Вниманию читателей предлагается автомобильный реле-регулятор на микроконтроллере PIC12F675, встраиваемый в штатный корпус регулятора. Основная его особенность – поддержание оптимального напряжения на выводах аккумуляторной батареи при работающем двигателе в зависимости от её температуры.
В журналах и Интернете довольно много сказано о "жизни" автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ) и представлено немало различных зарядных устройств, от простых до сложных, восстанавливающих "жизнь" АКБ. Большой интерес обусловлен тем, что автомобильные реле-регуляторы напряжения зачастую не обеспечивают оптимальной подзарядки батареи, особенно в зимнее время. К тому же зарядные устройства предназначены для профилактической зарядки вне автомобиля, что не совсем удобно. Как известно, напряжение свинцового аккумулятора зависит от его температуры. Чем ниже температура, тем ниже скорость протекания химических реакций и тем больше должно быть приложено напряжение к АКБ при зарядке. Штатные реле-регуляторы зачастую построены по простым компараторным схемам и неспособны обеспечить правильную зарядку. В продаже есть и тер-мокомпенсированные регуляторы, но установленные внутрь генератора, и нагревшись от двигателя, они также неспособны правильно следить за температурой АКБ. Существуют ещё трёхуровневые регуляторы, но они требуют хотя и редкого, но ручного переключения режима по напряжению (например, "минимум", "норма", "максимум") в соответствии с температурой за бортом автомобиля.
Предлагаемое устройство заменяет штатный реле-регулятор напряжения и позволяет эффективно использовать АКБ, не допуская её перезарядки и недозарядки при изменении температуры самой АКБ.
Схема регулятора представлена на рис. 1. Его "сердцем" является микроконтроллер DD1 PIC12F675-I/SN, тактирующийся от внутреннего генератора частотой 4 МГц. На микроконтроллер через делитель на резисторах R1 и R2 подаётся напряжение непосредственно с плюсового вывода аккумулятора (+АКБ). На ней же и закреплён датчик температуры ВК1 (LM135Z). Это аналоговый датчик с линейной зависимостью напряжения от температуры (ТКН = +10 мВ/К). Конденсаторы С1 и СЗ – помехоподавляющие. Микроконтроллер с помощью встроенного АЦП преобразует аналоговый сигнал датчика в цифровой код. Шаг измерения температуры в программе – 2 °С. По полученному значению программа вычисляет нужное напряжение.
Вычисление происходит на основе загруженной таблицы, построенной по графику, показанному на рис. 2. Вычисленное напряжение сравнивается с реальным на аккумуляторе, и если оно меньше необходимого, то микроконтроллер включает обмотку возбуждения (ОВ) генератора автомобиля. Чтобы исключить многократные переключения на пороговых значениях напряжений, предусмотрен гистерезис около 0,2 В между включением и выключением ОВ. Обмотка управляется ключом на полевом транзисторе VT1 IRLR2705. Для повышения надёжности устройства и ускорения переключения транзистора VT1 затвор последнего подключается сразу к двум выходам GP4 и GP5 микроконтроллера DD1. Питается микроконтроллер напряжением +5 В от интегрального стабилизатора DA1 L78L05CD. Такое же напряжение используется и в качестве образцового для внутреннего АЦП микроконтроллера. Сток транзистора VT1 подключён к проводу, идущему на зажим Ш, а через диод VD1 – к проводу, идущему на зажим В штатного реле-регулятора (см. схему электрооборудования автомобиля ВАЗ-2109). Потребляемый ток устройства – около 4 мА.
Печатная плата изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 27×21 мм. Чертёж платы показан на рис. 3, а на рис. 4 – расположение элементов в масштабе 2:1. Все резисторы и неполярные конденсаторы – для поверхностного монтажа типоразмера 0805, С4 – оксидный танталовый типоразмера А или В. К контактным площадкам на плате припаяны выходящие наружу через отверстие провода со стандартной четырёхконтактной колодкой на конце. Собранный регулятор помещён в корпус штатного реле-регулятора автомобиля ВАЗ-2109 старого образца. Корпус был аккуратно вскрыт, и на место старой платы приклеена новая. Датчик температуры LM135Z приклеен к толстой латунной шайбе теплопроводя-щим клеем. Эту шайбу затем фиксируют болтом крепления плюсового провода к выводу АКБ. К ней же припаивают питающий провод устройства, идущий от зажима Б.
Разьём ICSP для программирования не предусмотрен, поэтому микроконтроллер необходимо запрограммировать заранее либо соединить разъём программатора с соответствующими печатными площадками на плате тонкими проводами.
Внешний вид собранного регулятора показан на рис. 5. Его необходимо наладить при температуре +20 °С до установки в корпус. Отключают датчик температуры ВК1 и резистор R1, к затвору транзистора VT1 подключают вольтметр (желательно цифровой). Далее от
регулируемого источника питания подают напряжение +13,8 В на вход стабилизатора DA1 и проверяют наличие напряжения +5±0,1 В на его выходе. На затворе VT1 должен быть высокий логический уровень. Подключают вывод резистора R1. В этот момент высокий логический уровень на затворе VT1 должен смениться на низкий. Подборкой резистора R2 добиваются чёткого появления высокого уровня при напряжении 13,6 В и низкого при 13,8 В. Затем подключают вывод датчика температуры ВК1. При +20 °С порог переключения должен быть 14. 14,2 В. Подключив маломощную лампу на 12 В между стоком транзистора VT1 и плюсом источника питания, убеждаются в правильном переключении транзистора при изменении напряжения питания. На этом налаживание можно считать законченным.
При установке на автомобиль необходимо следить, чтобы провода от регулятора не оказались рядом с высоковольтными, а также защитить контактную колодку от попадания воды и грязи. Желательно применить экранированные провода для цепей питания и датчика температуры.
Этот регулятор напряжения эксплуатируется на автомобиле уже два года, и сбоев замечено не было. Во время лютых сибирских морозов аккумулятор отдавал заметно больший ток стартёру, а в жаркие дни не перезаряжался.
Программу микроконтроллера и чертёж печатной платы в формате Lay можно скачать здесь.
Автор: Н. Овчинников, г. Красноярск
Мнения читателей
- Владимир / 16.11.2017 – 06:54
А процессор на унитаз слабо? - Дмитрий / 26.07.2016 – 12:49
Антон, я отъездил зиму с напряжением генератора 15,0В. Минусов не заметил, зато почти дохлый кальциевый АКБ прожил ещё одну зиму без проблем. ЗЫ У меня тогда стоял регулятор ТОРН-67, но в связи с заменой 80-амперного генератора на 120-амперный ТОРН уже не подходит – ищу другую схему. - Антон / 22.07.2016 – 10:36
Всем привет! Ребят, а прошивку никто не переделывал, а то мне кажется, что 15.5v при -30C это жестоко. Генер при такой нагрузке износит ремень очень быстро. Поправьте, если ошибаюсь. - Дмитрий / 15.03.2016 – 22:35
парни такой вопрос, может есть у кого исходники прошивки?? Сообщите - Валерий / 03.02.2015 – 15:52
Собрал РРН заработал сразу, только пришлось немного изменить плату, для удобства настройки. Изменён номинал резистора R3 на 2к так-как ток для датчик был мал. Резистор R1 поставил 27к на 25к навряд-ли кто найдёт а резистор R2 получил в сумме 10к+470 ом, получил порог 13,9 вольта примерно при 20 градусах. Разрабатываю плату что-бы поместился в корпус Я212А11Е. - михаил / 16.12.2014 – 14:01
Очень интересная штука только программы нет - Михаил / 02.04.2014 – 07:41
А питание на датчик температуры (нога1) откуда подается? - Сергей / 21.10.2013 – 08:33
Очень заинтересовал этот регулятор, так как есть проблема зарядки АКБ после прогрева двигателя. Расскажите пожалуйста как программировать DD1-PIC12F675-I/SN поподробней,как для начинающего.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
На первом этапе схема была повторена полностью. В результате настройки и пробной эксплуатации внесены следующие изменения:
- К АКБ вынесен не только термодатчик, но и весь регулятор(термодатчик на корпусе регулятора). Как будет изложено далее, это было правильное решение.
- Так как не удавалось выставить требуемое напряжение, а срабатывание второго компаратора происходило при 6в, а не при 7, номиналы резисторов в делителе напряжения изменены.
R7 – 1k многооборотный
С учетом изменений, эксплуатация регулятора в период лето-осень показала отличные результаты.
С наступлением зимы, когда регулятор повысил напряжение до 15 и более вольт, у меня постепенно сгорели все светодиоды установленные, вместо штатных ламп подсветки панели приборов и габаритов. Да и лампы в фарах стали часто гореть.
Этап 2. Примерно 2 года эксплуатации.
Внесены следующие изменения:
Второй компаратор. Отключение при 7в не имеет смысла, т.к. при таком напряжении, аккумулятор не может крутить стартер. Для отключения реле при не работающем двигателе, напряжение на R1 подается не с замка зажигания, а с датчика давления масла. Компаратор же используется для ограничения напряжения на уровне 14.8в. Для этого он включен аналогично первому, т.е. выводы 2 и 3 поменял местами, а сигнал на вывод 2 снял с точки соединения R7 и R8. В следующем варианте на вывод 3 подал напряжение с дополнительного делителя, чтобы не зависеть от температуры.
Ток через диоды термодатчика зависит от напряжения, что, в свою очередь изменяет образцовое напряжение на термодатчике. Последовательно с диодом VD1 включил резистор на 300ом, а параллельно конденсаторам включил термостабильный стабилитрон Д818. В результате получил стабильный ток через термодатчик. Пришлось подобрать резистор R9.
Вернул реле-регулятор на штатное место, а термодатчик в отдельном корпусе вывел к АКБ. Это было ошибочное решение. Температура в месте установки АКБ значительно меньше зависит от температуры двигателя, чем в месте установки реле. Детали же самого реле тоже изменяют свои параметры в зависимости от температуры, поэтому уровень напряжения с прогревом двигателя стал изменяться. В результате долгой подстройки R7 на ходу добился приемлемых результатов.
Зимний недозаряд АКБ компенсировал, тем, что ночью в гараже подключал источник тока 100мА.
В результате вышеизложенного получил все преимущества реле, обещанные автором схемы.
Этап 3. Что-то в реле испортилось. В результате многочисленных переделок, на плате появилось столько «соплей», что решил не ремонтировать, а спаять заново. Примерно два года не доходили руки, и использовал штатное реле. Т.к. на втором этапе привык, что, сколько не смотри, с электролитом все в порядке, забыл доливать. Обнаружил, что пластины уже торчат из электролита, долил, но емкость АКБ явно упала.
Этап 4. После моделирования в multisim родилась следующая схема
DDM – датчик давления масла
VCC – замок зажигания
Q2 – после испытания в лабораторных условиях заменен на IRF5210
R6,R9 – многооборотные ( R6 -680ом)
R18 – забыл убрать – обмотка возбуждения
Печатная плата во вложении
Испытания в лабораторных условиях прошли успешно. Сомнение вызывает время закрытия Q2. Заменил R16 на 1к и R17 на 200Ом. Возможно полевик придется убрать – не городить же еще и схему разряда затвора? Может быть, кто-нибудь подскажет решение?
Схема авто напряжение берём под контроль… Многие автолюбители знакомы с ситуацией, когда вскипает электролит летом, а потом надо доливать воду или зимой таскать тяжелый аккумулятор на пятый этаж, чтобы он не замерз. Но есть простой выход из этих ситуаций, достаточно собрать схему термокомпенсированного регулятора напряжения. Он служит для поддержания оптимального зарядного напряжения при любой температуре, и при этом не допускает недозаряда или перезаряда аккумулятора. Я устоновил это устройство и практически забыл про аккумуляторную баттарею, заводится в любой мороз.
Вот схема данного устройства…
для увеличения нажмите на схему
В этой схеме есть своя особенность, она собрана с применением двух порогового компаратора, этим она и отличается от подобных схем. Она при напряжении ниже 7 вольт (холодный пуск), обеспечивает отключение обмотки возбуждения и предотвращает перезаряд при обрыве цепи датчика.
Теперь как подключать данную схему… «+АКБ» (измерительный вход) подключаем непосредственно к плюсу аккумулятора (к клемме), а к боковой стенке аккумулятора — датчик температуры. Этот датчик обязательно надо подключать 2 проводами то есть, минусовой его вывод к массе должен подключаться непосредственно
в самом регуляторе, а не возле аккумулятора, иначе устройство будет работать не правильно.
Напряжение на аккумуляторной батарее, рассчитанное по формуле:
11 = 13,88-0,0405 (t -15), В,
(где t — это температура аккумулятора в градусах °С), выставляется оно подстроечным сопротивлением R7. При замене датчика температуры необходимо повторно провести установку опорного напряжения.
Микросхему DA1 лучше взять типа LM2903 (DIP8), LM393 или использовать их аналоги.