Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Схемні вузли безконтактних систем запалювання
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут енергетики та систем керування
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2005
Тип роботи:
Розрахунково - графічна робота
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет
“ Львівська політехніка ”
Інститут енергетики і систем керування
Кафедра ЕАП
Розрахунково – графічна робота
Тема: „Схемні вузли безконтактних систем запалювання”
1.5.3. Схемні вузли безконтактних СЗ.
Від часу створення перших електронних СЗ заміни контактного комутування струму в КЗ на транзисторний чи тиристорний системи запалювання вдосконалювались, розширювались їх функції. Створювались нові вузли, які реалізують ці розширені функції: стабілізація струму в КЗ, регулювання часу протікання струму в первинній обмотці, захист елементів та вузлів схем.
Силовий комутатор котушки запалювання є вихідним каскадом, і працює як ключ, який повинен мати великий вхідний опір і пропускати струм до 10 А. Пристрій, який задовольняє ці вимоги відомий під назвою схеми Дарлінгтона або альфапари. Схема складається із двох транзисторів (рис.1.21), із яких другий VT2 є силовим. Діод VD, який з’єднує первинну обмотку КЗ з масою призначений ліквідувати небезпечні для схеми імпульси напруги, які виникають при перериванні струму в обмотці КЗ. Такий пристрій випускається у вигляді інтегральної мікросхеми.
Рис.1.21. Внутрішня принципова схема транзистора Дарлінгтона.
Регулювання часу накопичення енергії потрібне як для контактних, так і для безконтактних СЗ. В системах запалювання з контактним переривачем кут замкнутого стану (тобто кут повороту колінвала, коли контакти закриті і через КЗ протікає струм) визначається профілем кулачка і регулюванням щілини між контактами. А тривалість замкнутого стану змінюється оберненопропорційно частоті обертання колінвала двигуна, що зумовлює зменшення значення струму розриву із збільшенням частоти (див. рис.1.7 а) і зменшенням енергії іскри.
По аналогії з кутом замкнутого стану контактів в класичних і контактнотранзисторних СЗ тривалість увімкненого стану вихідного транзистора (стану насичення) теж залежить від частоти обертання колінвала. Тобто час накопичення енергії зменшується із збільшенням частоти. Якщо регулюванням добитись отримання потрібного значення стуму розриву на низьких частотах, то на високих частотах стану провідності вихідного комутуючого транзистора буде недостатньо для досягання потрібного значення струму розриву і іскра почне слабшати або взагалі пропаде. Якщо струм розриву відрегулювати на високих частотах, то із зменшенням частоти струм розриву почне збільшуватись, що зумовить перегрівання обмотки КЗ, збільшення потужності розсіювання в резисторах і транзисторному комутаторі.
Тому наступним етапом в розвитку безконтактних СЗ стало створення систем з нормуванням (регулюванням) тривалості накопичення енергії. В таких системах на всьому діапазоні частот обертання вала двигуна визначається мінімальний час, за який струм розриву досягає значення, необхідного для індукування потрібного значення вторинної напруги на високих частотах. А на низьких частотах тривалість стану провідності зменшується до нормативного.
Нормування тривалості накопиченої енергії дозволяє зменшити потужність втрат в КЗ і комутаторі на низьких і середніх частотах, і забезпечити оптимальний закон зміни вторинної напруги та енергії іскри.
В безконтактних системах запалювання з нормуванням вводиться в комутатор спеціальний електронний регулятор часу накопичення, прикладом якого може служити схема, зображена на рис.1.22.
Рис.1.22. Регулювання тривалості накопичення енергії в КЗ.
Рис.1.23. Часові діаграми сигналів вузла нормування для різних частот.
На базу транзистора VT1 поступають імпульси додатної полярності від давача, а транзистор VT2 є комутатором струму первинної обмотки КЗ.
Схема працює наступним чином:
Нехай VT1 знаходиться в стані відсічки, а VT2 – насичення , конденсатор С заряджається від +Uб через R1 з полярністю на обкладках позначеною без дужок. Доки по колу база – емітер протікає зарядний струм конденсатора, VT2 буде знаходитись в стані насичення і пропускати струм по колу первинної обмотки КЗ.
На базу VT1 поступив сигнал, який відкриває його (стан насичення). Конденсатор починає розряджатися, напрям струму змінюється на протилежний в колі конденсатор – VT1, що приводить до закриття VT2. Протікання струму в первинній обмотці КЗ переривається, формується іскра (рис.1.23, точка А).
В результаті відкривання VT1 конденсатор розряджається, а потім заряджається напругою протилежної полярності +Uб – R2 – C – VT1 (полярності позначені в дужках). В деякий момент VT2 відкривається і починається процес накопичення енергії тривалості tн1 (від точки В, рис.1.23, а).
Якщо частота збільшилась, то тривалість періоду заряду конденсатора скорочується і він не встигає повністю зарядитись (точка А, рис.1.23., б). Тому тривалість розряду також скорочується (точка В, рис.1.23, б). Тому VT2 вмикає коло накопичення скоріше, чим вирівнює час накопичення (нормує) –tн1=tн2.
