УДК 681.3.06

РАБОТА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГИБРИДНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСЕТИ 42/14 В

Яковлев Вадим Фридрихович
Самарский государственный технический университет
кандидат технических наук, доцент кафедры Теоретическая и общая электротехника

Аннотация
В статье анализируется распределение электронных устройств в гибрид-ной автомобильной электросети по величине напряжения питания в зависимо-сти от их назначения. Рассмотрены причины возникновения перенапряжений в сети 42/14 В и типовые способы защиты от них.

Ключевые слова: Автомобильная гибридная электросеть 42/14 В, полупроводниковые ог-раничители перенапряжений, полупроводниковые ограничители перенапряжений


CONDITIONS FOR SEMICONDUCTORS IN AUTOMOTIVE 42/14 V HYBRID POWER NET

Jakovlev Vadim Fridrihovich
Samara state technical university
PhD in Technical Science, Assistant Professor, the chair of Electrotechnology

Abstract
The paper considers partitioning of the supply voltages for semiconductor elements in automotive hybrid power net depending of their application. The article analyzes the nature of dynamic overvoltages and methods to prevent them.

Keywords: automotive 42/14 V hybrid power net, semiconductor overvoltage protector


Библиографическая ссылка на статью:
Яковлев В.Ф. Работа полупроводниковых элементов в гибридной автомобильной электросети 42/14 В // Современная техника и технологии. 2013. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/09/2334 (дата обращения: 28.05.2017).

Мощность используемого на автомобилях электрооборудования год от года возрастает. Для того, чтобы токи в автомобильной электросети оставались в разумных пределах, следует повысить в ней рабочее напряжение. Сегодня считается, что 42 В будет достаточно, ведущие производители автомобилей уже реализуют различные технические решения для постепенного перехода к напряжению бортовой сети автомобиля 42 В [1].

Повышение напряжения скажется на условиях работы полупроводниковых устройств, которых не мало на современном автомобиле.

Специалисты условно разделяют полупроводниковые компоненты в 42-х вольтовых системах на три группы.

1. Электронные устройства, работающие непосредственно в силовой цепи 42 В и обеспечивающие необходимую надёжность и качество эксплуатации во всех режимах с учётом переходных процессов. Например, полупроводниковые ключи в схеме управления стартером-генератором.

2. Электронные устройства, связывающие между собой сети 42 В и 14 В. Это одно- и двунаправленные импульсные преобразователи напряжения. Эти устройства используются и на современных автомобилях. В автомобилях с напряжением бортовой сети 42 В количество таких преобразователей возрастет.

3. Микроконтроллеры, цифровые преобразователи сигналов, датчики, устройства памяти и др., работающие под напряжением 3 – 5 В.

Устройства из двух последних групп должны быть надёжно защищены от перенапряжений возникающих в сети 42 В.

В автомобильных источниках электропитания, приводах, и других коммутационных устройствах используются дискретные полевые и биполярные с изолированным затвором транзисторы, а также транзисторные модули. Все более широкое применение находят интеллектуальные силовые микросхемы, в которых на одном кристалле выполнены силовые и управляющие, программируемые элементы.

Например, силовая интеллектуальная микросхема  - VNQ05XSP16 [2]. Этот счетверенный коммутатор с током ключа до 5А, имеет встроенный мультиплексированный датчик тока, защиту от перегрузки по току, короткого замыкания, перегрева, низкого или высокого напряжения, переполюсовки. На автомобиле VNQ05XSP16 может использоваться для управления световыми приборами.

В таблице 1 показано типовое распределение нагрузок по сетям 42 В и 14 В в гибридной системе электроснабжения [1].

Таблица 1. Распределение нагрузок по сетям 42 В и 14 В

Сеть 14 В

Сеть 42 В

Нагрузка

Нагрузка

Мощность, кВт

Климат-контроль Активная подвеска 0.5 ÷ 5
Панель приборов Электромеханический привод клапанов 1 ÷ 3
Центральный замок Электромеханический усилитель руля 0.2 ÷ 0.9
Стеклоподъемники Электронагреватель каталитического нейтрализатора 0.8 ÷ 2.4
Система управления двигателем Совмещенный стартер-генератор 2 ÷ 5
Освещение Вентилятор охлаждения двигателя 0.1 ÷ 0.8
Электромеханические тормоза 0.1 ÷ 0.5
Подогреватель ветрового стекла 0.25 ÷ 2.5

В бортовой сети автомобиля величина напряжения меняется в зависимости от режима работы двигателя. В таблице 2 приведены  пределы изменения напряжений для 14-и вольтовой и 42-х вольтовой сетей для гибридной архитектуры.

Таблица 2. Напряжения для 14-и вольтовой и 42-х вольтовой сетей

Режим Сеть 42 В Сеть 14 В
Минимальное напряжение при прокрутке, В 25
Минимальное напряжение при неработающем двигателе, В 33 11
Номинальное напряжение, В 43 14.3
Максимальное напряжение при работающем двигателе, В 52 16
Перенапряжения, В 58 20

Переходные процессы в автомобильной электрической сети при сбросе нагрузки генератора, коммутации нагрузок с индуктивностью приводят к появлению перенапряжений. Например, у автомобилей с шиной 14 В, при отключении нагрузки, перенапряжение на генераторе без принятия защитных мер достигает 105 В [3].

Перенапряжения в автомобильной электросети ограничиваются в выпрямителе генератора и дополнительными полупроводниковыми ограничителями перенапряжений. Ограничитель перенапряжения должен рассеивать в случае сети 14 В энергию более 100 Дж. Напряжение пробоя ограничителей перенапряжения зависит от тока на шине, напряжения и температуры. Например, для типового полупроводникового ограничителя перенапряжения МR2835С напряжение пробоя находится в пределах 24 – 40 В, в зависимости от тока шины и температуры устройства. Для 42-х вольтовой шины, напряжение пробоя ограничителя перенапряжения должно находится в пределах чуть выше 58 В [1].

Силовые переключатели, работающие на шине 42 В, должны выдерживать напряжение не менее 70-100 В.


Библиографический список
  1. Hollembeak B. Classroom Manual for Automotive Electricity And Electronics. NY.: Delmar, 2011. 1296 с.
  2. VNQ05XSP16. STMicroelectronics. 2007. 17 с.
  3. Соснин Д.А. Автотроника. Электрическое, электронное и автотронное оборудование легковых автомобилей. М.: Солон-Пресс, 2010. 384 с.


Все статьи автора «Яковлев Вадим Фридрихович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: