Předměty:
- Úvod
- Řízení aktoru pomocí relé, tranzistoru a FET
- Ovládání akčního členu pomocí ECU
Předmluva:
V moderních motorových vozidlech existují desítky řídicích zařízení, která jsou zodpovědná za chod spalovacího i elektromotoru, ale i za komfortní a bezpečnostní funkce. Tato řídicí zařízení jsou vybavena softwarem, který zpracovává signály ze senzorů a používá je k určení, které akční členy je třeba ovládat. Na stránce "Obvody rozhraní“ ponoří hlouběji do procesu, ve kterém jsou vstupní a výstupní signály zpracovávány ECU (řídicí jednotkou).
Na dalším obrázku vidíme ECU řízení motoru uprostřed, se senzory vlevo a akčními členy vpravo.
- Senzory posílají do ECU nízké proudové napětí. Úroveň napětí (v rozsahu od 0 do 5 nebo 14 voltů), frekvence (rychlost) nebo šířka pulzu signálu PWM poskytuje ECU vstup o naměřené hodnotě snímače.
- U akčních členů jde více o proud než o napětí. Přestože je pro generování proudu vyžadováno napětí, pohon bez tohoto proudu nebude fungovat.
Na stránce "Typy snímačů a signály” jsou podrobněji rozebrány vstupní signály ze snímače do ECU. Tato stránka zdůrazňuje ovládání pohonů.
Ovládání akčního členu pomocí relé, tranzistoru a FET:
Pohon se zapíná a vypíná pomocí ECU. V ECU se to provádí pomocí a tranzistor nebo a FET je vytvořeno nebo přerušeno elektrické spojení.
Princip řízení tranzistoru je roven jedné relé: obě součásti jsou řízeny řídicím proudem, aby byly vodivé. Funkce tranzistoru se liší od relé: v tranzistoru nejsou žádné pohyblivé části. Tranzistor spíná proudem elektronů.
Na třech obrázcích níže vidíme jeden reléový obvod s lampou.
- Relé vypnuto: neteče žádný řídicí proud. Cívka není magnetická, takže spínač na hlavní proudové straně je otevřený. Neběží ani hlavní proud. Lampa je vypnutá;
- Relé zapnuto: cívka relé přijímá napájecí napětí a je spojena se zemí. Protéká řídicí proud a cívka spotřebovává napájecí napětí, aby se stala magnetickou. V důsledku magnetického pole je spínač v hlavní výkonové části sepnut. Začne protékat hlavní proud a lampa se rozsvítí;
- Situační náčrt řídicího proudu cívkou a hlavního proudu svítilnou.
V ECU se tranzistory a/nebo FET zapínají a vypínají. Na dalších třech obrázcích vidíme tranzistorový obvod s lampou jako spotřebitelem. Tranzistor je typu NPN.
- Tranzistor nevodivý: na připojení báze tranzistoru není žádné napájecí napětí. Neprotéká žádný řídicí proud, takže tranzistor nespíná hlavní proud;
- Tranzistor ve vedení: na základní zapojení je přivedeno napájecí napětí. Řídící proud teče přes základnu a emitor do země. Tranzistor začne vést a spojí zemnící spojení lampy se zemí obvodu. Začne protékat hlavní proud a lampa se rozsvítí;
- Situační náčrt řídícího proudu tranzistorem a hlavního proudu výbojkou.
Stále častěji se setkáváme s používáním FET v ECU. Zkratka FET znamená: „Field Effect Transistor“. Hlavní rozdíl mezi FET a tranzistorem je ten, že FET je zapnutý napětím, zatímco tranzistor vyžaduje budicí proud. Ve chvíli, kdy je FET vodivý, začíná tok elektronů. Tok elektronů probíhá od mínus do plus (skutečný směr proudu).
- FET neprovádí. Brána není vybavena ovládacím napětím;
- FET ve vedení: na bránu je přivedeno řídicí napětí. FET začne vést a způsobí, že hlavní proud protéká lampou;
- Situační skica, ve které vidíme směr toku elektronů (od mínus do plus) přes FET.
Provoz tranzistor en FET jsou popsány na samostatných stránkách. Na této stránce se zaměřujeme výhradně na spínací principy aktorů.
Ovládání akčního členu pomocí ECU:
Tranzistor a FET jsou umístěny na desce s plošnými spoji ECU, ale někdy jsou také zabudovány do akčních členů. V této části se blíže podíváme na obvody ECU pro čtyři různé typy akčních členů. Na obrázku vidíme dva pasivní akční členy s vlastním plusem a zemnícím obvodem přes ECU.
Pasivní akční členy jsou - ve většině případů - vybaveny cívkou, která má vlastní napájecí napětí a je spínána pomocí ECU na kostru. Pasivní akční člen může mít snímač polohy, ale často je také pasivní (externí). potenciometr) a zpracovává se přes samostatný signálový vodič v jiné části ECU.
Když je proud přes akční člen posílán přímo přes tranzistor v ECU, nazývá se to výkonový tranzistor. Pasivní akční člen lze také ovládat pomocí FET.
Níže uvedené obrázky ukazují příklady ovládání pasivních aktuátorů.
1. Ovládání zapalovací cívky: u zapalovací cívky bez vnitřních budičů je primární proud ze zapalovací cívky spínán ECU na kostru. Na obrázku je znázorněn výkonový tranzistor v ECU (2), řešený jako Darlingtonský okruh pro zajištění většího faktoru zesílení, který přepne primární cívku zapalovací cívky (3) na kostru pro nabití primární cívky. Sekundární cívka je připojena ke straně zapalovací svíčky (4).
2. Ovládání elektromotoru: pomocí a H-můstek Elektromotor s uhlíkovými kartáčky se může otáčet ve dvou směrech. H-můstek může být zkonstruován s tranzistory nebo FET, jak je znázorněno. Elektromotor je vybaven potenciometrem pro přenos polohy zpět do ECU. Aplikace mohou zahrnovat: elektromotor pro ventil topení, ventil EGR, sklo zrcátek, nastavení sedadla, plynový ventil. V druhém případě se stává dvojníkem potenciometr aplikoval kvůli bezpečnosti. H-můstek je obvykle integrovaný obvod, který je instalován na desce plošných spojů ECU.
Na stránce H-můstek jsou popsány příklady různých verzí H-můstku s tranzistory a FET.
Kromě pasivních aktuátorů se setkáváme i s aktivními a inteligentními aktuátory. Na obrázku níže vidíme obvod těchto typů.
U aktivních a inteligentních akčních členů ECU spíná proud nepřímo přes akční člen. Tranzistor v ECU je relativně lehký, protože proud, kterým bude procházet, bude nulový.
- Aktivní akční člen: výkonový tranzistor nyní není v ECU, ale v samotném aktuátoru. Příkladem toho je zapalovací cívka (kolíková zapalovací cívka nebo zapalovací cívka DIS s interními ovladači). Aktivním akčním členem je v tomto případě řidič. Pohon přijímá konstantní napájení a konstantní zem a signální tranzistor v ECU zapíná nebo vypíná výkonový tranzistor s logickou 1 nebo 0 (5 voltů nebo 0 voltů);
- Inteligentní akční člen: akční člen je vybaven vlastní ECU se spínacím tranzistorem. Komunikace mezi oběma (nebo více) ECU probíhá přes sběrnici LIN, přičemž dochází k výměně digitálních signálů. Příkladem inteligentního pohonu je motorek stěrače čelního skla. Prostřednictvím komunikace sběrnice LIN lze vyměňovat údaje jako: aktuální poloha ramének stěračů, rychlost a pohyb do nulové polohy.
Související stránka:
