Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Sterowanie siłownikiem za pomocą przekaźnika, tranzystora i FET
- Sterowanie siłownikiem za pomocą ECU
Przedmowa:
We współczesnych pojazdach mechanicznych znajdują się dziesiątki urządzeń sterujących odpowiedzialnych za pracę zarówno silnika spalinowego, elektrycznego, jak i funkcje komfortu i bezpieczeństwa. Te urządzenia sterujące są wyposażone w oprogramowanie, które przetwarza sygnały z czujników i na ich podstawie określa, które elementy wykonawcze wymagają sterowania. Na stronie "Obwody interfejsu” zagłębia się w proces przetwarzania sygnałów wejściowych i wyjściowych przez ECU (jednostkę sterującą).
Na następnym zdjęciu widzimy ECU zarządzający silnikiem pośrodku, z czujnikami po lewej stronie i siłownikami po prawej.
- Czujniki wysyłają niskie napięcie prądu do ECU. Poziom napięcia (w zakresie od 0 do 5 lub 14 V), częstotliwość (prędkość) lub szerokość impulsu sygnału PWM dostarcza ECU informacji o zmierzonej wartości czujnika.
- W przypadku siłowników bardziej chodzi o prąd niż o napięcie. Chociaż do wytworzenia prądu wymagane jest napięcie, siłownik nie będzie działał bez tego prądu.
Na stronie "Typy czujników i sygnały” sygnały wejściowe z czujnika do ECU omówiono bardziej szczegółowo. Na tej stronie omówiono sterowanie siłownikami.
Sterowanie siłownikiem za pomocą przekaźnika, tranzystora i FET:
Siłownik jest włączany i wyłączany przez ECU. W ECU odbywa się to za pomocą: tranzystor lub FET połączenie elektryczne zostało wykonane lub zerwane.
Zasada działania tranzystora jest równa jeden przekaźnik: oba elementy są sterowane prądem sterującym, aby zapewnić im przewodnictwo. Działanie tranzystora różni się od działania przekaźnika: w tranzystorze nie ma ruchomych części. Tranzystor przełącza się pod wpływem prądu elektronowego.
Na trzech obrazach poniżej widzimy jeden obwód przekaźnika z lampą.
- Przekaźnik wyłączony: nie płynie prąd sterujący. Cewka nie jest magnetyczna, więc przełącznik po stronie prądu głównego jest otwarty. Nie ma również prądu głównego. Lampa jest wyłączona;
- Przekaźnik włączony: cewka przekaźnika otrzymuje napięcie zasilające i jest zwarta z masą. Przepływa prąd sterujący, a cewka zużywa napięcie zasilania, aby stać się magnetyczna. W wyniku działania pola magnetycznego wyłącznik w głównej sekcji zasilania zostaje zamknięty. Zaczyna płynąć główny prąd i zapala się lampa;
- Szkic sytuacyjny prądu sterującego przez cewkę i prądu głównego przez lampę.
W ECU tranzystory i/lub FET są włączane i wyłączane. Na kolejnych trzech obrazach widzimy obwód tranzystorowy z lampą jako odbiornikiem. Tranzystor jest typu NPN.
- Tranzystor nie przewodzi: na złączu bazy tranzystora nie ma napięcia zasilania. Nie przepływa prąd sterujący, więc tranzystor nie przełącza prądu głównego;
- Tranzystor w przewodzeniu: do przyłącza podstawowego podawane jest napięcie zasilania. Prąd sterujący przepływa przez bazę i emiter do masy. Tranzystor zaczyna przewodzić, łącząc połączenie masy lampy z masą obwodu. Zaczyna płynąć główny prąd i lampa włącza się;
- Szkic sytuacyjny prądu sterującego przez tranzystor i prądu głównego przez lampę.
Coraz częściej widzimy, że w ECU stosowane są tranzystory FET. Skrót FET oznacza: „tranzystor polowy”. Główna różnica między FET a tranzystorem polega na tym, że FET jest włączany napięciem, podczas gdy tranzystor wymaga prądu sterującego. W momencie, gdy FET staje się przewodzący, rozpoczyna się przepływ elektronów. Przepływ elektronów przebiega od minus do plus (rzeczywisty kierunek prądu).
- FET nie przewodzi. Brama nie jest zasilana napięciem sterującym;
- FET w przewodzeniu: do bramki przykładane jest napięcie sterujące. FET zaczyna przewodzić, powodując przepływ prądu głównego przez lampę;
- Szkic sytuacji, w którym widzimy kierunek przepływu elektronów (od minus do plus) przez FET.
Działanie tranzystor en FET są opisane na osobnych stronach. Na tej stronie skupiamy się wyłącznie na zasadach przełączania elementów wykonawczych.
Sterowanie siłownikiem za pomocą ECU:
Tranzystor i FET znajdują się na płytce drukowanej ECU, ale czasami są również wbudowane w elementy wykonawcze. W tej sekcji przyjrzymy się bliżej obwodom ECU dla czterech różnych typów siłowników. Na obrazku widzimy dwa pasywne siłowniki z własnym plusem i obwodem masowym poprzez ECU.
Siłowniki pasywne są w większości przypadków wyposażone w cewkę, która ma własne napięcie zasilania i jest przełączana do masy przez ECU. Siłownik pasywny może posiadać czujnik położenia, ale często jest on również pasywny (zewnętrzny). potencjometr) i jest przetwarzany przez oddzielny przewód sygnałowy w innej części ECU.
Kiedy prąd płynący przez siłownik jest przesyłany bezpośrednio przez tranzystor w ECU, nazywa się to tranzystorem mocy. Aktywator pasywny może być również sterowany za pomocą tranzystora FET.
Poniższe obrazy przedstawiają przykłady sterowania siłownikami pasywnymi.
1. Sterowanie cewką zapłonową: w przypadku cewki zapłonowej bez wewnętrznych sterowników prąd pierwotny z cewki zapłonowej jest przełączany na masę przez ECU. Na rysunku przedstawiono tranzystor mocy w ECU (2), zaprojektowany jako Obwód Darlingtona aby zapewnić większy współczynnik wzmocnienia, który przełącza cewkę pierwotną cewki zapłonowej (3) na masę w celu ładowania cewki pierwotnej. Cewka wtórna jest podłączona od strony świecy zapłonowej (4).
2. Sterowanie silnikiem elektrycznym: za pomocą a Mostek H Silnik elektryczny ze szczotkami węglowymi może obracać się w dwóch kierunkach. Mostek H można zbudować z tranzystorów lub tranzystorów FET, jak pokazano. Silnik elektryczny jest wyposażony w potencjometr przekazujący położenie z powrotem do ECU. Zastosowania mogą obejmować: silnik elektryczny zaworu nagrzewnicy, zawór EGR, szkło lustrzane, regulację siedzenia, zawór gazowy. W tym drugim przypadku staje się ono podwójne potencjometr złożył wniosek o bezpieczeństwo. Mostek H to zwykle układ scalony instalowany na płytce drukowanej ECU.
Strona op Mostek H opisano przykłady różnych wersji mostka H z tranzystorami i tranzystorami FET.
Oprócz siłowników pasywnych spotykamy również siłowniki aktywne i inteligentne. Na obrazku poniżej widzimy obwód tego typu.
W przypadku aktywnych i inteligentnych siłowników ECU przełącza prąd pośrednio przez siłownik. Tranzystor w ECU jest stosunkowo lekki, ponieważ prąd, przez który będzie przepływał, będzie wynosił zero.
- Aktywny siłownik: tranzystor mocy nie znajduje się teraz w ECU, ale w samym siłowniku. Przykładem tego jest cewka zapłonowa (cewka zapłonowa z iglicą lub cewka zapłonowa DIS z wewnętrznymi sterownikami). Aktywnym aktorem jest w tym przypadku sterownik. Siłownik otrzymuje stałe zasilanie i stałą masę, a tranzystor sygnałowy w ECU włącza lub wyłącza tranzystor mocy za pomocą logicznej 1 lub 0 (5 woltów lub 0 woltów);
- Inteligentny siłownik: siłownik jest wyposażony we własny ECU z tranzystorem przełączającym. Komunikacja odbywa się pomiędzy obydwoma (lub większą liczbą) ECU za pośrednictwem magistrali LIN, przy czym następuje wymiana sygnałów cyfrowych. Przykładem inteligentnego siłownika jest silnik wycieraczek szyby przedniej. Poprzez komunikację magistrali LIN możliwa jest wymiana danych takich jak: aktualne położenie ramion wycieraczek, prędkość oraz ruch do pozycji zerowej.