Способи захисту вихідних транзисторів від перенапруг. В момент відкривання вихідного транзистора формується імпульс високої напруги в первинній обмотці, який прикладається до ділянки колектор-емітер вихідного транзистора, що може викликати пробиття переходу. Тому в схемах необхідно передбачити обмеження амплітуди імпульсу на допустимому рівні, що, як правило, виконується із застосуванням нелінійних елементів.
На рис.1.24 зображені схеми найпростішої реалізації такого захисту. Перша схема (а), захисний стабілітрон VD1 під’єднаний паралельно до ділянки колектор-емітер транзистора VT1, який комутує струм первинної обмотки КЗ. Напругу пробиття
Рис.1.24. Способи включення стабілітрона для захисту транзистора від перенапруг:
а) – паралельно ділянці колектор-емітер;
б) – паралельно ділянці колектор-база.
стабілітрона VD1 вибирають трохи меншою, ніж Uкедоп – допустима напруга на транзисторі. Якщо ця напруга збільшиться до значення Uпрст пробиття, стабілітрон пробивається, через нього почне протікати струм iст, а амплітуда імпульсу зменшиться до допустимого значення для VT1. Імпульс струму через стабілітрон складає 2…4 А (потужний стабілітрон).
Інший варіант захисту транзистора ілюструє рис.1.24, б, стабілітрон VD1 під’єднаний паралельно базо-колекторному переходові. Таке під’єднання дозволяє зменшити імпульсний струм через стабілітрон в β разів, де β – статичний коефіцієнт підсилення струму вихідного транзистора VT1.
Якщо VT1 закритий, то імпульсом напруги VD1 пробивається і відкриває транзистор на час дії імпульсу перенапруги.
Існують і інші складніші схемні рішення.
Конденсатор C1 запобігає входження транзистора в область лавинного пробиття в процесі його закривання, а також служить елементом коливного контуру процесу формування імпульсу напруги запалювання. Резистор R1 обмежує розрядний струм перед тим зарядженого конденсатора при відкриванні транзистора.
Захист вихідного транзистора від інверсного вмикання потрібний тоді, коли в первинному контурі КЗ відбувається коливний процес і від’ємна півхвиля імпульсу первинної напруги діє не транзистор. Тому він стає під’єднаний в інверсний режим, що для деяких типів транзисторів є недопустимим або небажаним. Ця ж ситуація може виникнути, якщо змінилась полярність під’єднання акумуляторної батареї.
Рис.1.25. Способи захисту транзистора від інверсного включення:
а) – послідовне включення діода; б) – паралельне включення діода.
Для захисту транзистора VT1 (рис.1.25) від інверсного під’єднання послідовно у вихідне коло комутатора вмикають діод VD1 (рис.1.25, а), який розрахований на прямий струм, що дорівнює значенню струму розриву. Інший варіант побудови схеми захисту передбачає під’єднання силового діода VD1 (рис.1.26, б) паралельно транзистору. Цим гаситься від’ємна півхвиля коливного контуру.
Обмеження амплітуди імпульсу струму первинної обмотки КЗ в простих схемах комутатора здійснюється пасивним способом за рахунок послідовного вмикання в коло навантаження додаткового резистора, який закорочується на час пуску.
В комутаторах з нормованим накопиченням енергії (нормована щілинність) використовується активне обмеження рівня струму. Один із поширених способів побудови схеми нормованого обмеження струму ілюструє рис.1.26. Принцип дії обмеження полягає в наступному. Якщо транзистор VT3 відкривається струмом керування Iб, то по первинному (силовому) колі протікає струм, створюючи на резисторі Rн спад напруги, яка через R1 керує транзистором VT2. Поки струм I1 менший допустимого VT2 закритий. Коли струм І1 досягає допустимого або більшого значення, VT2 відкривається, чим зменшує базовий струм Іб і при закриває VT3. Струм в його силовому колі зменшується. Регулювання рівня струму здійснюється вибором резисторів R1 і R2 дільника, а також Rн. Регулювання струму, тобто підтримання його значення на потрібному рівні в цій схемі здійснюється від’ємним зворотнім зв’язком за струмом силового кола. Це так званий принцип стабілізації.
Рис.1.26. Вихідний каскад комутатора для обмеження амплітуди імпульсу первинного струму.
1.5.4. Електронний комутатор 36.3734.
Це комутатор з нормованим накопиченням енергії, який виконаний за дискретною технологією, основні функціональні вузли якого виконані з операційних підсилювачів (ОП) мікросхеми К1401УД1. Комутатор розрахований для роботи з безконтактним здавачем Холла. Вихідним транзистором є транзистор Дарлінгтона КТ848А.
До складу комутатора входять декілька блоків різного функціонального призначення (рис.1.27).
Рис.1.27. Блок-схема комутатора 36.37.34.
