Motorrad-MOSFET-Vollwellen-Shunt-Reglerschaltung

Der folgende Posten einer Vollwellen-Motorrad-Shunt-Reglerschaltung wurde von Herrn Michael angefordert. Lassen Sie uns die Funktionsweise der Schaltung im Detail lernen.

Wie ein Shunt-Regler funktioniert

Der Shunt-Regler ist ein Gerät, mit dem die Spannung mittels Shunt auf bestimmte feste Werte geregelt werden kann. Normalerweise erfolgt der Rangiervorgang durch Erden der Überspannung, genau wie bei Zenerdioden in elektronischen Schaltkreisen.

Ein schlechter Aspekt bei solchen Reglern ist jedoch die Erzeugung unnötiger Wärme. Der Grund für die Wärmeerzeugung ist das Prinzip seines Betriebs, bei dem die Überspannung gegen Masse kurzgeschlossen wird.

Die obige Praxis kann mit einfacheren und billigeren Mitteln umgesetzt werden, kann jedoch nicht als effizient und fortschrittlich angesehen werden. Das System basiert darauf, Energie zu zerstören oder zu töten, anstatt sie zu eliminieren oder zu hemmen.

Die in diesem Artikel beschriebene Schaltung eines Motorrad-Shunt-Reglers verfolgt einen völlig anderen Ansatz und beschränkt den Einstrom von Überspannung, anstatt Energie zu „töten“, und stoppt so die Erzeugung unnötiger Wärme.

Schaltungsbetrieb

Die Schaltungsfunktion kann wie folgt verstanden werden:

Wenn das Mobike gestartet wird, tritt aufgrund des Gate-Triggers, der über R1 verfügbar wird, Spannung über die P-Kanal-Mosfet-Source / Drain-Pins ein.

In dem Moment, in dem die Hochspannung R3 erreicht, das zufällig der Erfassungseingang des Operationsverstärkers ist, erfasst Pin 3 des IC eine erhöhte Spannung.

Gemäß der eingestellten Referenz bei Puin # 2 reagiert der sofort auf die Situation und das Ergebnis bringt den Ausgang des IC auf einen hohen Logikpegel.

Der sofortige hohe Logikimpuls schränkt den negativen Basisauslöser des Mosfets ein und schaltet ihn zu diesem bestimmten Zeitpunkt aus.

In dem Moment, in dem T1 abschaltet, kehrt die Spannung an der Verbindungsstelle von R3 / R4 in den ursprünglichen Zustand zurück, dh die Spannung fällt hier jetzt unter den Referenzpegel. Dies aktiviert sofort den Operationsverstärkerausgang mit einem niedrigen Logiksignal, das in Schalten Sie die Schalter ON T1 wieder ein.

Der Vorgang wiederholt sich mit sehr hoher Geschwindigkeit und hält die mit +/- gekennzeichnete Ausgangsspannung auf einem konstanten Pegel, der durch die Einstellung von R2 / Z1 und R3 / R4 bestimmt wird.

Das obige Prinzip verwendet die Spannungshemmungstechnik der Überspannung, anstatt sie auf Masse zu leiten, spart somit wertvolle Energie und hilft auch, die globale Erwärmung auf irgendeine Weise zu kontrollieren.

Liste der Einzelteile

R1, BR2 = 10 Ampere Brückengleichrichter

R1 = 1K
D1 = 1N4007
C1 = 100 uF / 25 V.
IC1 = IC741
T1 = Mosfet J162

R2 / Z1, R3 / R4 = wie erläutert In diesem Artikel

Bei Lichtmaschinen wird empfohlen, überschüssige Leistung gegen Masse zu leiten

Wenn es um Lichtmaschinen geht, besteht der beste Weg, die Überspannung zu begrenzen oder zu begrenzen, darin, die Überleistung kurzzuschließen oder die Überleistung gegen Masse zu leiten. Dies eliminiert den ansteigenden Strom im Anker und schützt die Wicklung vor Erwärmung.

Ein Spannungsregler, der diese Methode verwendet, kann in den folgenden Beispielen beobachtet werden:

Der folgende Videoclip zeigt eine Opamp-basierte Shunt-Reglerschaltung und deren Testverfahren

Liste der Einzelteile

R1, R2, R3 = 10K
R4 = 10K voreingestellt
Z1, Z2 = 3 V Zener 1/4 Watt
C1 = 10 uF / 25 V.
T1 = TIP142 (auf großem Kühlkörper)
IC1 = 741
D1 = 6A4 Diode
D2 = 1N4148
Brückengleichrichter = Standard-Motorradbrückengleichrichter

So richten Sie die Schaltung ein

Legen Sie bei einem 12-V-System 18 V an eine Gleichstromversorgung von der T1-Seite an und stellen Sie R4 so ein, dass 14,4 V an den Ausgangsklemmen präzise eingestellt werden.

Ein noch einfacherer Motorrad-Shunt-Regler mit dem Nebenschlussregler IC TL431 Wie unten zu sehen ist, kann der 3k3-Widerstand angepasst werden, um die Ausgangsspannung auf das günstigste Niveau zu bringen.

Bei einphasigen Wechselstromgeneratoren könnte der 6-Dioden-Brückengleichrichter durch einen 4-Dioden-Brückengleichrichter ersetzt werden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Feedback und Update von einem begeisterten Leser, Herrn Leonard Fons

Ich habe mir ein bisschen mehr ausgedacht, das berücksichtigt werden muss.
Ich verwende einen MOSFET (IXFK44N50P) für den Clipper und die Serienregler. Nie viel mit FETs gemacht, denn wenn sie zum ersten Mal herauskamen, würde die geringste statische Aufladung sie sofort ausblasen. Das ist also eigentlich mein erster Versuch, sie zu benutzen.

Ich nahm an, dass wie bei Sperrschichttransistoren je mehr Leistung sie verarbeiten, desto mehr Leistung benötigt wird, um sie anzusteuern. NICHT WAHR. Beim erneuten Betrachten des Datenblattes sehe ich, dass der Gate-Strom plus oder minus 10 Nano-Ampere beträgt.

Das sind zehn Billionen Ampere. Sie benötigen keinen TIP142, um sie anzutreiben. Ein Darlington mit einem Watt und hohem Gewinn macht den Job sehr gut. Und die gesamte Schaltung passt auf eine Platine. Ich brauche noch ein anderes Reglergehäuse für den Gleichrichter. Aber ich bin fast bereit, alles zusammenzustellen und auszuprobieren.

Natürlich werde ich es ausprobieren, bevor ich es tatsächlich in das Gehäuse einbaue, aber ich erwarte keine Änderungen.

Die Erkenntnis, dass diese FETs fast keinen Gate-Strom verbrauchen, macht einen großen Unterschied. Ich werde herausfinden, wie genau meine Theorie ist, dass der Strom gegen Masse liegt, wenn er bei 60 Volt abgeschnitten wird, anstatt den gesamten Strom gegen Masse zu leiten.

A Wenn ich es in das Gehäuse stecke, muss ich sicherstellen, dass die FETs keine Lücke zum Gehäuse haben. Das war ein weiteres Problem mit einem der anderen. Ein Abstand von 16 Zoll zwischen den Komponenten und dem Gehäuse.

Mit dieser mit Epoxidharz gefüllten Lücke ist es nicht sehr effizient, die Wärme abzuleiten. Wenn das Gehäuse warm wird, verbrennen Sie sich die Finger an den Bauteilen. Eine Änderung, die ich vornehmen kann, ist die Seriendiode in der Monitorleitung. Eine grüne LED an der Stelle, an der ich sie während der Fahrt sehen kann, zeigt an, ob sie aufgeladen wird.