Общие сведения о системе электроснабжения автомобиля: Система электроснабжения автомобиля.

Похожая литература

280

Mercedes-Benz W203 | Система электроснабжения

10.2.1 Система электроснабжения

Общие сведения Общая проверка системы электроснабжения Проверка падения напряжения на выходном проводе генератора Проверка выходного тока Проверка регулируемого напряжения Генератор Аккумуляторная батарея .

10.2.2 Общие сведения

10.2.3 Общая проверка системы электроснабжения

Если контрольная лампа зарядки батареи не горит при включении зажигания, проверьте надежность подключение проводов к генератору, исправность контрольной лампы и целость ее цепи. Если лампа все еще не горит, проверьте электрическую цепь от генератора до лампы. Если все электрические цепи исправны, значит, неисправен генератор, и его следует заменить или отремонтировать.

10.2.4 Проверка падения напряжения на выходном проводе генератора

Данный тест путем измерения падения напряжения определяет состояние провода между выводом «В» генератора и положительной клеммой аккумуляторной батареи, включая плавкую вставку. Подготовка Поверните ключ в выключателе зажигания в положение «OFF». ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Для определения надежности соединения убедитесь в том, что вы не задели одну из двух клемм или их соединения во время данно…

10.2.5 Проверка выходного тока

Эта проверка определяет, вырабатывает ли генератор выходной ток, эквивалентный номинальному значению. Подготовка Перед тестированием проверьте и в случае необходимости отрегулируйте следующие элементы: – состояние аккумуляторной батареи.

10.2.6 Проверка регулируемого напряжения

10.2.7 Генератор

10.2.8 Аккумуляторная батарея

Учебно-практическое пособие по разделу «Электрооборудование автомобилей» МДК 01.02. Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта для студентов по специальности 23.02.03. «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

Общие сведения | Mazda 626 1982-1991 | Mazda

С «плюсовым» источником питания потребители соединяются проводом, с «минусовым» – через кузов автомобиля («массу»). Такой метод позволяет уменьшить количество проводов и упростить монтаж.

Моменты затяжки, Н·м

Гайки крепления рычагов стеклоочистителей ветрового и заднего стекол…..9–13

Болт крепления генератора…..38–40

Болты крепления стартера…..38–64

Система электрооборудования состоит из аккумуляторной батареи, генератора, стартера, потребителей электроэнергии и электрических цепей ( рис. 13.1).

К системе освещения относятся фары, задние фонари, противотуманные фары, указатели поворота, приборы освещения номерного знака и освещения салона.

Аккумуляторная батарея заряжается от генератора, который приводится в действие ремнем от шкива коленчатого вала.

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока смешанного возбуждения с электромагнитным тяговым реле. При пуске тяговое реле вводит ведущую шестерню в зацепление с зубчатым венцом маховика, прежде чем стартер получит питание от аккумуляторной батареи. После пуска двигателя муфта свободного хода отсоединяет якорь стартера от зубчатого венца маховика.

Следует отметить, что при работе с любым элементом электрооборудования автомобиля для предотвращения короткого замыкания и получения ожогов всегда отсоединяйте провод от отрицательной клеммы аккумуляторной батареи.

Определение источника  неисправностей

Электрическая цепь состоит из электрического элемента, переключателей, реле, электродвигателей, предохранителей, автоматических выключателей, проводов и разъемов, которые соединяют электрический элемент с аккумуляторной батареей и кузовом. Для помощи при поиске источников неисправности в системе электрооборудования в руководстве приводятся схемы электрооборудования автомобиля.

Прежде чем пытаться определить источник неисправности, изучите соответствующую схему электрооборудования для получения представления об элементах в этой цепи. Число возможных источников неисправности можно уменьшить, если проверить работу других элементов, входящих в данную цепь. Если несколько элементов или цепей выходят из строя одновременно, возможно, неисправен предохранитель, общий для этих цепей или элементов, или нарушено соединение с кузовом – «массой».

Причинами неисправности могут быть ослабленные или окисленные разъемы, нарушение контакта с кузовом, перегоревшие предохранители или неисправные реле. Проверьте визуально состояние всех предохранителей, проводов и разъемов в вышедшей из строя цепи, прежде чем приступать к проверке остальных элементов. Используйте схемы электрооборудования для определения концевых зажимов, которые необходимо проверить для обнаружения источника неисправности.

Основными приборами, необходимыми для обнаружения источника неисправности, являются тестер или вольтметр, контрольная лампа на 12 В, омметр, батарея и набор проводов со щупами, накидной прокол, желательно с автоматическим выключателем или предохранителем, который используется для обхода проверяемых проводов или элементов.

Помимо нарушения надежности соединений проводов, в системе электрооборудования возможны еще два основных типа неисправностей – обрыв цепи или короткое замыкание.

В результате обрыва цепь размыкается, ток прерывается, вызывая отключение элемента электрооборудования.

Для проверки целости цепи подсоедините прибор для проверки схем или вольтметр: один вывод к отрицательной клемме аккумуляторной батареи или заземленному элементу, другой – к контакту в проверяемой цепи, желательно ближайшему к аккумуляторной батарее или предохранителю. Проверяемый участок цепи должен находиться под напряжением от аккумуляторной батареи, за исключением случаев, когда разъем подключения к батарее не проводит ток или перегорел предохранитель (не забывайте, что некоторые цепи электрооборудования включаются лишь при повороте ключа в замке зажигания в определенное положение).

Включите цепь, подсоедините щуп тестера к соединению, ближайшему к выключателю цепи на стороне проверяемого элемента.

Если есть напряжение (о чем свидетельствует контрольная лампа или показания вольтметра), значит, в участке цепи между соответствующим соединением и выключателем нет разрывов.

Если обнаружен участок, на котором нет напряжения, значит, обрыв цепи произошел между этой точкой и точкой предыдущей проверки, на которой было напряжение. Обрыв цепи обусловлен повреждением или ослаблением разъема.

Для обнаружения источника короткого замыкания выполните следующее.

Снимите соответствующий предохранитель и подсоедините выводы тестера или вольтметра к контактам предохранителя.

Включите питание в цепи, при этом не забывайте, что некоторые цепи электрооборудования включаются лишь при повороте ключа в замке зажигания в определенное положение.

Если в цепи есть напряжение (о чем свидетельствует контрольная лампа или показания вольтметра), значит, в цепи произошло короткое замыкание.

Если во время проведения проверки напряжения нет, а предохранитель по-прежнему перегорает при подключении той же нагрузки, значит, из строя вышел элемент нагрузки.

Отрицательная клемма аккумуляторной батареи подключается к «массе» – кузову, двигателю или коробке передач. Отсутствие надежного контакта или окисление крепления может привести к отказу элемента или нарушению его работы. Не забывайте, что на многих автомобилях используются «массовые» провода между некоторыми элементами, такими как двигатель/трансмиссия, и кузовом, то есть в тех местах, где нет непосредственного контакта между металлическими элементами из-за наличия мягких резиновых креплений или слоя краски.

Для проверки надежности заземления элемента необходимо отключить аккумуляторную батарею и подключить один из выводов омметра к надежно заземленному элементу. Подсоедините другой вывод к проводу или соединению с кузовом, которое необходимо проверить. Показываемое омметром сопротивление должно быть равно нулю, в противном случае проверьте соединение следующим образом.

Если вызывает сомнение надежность контакта с «массой», разберите соединение, удалите загрязнения и зачистите контакты. При сборке подтяните крепление разъема, для предотвращения коррозии нанесите слой технического вазелина или силиконовой смазки.

Основы автомобильной электрической системы

Сегодняшние автомобили состоят из ряда систем, работающих вместе в гармонии. Было бы невозможно удалить одну из этих систем (например, топливную) и оставить машину, которая едет. Таким образом, хотя вы не всегда можете сказать, что электрическая система автомобиля является «самой важной», она все же достаточно близка, особенно когда технология движется в сторону гибридного и электрического будущего. Вот краткий обзор компонентов электрической системы и взгляд на то, как обычные автомобили с газовым двигателем используют электроэнергию.

«Электричество» относится к потоку электронов через цепь, в которой один конец является положительным, а другой — отрицательным. На самом деле каждый объект имеет электрический заряд, но большинство из них настолько малы, что их невозможно обнаружить. Чтобы привести в действие нечто вроде двигателя, мы разработали искусственные химические элементы с высоким электрическим потенциалом: батареи. Аккумуляторы, в свою очередь, обеспечивают питание систем запуска, зарядки и безопасности, фонарей, АБС, компьютеров, датчиков, климат-контроля и бортовых аксессуаров.Вероятно, это первое, о чем вы думаете, когда слышите об электричестве в автомобильных приложениях, но батареи — далеко не единственные в работе системы.

Существует два типа электроэнергии: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Когда батареи разряжаются, они излучают постоянный ток постоянного тока в одном направлении, подавая электричество через положительный вывод на отрицательный. Большинство автомобильных компонентов требуют, чтобы этот заряд постоянного тока работал должным образом, но он ограничен, потому что аккумуляторы в конечном итоге полностью разряжаются, не давая оставшейся мощности.

Для решения этой проблемы в автомобилях также есть генераторы переменного тока. Генераторы на самом деле представляют собой небольшие генераторы, способные преобразовывать механическую энергию в электрическую. Приводимые ремнем двигателя, генераторы переменного тока используют небольшой сигнал от аккумуляторной батареи для возбуждения тока возбуждения, который вращает ротор внутри набора статоров. Поскольку эта энергия управляется полярностью магнитных полей, возникающий в результате ток меняет направление при вращении ротора, производя ток в противоположных или переменных направлениях (отсюда и переменный ток).Генераторы вырабатывают значительно более высокие токи, чем изначально подаются от батареи, поэтому они используются для подзарядки самой батареи и питания других электрических компонентов.

Однако для работы большинства компонентов требуется постоянный ток. Решением является набор диодов, которые служат своего рода электрическим обратным клапаном для тока, выходящего из генератора. Диоды позволяют току течь только в одном направлении, поэтому, когда переменный ток идет с одной стороны, только постоянный ток выходит с другой.

Другой серьезной проблемой в электрической системе автомобиля является то, что не все компоненты выдерживают одинаковую силу тока или силу тока. Следовательно, система должна включать регуляторы напряжения и предохранители для уменьшения расхода и защиты компонентов, которые не могут выдерживать силу тока, подаваемую генератором переменного тока. Предохранители защищают электрические цепи при установке перед нагрузкой (компонентом). Если скачок напряжения вызывает слишком большую силу тока, направляемую к фарам, предохранитель, рассчитанный на «перегорание» 15 ампер, сработает, не позволяя току продолжать нагревать саму фару.

Электрическая система — сложная, но важная часть того, что заставляет ваш автомобиль заводиться, работать, заряжаться и выполнять небольшие, но важные вещи, такие как запирание дверей. И хотя напряжение в автомобильных системах намного ниже, чем, скажем, в домашних условиях, все же важно заручиться руководством профессионала при диагностике или начале ремонта, поскольку многие компоненты чрезвычайно чувствительны и могут быть легко повреждены без надлежащей подготовки и знаний.

