Aprindere electronica cu acumulare inductiva
Student Jelea Adrian
Electronica aplicata an V
Proiectul isi propune realizarea unui montaj electronic care sa inlocuiasca in parte sistemul de aprindere clasic al automobilului.
Schema electrica clasica a aprinderii
Figura nr. 1
Ruptorul cu platina prezinta anumite dezavantaje. Prin el circuland un curent de cca. 5A, in momentul cand platinele sunt foarte apropiate, atat la inchidere cat mai ales la deschiderea lor, apare un fenomen de tunelare, o scanteie care in timp duce la topirea suprafetelor contactului si la sudarea lor. Din punct de vedere electric aceasta tunelare duce la o inchidere prematura a circuitului electric, la un curent mai mic, lucru ce impiedica obtinerea unui front abrupt, si deci a unei variatii bruste a tensiunii in secundar, fapt ce se reflecta in intensitate scazuta a scanteii.
Este de dorit sa inlocuim acest mecanic cu un comutator electronic, in speta cu un tranzistor bipolar de comutatie. Acest tranzistor necesita un circuit de comutare specific. Un astfel de circuit este prezentat in figura nr. 2
Frecventa maxima de comutare a circuitului este de 200Hz, frecventa ce corespunde turatiei de 6000 ture min.
Acestei turatii ii corespunde o frecventa de 400Hz. La motorul cu 4 timpi arborele motorului face doua turatii pentru fiecare explozie. Deci aceasta frecventa se imparte la 2 rezultand 200Hz.
Figura nr.2
Cunoastem curentul maxim ce trece prin bobina de inductie. Acesta are o valoare de 5A. Trebuie sa cautam un tranzistor care sa aiba curentul nominal de colector de valoare mai mare. Alegem tranzistorul de comutatie MJE13007. acesta are Ic 8A. Valoare suficient de mare, care asigura o marja de siguranta suficienta. Valoarea tensiunii colector emitor maxime este de 400V, mai mult decat suficienta, chiar pentru varfurile de tensiune date de circuitul oscilant format din primarul bobinei de inductie si condensatorul C2. Nu este necesara deci montarea unei diode de protectie antiparalel cu tranzistorul.
Pentru calculul puterii disipate de catre componentele circuitului trebuie sa avem in vedere factorul de umplere al semnalului de comanda. Acesta este egal cu Ungiul Dwell. Acesta reprezina procentul din timp in care ruptorul sta deschis. Are uzual valoarea de 63%. Tranzistorul este comandat pe restul timpului, deci pentru 37% din timp.
Deci componentele ce functioneaza pentru comanda tranzistorului de comutatie vor disipa puterea numai pentru 37% din timp. Acesta se traduce prin un factor de demultiplicare a puterii nominale al componentelor de 37%.
La curentul de colector de 5A puterea disipata de tranzistorul de comutatie este de
Aceasta putere este disipata numai pentru perioada in care ruptorul este inchis, deci puterea medie disipata este de
Pm=15W*37%=3.7W
Tranzistorul va necesita un radiator de racire.
Din foaia de catalog a tranzistorului MJE13007 aflam factorul de amplificate la un curent direct de 5A ca fiind de 10.
Deci curentul de baza este de 0.5A. Acesta este comandat de tranzistorul T2. Acesta trebuie deci sa aiba curentul de colector de minim 0.5A. Din catalog alegem BD237 cu Ic=2A si Vcesat=0,6V.
Figura nr. 3
Circuitul de comanda al bazei este format din R4, T2, C1 si Dz conform figurii nr. 3
In regim stationar condensatorul C1 este incarcat deci nu influenteaza curentul prin circuit. Rezistenta R4 se calculeaza conform relatiei:
Curentul de varf prin circuitul bazei va fi mai mare, condensatorul C1 eliminand caderea de tensiune pe dioda zenner.
Acest curent va fi mai mare numai pana cand condensatorul C1 se incarca. Timpul de incarcare, si implicit timpul cat curentul in baza tranzistorului T4 este mai mare decat cel necesar trebuie sa fie egal cu timpul de comutare la deschidere al tranzistorului. Din catalog acest timp este de 1.6ms.
Alegem valoarea uzuala de 100nf.
Puterea instantanee continua disipata de rezistenta R4 este de:
Puterea de varf este disipata pentru o un timp de 1.6ms, fata de perioada de oscilatie care este de minim 5ms. Deci poate fi usor neglijata.
Puterea medie disipata de rezistenta este
Pentru siguranta alegem o rezistenta cu puterea nominala de 2W.
Puterea disipata de tranzistorul T2 este egala cu
Aceasta putere este cu mult mai mica decat puterea nominala a tranzistorului BD237 care este de 25W. Acesta nu necesita radiator de disipare al caldurii.
Puterea pe dioda zenner
Alegem o dioda cu puterea nominala de 1W.
Figura nr.4
Circuitul format din C1, T3 si R5 asigura blocarea tranzistorului pe perioada cand platina este deschisa. Condensatorul este incarcat la o tensiune de 3.3V data de dioda Zenner. Aceasta nu mai intervine in circuit deoarece este polarizata invers la o tensiune egala cu cea nominala, prin ea trecand doar curentul de saturatie care este neglijabil. Condensatorul se comporta ca o sursa de tensiune ce are rolul de a extrage purtatorii din baza tranzistorului. Oricum condensatorul se descarca pe rezistenta R5. timpul de descarcare este egal cu timpul de stocare al purtatorilor de sarcina in baza tranzistorului plus timpul de blocare al acestuia. Din catalog acestea sunt
Timpul de descarcare al condensatorului trebuie deci sa fie de 3.7ms.
Alegem o
rezistenta de 39
Curentul de varf va fi de
Puterea de varf disipata de R5 este de:
Alegem o rezistenta de 0.25w
Curentul este mult mai mic deci putem alege un tranzistor de mica putere pentru T3. Alegem BC 251 cu Ic=100mA. Factorul de amplificare in curent direct pentru acest tranzistor este de peste 100.
Rezistenta R3 trebuie sa asigure atat polarizarea tranzistorului T3 cat si blocarea tranzistorului T2.
Acesta are b 40 si deci curentul prin baza sa trebuie sa fie de minim
Pentru blocarea sigura a lui T2 curentul prin R3 trebuie sa aiba aceeasi valoare.
Alegem 1k pentru R3. Puterea disipata de R3 este de
Alegem o rezistenta de 0.25W
Curentul prin tranzistorul T1 este suma dintre I prin R3 si Ib2
Alegem un
tranzistor BC251.
Curentul de baza al lui T1 este de
Alegem o rezistenta de 43kW
Rezistenta R1 are rolul de a limita curentul prin platina. Alegem un curent de 250mA, suficient de mic pentru a nu mai avaria platina. Rezulta rezistenta R1
Alegem o rezistenta de 47W
Puterea instantanee disipata este de
Puterea medie continua este de 3W*37%=1.1W. Alegem o rezistenta cu puterea nominala de 1.5W.
Curentul prin platina va fi suma dintre curentul prin R1 si prin R2.
In figura nr. 5 putem observa formle de unda ale semnalelor din colectorul tranzistorului T4 si din baza sa in functie de semnalul de la intrare (ruptor).
Se observa supracresterile tensiunii bazei datorate circuitului format din C1 si Dz. Acestea sunt necesare pentru comutarea rapida a tranzistoului bipolar.
t t Upt
t t Figura nr. 5 Upt
