Защита от разряда бортового аккумулятора, приведена схема управления холодильником, нужны советы Опции

[nikulem]

Имеется следующая схема, через неё питается холодильная камера (на основе термоэлектрического эффекта) в автомобиле от прикуривателя. Работает по следующему алгоритму: когда напряжение аккум. падает до 11В, она просто отключает холодильник, но когда напряжение вернулось на прежний уровень, например, в процессе зарядки аккумулятора от генератора, то обратного включения не происходит. Это плохо, т.к. продукты в холодильнике могут испортиться. Но, если вынуть штекер из прикуривателя и снова включить, то нагрузка-холодильник подключается.

Эту схему я рисовал с печатной платы, может быть где-то увидите ошибку, я проанализировал ее работу так: транзистор VT1 включен и питание холодильника есть, горит зеленый светодиод. Тиристор при этом закрыт, и затвор VT1 подтянут к плюс питанию. Резисторы R1 и R2||R3 образуют делитель напряжения для регулятора напряжения DA1. С катода DA1 снимается напряжение Uo=(1+R1/R2||R3)*Vref, где Vref - опорное напряжение DA1. Т.е. в процессе нормальной работы напряжение Uo таково, что тиристор не открывается и транзистор VT1 всегда открыт. Если же напряжение на АКБ понизилось до 11 В, то Uo меняется так что это приводит к открыванию тиристора, вспыхивает красный светодиод, затвор VT1 подтягивается к минусу питания и VT1 запирается, тем самым отключая нагрузку - холодильник.
Резистор R4 задает рабочий ток для DA1. Конденсатор С1 обеспечивает фильтрацию от помех, как я понимаю.

Вопросы такие: 1) почему, если напряжение вернулось на прежний уровень, схема не включает нагрузку?
2) каково назначение конденсатора С2 (MLCC 0805, емкость не определил) ?
3) для чего нужен диод VD1 (может это стабилитрон) и конденсатор C4 ?
4) серым цветом отмечена цепь от R6 на минус нагрузки, не уверен что правильно считал схему, но, если так, то для чего она ?

[domowoj]

TL431 включена по схеме, как раз, компаратора,
если схема нарисована верно, порог около 14Вольт, и ток в анод ТЛки потечет при превышении порога.
Т.е. откроет тиристор и закроет транзистор.

Не понятно как схема отключает нагрузку при менее 11Вольт?

А чем TL(V)431 не компаратор, и гистерезис можно ввести, и ворота организовать на 2х штуках.

[Herz]

И я левой ногой. Примерно так:
[attachment=33838:Clipboard01.jpg]

Не понятно как схема отключает нагрузку при менее 11Вольт?

Очень просто: там, видно, диод только на схеме перевёрнут.

[nikulem]

Очень просто: там, видно, диод только на схеме перевёрнут.

Проверил схему снова, диод (или стабилитрон) стоит именно так. Только номиналы резисторов ошибочны в первой схеме были. Вот исправлено:


Спасибо коллеги за ответы и помощь,
продолжая копать в этом направлении я промоделировал схему в MC8.0 и убедился что она работает.
в качестве источника напруги взял AC 2В на фоне DC 12В, при частоте 1 Гц.


только отключается нагрузка не при 11 В а чуть ниже, о чем видно из кривых внизу. Вероятно где то плохо заданы параметры тиристора, стабилитрона, полевика, ибо знаний MicroCap у меня недостаточно, ну как мог разобрался.


видно, когда напряжение на входе понизилось, то тиристор отпирается и отключает нагрузку окончательно. Будем считать схему рабочей.

Далее, промоделировал схему, которую представил уважаемый Herz.


опять же, транзистор выбрал стандартный из библиотеки MicroCap, а параметры истинные не знаю хде установить, надо будет разобраться в будущем.
Диаграммы получились следующие:



И эта работа вполне устраивает, когда напряж. пит. возвращается, то схема включает нагрузку Rn. Вот только уровень отключения и включение нужно сделать 11 и 12,5 В например. У меня такой разности не получилось, максимум это 0,5-0,8 В. Можно ли такое реализовать, не прибегая к большому усложнению?
Теперь осталось спаять левой ногой, дабы убедиться.
И еще вопрос к Herz, зачем в цепи эмиттера стабилитрон, для температурной коррекции?

[=AK=]

И эта работа вполне устраивает, когда напряж. пит. возвращается, то схема включает нагрузку Rn. Вот только уровень отключения и включение нужно сделать 11 и 12,5 В например. У меня такой разности не получилось, максимум это 0,5-0,8 В. Можно ли такое реализовать, не прибегая к большому усложнению?

Для увеличения ширины петли гистерезиса надо увеличить глубину ПОС. Для этого в вашей схеме надо уменьшить сопротивление R5.

