Duty-cycle:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Algemeen
-Meten aan een duty-cycle
-Duty-cycle bij een plusschakeling
-Duty-cycle bij een massaschakeling
-Duty-cycle vanaf de voeding gemeten



Algemeen:

Met een duty-cycle schakeling kan de stroomsterkte door een verbruiker geregeld worden. De stroomsterkte kan geregeld worden zonder dat er vermogensverlies ontstaat, zoals bij een voorschakelweerstand wel het geval is. In de autotechniek kan de duty-cycle onder anderen gebruikt worden om de snelheid van de kachelventilator te regelen, de stand van bijvoorbeeld de gaskleppositiemotor of het laten branden van verlichting.

Bij het toepassen van een duty-cycle op een lamp kan ervoor gezorgd worden dat de lamp minder fel gaat branden. Dit wordt o.a. toegepast bij achterlichten, waarbij één lamp op twee verschillende sterktes kan branden, namelijk voor de gewone verlichting en het remlicht. Bij de gewone verlichting brandt de lamp zwak (hier wordt een duty-cycle toegepast om de stroom door de lamp te beperken). Bij het remlicht zal de lamp zal de duty-cycle veranderen zodat de lamp feller brandt.

In de onderstaande afbeelding is een achterlicht van een BMW 5-serie te zien, waarbij de linker lamp van het achterlicht ook als remlicht functioneert door deze feller te laten branden.




 

Meten aan een duty-cycle:
Met een oscilloscoop kan de duty-cycle gemeten worden. De oscilloscoop zal het spanningverloop ten op zichten van de tijd grafisch weergeven.

Wanneer een duty-cycle met een multimeter gemeten wordt, zal nooit de juiste spanningswaarde weergeven worden. Omdat de bij een duty-cycle constant de spanning varieert, zal de multimeter de gemiddelde spanning aangeven omdat deze te traag is.



Duty-cycle bij een plusschakeling:
In de onderstaande afbeelding staat een watervalschema met bovenaan de plus van de accu (12 volt), gevolgd door de zekering, de ECU (de elektronische schakelaar), de verbruiker (in dit geval een lamp) met als laatst de massa. De ECU schakelt de voedingsspanning constant in en uit.
Met de oscilloscoop wordt de spanning gemeten tussen de plus van de lamp en de massa van het voertuig. De oscilloscoopinstellingen zijn als volgt: 2 volt per divisie en 5 milliseconden per divisie. Dat betekent dat elk hokje van onder naar boven 2 volt bedraagt, dus als de hokjes van de opgaande lijn op worden geteld (in totaal 6 stuks), is de hoogst gemeten spanning 12 volt.
De tijdsduur is van links naar rechts. Elk hokje (divisie) staat ingesteld op 5 milliseconden. Als er van links naar rechts gekeken wordt, is te zien dat de lijn 10 milliseconden hoog en 10 milliseconden laag is.



De oscilloscoop meet net als bij de multimeter het spanningsverschil tussen de pluskabel en de minkabel die op de meter aangesloten zitten. Als bij het onderstaande schema de lamp ingeschakeld is, staat op de pluskabel een spanning van 12 volt en op de minkabel (altijd) 0 volt omdat deze op de massa aangesloten is. Het verschil daartussen wordt door de meter aangegeven; het verschil tussen 12 volt en 0 volt is 12 volt. Deze 12 volt wordt in het scherm van de meter weergeven. Wanneer de duty-cycle hoog is, is de lamp ingeschakeld. Bij een massaschakeling is dit niet het geval. Dat wordt in de volgende paragraaf uitgelegd.


Om de duty-cycle te bepalen, is het belangrijk om te weten wat 1 periode inhoudt. In een periode is de spanning een keer hoog en een keer laag. Na deze periode begint de volgende periode. In het onderstaande scoopbeeld is 1 periode blauw gemarkeerd. Hierin is te zien dat de periode in totaal 20 milliseconden duurt, namelijk 10 ms hoog en 10 ms laag. Er kan dus afgelezen worden dat de helft van de tijd de spanning hoog, en de andere helft laag is. De duty-cycle bedraagt in dit scoopbeeld dus 50%. De lamp brandt in dit geval zwak.




In de onderstaande afbeelding is de periode hetzelfde gebleven (20 ms), maar de spanning is in dit geval maar een kwart van de tijd (5 ms) hoog en driekwart van de tijd (15 ms) laag. Bij deze meting bedraagt de duty-cycle 25%. Dat betekent dat de lamp nu nog zwakker brandt dan bij de duty-cycle van 50%, omdat de lamp nog maar een kwart van de totale periode stroom krijgt.





Duty-cycle bij een massaschakeling:
In de autotechniek wordt meestal gebruik gemaakt van massaschakelingen. Bij een massageschakelde verbruiker zal de duty-cycle omgekeerd zijn t.o.v. een plusschakeling. Een voorbeeld hiervan is in de onderstaande afbeelding te zien.
Wanneer de lamp uitgeschakeld is, heeft de ECU de verbinding met massa onderbroken. Dat betekent dat de stroomkring onderbroken is. De spanning van 12 volt staat in dat geval op de ingang van de ECU. Dat betekent dat deze spanning ook op de minaansluiting van de lamp staat. Het spanningsverschil bij een uitgeschakelde lamp is in dit geval dus 12 volt.

Zodra de ECU de lamp aan massa schakelt, zal de lamp gaan branden. Er loopt dan een stroom van plus naar min. De lamp gebruikt de 12 volt om te branden, dus er staat 0 volt op de minaansluiting van de lamp. Er staat in dat geval 0 volt op de pluskabel en 0 volt op de minkabel. Het spanningsverschil is dan 0 volt. Dat betekent dat bij 0 volt de lamp is ingeschakeld en bij 12 volt de lamp is uitgeschakeld.



Om de lamp zwakker te laten branden, dient de tijd waarin de lamp stroom krijgt verkort te worden. Dit is in de onderstaande afbeelding te zien. In één periode is de spanning 15 ms hoog (lamp is uitgeschakeld) en 5 ms laag (lamp is ingeschakeld). De lamp is in dit geval nog maar een kwart van de periode ingeschakeld, waardoor deze zwakker zal gaan branden.





Duty-cycle vanaf de voeding gemeten:
De voorgaande metingen zijn allemaal uitgevoerd ten op zichten van de massa van het voertuig. Een andere mogelijkheid is het meten vanaf de plus van de accu naar de massa van de verbruiker, zoals in de onderstaande afbeelding te zien is.



Op het moment dat de ECU de massa doorgeschakeld heeft, zal de lamp gaan branden. In dat geval wordt de voedingsspanning van 12 volt door de lamp verbruikt om te branden. Er zal dus een spanning van 0 volt op de minkabel van de oscilloscoop staan. Op de pluskabel staat een spanning van 12 volt. In dat geval is er dus een spanningsverschil van 12 volt tussen de meetkabels, dus zal de lijn van 12 volt in het beeldscherm aangeven dat de lamp ingeschakeld is. Dit is dus 25% van de periode.

Zodra de ECU de verbinding met massa verbreekt, zal de spanning van 12 volt ook op de minzijde van de lamp staan. Het spanningsverschil tussen de meetkabels van de oscilloscoop zal dan 0 volt zijn. Er wordt dan 0 volt in beeld weergeven op het moment dat de lamp uitgeschakeld is.