|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 101-150
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 151-200
Стабилизированный блок зажигания.
А. Коробков
Описываемая ниже стабилизированная электронная система зажигания для автомобилей относится к классу конденсаторно-тиристорных устройств с накопительным трансформатором. В таких системах энергия искрообразования в каждом цикле работы сначала накапливается в трансформаторе, а затем передается на накопительный конденсатор. Конденсатор при этом заряжается до напряжения около 300 В. В момент размыкания контактов прерывателя заряд конденсатора передается на катушку зажигания, формирующую искру.
Особенностями системы являются хорошая защищенность ее от дребезга контактов прерывателя, относительная простота, повышенная надежность работы. Описываемое устройство имеет высокую стабильность напряжения ценообразования — ±4% при температуре окружающего воздуха в пределах —20... + 70° С и напряжении аккумуляторной батареи 12±4 В.
Расчет параметров устройства определяется требованиями, обусловленными использованием конкретного двигателя. Эти параметры связаны со способностью ключа на транзисторах, включенного в первичной обмотке трансформатора, пропускать необходимый и достаточно большой ток и выдерживать импульсное напряжение, возникающее на первичной обмотке после его закрывания. При этом минимальное время между двумя искрами равно сумме двух периодов — накопления энергии в трансформаторе и передачи ее на конденсатор (с учетом КПД трансформатора Ню тp = 0,9),
Наибольшее влияние на это время оказывает максимальное значение тока, поэтому в схеме должны использоваться транзисторы, допускающие большой ток с малым сопротивлением насыщения. Уменьшение суммарного сопротивления первичной обмотки трансформатора также способствует уменьшению этого времени.
Блок (рис. 1) включает следующие функциональные узлы: узел запуска с системой защиты от дребезга контактов прерывателя (резисторы R1 — R4, конденсатор С1 и диоды V1—V3), триггерно-ключевой узел, собранный на транзисторах V5, V6, V10, диодах V4, V7— V9 и трансформаторе Т1, накопительно-коммутационный узел (V 12, V13, V16, С4), узел управления тринистором (V14, VI5, С3, R13—R15), тахометрический датчик (V11, R12).
Рис. 1. Схема блока зажигания
Узел запуска предназначен для формирования одиночного импульса в момент размыкания контактов прерывателя автомобиля. Резистор R1 выбран из условия обеспечения максимальной надежности работы и долговечности контактов. По современным представлениям оптимальный ток через контакты должен быть в пределах 0,25...1 А.
Как показывает практика, устойчивой работы системы электронного зажигания можно добиться лишь при наличии устройства защиты от дребезга контактов прерывателя. В обычной системе зажигания влияние дребезга контактов почти не проявляется из-за большой индуктивности катушки зажигания. В электронных системах дребезг, а также и другие помехи в бортовой сети автомобиля могут привести к сбоям в формировании искры.
Установлено, что дребезг контактов длится примерно 1 мс после их замыкания. В рассматриваемом блоке при размыкании контактов прерывателя конденсатор С1 заряжается через резисторы Rl, R2, стабилитроны
V2, V3 (в прямом включении) и эмиттерный переход транзистора V6. Транзистор открыт, что приводит к срабатыванию триггерно-ключевого устройства. После того как напряжение на нижней обкладке конденсатора С1 станет меньше напряжения отсечки тока в цепи V2— V3 — эмиттерный переход транзистора V6 (около 1,8 В), конденсатор продолжает заряжаться до напряжения аккумуляторной батареи, но уже через цепь R3 V1. После замыкания контактов прерывателя конденсатор С1 разряжается через резисторы R2—R4 и контакты прерывателя. Постоянная времени цепи разрядки выбрана такой, чтобы за 1 мс напряжение на конденсаторе убывало не более чем на 4 В. Если за это время и произойдет размыкание (дребезг) контактов, амплитуда импульса на базе транзистора V6 не превысит 0,5 В и триггерно-ключевое устройство не сработает. Конденсатор С2, устраняющий самовозбуждение блока на высокой частоте, также способствует защите от помех.
Триггерно-ключевое устройство подключает первичную обмотку трансформатора к источнику питания при появлении на входе запускающего импульса и отключает его, когда ток в обмотке достигнет определенного уровня. Он должен быть таким, чтобы в магнитопроводе трансформатора была накоплена необходимая энергия, которая в конечном счете определит энергию искры. Индуктивность первичной обмотки, а значит, и максимальное значение тока выбирают из условия, чтобы необходимая энергия успевала накапливаться в интервале между двумя смежными искрами при максимальной частоте искрообразования. Для максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя 600 мин-1 это время равно 5 мс.
Энергию искры считают достаточной, если она находится в пределах 10...50 мДж. В описываемом блоке для более полного сгорания горючей смеси энергия искры выбрана равной приблизительно 90 мДж. Чтобы обеспечить накопление такой энергии за время менее 5 мс при напряжении питания блока 12 В, индуктивность первичной обмотки не должна превышать 5 мГн. В этом случае ток через обмотку к моменту выключения достигает 6,5 А (КПД катушки зажигания около 0,5).
Триггерно-ключевое устройство работает так. Когда на базу транзистора V6 поступит запускающий импульс, все транзисторы триггерно-ключевого устройства открываются. Через обмотку I трансформатора Т1 начнет протекать возрастающий по силе ток. Первоначально базовый ток транзистора V5 достаточен для насыщения транзистора. Затем напряжение на резисторе R11 увеличивается и транзистор V5 начинает закрываться. При токе в обмотке I, равном 6,5 А, ток базы транзистора V5 уменьшается настолько, что транзисторы V5, V6, V10 выходят из насыщения и закрываются. Устройство возвращается в первоначальное состояние.
Диод V4 играет важную роль. На нем формируется напряжение, надежно закрывающее транзистор V5 при выключении триггерно-ключевого устройства, т. е. повышается устойчивость работы блока в условиях повышенной температуры. При изменении питающего напряжения происходит некоторое изменение напряжения на открытых диодах V7, V8 из-за изменения тока через них. Диод V4 совместно с эмиттерным переходом транзистора V5 участвует в температурной компенсации напряжения на диодах V7, V8. Выбор высокочастотного транзистора П605А (V5) обусловлен его относительно большим сопротивлением коллекторного перехода, в результате изменение питающего напряжения слабее сказывается на коллекторном токе транзистора при его выходе из насыщения, т. е. повышается стабильность работы блока.
Амплитуда импульса на обмотке I трансформатора Т1 составляет 30 В, а напряжение на закрытых транзисторах V6, V10 не превышает 45 В (даже если напряжение питания блока увеличивается до 15 В). Это гораздо меньше предельно допустимого напряжения примененных транзисторов.
Накопительно-коммутационный, узел подключен к обмотке II трансформатора T1. Коэффициент ее трансформации по отношению к обмотке I равен 10, поэтому конденсатор С4 заряжается до 300 В.
Импульс к узлу управления тринистором поступает с обмотки III трансформатора T1. Особенностью этого узла является введение диода V14 и резистора R13. Дело в том, что для устойчивого управления тринистором при пониженном напряжении питания и низкой окружающей температуре конденсатор С3 выбран сравнительно большой емкости (1 мкФ). Чтобы этот конденсатор успевал разрядиться за время около 1... 1,5 мс, которое остается при максимальной частоте искрообразования, в узле использована принудительная разрядка конденсатора через резистор R13 в процессе зарядки конденсатора С4 от импульса с обмотки III. Диод V14 защищает конденсатор С3 от зарядки напряжением противоположной полярности. Такое решение позволило включить в цепь управляющего электрода тринистора резистор R14 малого сопротивления, что повышает надежность работы блока в различных условиях эксплуатации.
Тахометрический датчик подключен к отдельной обмотке IV трансформатора. Точность измерения частоты искрообразования обусловлена стабильностью формы и амплитуды сигнала на обмотке. Показания тахометра отсчитывают по шкале магнитоэлектрического прибора, устанавливаемого на приборной панели автомобиля. Резистор R12, который определяет средний выпрямленный ток в цепи, выбирают исходя из тока полного отклонения стрелки применяемого измерительного прибора. Сопротивление этого резистора, указанное на схеме, соответствует току полного отклонения стрелки измерительного прибора тахометра 1 мА при максимальной частоте искрообразования 200 Гц.
Блок -зажигания собран на дюралюминиевом основании толщиной 4 мм, служащим одновременно теплоотводом транзистора V10 и тринистора V16. На основании установлены также трансформатор, конденсатор С4, резистор R1, укрепленный на отдельной планке, и печатная плата, на которой смонтированы остальные элементы. Плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм, чертеж платы показан на рис. 2.
Рис. 2. Чертеж печатной плати блока зажигания
Во все отверстия в плате для монтажа элементов следует установить монтажные пистоны для повышения вибропрочности блока.
Транзисторы V5 и V6 размещены на плате и закреплены двумя винтами каждый. Рассеиваемая этими транзисторами мощность невелика, поскольку они работают в импульсном режиме с насыщением и крутыми фронтами при переключении. Трансформатор собран на магнитопроводе УШ_ 16 X 24 с зазором 0,3 мм. Обмотка I состоит из 75 витков провода ПЭВ-2 1,0; II — 750 витков -провода ПЭВ-2 0,23; III — 110 витков провода ПЭВ-2 0,15 и IV — 90 витков провода ПЭВ-2 0,15. При изготовлении трансформатора обмотки II и III надежно изолируют от остальных двумя-тремя слоями лакоткани.
Резистор R11 изготовляют из высокоомного провода сечением около 1 мм2. Можно использовать провод, свитый из нескольких проводников. Резистор крепят к плате винтами с гайками и шайбами. Конденсатор С4 работает в тяжелом режиме: 200 циклов зарядка-разрядка в секунду, причем он заряжается до напряжения около 300 В. В таких условиях могут надежно работать те конденсаторы, у которых на частоте 200 Гц предельно допустимое номинальное напряжение снижается только на 35% ,и по этому напряжению предусмотрен соответствующий запас. В блоке использован конденсатор МБГЧ-1 на номинальное напряжение 500 В.
Конденсатор С1 должен быть стабильным, так как защита, от дребезга рассчитана на определенную емкость. В данном случае выбран конденсатор КМ-6 группы Н50. Конденсатор С2 может быть любым емкостью от 0,022 до 0,068 мкФ. Конденсатор С3 — КМ-6-Н90 емкостью от 0,5 до 1 мкФ.
Диоды Д311А можно заменить любыми из серии Д9, а Д310 (в крайнем случае) — из серии Д7. Все используемые в блоке стабилитроны могут быть любыми из серий Д808...Д814. Транзистор П605А можно заменить на П605, П606, П606А; П702 — на КТ802А, КТ805А, КТ805Е, а П210А —на ГТ701А. Вид блока (без крышки) со стороны платы показан на рис. 3.
Рис. 3. Вид собранного блока без крышки
Смонтированную плату перед установкой в блок целесообразно проверить. Для этого вместо резистора R11 включают реостатом переменный резистор сопротивлением около 500 Ом, а параллельно ему — вольтметр. Переменный резистор устанавливают в положение минимального сопротивления. Включают напряжение питания и кратковременно прикасаются проводником, соединенным с плюсовым проводом источника питания, к верхнему (по схеме) выводу резистора R2. При этом устройство должно переключиться, что можно определить, например, по изменению напряжения на коллекторе транзистора V6. Затем сопротивление переменного резистора плавно увеличивают и следят за падением напряжения на нем. Когда оно достигнет примерно 1 В, устройство должно переключиться в исходное состояние. При сборке блока нужно следить за правильностью соединения выводов трансформатора, особенно Обмотки IV, так как иначе значительно возрастет погрешность тахометра.
Для налаживания блока вместо прерывателя автомобиля включают контакты поляризованного реле, а на обмотку реле подают через ограничительный резистор переменное напряжение 6,3 В частотой 50 Гц. Вместо катушки зажигания включают резистор ПЭВ-10 сопротивлением 5...15 Ом. Напряжение на конденсаторе С4 контролируют вольтметром постоянного тока со шкалой на 300...400 В, соединяемого с конденсатором через последовательную цепочку диод-резистор. Диод можно использовать Д226Б, а резистор сопротивлением 150... 300 Ом мощностью 0,25 Вт. Параллельно зажимам вольтметра включают конденсатор емкостью 0,1...0,5 мкФ на рабочее напряжение 400...500 В. Устанавливают необходимое напряжение 285...300 В подгонкой сопротивления резистора R11.
Целесообразно проверить время накопления энергии в трансформаторе (увеличение тока от нуля до максимального значения). Лучше всего это сделать с помощью осциллоскопа. Оно не должно превышать 3 мс для высокооборотных двигателей автомобилей «Жигули» и 4,5 мс для двигателей с максимальной частотой вращения коленчатого вала до 4500 мин-1.
Если же осциллоскопа нет, то это время можно найти следующим образом: фиксируют показания вольтметра с подключенным к нему конденсатором (Umax, В) и отключенным (Ucp, В) и по формуле
вычисляют время (мс). Эта проверка позволяет проверить качество изготовления трансформатора и, что очень важно, правильность установки зазора магнитопровода.
В заключение подбирают резистор R12 таким образом, чтобы стрелка тахометра установилась на отметку 1500 мин-1 при частоте переключения 50 Гц.
Блок заключают в футляр размерами 120x85x80 мм. Выходные зажимы блока, изготовленные в виде латунных (или медных) планок с резьбовыми отверстиями, укреплены на той же планке, на которой смонтирован резистор R1.
Описанный блок перед установкой в автомобиль был испытан на работоспособность при воздействии повышенной и пониженной температур, а также при изменении питающего напряжения и показал хорошие результаты. Так, при нормальной температуре при напряжении питания 12 В напряжение на конденсаторе С4 составляет 298 В, при 10 — 292, при 8 — 286 и при 6— 270 В. С понижением температуры до минус 20° С зарядное напряжение на конденсаторе С4 снизилось на 6 В (при нормальном напряжении питания), а с повышением до плюс 70° С — повысилось на 3 В. Если считать, что в процессе эксплуатации напряжение аккумуляторной батареи будет изменяться в пределах 10...14 В, то нестабильность зарядного напряжения (а значит, и энергии искры) с учетом температурных влияний не превысит ±4%. Такая же ошибка в показаниях будет и у тахометра.
Почти семилетняя эксплуатация блоков на автомобилях BA3-2101 и ЗАЗ-968, а также на автомобиле «Москвнч-408» в течение 3 лет. показала высокою надежность схемотехнического и конструктивного решения устройства.
В помощь радиолюбителю №79
|