Ознакомьтесь со всеми продуктами для электрических систем , доступными на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта.Чтобы получить дополнительную информацию об электрической системе автомобиля, поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Фотография любезно предоставлена ​​Блэром Лампе.

Электросистема вашего автомобиля | Полное средство для ухода за автомобилем Firestone

Электрическая система вашего автомобиля состоит из аккумулятора, стартера и генератора. Аккумулятор обеспечивает питание стартера. Затем генератор дает этой батарее энергию, необходимую для питания вашего автомобиля. Если одна из этих частей не работает должным образом, ваш автомобиль не заведется и не будет работать правильно.Наши опытные техники могут выполнить проверку электрической системы, чтобы убедиться, что все работает должным образом. Он определяет любые проблемы, которые могут возникнуть с вашей электрической системой. Если наши технические специалисты обнаружат проблему, они сообщат вам, что они могут сделать, чтобы ее исправить. Мы можем решить любую проблему до ее запуска, чтобы вы не остались в затруднительном положении с не заводным транспортным средством.

Аккумулятор

Пока ваш автомобиль не заведется, ваш аккумулятор обеспечивает весь электрический ток автомобиля.Это включает ток в систему зажигания и топливную систему, которые отвечают за создание сгорания, необходимого для работы вашего двигателя.

Стартер

В то время как аккумулятор обеспечивает питание для запуска вашего автомобиля, стартер действительно запускает двигатель. Аккумулятор подает небольшое количество энергии на стартер. Затем стартер вращает маховик, который вращает коленчатый вал и начинает движение поршней двигателя. Именно из-за этого сложного процесса важно убедиться, что стартер работает.

Трудно определить, когда именно стартер выйдет из строя, но проверка электрической системы в Firestone Complete Auto Care может помочь распознать предупреждающие знаки. Мы проверяем, потребляет ли стартер необходимое количество тока. Чрезмерное потребление тока указывает на изношенный стартер, а низкое потребление тока указывает на корродированные кабели или соединения. Не беспокоиться! Это проблема, которую могут решить наши опытные специалисты.

Генератор

При работающем двигателе генератор поддерживает заряд аккумуляторной батареи и работу электрической системы. Ваш автомобиль может завестись с неисправным генератором, но он не сможет работать в течение длительного периода времени. Если генератор требует замены, электрическая система вашего автомобиля будет работать нестабильно, его аккумулятор разрядится, и в конечном итоге ваш двигатель потеряет мощность. Полная проверка электрической системы, проведенная Firestone Complete Auto Care, покажет вам, вырабатывает ли генератор необходимое количество тока и напряжения.Таким образом, у вас будет предупреждение, прежде чем ваш генератор выйдет из строя.

Посмотри в действии

Итак, вы поворачиваете ключ, и электрическая система вашего автомобиля начинает работать. Батарея обеспечивает питание стартера, стартер вращается, а генератор дает батарее энергию, необходимую для питания ваших фар, дефростера, дворников и аксессуаров. Посмотрите, как это работает:

Здоровая электрическая система для надежной езды

Электрическая система вашего автомобиля очень важна.Действительно важно. Так что остается в курсе его работоспособности. Если не проверить, слабая или разряженная батарея может нанести ущерб другим частям электрической системы, например генераторам и стартерам. Если ваша электрическая система подает признаки неисправности (см. Симптомы здесь), не откладывайте. Отнесите свой автомобиль в местный сервисный центр Firestone Complete Auto Care, чтобы они могли оценить ситуацию, убедиться в правильности напряжения и предотвратить дальнейшее возможное повреждение. Вы никогда не хотите, чтобы неудача была вариантом.

для суровых автомобильных сред занимают минимум места, сохраняют заряд аккумулятора, обладают низким уровнем электромагнитных помех

Достижения в области автомобильных технологий значительно увеличили содержание электроники в современных автомобилях, чтобы повысить безопасность, улучшить впечатления от вождения, обогатить развлекательные функции и диверсифицировать источники энергии и мощности.Мы продолжаем направлять инженерные ресурсы на улучшение решений по управлению питанием для автомобильного рынка. Многие технологии, созданные в результате этих усилий, привели к значительному повышению эффективности источников питания, компактности, надежности и характеристик электромагнитных помех.

Источники питания для автомобильных приложений должны работать без сбоев в суровых условиях — проектировщик должен учитывать все требования, включая сброс нагрузки, холодный запуск, обратную полярность батареи, двойной скачок батареи, скачки и другие переходные процессы, определенные в LV 124, ISO 7637-2, ISO 17650-2 и TL82066, а также механическая вибрация, шум, чрезвычайно широкий диапазон температур и т. Д.В этой статье рассматриваются важнейшие требования к спецификациям автомобильных источников питания и решения для соответствия автомобильным спецификациям, в том числе:

• Переходные процессы на входе автомобиля
• Диапазон входного напряжения
• Выходное напряжение / ток
• Низкий ток покоя (I _Q )
• Электромагнитные помехи (EMI)

Несколько примеров решений показаны, чтобы проиллюстрировать, как комбинации высокопроизводительных устройств могут легко решить то, что в противном случае было бы трудными проблемами автомобильного источника питания.