Рис.1.28
Блок нормування (регулювання тривалості провідності струму в первинній обмотці КЗ) (1) формує імпульси струму визначеної тривалості незалежно від частоти обертання колінвала двигуна і коливань напруги електричної мережі автомобіля. Завдяки цьому досягається отримання потрібних параметрів іскрового розряду і мінімального розсіювання потужності.
Блок обмеження напруги живлення (2) схеми забезпечує стабілізацію напруги при можливих перенапругах в мережі автомобіля.
Блок без іскрової відсічки (3) перериває струм в первинному колі КЗ, якщо на схему подано живлення, а двигун не працює. Інколи цей блок називають блоком захисту від постійної провідності.
Вихідний каскад (4) формує імпульси струму в первинному колі КЗ для накопичення енергії за сигналами на його вході за сигналами давача Холла, блоків нормування, обмеження та постійної провідності.
До складу комутатора (рис.1.27) належать дискретні елементи – компаратори, які побудовані на базі операційних підсилювачів DA1.3 і DA1.4, і на виходах яких сигнали можуть набувати значень або логічної одиниці (високий додатній потенціал напруги), або логічного нуля (низький, нульовий рівень напруги).
Струм в первинній обмотці КЗ комутує вихідний транзистор VT4, який разом з VT3 керується напругою колектора транзистора VT2. Якщо VT2 відкритий, то VT3 і VT4 закриті, і навпаки.
Транзистор VT2 разом із вхідними колами керування його базовим струмом (резистори R23 – R26) реалізує логічну функцію АБО – НІ (стрілка Пірса), то високий додатній потенціал (логічна одиниця) на будь-якому із його входів (або декількох) зумовлює його відкривання і появу нульового рівня вихідної напруги (логічний нуль) на вході в точці К7.
Вхідними сигналами керування VT2 є вихідні сигнали у нас розглянутих блоків в точках К2, К4, К5 і К6. Одиничний сигнал кожного із них може зумовити роз’єднання кола живлення первинної обмотки К3. Розглянемо роботу схеми регулювання струму КЗ з сигналами кожного блока.
Обмеження струму здійснюється сигналом виходу компаратора DA1.4. Напруга із паралельно з’єднаних резисторів R33, через які протікає зарядний струм КЗ, поступає на прямий вхід 12 компаратора через R21 і порівнюється з опорною напругою, яка поступає на інверсний вхід 13. Опорна напруга створюється стабілітроном VD4 і дільником напруги із резисторів R13 – R15. Якщо напруга на прямому вході є меншою, ніж на інверсному, то на виході компаратора є нуль, що відповідає умові: зарядний струм є меншим від допустимого. Якщо сила струму перевищує допустиме значення 9 А, то напруга на прямому вході перевищить значення опорної на інверсному і на виході К5 встановлюється напруга рівня логічної одиниці, яка через R26 переводить VT2 до стану насичення, напруга на його виході К7 понижується. Це зумовить при закривання VT4 і зменшення струму первинної обмотки КЗ. Сила струму стає меншою від допустимого значення і на виході компаратора встановлюється логічний нуль, VT2 закривається, VT4 привідкривається і т. д. В результаті такої періодичної зміни напруги компаратора встановлюється динамічний режим рівноваги роботи транзистора VT4 в активному режимі, коли фіксується заданий рівень обмеження сили струму. Цей рівень встановлюється вибором опорної напруги компаратора DA1.4.
Коли двигун не працює, а запалювання залишається увімкненим, необхідно забезпечити розрив кола живлення первинної обмотки КЗ. В режимі зупинки двигуна на виході давача Холла в точці КЗ можлива наявність сигналу логічної одиниці, якщо поле постійного магніту давача не переривається (наявність щілини) або логічного нуля (наявність екрану). Якщо на вході комутатора (точка К1) логічний нуль, то VT2 відкритий одиничним сигналом з виходу інвертора (точка К2), а VT4 закритий, що розриває коло котушки і струм не протікає. На виході К6 в цей час сигнал логічного нуля.
Якщо на вході К1 є сигнал логічної одиниці, а на вході К2 відповідно нуль, то вступає в дію блок відсікання (3, рис.1.27). На інверсний вхід інтегратора DA1.2 поступає сигнал напруги рівня логічного нуля і на виході К6 починає зростати напруга. Темп зростання залежить від значення сталої часу інтегрування Ті2=R7*C3, значення якої значно перевищує період слідування іскор при найменшій частоті обертання колінвала двигуна. Тому інтегратор не впливає на роботу схеми, коли двигун працює. Значення сталої часу Ті2 вибирається таким,щоб напруга на виході DA1.2 досягла рівня логічної одиниці за час приблизно 2.5 – 5 с, тоді коло первинної обмотки розімкнене, а за то струм в обмотці зменшується поступово пропорційно збільшенню додатнього потенціалу на виході К6.
Час розряду конденсатора С3 набагато менший ніж заряду, бо розрядний струм С3 протікає по колу паралельно з’єднаних резисторів R6 і R7, загальний опір яких є меншим від меншого з них, а коло заряду – С3 і R7 коли на вході К6 достатня напруга, а на вході DA1.2 є нуль.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора