Soggetti:
- Introduzione
- Controllo di un attuatore tramite relè, transistor e FET
- Controllo di un attuatore da parte di una ECU
Introduzione:
Nei moderni veicoli a motore esistono dozzine di dispositivi di controllo responsabili del funzionamento sia del motore a combustione che di quello elettrico, nonché delle funzioni di comfort e sicurezza. Questi dispositivi di controllo sono dotati di un software che elabora i segnali dei sensori e li utilizza per determinare quali attuatori devono essere controllati. Sulla pagina "Circuiti di interfaccia” approfondisce il processo in cui i segnali di ingresso e di uscita vengono elaborati dall'ECU (unità di controllo).
Nell'immagine successiva vediamo al centro la centralina di gestione del motore, con i sensori a sinistra e gli attuatori a destra.
- I sensori inviano una bassa tensione di corrente alla ECU. Il livello della tensione (da 0 a 5 o 14 volt), la frequenza (velocità) o l'ampiezza dell'impulso di un segnale PWM forniscono all'ECU un input sul valore misurato dal sensore.
- Con gli attuatori è più una questione di corrente che di tensione. Sebbene sia necessaria una tensione per generare corrente, l'attuatore non funzionerà senza questa corrente.
Sulla pagina "Tipi di sensori e segnali" i segnali di ingresso dal sensore all'ECU verranno discussi in maggior dettaglio. In questa pagina è evidenziato il controllo degli attuatori.
Controllo di un attuatore tramite relè, transistor e FET:
L'attuatore viene acceso e spento dalla ECU. Nella ECU ciò avviene tramite a transistor o FET viene effettuato o interrotto un collegamento elettrico.
Il principio di guida di un transistor è uguale a uno staffetta: entrambi i componenti sono controllati con una corrente di controllo per renderli conduttivi. Il funzionamento di un transistor è diverso da quello di un relè: nel transistor non ci sono parti mobili. Il transistor commuta con una corrente di elettroni.
Nelle tre immagini sottostanti ne vediamo uno circuito relè con una lampada.
- Relè disattivato: non circola corrente di comando. La bobina non è magnetica, quindi l'interruttore sul lato della corrente principale è aperto. Inoltre non c'è corrente principale in funzione. La lampada è spenta;
- Relè acceso: la bobina del relè riceve tensione di alimentazione ed è collegata a terra. Fluisce una corrente di controllo e la bobina consuma la tensione di alimentazione per diventare magnetica. A causa del campo magnetico l'interruttore nella sezione di alimentazione principale viene chiuso. Una corrente principale inizia a circolare e la lampada si accende;
- Schizzo della situazione della corrente di controllo attraverso la bobina e della corrente principale attraverso la lampada.
In una ECU, i transistor e/o i FET vengono accesi e spenti. Nelle tre immagini successive vediamo un circuito a transistor con una lampada come consumatore. Il transistor è di tipo NPN.
- Transistor non conduttivo: non c'è tensione di alimentazione alla base del transistor. Non scorre corrente di controllo, quindi il transistor non commuta la corrente principale;
- Transistor in conduzione: al collegamento base è applicata una tensione di alimentazione. Una corrente di controllo scorre attraverso la base e l'emettitore verso terra. Il transistor inizia a condurre, collegando la connessione di terra della lampada alla terra del circuito. Una corrente principale inizia a circolare e la lampada si accende;
- Schizzo della situazione della corrente di controllo attraverso il transistor e della corrente principale attraverso la lampada.
Vediamo sempre più FET utilizzati nell'ECU. L'abbreviazione FET sta per: “Transistor ad effetto di campo”. La differenza principale tra un FET e un transistor è che un FET viene acceso con una tensione, mentre un transistor richiede una corrente di pilotaggio. Nel momento in cui il FET viene reso conduttivo, inizia un flusso di elettroni. Il flusso di elettroni va dal meno al più (direzione effettiva della corrente).
