4つのソリッドステートカーオルタネーターレギュレータ回路の調査

以下で説明する4つの単純な車の電圧電流レギュレータ回路は、標準のレギュレータの直接の代替として作成され、主に発電機用に開発されていますが、オルタネーターと同等に効果的に機能します。

従来の自動車用オルタネーター電圧レギュレーターの機能を分析すると、これらの種類のレギュレーターが信頼されていることが多いのは驚くべきことです。

ほとんどの現代の車には、オルタネーターからの電圧と電流の出力を調整するためのソリッドステート電圧レギュレーターが装備されていますが、電気機械式の電圧レギュレーターが取り付けられている初期の車は、信頼性が低い可能性があります。

電気機械式カーレギュレーターのしくみ

電気機械式自動車用オルタネーター電圧レギュレーターの標準的な機能は、以下のように説明できます。

エンジンがアイドリングモードになると、ダイナモは点火警告ランプを介して界磁電流を取得し始めます。

この位置では、ダイナモアーマチュアはバッテリー電圧に比べて出力が小さいため、バッテリーに接続されていないままであり、バッテリーはバッテリーから放電を開始します。

エンジンの回転数が上がり始めると、発電機の出力電圧も上がり始めます。バッテリー電圧を超えるとすぐにリレーがオンになり、ダイナモアーマチュアがバッテリーに接続されます。

これにより、バッテリーの充電が開始されます。ダイナモ出力がさらに上昇した場合、追加のリレーが約14.5ボルトでアクティブになり、ダイナモ界磁巻線が遮断されます。

このリレーが非アクティブになるまで、出力電圧がすぐに低下し始める間、界磁電流は減衰します。この時点でのリレーは一貫して繰り返しオン/オフを切り替え、ダイナモ出力を14.5Vに維持します。

このアクションにより、バッテリーが過充電から保護されます。

ダイナモ出力と直列にコイル巻線を含む3番目のリレーもあり、ダイナモ出力電流全体が通過します。

ダイナモの安全な出力電流が危険なほど高くなると、バッテリーの過放電が原因である可能性があり、この巻線がリレーをアクティブにします。このリレーは、ダイナモの界磁巻線を切り離します。

この関数は、基本的な理論と、提案された車の電圧電流レギュレータの特定の回路が、特定の車の寸法に応じて異なる仕様を持つことを保証します。

1）パワートランジスタの使用

示された設計では、カットアウトリレーはD5に置き換えられています。これは、ダイナモ出力がバッテリー電圧を下回るとすぐに逆バイアスされます。

その結果、バッテリーは発電機に放電することができません。イグニッションが開始されると、ダイナモ界磁巻線はテルテールライトとT1を介して電流を流します。

ダイオードD3は、オルタネーターの電機子抵抗が減少するために界磁コイルから電流が引き出されるのを防ぐために組み込まれています。エンジンの速度が上がると、ダイナモからの出力が比例して上昇し、D3とT1によって独自の界磁電流の供給を開始します。

D3のカソード側の電圧が上がると、警告灯は消えるまで徐々に暗くなります。

発電機の出力が約13〜14 Vに達すると、バッテリーは再び充電を開始します。 IC1は、ダイナモ出力電圧を追跡する電圧コンパレータのように機能します。

ダイナモ出力電圧が増加すると、オペアンプの反転入力の電圧は最初は非反転入力の電圧よりも高くなるため、IC出力はローに保持され、T3はオフのままになります。

出力電圧が5.6Vを超えるとすぐに、反転入力電圧はD4によってこのレベルで調整および制御されます。

出力電圧が指定された最高電位（P1を介して設定）を超えると、IC1の非反転入力が反転入力よりも高くなり、IC1出力が正に変化します。これにより、T3がアクティブになります。これはT2とT1をオフにし、ダイナモフィールドへの電流を抑制します。

ダイナモ界磁電流が減衰し、コンパレータが再び戻るまで出力電圧が低下し始めます。 R6は数百ミリボルトのヒステリシスを供給し、回路がスイッチングレギュレータのように機能するのを助けます。 T1は、より強くオンに切り替えられるか、かなり低い電力を消費するように遮断されます。

現在の規制はT4を通じて影響を受けます。 R9による電流が選択した最高レベルよりも高くなると、その周囲の電圧降下によりT4がオンになります。これにより、IC1の非反転入力の電位が上昇し、ダイナモ界磁電流が分離されます。

R9用に選択された値（0.033オーム/ 20W、0.33オーム/ 2Wの抵抗を並列に10個構成）は、最大20Aの最適な出力電流を得るのに適しています。より大きな出力電流が必要な場合、R9値は適切に削減されます。

デバイスの出力電圧と電流は、元のレギュレータの基準を満たすようにP1とP2を適切に設定して固定する必要があります。 T1とD5はヒートシンクに取り付け、シャーシから厳密に分離する必要があります。

2）よりシンプルな車のオルタネーター電圧電流レギュレータ

次の図は、最小数のコンポーネントを使用したソリッドステートカーオルタネーターの電圧および電流コントローラー回路の別のバリエーションを示しています。

通常、バッテリ電圧がフル充電レベルを下回っている間、レギュレータIC CA 3085出力はスイッチOFFのままです。これにより、ダーリントントランジスタを導通モードにして、界磁コイルをオンに保ち、オルタネーターを動作させることができます。