Суровые автомобильные среды

На рис. 1 показано полное решение для электропитания, отвечающее жестким требованиям автомобильных приложений. На передней панели LT8672 действует как идеальный диод, защищая схему от жестких условий под капотом и разрушительных неисправностей, таких как обратная полярность. За идеальным диодом следует семейство понижающих стабилизаторов с низким током покоя (I _Q ), которые имеют широкий входной диапазон — от 3 В до 42 В — для обеспечения регулируемых напряжений для ядер, ввода-вывода, DDR, и другие направляющие, необходимые для периферийных устройств.

Эти регуляторы отличаются сверхнизким током покоя, что увеличивает время работы от батарей для постоянно включенных систем. Технология преобразования мощности с низким уровнем шума сводит к минимуму необходимость в дорогостоящем снижении электромагнитных помех, а также в циклах проектирования и испытаний для соответствия строгим автомобильным стандартам EMI. Многоканальные понижающие стабилизаторы LT8603 с низким уровнем I _Q со встроенным регулятором повышения напряжения с предварительным регулированием обеспечивают компактное решение для многих критически важных функций, которые должны работать в условиях холодного пуска двигателя, по крайней мере, с тремя шинами регулируемого напряжения.LT8602 может поставлять четыре шины с регулируемым напряжением, необходимые для многих приложений расширенной системы помощи при вождении (ADAS), таких как предупреждение о столкновении, смягчение последствий и мониторинг слепых зон.

На рисунке 2 показана традиционная автомобильная электрическая система, в которой двигатель приводит в действие генератор переменного тока. Генератор по существу представляет собой трехфазный генератор, переменный ток на выходе которого выпрямляется полным диодным мостом. Выход этого выпрямителя используется для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора и питания цепей и устройств на 12 В.Типичные нагрузки включают ЭБУ, топливный насос, тормоза, вентилятор, кондиционер, звуковые системы и освещение. К шине 12 В добавляется все больше ADAS, включая периферийные устройства, устройства ввода-вывода, DDR, процессоры и их источники питания.

Электромобили несколько меняют картину. Двигатель заменен электродвигателем, в котором преобразователь постоянного тока преобразует высоковольтную литий-ионную (Li-Ion) батарею 400 В в 12 В вместо генератора.Тем не менее традиционные генераторы переменного тока на 12 В должны остаться вместе с их переходными импульсами, включая быстрые импульсы.

Двигатель работает с максимальной эффективностью в узком диапазоне оборотов в минуту, поэтому выходная мощность генератора в установившемся режиме и напряжение аккумулятора относительно стабильны, скажем, ~ 13,8 В в большинстве условий (подробнее об этом ниже). Каждая цепь, питаемая непосредственно от автомобильного аккумулятора, должна надежно работать в диапазоне от 9 В до 16 В, но надежные автомобильные электронные устройства также должны работать в нестандартных условиях, которые неизбежно возникнут в самый неудобный момент.

Хотя выходная мощность генератора номинально стабильна, она недостаточно стабильна, чтобы избежать необходимости кондиционирования перед питанием других систем транспортного средства. Нежелательные скачки или переходные процессы напряжения вредны для последующих электронных систем и, если их не устранить должным образом, могут вызвать сбои в работе этих систем или необратимые повреждения. За последние несколько десятилетий многие автомобильные стандарты, такие как ISO 7637-2, ISO 16750-2, LV 124, TL82066, были разработаны для определения скачков и переходных процессов напряжения, с которыми могут столкнуться автомобильные источники питания, и установления требований к конструкции.

Одним из наиболее критических и сложных переходных процессов высокого напряжения является сброс нагрузки. В автомобильной электронике сброс нагрузки означает отключение аккумулятора транспортного средства от генератора переменного тока во время зарядки аккумулятора. Во время переходного процесса сброса нагрузки поле возбуждения генератора переменного тока остается высоким, учитывая его большую постоянную времени — генератор по-прежнему выдает большую мощность даже без нагрузки. Батарея представляет собой большой конденсатор и обычно поглощает дополнительную энергию, но когда она отключается из-за ослабления клеммы или других проблем, она больше не может предоставлять эту услугу.В результате вся остальная электроника видит скачок напряжения и должна быть способна выдержать сброс нагрузки. Неподавляемый сброс нагрузки может генерировать напряжение выше 100 В. К счастью, в современных автомобильных генераторах используются лавинные выпрямительные диоды, ограничивающие напряжение сброса нагрузки до 35 В, что все еще является значительным отклонением от нормы. Событие сброса нагрузки может длиться до 400 мс.

Еще одно событие высокого напряжения — это запуск от внешнего источника. В некоторых эвакуаторах используются две батареи, соединенные последовательно, чтобы обеспечить эффективный запуск двигателя для восстановления разряженного автомобильного аккумулятора, поэтому автомобильные цепи должны выдерживать удвоенное номинальное напряжение батареи 28 В в течение нескольких минут.Многие высоковольтные понижающие стабилизаторы Power by Linear ™, такие как семейства Silent Switcher ^® и Silent Switcher 2, включая LT8650S и LT8640S (Таблица 1), работают при напряжении до 42 В, что превышает это требование. Напротив, варианты с более низким номинальным напряжением потребуют схемы фиксации, что увеличивает стоимость и снижает эффективность. Некоторые регуляторы Power by Linear, такие как LT8645S и LT8646S, рассчитаны на 65 В для работы в грузовых автомобилях и самолетах, где система 24 В. является нормой.