- FET non conduce. Il cancello non è provvisto di tensione di comando;
- FET in conduzione: al gate viene applicata una tensione di controllo. Il FET inizia a condurre, facendo fluire una corrente principale attraverso la lampada;
- Schizzo della situazione in cui vediamo la direzione del flusso di elettroni (da meno a più) attraverso il FET.
Il funzionamento del transistor en FET sono descritti in pagine separate. In questa pagina ci concentriamo esclusivamente sui principi di commutazione degli attuatori.
Controllo di un attuatore tramite una ECU:
Il transistor e il FET si trovano nel circuito stampato della ECU, ma talvolta sono incorporati anche negli attuatori. In questa sezione daremo uno sguardo più da vicino ai circuiti ECU per quattro diversi tipi di attuatori. Nell'immagine vediamo due attuatori passivi con il proprio positivo e un circuito di massa tramite la ECU.
Gli attuatori passivi sono nella maggior parte dei casi dotati di una bobina che ha una propria tensione di alimentazione e viene collegata a massa dalla ECU. Un attuatore passivo può avere un sensore di posizione, ma spesso anche questo è passivo (esterno). potenziometro) e viene elaborato tramite un cavo di segnale separato in un'altra parte della ECU.
Quando la corrente attraverso l'attuatore viene inviata direttamente attraverso il transistor nell'ECU, questo viene chiamato transistor di potenza. Un attuatore passivo può anche essere controllato tramite un FET.
Le immagini seguenti mostrano esempi di come vengono controllati gli attuatori passivi.
1. Controllo della bobina di accensione: con una bobina di accensione senza driver interni, la corrente primaria della bobina di accensione viene commutata a massa dalla ECU. La figura mostra il transistor di potenza nella ECU (2), progettato come Circuito di Darlington per fornire un fattore di guadagno maggiore, che commuta la bobina primaria della bobina di accensione (3) a terra per caricare la bobina primaria. La bobina secondaria è collegata al lato candela (4).
2. Controllo del motore elettrico: utilizzando a Ponte H Un motore elettrico con spazzole di carbone può ruotare in due direzioni. Il ponte H può essere costruito con transistor o FET come mostrato. Il motore elettrico è dotato di un potenziometro per riportare la posizione alla ECU. Le applicazioni possono comprendere: motorino elettrico per valvola riscaldatore, valvola EGR, vetro specchietto, regolazione sedile, valvola gas. In quest'ultimo caso diventa doppio potenziometro ha fatto richiesta di sicurezza. Il ponte H è solitamente un circuito integrato installato nel circuito stampato dell'ECU.
Pagina aperta Ponte H vengono descritti esempi delle diverse versioni del ponte H con transistor e FET.
Oltre agli attuatori passivi troviamo anche attuatori attivi e intelligenti. Nell'immagine sotto vediamo il circuito di queste tipologie.
Con attuatori attivi e intelligenti, l'ECU commuta la corrente indirettamente attraverso l'attuatore. Il transistor nell'ECU è relativamente leggero, poiché la corrente che lo attraverserà sarà zero.
- Attuatore attivo: il transistor di potenza ora non si trova nella ECU, ma nell'attuatore stesso. Un esempio di ciò è una bobina di accensione (una bobina di accensione a perno o una bobina di accensione DIS con driver interni). L'attuatore attivo in questo caso è il conducente. L'attuatore riceve un'alimentazione costante e una massa costante e il transistor di segnale nell'ECU accende o spegne il transistor di potenza con un 1 o 0 logico (5 volt o 0 volt);
- Attuatore intelligente: l'attuatore è dotato di una propria ECU con transistor di commutazione. La comunicazione avviene tra entrambe (o più) centraline tramite il bus LIN, tramite il quale vengono scambiati segnali digitali. Un esempio di attuatore intelligente è il motorino del tergicristallo. Attraverso la comunicazione bus LIN è possibile scambiare dati quali: la posizione attuale dei bracci del tergicristallo, la velocità e il movimento verso la posizione zero.
