštruktér zvoliť tranzistory v menších baleniach.
Použitie verzie mikroobvodu s obmedzujúcou funkciou () vám umožňuje nielen chrániť elektronické zariadenie v prípade rušenia alebo úmyselného zvýšenia napájacieho napätia na linke, ale tiež umožňuje zachovať funkčnosť zariadenia. . To znamená, že v prípade úmyselných pokusov o vypnutie elektrického vedenia môže zariadenie uchovávať záznam o tejto udalosti alebo vysielať alarm, napríklad cez jeden z bezdrôtových kanálov (napríklad GSM). Použitie rodiny / teda umožňuje implementovať zariadenie, ktoré prekračuje maximálne stupne tuhosti podľa GOST 28751-90.
Literatúra
- GOST 28751-90
- Technické listy MAX16126/7/8/9
- Údajový list MAX16127EVKIT
- Údajový list MAX17504
- http://www.maximintegrated.com/