Другой переходный процесс напряжения возникает, когда водитель заводит автомобиль, а стартер потребляет сотни ампер тока от аккумулятора. Это снижает напряжение аккумулятора на короткое время.В традиционном автомобиле это происходит только тогда, когда водитель заводит машину — например, когда кто-то заводит машину, чтобы ехать в супермаркет, и снова заводит ее, чтобы ехать домой. В современных автомобилях с функцией старт-стоп для экономии топлива события старт-стоп могут происходить несколько раз во время поездки в супермаркет — на каждом знаке остановки и на каждом красном светофоре. Дополнительные старт-стопные события создают значительно большую нагрузку на аккумулятор и стартер, чем в традиционном автомобиле.

Кроме того, если пусковое событие происходит холодным утром, стартер потребляет больше тока, чем при более высоких температурах окружающей среды, разряжая аккумулятор до 3,2 В или ниже примерно на 20 мс — это называется холодным пуском. Есть функции, которые должны оставаться активными даже при холодном пуске. Хорошо то, что такие критически важные функции изначально не требуют значительного энергопотребления. Интегрированные решения, такие как многоканальный преобразователь LT8603, могут поддерживать регулирование, даже если их входное напряжение падает ниже 3 В.

ISO 7637-2 и TL82066 определяют многие другие импульсы. Некоторые из них имеют более высокое положительное или отрицательное напряжение, но также и более высокое сопротивление источника. Эти импульсы имеют относительно низкую энергию по сравнению с событиями, описанными выше, и могут быть отфильтрованы или ограничены при правильном выборе входного TVS.

Идеальный диод, соответствующий нормам автомобильной невосприимчивости

Активный контроллер выпрямителя LT8672 с высоким номинальным входным напряжением (+42 В, −40 В), низким током покоя, сверхбыстрой переходной скоростью отклика и сверхнизким контролем падения напряжения на внешнем полевом транзисторе обеспечивает защиту в автомобильных системах 12 В с чрезвычайно низким энергопотреблением. диссипация.

Обратная полярность батареи

Каждый раз, когда клеммы аккумуляторной батареи отсоединяются, есть вероятность, что полярность автомобильного аккумулятора будет изменена по ошибке, и электронные системы могут быть повреждены из-за отрицательного напряжения аккумуляторной батареи. Блокирующие диоды обычно размещаются последовательно с входами питания для защиты от реверсирования питания, но блокирующие диоды имеют падение напряжения, что приводит к неэффективной системе и снижению входного напряжения, особенно во время холодного пуска.

LT8672 является идеальной заменой пассивного диода для защиты последующих систем от отрицательного напряжения, как показано на рисунке 3.

В нормальных условиях LT8672 управляет внешним N-канальным MOSFET, чтобы сформировать идеальный диод. Усилитель GATE распознает DRAIN и SOURCE и управляет затвором полевого МОП-транзистора, чтобы регулировать прямое напряжение до 20 мВ. D1 защищает ИСТОЧНИК в положительном направлении во время скачков нагрузки и перенапряжения. Когда на входе появляется отрицательное напряжение, GATE переводится в положение ИСТОЧНИК, когда ИСТОЧНИК становится отрицательным, отключая полевой МОП-транзистор и изолируя DRAIN от отрицательного входа. LT8672 может быстро выключить внешний полевой МОП-транзистор за счет возможности быстрого сброса (FPD).

Наложенное переменное напряжение

Обычная помеха на рейке аккумуляторной батареи — это наложенное переменное напряжение. Этот компонент переменного тока может быть артефактом выпрямленного выхода генератора переменного тока или результатом частого переключения сильноточных нагрузок, таких как двигатели, лампы или нагрузки с ШИМ-управлением. В соответствии с автомобильными спецификациями ISO 16750 и LV 124, на ЭБУ могут накладываться пульсации переменного тока, накладываемые на его питание, с частотами до 30 кГц и амплитудами до 6 В (размах).На рисунке 5 высокочастотная пульсация переменного тока накладывается на линейное напряжение аккумуляторной батареи. Типичные идеальные диодные контроллеры слишком медленны, чтобы реагировать, но LT8672 генерирует высокочастотные импульсы затвора до 100 кГц для управления внешними полевыми транзисторами по мере необходимости для подавления этих пульсаций переменного тока.

Уникальная способность LT8672 отклонять общие компоненты переменного тока на шине питания является функцией его стратегии быстрого подтягивания (FPU) и FPD, а также его высокой способности управления затвором, когда драйвер затвора питается от встроенного регулятора наддува. .По сравнению с решением по питанию затвора с подкачкой заряда, этот повышающий стабилизатор позволяет LT8672 поддерживать стабилизированное напряжение 11 В для удержания внешнего полевого транзистора включенным, обеспечивая при этом сильный ток истощения затвора для уменьшения коммутационных потерь для выпрямления высокочастотных пульсаций переменного тока. Его ток источника 50 мА обеспечивает сверхбыстрое включение полевого транзистора, сводя к минимуму рассеиваемую мощность; его пропускная способность по току 300 мА обеспечивает быстрое отключение, сводя к минимуму проводимость обратного тока. Кроме того, это значительно снижает ток пульсации в выходном конденсаторе.Типичные формы сигналов выпрямления для наложенного переменного напряжения показаны на рисунке 6.

Кроме того, LT8672 эффективно снижает потери проводимости по сравнению с традиционным диодом Шоттки при тех же условиях нагрузки. Как видно на тепловизионных изображениях на Рисунке 7, решение с использованием LT8672 почти на 60 ° C холоднее, чем традиционное решение на основе диодов. Это не только повышает эффективность, но и устраняет необходимость в громоздком радиаторе.

Высокопиковые узкие импульсы, которые появляются на входе автомобильных электронных систем, обычно поступают из двух источников:

• Отключение входного источника питания при наличии индуктивной нагрузки, включенной последовательно или параллельно.
• Процессы переключения нагрузки, влияющие на распределенную емкость и индуктивность жгута проводов.

Некоторые из этих импульсов могут иметь пики высокого напряжения. Например, импульс 3a, определенный в ISO 7632-2, представляет собой отрицательный всплеск, пиковое напряжение которого превышает -220 В, а импульс 3b определяет импульс с максимальным пиковым напряжением 150 В сверх начального напряжения батареи.Несмотря на то, что они обладают большим внутренним импедансом и очень малой продолжительностью, последующая электроника может быть легко повреждена, если они увидят эти импульсы.

Два TVS подходящего размера установлены в передней части для подавления таких всплесков. Фактически, некоторые из импульсов с низкой энергией могут быть поглощены непосредственно за счет эффекта фильтрации входного конденсатора и паразитной индуктивности провода.

Регулятор с несколькими направляющими проходит через события холодного пуска

LT8602 предоставляет компактные решения для до четырех регулируемых шин (например, 5 В, 3,3 В, 1,8 В, 1,2 В) с диапазоном входного напряжения от 5 В до 42 В, подходящие для функций, которые не обязательно должны быть во время холодного проворачивания. В противном случае для функций, которые должны работать даже при холодном пуске, таких как контроллер свечи зажигания или сигнализация, решения, такие как LT8603, работают до входов 3 В (или ниже).

LV 124 определил наихудший случай холодного кривошипа, показанный на Рисунке 8.Это означает, что минимальное напряжение аккумулятора может упасть до 3,2 В и длиться 19 мс при запуске автомобиля. Эта спецификация требует от приложений, чтобы они работали на уровне 2,5 В при столкновении с дополнительным падением напряжения на диоде из-за обратной защиты батареи в традиционном (неидеальном диодном) решении. В схеме пассивной диодной защиты могут потребоваться повышающие-понижающие регуляторы вместо менее сложных и более эффективных понижающих регуляторов для обеспечения стабильного питания 3 В, которое часто требуется для многих микроконтроллеров.

Контроллер LT8672 имеет минимальное входное рабочее напряжение 3 В _BATT , что позволяет активному выпрямителю работать через импульс холодного запуска с минимальным перепадом (20 мВ) между входом и выходом. Входные источники питания во время холодного пуска получают входное напряжение не ниже 3 В. Это позволяет использовать понижающий стабилизатор с минимальным рабочим напряжением 3 В и низкими характеристиками падения напряжения, например LT8650S, для создания источника питания 3 В.

Как и LT8650S, многие автомобильные ИС ADI Power by Linear имеют минимальное входное напряжение 3 В.

На рисунке 9 показано сравнение источника питания 1,8 В с LT8672 и традиционным диодом. Понижающий стабилизатор работает до 3 В. Как показано, с традиционным диодом напряжение V _IN на понижающем стабилизаторе падает примерно до 2,7 В, когда напряжение батареи V _BATT падает до 3,2 В из-за высокого падения напряжения. диода, вызывая отключение UVLO нижележащего импульсного регулятора, и его выход 1,8 В. коллапсирует. Напротив, напряжение на выходе LT8672 остается почти постоянным во время холодного запуска, а понижающий регулятор, расположенный ниже по потоку, может поддерживать значение 1.Выход 8 В.

Для выполнения множества важных функций требуются регулируемые шины 5 В и 3,3 В, а также шины менее 2 В для питания, ввода-вывода процессора и ядра в аналоговых и цифровых ИС. Если V _BATT упадет ниже его выходов или V _IN (MIN), чистый понижающий стабилизатор потеряет регулирование при прямом питании от V _BATT . Однако для таких критически важных функций обычно не требуется много энергии, поэтому можно использовать высокоинтегрированное компактное решение, такое как четырехканальный выход LT8603 6 мм × 6 мм, тройной монолитный понижающий преобразователь и повышающий контроллер.

Встроенный контроллер повышения напряжения LT8603 работает при напряжении ниже 2 В, что делает его идеальным предварительным регулятором для трех понижающих стабилизаторов. На Рисунке 10 показано современное решение Power by Linear для этих приложений, которое может выдержать холодный пуск. Два понижающих стабилизатора высокого напряжения питаются от преобразователя предварительного повышения напряжения. Когда V _BATT падает ниже 8,5 В, контроллер повышения начинает переключаться, и выход (OUT4) регулируется до 8 В. Он может поддерживать выход стабилизированным входным напряжением до 3 В после запуска.Таким образом, два высоковольтных бакса могут работать в состоянии холодного кривошипа, обеспечивая при этом постоянные выходы 5 В и 3,3 В, как показано на рисунке 11. Как только напряжение V _BATT восстанавливается до значения выше 8,5 В из холодного кривошипа, контроллер наддува просто работает. как сквозной диод. Понижающие напряжения высокого напряжения могут выдерживать напряжение V _BATT до 42 В. Низковольтное понижающее напряжение питается от выхода OUT2, обеспечивая 1,2 В во время холодного запуска.

Ultralow I

Для постоянно включенных систем, подключенных к V _BATT в течение недель или месяцев без подзарядки батареи, небольшая нагрузка и эффективность холостого хода в некоторых случаях более важны, чем эффективность при полной нагрузке. Семейство устройств Power by Linear со сверхнизким током покоя (I _Q ) сохраняет заряд батареи, выдерживая сложные переходные режимы и широкий диапазон входного напряжения, от 3 В до 42 В, и широкий диапазон температур.Чтобы оптимизировать эффективность и поддерживать регулирование при малых нагрузках и без нагрузки, регулятор работает в импульсном режиме ^® . Между пакетами все схемы, связанные с управлением выходным переключателем, отключаются, уменьшая входной ток питания до нескольких микроампер. Напротив, обычный понижающий стабилизатор может потреблять сотни сотен микроампер от V _BATT при регулировании без нагрузки, разряжая батарею на несколько порядков быстрее.

