02 сентября 2017г.
Потребители с повышенными требованиями к качеству питания, в основном это электронные приборы: микропроцессоры блоков управления, электронные датчики, микроконтроллеры, светодиодные элементы и др., находят все большее применение в системах электрооборудования автомобилей.
Качество системы электропитания на автомобилях регламентируется стандартом на общие технические условия эксплуатации автомобильного электрооборудования, а также стандартами, определяющими требования помехоустойчивости и совместимости. В таблице приводятся допустимые напряжения на зажимах потребителей легкового автомобиля в установившихся и переходных режимах электропотребления.
Таблица – Допустимые напряжения на потребителях бортовой сети легкового автомобиля
|
ГОСТ 52230-2004
|
ГОСТ 28751-90
|
ГОСТ 29157-91
|
|
Номинальное напряжение, В
|
Допустимые значения напряжений, В
|
Требования помехоустойчивости (испытательный импульс 100 мкс, длительность испытаний
10 мс), В
|
Требования электромагнитной совместимости (испытательный импульс 100 мкс, длительность испытаний 1 час), В
|
|
13,5
|
от 12,15 до 16,9
|
от 0 до - 150
|
от 0 до 100
|
от 0 до 40
|
от 0 до - 60
|
|
|
|
|
|
|
|
Практика показывает, что при эксплуатации автомобиля в зависимости от условий внешней среды, состояния аккумуляторной батареи, бросков напряжения на зажимах генератора (при изменениях оборотов двигателя), принимая во внимание аварийные режимы, а так же влияние электромагнитных помех от работы бортовых и внешних электросистем, напряжение на зажимах потребителей может изменяться в пределах превышающих значения, приведенные в таблице.
Учитывая невысокое качество электроснабжения бортовой системы генерирования, обеспечение качественным электропитанием и электрозащита электронных устройств в настоящее время возложены на разработчиков систем и устройств электрооборудования автомобилей.
Вместе с тем немаловажно отметить, что на автомобилях все больше используются нештатные электронные устройства (планшеты, ноутбуки, мобильные телефоны, регистраторы и др.), неадаптированные к бортовой сети электроснабжения автомобиля по качеству питания.
На основании вышесказанного, актуальным становится разработка для автомобилей бортовых источников (DC/DC преобразователей) централизованного питания электронных устройств с повышенными требованиями к качеству входного напряжения.
При постановке задачи необходимо учесть, что напряжение бортовой сети на входе преобразователя может значительно выходить за пределы допустимых напряжений на потребителях, приведенных в таблице, как в большую, так и в меньшую сторону.
Для решения поставленной задачи, при проектировании DC/DC преобразователя мощностью более 10 Вт, наиболее применимы преобразователи с двухступенчатой стабилизацией (сочетание повышающего и понижающего стабилизаторов) или обратноходовые преобразователи (Fly-Back). Расчеты таких преобразователей достаточно хорошо описаны в технической литературе и Интернет ресурсах, например, в (URL: http://www.bludger.narod.ru/smps/Flyback-R01.pdf).
При разработке блоков малой мощности интерес представляет преобразователь с топологией SEPIC, позволяющий получать стабилизированное выходное напряжение, которое может быть как выше, так и ниже входного напряжения. Методика расчета таких преобразователей приводится статьях (URL:http://www.gesigor.ru/pdf/SEPIC.pdf) и (URL:http://radiohlam.ru/teory/sepic_raschet.htm).
Интересным является использование для решения поставленной задачи платформы блоков питания Car PC. Например, линейка Car PC семейства ATX интеллектуальных блоков питания. Так, автомобильный блок питания М4-АТХ, рассчитанный на нагрузочную мощность 250 Вт, обеспечивает стабилизированным напряжением : +12 В, -12 В, 3,3 В, +5 В SB (Stand-By), питания при изменении входного постоянного напряжения в диапазоне от 6 В до 30 В и имеет встроенную систему защиты и управления.
Таким образом, имеется достаточное количество схемных реализаций преобразователей, позволяющих решить поставленную задачу централизованного качественного электропитания электронных устройств автомобиля на современной элементной базе при приемлемых массогабаритных, стоимостных показателях и высоким коэффициентом полезного действия.
Авторы полагают, что отсутствие широкого применения бортовых источников вторичного электроснабжения со стабилизацией выходных напряжений на автомобилях в настоящее время, связано в основном с недостаточно проработанными вопросами стандартизации и унификации изделий для различного класса автомобилей. Тем не менее, работы по практической реализации централизованной системы вторичного электропитания электронных устройств автомобилей актуальны, так как в конечном результате ведут к снижению массогабаритных и стоимостных показателей.
