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.
Рис. 1
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.
Рис. 2
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.
Рис. 3
Рис. 4
Печатная плата изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 27x21 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.
Рис. 5
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