зачем в цепи эмиттера стабилитрон, для температурной коррекции?

Работоспособность TL431 гарантируется в дипазоне напряжений на катоде от Vref=2.5В до Vmax (обычно от 2.5 до 36 В). Поэтому в эмиттер пришлось поставить стабилитрон или стабистор, чтобы транзистор при 2.5В на базе был еще закрыт. Есть "низковольтные" вариации TL431, имеющие Vref=1.25В, если использовать их, то в эмиттер вместо стабилитрона достаточно включить пару кремниевых диодов последовательно.

А вообще-то гораздо изящнее было бы сделать схему не с npn, а с pnp транзистором. Тогда никакого стабилитрона не нужно.

[nikulem]

Работоспособность TL431 гарантируется в дипазоне напряжений на катоде от Vref=2.5В до Vmax (обычно от 2.5 до 36 В). Поэтому в эмиттер пришлось поставить стабилитрон или стабистор, чтобы транзистор при 2.5В на базе был еще закрыт. Есть "низковольтные" вариации TL431, имеющие Vref=1.25В, если использовать их, то в эмиттер вместо стабилитрона достаточно включить пару кремниевых диодов последовательно.

Тогда придется перейти на TLV431 (TLV432) у которых минимальное напряжение 1,24В. Потому что, если напряжение стабилизации стабилитрона в базе VT2 плюс напряжение насыщения транзистора будут около 3 В, или больше, то полевик не запрется, либо закроется не полностью.

Тогда мне не понятно, как увеличение напряжения на катоде DA1 приводит к открытию тиристора.

Я понимаю так: напряжение на катоде DA1 превышает порог стабилизации VD1 (зенер), через него начинает течь ток на управляющий электрод, тем самым отпирая тиристор. При моделировании я использовал зенер с Uст=4,7В к примеру.

Это верно. Тогда и полевика не нужно.

[=AK=]

если напряжение стабилизации стабилитрона в эмиттере VT2 плюс напряжение насыщения транзистора будут около 3 В, или больше, то полевик не запрется, либо закроется не полностью.

Совершенно верно. Именно поэтому предпочтительнее использовать pnp транзистор, с ним таких косяков не будет.

[nikulem]

Пробовал запускать схему №2, работает с хорошой точностью что и при моделировании. Только порог отключения нагрузки получался 10,6 В, порог включения 10,9 В. Если менял резистор R5, задающий ПОС , в сторону уменьшения, то гистерезис увеличивался, но и с ним порог отключения опускался до 10,3 В и ниже, что уже недопустимо.
Моделировал схему немного измененную:

В ней стабилитрон из эмиттреной цепи переместил в базовую, не уверен что правильно, но "теоретически работает". Еще добавил диод VD3, он увеличивает ширину гистерезиса, должен, а проверим на практике. Емкость C4 уменьшил, оказалось она сильно влияет на порог отключения, опять же при моделировании.

Совершенно верно. Именно поэтому предпочтительнее использовать pnp транзистор, ..

Пробовал моделировать схему на pnp-транзисторе.Схема получилась такая:

Опять же запихнул туда зенер в цепь базы биполярного транзистора. Если наплужил, то скажите.
Но модель работает, хоть и кривовато, что видно из диаграмм:


Основная загвоздка, это заниженный порог отключения (меньше 11 В). Хотя вот сейчас сижу и думаю. В качестве источника питания использовал агрегат типа Б5-47 ("армян"), но не контроллировал реальное напряжение на его выходах, может оно на те самые десятые доли и отличается.
А схемы с PnP еще называются в англ/ терминологии crowbar circuit, т.е. когда напряжение превосходит некоторый порог, то транзистор шунтирует схему

[Herz]

Если менял резистор R5, задающий ПОС , в сторону уменьшения, то гистерезис увеличивался, но и с ним порог отключения опускался до 10,3 В и ниже, что уже недопустимо.

Чтобы сохранить пороги, нужно одновременно с изменением резистора R5 скорректировать номиналы резисторов делителя R1R2R3.

Пробовал моделировать схему на pnp-транзисторе.Схема получилась такая:

На р-n-p транзисторе можно сделать так: взять мощный составной (КТ825 или подобный), включить его в разрыв плюсового провода, базу через резистор соединить с катодом DA1, ещё резистором соединить базу с эммитером, с коллектора резистор гистерезиса на управляющий электрод DA1. Полевик тогда можно выбросить. Ставить вместо биполярного р-канальный полевик не советую: будет дороже и ненадёжнее.
Р-канальные MOSFETы отстают по эксплуатационным характеристикам от n-канальных и хуже переносят повышенные температуры.