Наконец-то появилась свободная минутка и я решил сделать очередное устройство для своего авто)
Добрался я в этот раз до вентилятора системы охлаждения двигателя.
В штатном варианте, когда включается ВСОД, происходит просадка напряжения бортовой сети.
Когда я поставил сделанное устройство у меня получилось плавное нарастание тока в обмотке двигателя при его включении, исключив резкий скачкок тока, а также провалов и резкой просадки напряжения бортовой сети 🙂
P.S. Данное устройство размещается максимально близко к вентилятору иначе могут образоваться помехи, которые будут мешать нормальной работе автомобиля.
данную схему нашел на просторах инета, а вот разводку делал сам)
Реле плавного включения вентилятора охлаждения своими руками
Во всех автомобилях, когда температура двигателя близка до критической отметки, включается вентилятор охлаждения радиатора. Но есть массу минусов резкого старта, которая отображается на электрике автомобиля. Особенно это касается русского автопрома. В данной статье приведена схема своими руками реле плавного включения вентилятора охлаждения.
И так выше было сказано о минусах резкого включения, и которые мы минуем собрав схему реле плавного включения:
1. Большая нагрузка на бортовую сеть (генератор, аккумулятор, проводка).
2. Большая механическая нагрузка на подшипник и на крепления электро вентилятора.
3. Использование необоснованно большого предохранителя. Пусковой ток электродвигателя 20 – 30А в зависимости от модели, и редко превышает 4 – 8А на ходу.
Задача, поставленная мной, состояла в следующем:
1. Использовать штатную проводку
2. Не ставить дополнительных кнопок.
3. Изначально, в данной модели автомобиля не было реле включение вентилятора, по этому есть возможность это исправить.
Устройство представляет собой ШИМ генератор импульсов. ШИМ запускается и начинает генерировать импульсы на выходе 3 с постоянной частотой и изменяющийся во времени шириной следования импульса. Время задается емкостью конденсатора С3. Далее, эти импульсы подаются на драйвер мощного полевого транзистора который управляет нагрузкой на выходе устройства. Драйвер для IRF4905 собран на отечественном транзисторе КТ315. Время полного открытия затвора IRF4905 напрямую зависит от емкости конденсатора и скорости его заряда. Диод на выходе служит для сглаживание обратных выбросов электродвигателя. В качестве диода я применял диодную сборку Шоттки с общим катодом. Полевик Р-канальный, так как должен регулировать положительное напряжение. Можно было бы использовать и N-канальный, но тогда бы пришлось переделывать всю проводку связанную с электроникой охлаждения. Все выводы на схемы указаны с учетом выходов контактов реле. Схема простая и выполнена в SMD, поэтому удалось ее поместить на плате размером с автомобильное реле. Некоторая часть схемы выполнена навесным, плотным монтажом, а другая на маленькой печатной плате.
Плату я рисовал ЛУТом, всем известным, далее травил хлорным железом. На этом сайте я много встречал людей у которых процесс травление занимает более 2-х часом, лично у меня это занимает 5-7 минут. Дело в том, что бы протравить плату (не важно какого размера) нужно подогреть раствор до температуры 60-70 градусов,при этом нужно как можно чаще болтать текстолит в растворе, и периодически на него поглядывать.
Первым делом необходимо достать реле. Оно может быть рабочим так и нет, собственно нас это не интересует. Главное размер! Теперь нужно разобрать его и аккуратно извлечь внутренности, оставив выходные клеммы.
Должно получится примерно следущее
После того как мы отрезали все ненужное, займемся навесным монтажом. Навесная часть, будет вся правая часть схема, все что выходит с 3 ножки NE555. "Почему нельзя спаять все на плате?" Да потому что, ни по длине ни по ширине оно не влезет. Это относиться только к стандартному (по размерам) реле.
Навесная часть почти завершена. Теперь приступим к самой плате. У меня получилось так, что пришлось обрезать готовую плату до нужных размеров, потому как транзистор и диоды были вынесены за пределы платы. Сама плата, которая выложена в конце статьи, имеет полный размер в связи с тем, что бы ее можно было подогнать по размерам.
Теперь впаиваем обрезанную плату в реле.
Осталось допаять перемычки и можно переходить к креплению радиатора (через изоляционную прокладку) и обрезанию крышки реле.
Собственно устройство готово. Осталось покрыть его лаком или залить канифолью. Хотя если реле будет стоять под приборной панелью, то вскрытие лаком можно исключить. После окончательной сборки устройство не требует настройки, подходит к любым (по мощности) электродвигателям, так как имеет максимальный ток в 74А! Это все таки автомобиль, должен быть 200% запас по мощности. Чтобы ничего не работало в пике своих характеристик. IRF4905 довольно дешевый, распространенный, проблем с его приобретением возникнуть не должно.
Прочитав пост mrsom о пересадке микроконтроллерной начинки в ретротахометр от Жигулей, решил рассказать об одной своей давней микроконтроллерной разработке (2006 год), сделанной для плавного управления электровентилятором охлаждения двигателей переднеприводных моделей ВАЗа.
Надо сказать, что на тот момент уже существовало немало разнообразных решений — от чисто аналоговых до микроконтроллерных, с той или иной степенью совершенства выполняющих нужную функцию. Одним из них был контроллер вентилятора компании Силычъ (то, что сейчас выглядит вот так, известной среди интересующихся своим автоматическим регулятором опережения зажигания, программно детектирующим детонационные стуки двигателя. Я некоторое время следил за форумом изготовителя этих устройств, пытаясь определить, чтов устройстве получилось хорошо, а что — не очень, и в результате решил разработать свое.
По задумке, в отличие от существующих на то время решений, новый девайс должен был a) помещаться в корпус обычного автомобильного реле;
б) не требовать изменений в штатной проводке автомобиля; в) не иметь регулировочных элементов; г) надежно и устойчиво работать в реальных условиях эксплуатации.
История появления девайса и алгоритм работы первой версии обсуждалась здесь — для тех, кто не хочет кликать, опишу ключевые вещи инлайн:
-1. Алгоритм работы устройства предполагался следующий: измерялось напряжение на штатном датчике температуры двигателя; по достижении нижней пороговой температуры вентилятор начинал крутится на минимальных оборотах, и в случае дальнейшего роста линейно увеличивал скорость вращения вплоть до 100% в тот момент, когда по мнению ЭСУД (контроллера управления двигателем), пора бы включать вентилятор на полную мощность.
То есть, величина температуры, соответствующая 100% включению могла быть получена при первом включении устройства, т.к. оно имеет вход, соответствующий выводу обмотки штатного реле.
Нижний порог в первой версии нужно было каким-то образом установить, проведя таким образом через две точки линейную характеристику регулирования.
0. При токах порядка 20А очевидно, что для плавного регулирования применяется ШИМ, а в качестве ключевого элемента — мощный полевик.
1. Размещение устройства в корпусе обычного реле означает практическое отсутствие радиатора теплоотвода. А это в свою очередь накладывает жесткие требования к рассеиваемой ключевым элементом мощности в статическом (сопротивление канала) и динамическом (скорость переключения) режимах — исходя из теплового сопротивления кристалл-корпус она не должна превышать 1 Вт ни при каких условиях
2. Решением для п.1 может являться либо применение драйвера полевика, либо работа на низкой частоте ШИМ.
В отличие от аналогов, из соображений компактности и помехозащищенности был выбран вариант с низкой частотой ШИМ — всего 200 Гц.
3. Работа устройства со штатной проводкой и датчиком температуры неминуемо приводит к ПОС, т.к. ТКС штатного датчика температуры — отрицательный, а при включенном вентиляторе из-за конечно сопротивления общего провода и ‘проседания’ бортсети измеряемое на датчике напряжение неминуемо падает. Стабилизировать же, или использовать четырехпроводную схему включения нельзя — изменения в штатной проводке запрещены.
С этим решено было бороться программно — измерением напряжения на датчике только в тот момент, когда ключ ШИМ выключен — то есть паразитное падение напряжения отсутствует. Благо, низкая частота ШИМ оставляла достаточно времени для этого.
4. Программирование порога включения устройства должно быть либо очень простым, либо быть полностью автоматическим. Изначально в устройстве был установлен геркон, поднесением магнита к которому сквозь корпус программировался нижний порог (значение естественно, запоминалось в EEPROM). Верхний порог устанавливался сам в момент первого импульса от контроллера ЭСУД.
В дальнейшем я придумал и реализовал алгоритм полностью автоматической установки порогов, основанный на нахождении термостабильной точки двигателя (точки срабатывания термостата) в условиях отсутствия насыщения по теплопередаче радиатор-воздух.
5. Устройство должно предоставлять диагностику пользователю. Для этого был добавлен светодиод, который промаргивал в двоичном коде два байта — текущий код АЦП и слово флагов состояния.
Устройство было собрано частично навесным монтажом прямо на выводах бывшего реле, частично на подвернувшейся откуда-то печатной платке.
Силовой MOSFET выводом стока был припаян прямо к ламелю вывода реле, что увеличило запас по рассеиваемой мощности. Устройство без глюков проработало на ВАЗ-2112 c 2006 по 2010 год, когда я его снял перед продажей, и побывало не только в холодном питерском климате, но и на горных крымских дорогах (да еще на машине в наддувном варианте — стоял у меня на впуске приводной компрессор), несмотря на монтаж уровня прототипа и контроллер в панельке.
Вот оригинальная схема (рисовал только на бумаге):
А это вид устройства изнутри:
Устройство было повторено несколькими людьми, один из них (офф-роудер Геннадий Оломуцкий из Киева) применил его на УАЗе, нарисовав схему в sPlan и разведя печатную плату — в его варианте это выглядит так:
А вот кусок из переписки с одним из повторивших этот девайс — в нем впервые детально выписан алгоритм (!) — до этого писал прямо из мозга в ассемблер:
Теперь идея и реализация собственно алгоритма автоустановки (все шаги ниже соответствуют неустановленным порогам):
1. Ждем сигнала включения вентилятора от ЭСУД (либо от датчика температуры в радиаторе в варианте Геннадия)
2. Запоминаем температуру в момент появления сигнала как T1 (реально запоминается код канала АЦП оцифровки сигнала датчика — назовем его C1)
3. Включаем вентилятор на 100%. Ставим флаг «режим автоустановки активен (бит 3)»
4. Через 3 секунды считываем код АЦП (назовем его C1′). Это действие нужно для того, чтобы определить величину компенсации значения температуры из-за влияния тока, протекающего через вентилятор, и вызванного им падения напряжения в измерительной цепи, на оцифрованное значение температуры. Реально за 3 секунды мотор не успевает охладиться, зато вентилятор стартует и выходит на номинальный ток.
5. Вычисляем коррекцию АЦП для 100% мощности вентилятора (назовем ее K100 = C1 — C1′). Запоминаем К100.
6. Ждем снятия сигнала включения вентилятора от ЭСУД (либо отключения датчика в радиаторе).
7. Плавно снижаем мощность с 75% до 12% примерно на 1.5% в секунду.
8. Выключаем вентилятор, ждем 60 секунд.
9. Запоминаем температуру как T2 (код АЦП С2).
10. Корректируем нижний порог (увеличиваем на 1/8 разницы между верхним и нижним), для того, чтобы он был выше термостабильной точки термостата. T2 = T2 + (T1 — T2) / 8. В кодах АЦП это C2 = C2 — (C2 — C1) / 8, т.к. напряжение на датчике с ростом температуры падает.
11. Сохраняем C1, C2, K100 во внутреннем EEPROM реле.
12. Устанавливаем флаг «пороги установлены» (бит 5), снимаем флаг «режим автоустановки активен», выходим из режима автоустановки в рабочий режим
Идея алгоритма в том, что он продувает радиатор до термостабильной точки термостата, но дует не сильно, чтобы не остужать двигатель прямым охлаждением блока и головки. Затем вентилятор выключается и реле дает мотору чуть нагреться — таким образом мы автоматически получаем точку для начала работы вентилятора.
Во время автоустановки реле воспринимает сигнал с геркона в течение шагов 7 и 8 — поднесение магнита к реле в эти моменты вызывает последовательность шагов 9, 11, 12. Коррекция порога на шаге 10 при этом не производится).
Если во время автоустановки нарушились некоторые ожидаемые реле условия, устанавливается флаг «ошибка автоконфигурации (бит 4)» и реле выходит из режима автоустановки. Чтобы реле опять смогло войти в этот режим по условию шага 1, надо выключить и включить питание реле.
Ошибки ловятся такие:
Шаг 2 — значение АЦП вне диапазона (слишком низкое или высокое). Диапазон автоконфигурации по коду АЦП 248..24 (11111000. 00011000). В этом случае реле просто не входит в режим автоконфигурации без установки флага ошибки.
Шаг 4 — в течение времени ожидания 3 секунд обнаружено снятие внешнего сигнала включения вентилятора.