ここではICCA3085が基本コンパレータとして装備されているため、バッテリがフル充電レベルまで充電されると、14.2 Vになる可能性があり、ICのピン＃6の電位が0Vに変化し、界磁コイルへの電源がオフになります。

これにより、オルタネーターからの電流が減衰し、バッテリーのそれ以上の充電が妨げられます。したがって、バッテリーの過充電は停止します。

ここで、バッテリ電圧がCA3085ピン6のしきい値を下回ると、出力が再びハイになり、トランジスタが導通して、界磁コイルに電力が供給されます。

オルタネーターがバッテリーへの供給を開始すると、オルタネーターは再び充電を開始します。

パーツリスト

3）トランジスタ式カーオルタネーターレギュレータ回路

以下のネストソリッドステートオルタネーター電圧電流レギュレーターの図を参照すると、V4は、オルタネーターのフィールドへの電流を調整する直列パストランジスタのように構成されています。このトランジスタは、2つの20アンペアダイオードとともに外部ヒートシンクにクランプされています。最大フィールド電流の間でさえ、V1の消費が実際にはそれほど高くなく、単に3アンペア以内であることがわかるのは興味深いことです。

ただし、フィールドの両端の電圧降下がトランジスタV1の電圧降下に対応するミッドレンジの代わりに、10ワット以下の最大消費を引き起こします。

ダイオードD1は、イグニッションスイッチがオフになっているときはいつでも、界磁コイル内で生成される誘導性スパイクからパストランジスタV4を保護します。界磁電流全体を転送するダイオードD2は、ドライバトランジスタV2に追加の動作電圧を供給し、パストランジスタV4が大きなバックグラウンド温度でカットオフされることを保証します。

トランジスタV3はV4のドライバのように機能し、このトランジスタで3maから5maのベース電流スイングにより、V4の完全な「オン」から完全な「オフ」への切り替えが可能になります。

抵抗R8は、過熱時の電流の経路を提供します。コンデンサC1は、システムの周囲に高ゲインループが発生するため、レギュレータの発振から保護するために不可欠です。精度を上げるために、ここではタンタルコンデンサをお勧めします。

制御検出回路の主要な要素は、トランジスタV1とV2で構成される平衡差動増幅器に囲まれています。このオルタネーターレギュレーターのレイアウトには、温度ドリフトの問題がないことを確認するための特別な懸念がありました。これを実現するには、最もリンクされた抵抗器を巻線タイプにする必要があります。

電圧制御ポテンショメータR2は、振動や極端な温度条件によって設定から離れることがないため、特別な考慮が必要です。この設計で採用された20オームのポットは、このプログラムには理想的に機能しましたが、回転式のほぼすべての優れた巻線ポットで問題ない可能性があります。この自動車用オルタネーターの電圧電流レギュレーターの設計では、直線的なトリムポットの種類を避ける必要があります。

4）IC741カーオルタネーター電圧電流レギュレータ充電回路

この回路は、バッテリー充電のソリッドステート管理を提供します。オルタネーターの界磁巻線は、従来の方法と同じように、最初は点火電球を介して刺激されます。

WL端子を横切って移動する電流はQ1を経由してF端子に流れ、最後に界磁コイルに流れます。エンジンに電力が供給されるとすぐに、車のダイナモからの電流がD2を通ってQ1に移動します。 WL端子電圧がバッテリーの電圧を超えているため、イグニッションテルテールランプがフェードアウトします。同様に、電流はD5を通ってバッテリーに向かって移動します。

この時点で、コンパレータとして装備されているIC1がバッテリ電圧を検出します。非反転入力のこの電圧が反転入力（ツェナーD4を介して4.6ボルトにクランプされている）よりも高くなると、オペアンプの出力がハイになります。

その後、電流はD3とR2を経由してQ2ベースに向かって流れ、即座にオンになります。その結果、このアクションにより、Q1ベースが接地され、Q1ベースがオフになり、界磁巻線に印加された電流が除去されます。オルタネーターの出力が低下し、それに応じてバッテリー電圧も低下します。

この手順により、バッテリー電圧が常に一定に保たれ、過充電が発生することはありません。ザ・ バッテリーフル充電電圧 RV1を介して約13.5ボルトに微調整できます。

中 寒い気象条件 車の始動中、バッテリー電圧が大幅に低下する場合があります。エンジンが点火するとすぐに、バッテリーの内部抵抗も非常に低くなり、オルタネーターから過剰な電流を引き込むことを余儀なくされ、オルタネーターが劣化する可能性があります。この高消費電流を制限するために、抵抗R4がオルタネーターから一次電源端子内に導入されます。

R4抵抗は、可能な限り最大の電流（通常は20アンペア）で0.6ボルトが生成され、Q3がオンになるように選択されています。 Q3が電流をアクティブにした瞬間、電流はR2を介してQ2ベースに向かって電力線を移動し、スイッチをオンにします。次に、Q1を遮断し、界磁巻線への電流の流れを遮断します。これにより、ダイナモまたはオルタネーターの出力が低下します。

車内のオルタネーターの元の配線に変更を加える必要はありません。回路は古いレギュレータボックスに収納できます。Q1、Q2、D5は適切な寸法のヒートシンクに取り付ける必要があります。