На эффективность пакетного режима при данной легкой нагрузке в основном влияют потери переключения, которые являются функцией частоты переключения и напряжения затвора.Поскольку для включения и выключения полевого МОП-транзистора и поддержания работоспособности внутренней логики требуется фиксированное количество энергии, более низкая частота переключения снижает потери заряда затвора и повышает эффективность. Частота переключения в первую очередь определяется пределом тока импульсного режима, значением индуктивности и выходным конденсатором. Для заданного тока нагрузки увеличение предельного значения импульсного тока позволяет передавать больше энергии в течение каждого цикла переключения, и соответствующая частота переключения ниже. Для данного предела импульсного тока индуктивность большего значения накапливает больше энергии, чем меньшая, и частота переключения также ниже.По той же причине выходной конденсатор большего размера накапливает больше энергии и требует больше времени для разряда.

На рис. 12 показан сверхнизкий синхронный понижающий стабилизатор I _Q LT8650S в решении, которое отличается высокой эффективностью в широком диапазоне входного напряжения и тока нагрузки. Благодаря встроенным полевым МОП-транзисторам это устройство может обеспечивать до 8 А общего выходного тока при фиксированных выходных напряжениях 3.3 В или 5 В. Несмотря на простую общую конструкцию и компоновку, этот преобразователь включает опции, которые можно использовать для оптимизации производительности конкретных приложений в системах с батарейным питанием.

В таблице 1 перечислены монолитные регуляторы с низким I _Q , которые хорошо подходят для автомобильного рынка, с входами до 42 В или 65 В. Типичный ток покоя для этих устройств составляет всего 2,5 мкА благодаря низкому I _Q технологии, разработанные Analog Devices. При минимальном времени включения 35 нс эти регуляторы обеспечивают 3.Выходное напряжение 3 В на входе 42 В при частоте переключения 2 МГц, что является обычным явлением в автомобильной промышленности.

Портфель бесшумных коммутаторов упрощает разработку EMI

Автомобильные приложения требуют систем, которые не производят электромагнитных шумов, которые могут мешать нормальной работе других автомобильных систем. Например, импульсные источники питания являются эффективными преобразователями мощности, но по своей природе генерируют потенциально нежелательные высокочастотные сигналы, которые могут повлиять на другие системы.Шумы регулятора переключения возникают на частоте переключения и ее гармониках.

Пульсация — это шумовая составляющая, которая появляется на выходных и входных конденсаторах. Пульсации можно уменьшить с помощью конденсаторов низкого ESR и ESL, а также LC-фильтров нижних частот. Высокочастотный шумовой компонент, с которым гораздо труднее справиться, является результатом быстрого включения и выключения силовых полевых МОП-транзисторов. Благодаря конструкции, ориентированной на компактный размер решения и высокую эффективность, рабочие частоты переключения теперь увеличены до 2 МГц, чтобы уменьшить размер пассивных компонентов и избежать слышимой полосы.Кроме того, время переключения было сокращено до наносекундного диапазона для повышения эффективности — за счет снижения потерь переключения и потерь коэффициента заполнения.

Паразитная емкость и индуктивность как на корпусе, так и на печатной плате играют важную роль в распределении шума, поэтому, если шум присутствует, его может быть трудно устранить. Предотвращение электромагнитных помех осложняется тем фактом, что шум переключения охватывает диапазон от десятков МГц до более высоких частот. Датчики и другие инструменты, подверженные такому шуму, могут выйти из строя, что приведет к появлению слышимого шума или серьезному отказу системы.Поэтому были установлены строгие стандарты для регулирования EMI. Наиболее распространенным является CISPR 25 Class 5, в котором подробно описаны допустимые пределы для частот от 150 кГц до 1 ГГц.

Соответствие нормам EMI для автомобилей при высоком токе обычно означает сложную конструкцию и процедуру испытаний, включая многочисленные компромиссы в отношении занимаемой площади решения, общей эффективности, надежности и сложности. Традиционные подходы к управлению электромагнитными помехами путем замедления фронтов переключения или снижения частоты переключения имеют такие компромиссы, как снижение эффективности, увеличение минимального времени включения и выключения и больший размер решения.Альтернативные средства защиты, включая сложный громоздкий фильтр электромагнитных помех, демпфер или металлическое экранирование, значительно увеличивают затраты на место на плате, компоненты и сборку, усложняя управление температурой и тестирование.

Наша технология Silent Switcher решает проблему электромагнитных помех инновационным способом, обеспечивая впечатляющие характеристики электромагнитных помех в высокочастотных источниках питания с высокой мощностью. Устройства Silent Switcher 2 второго поколения упрощают конструкцию и производство плат за счет включения в корпус конденсаторов горячего контура.Для понижающего стабилизатора, такого как 42 В / 4 А LT8650S, контур нагрева состоит из входного конденсатора и верхнего и нижнего переключателей. Другие зашумленные контуры включают схему управления затвором и схему заряда повышающего конденсатора. В устройствах Silent Switcher 2 конденсаторы горячего контура и теплого контура интегрированы в корпус и расположены таким образом, чтобы минимизировать электромагнитные помехи. Это снижает влияние окончательной компоновки платы на уравнение электромагнитных помех, упрощая проектирование и производство. Дальнейшее снижение пиковых EMI может быть достигнуто за счет использования дополнительной функции частотной модуляции с расширенным спектром, встроенной в эти части, что еще больше упрощает соблюдение строгих стандартов EMI.

На рис. 13 показано решение с низким уровнем шума и I _Q для сильноточных приложений ввода-вывода автомобилей и периферийных устройств. LT8672 на переднем конце защищает схему от обратных отказов батареи и высокочастотных пульсаций переменного тока с прямым падением напряжения всего в несколько десятков мВ. LT8650S переключается на частоте 400 кГц с диапазоном входного напряжения от 3 В до 40 В и выходной мощностью 8 А при параллельной работе двух каналов.Два развязывающих конденсатора расположены рядом с входными контактами LT8650S. Благодаря технологии Silent Switcher 2 характеристики высокочастотных электромагнитных помех превосходны даже без установленного фильтра электромагнитных помех. Система соответствует максимальному и среднему пределу CISPR 25 класса 5 со значительными запасами. На рисунке 14 показаны результаты испытаний на среднее значение излучаемых электромагнитных помех в диапазоне от 30 МГц до 1 ГГц с вертикальной поляризацией. Полное решение отличается простой схемой, минимальным общим количеством компонентов, компактными размерами и характеристиками электромагнитных помех, невосприимчивыми к изменениям в компоновке платы (рисунок 15).

Заключение

Автомобильные приложения требуют недорогих, высокопроизводительных и надежных решений в области электропитания. Жестокая внутренняя среда заставляет разработчиков источников питания создавать надежные решения, учитывающие широкий спектр потенциально разрушительных электрических и тепловых событий. Электронные платы, подключенные к батарее 12 В, должны быть тщательно спроектированы для обеспечения высокой надежности, компактного размера и высокой производительности.Каталог устройств Power by Linear включает инновационные решения, специально предназначенные для автомобильных требований: сверхнизкий ток покоя, сверхнизкий уровень шума, низкий уровень электромагнитных помех, высокий КПД, широкий рабочий диапазон при компактных размерах и широкий диапазон температур. Устраняя сложность при одновременном повышении производительности, решения Power by Linear сокращают время проектирования источников питания, снижают затраты на решения и сокращают время выхода на рынок.

Управление электропитанием электромобиля с использованием нечеткой логики

Технология силовых электронных систем распространилась на промышленные, коммерческие и жилые области.Разработка стратегии повышения эффективности использования электрической энергии электромобиля (EV) требует анализа модели, которая его описывает. Электромобили представляют собой сложные мехатронные системы, описываемые нелинейными моделями, поэтому их изучение — непростая задача. Он может улучшить производительность батарейного блока за счет создания новых батарей, позволяющих увеличить объем памяти, или за счет разработки системы управления энергопотреблением. В этой статье показана разработка системы управления электропитанием на основе нечеткой логики для электромобиля с целью минимизировать общее потребление энергии и оптимизировать аккумуляторную батарею.Экспериментальный результат показан с использованием нечеткого контроллера в стандартных рабочих условиях. Показано увеличение производительности аккумулятора и общие показатели энергопотребления. Полученные сигналы скорости показывают улучшения некоторых динамических характеристик, таких как перерегулирование, время установления и параметры установившейся ошибки. Показано, что этот нечеткий контроллер увеличивает общую энергоэффективность транспортного средства.

1. Введение

Некоторые из причин, по которым автомобили, использующие альтернативные источники энергии, стали необходимостью, — это нормы выбросов, достижения в области технологии электродвигателей и создание высокоэффективных аккумуляторов [1].Несколько компаний по всему миру начали более серьезно относиться к коммерциализации электромобилей (EV). Технология электромобилей достигла производительности, сравнимой с двигателями внутреннего сгорания. Гибридные автомобили сочетают в себе свойства, улучшающие характеристики электромобиля, электрические тяговые двигатели обеспечивают быстрое ускорение, а двигатель внутреннего сгорания хорошо работает на постоянных скоростях. ([2, 3]).

В настоящее время большинство электромобилей получают питание от внешней электростанции, которая питает аккумуляторную батарею.Способы накопления энергии включают в себя химическую энергию, сохраняемую в транспортном средстве батареями. Низкая удельная мощность и сокращенный срок службы являются одними из недостатков электрохимической батареи. Большим достижением является создание новых систем хранения энергии, состоящих из солнечных элементов, высокопроизводительных батарей или электронных систем питания. Использование технологии силовой электроники, использующей контроль энергопотребления аккумуляторной батареи, сокращает цикл разряда батареи и увеличивает расстояние пробега электромобиля [4].

На рисунке 1 показан EV UPChis01, созданный профессорами и студентами мехатронной инженерии Политехнического университета штата Чьяпас. В этой статье предлагается подход к приложениям управления питанием в электромобилях, основанный на уменьшении текущей мощности, подаваемой аккумуляторным блоком. Основное преимущество этого предложения — увеличить срок службы аккумуляторной батареи и повысить производительность с помощью нечеткой системы. Оставшаяся часть теста организована следующим образом. Сначала показаны характеристики электромобиля и модели, использованной в этом исследовании.Он описывает входные и выходные переменные, функции принадлежности и правила нечеткой системы. Он показал экспериментальные результаты предлагаемого решения, сравнивая характеристики электромобиля в нормальных условиях. Наконец, обсуждение результатов будет проведено в последнем разделе.