Шаг 7 — во время снижения оборотов обнаружен активный внешний сигнал включения вентилятора Шаг 8 — во время ожидания обнаружен активный внешний сигнал включения вентилятора Шаг 11 — установленные пороги вне диапазона 248..24, либо разница C2 — C1 C1 — например, когда вентилятор на самом деле не срабатывает, и температура продолжает расти)
Теперь рабочий режим:
Расчет требуемой мощности (Preq)
1. Если внешний сигнал активен — Preq = 100% 2. Если неактивен, то смотрится текущий код АЦП © и соответствующая ему температура T:
T C2): Preq = 0%
T > T1 (C = C >= C1): Preq = Pstart + (100% — Pstart) * (C2 — C) / (C2 — C1), где Pstart = начальная мощность (12%)
При этом, требуемая мощность не сразу подается на вентилятор, а проходит через алгоритм плавного разгона и органичения частоты пуска/останова вентилятора.
Этот алгоритм работает только в рабочем режиме и при отсутствии внешнего сигнала включения:
Пусть Pcurr — текущая мощность вентилятора
1. Если Pcurr > 0 и Preq = 0, либо Pcurr = 0 и Preq > 0 — то есть требуется запуск остановленного или останов работающего вентилятора, то:
— Смотрится время находжения вентилятора в данном состоянии (запущен или остановлен). Если время меньше порога — состояние вентилятора не меняется.
— При этом, если Pcurr > Pstart и Preq = 0, то на остаток времени запущенного состояния устанавливается Pcurr = Pstart (то есть вентилятор крутится на минимальных оборотах) 2. Если п.1 не выполняется, либо время нахождения в состоянии прошло, то:
— Если Preq Pcurr, то набор скорости вращения ограничивается сверху величиной примерно 1.5% в секунду (кроме случая, когда включение вентилятора запрашивается внешним сигналом) — то есть если Preq — Pcurr > Pdelta, то Pcurr = Pcurr + Pdelta, иначе Pcurr = Preq
Теперь про алгоритм оцифровки значения АЦП датчика и компенсации паразитной обратной связи при работе вентилятора:
При расчете мощности используется усредненное значение кода текущей температуры С (см. Расчет требуемой мощности), получаемое средним арифметическим последних 8 значений Сm1, Cm2, Cm3… Cm8. Усреднение происходит методом «скользящего окна» — то есть помещение нового значения в буфер из 8 значений выталкивает наиболее старое и вызывает пересчет среднеарифметического С. Цикл АЦП (и пересчет среднего) происходит каждые 640 мс.
«Сырое» (считанное из АЦП) значение Cadc, прежде чем попадет в буфер подсчета, участвует в следующем алгоритме:
1. Проверяется, что Cadc > Cdisc, где Cdics — макс. Значение АЦП для неподключенного измерительного вывода.
2. Если Cadc > Cdisc, то выставляется флаг «датчик не подключен (бит 6)», значение не попадает в буфер 8 последних значений, и пересчет среднего не выполняется.
3. Если Cadc >= Cdisc — то есть датчик подключен, то Сadc корректируется на определенную величину в зависимости от текущей мощности вентилятора и величины коррекции для 100% мощности (см. шаг 4 алгоритма автоустановки): Cadc = Cadc + Кcurr, где Кcurr = К100 * (Pcurr / 100%). Если при этом Кcurr > 0, то устанавливается флаг «значение АЦП скорректировано (бит 7)». Алгоритм коррекции работает только в рабочем режиме и не работает в режиме автоконфигурации.
4. Выполняется ограничение отрицательной динамики Cadc, чтобы подавить резкие снижения С из-за импульсной нагрузки в общих с датчиком температуры цепях питания автомобиля: Если C — Cadc > Сdelta, то Cadc = C — Cdelta. Ограничение не работает в течение первых 15 секунд после включения зажигания, для того, чтобы в буфере значений быстро сформировались правильные значения Cm1, Cm2. Cm8.
5. Скорректированное по мощности и динамике значение Cadc заталкивается в буфер значений для усреднения как Cm1..Cm8 в зависимости от текущего значения указателя головы буфера (буфер циклический, указатель головы принимает значения от 1 до 8).
Теперь про диагностику светодиодом:
Первый байт — это «сырой» код АЦП (в ранних версиях здесь индицировалось среднее значение C) Второй байт — слово состояния Между первым и вторым байтом пауза порядка 1.5 секунд.
Между циклами индикации пауза 3-4 секунды.
Байты индицируются побитно, начиная со старшего (бит 7, бит 6,… бит 0).
Длинная вспышка соответствует биту, установленному в «1», короткая — в «0».
Расшифровка слова состояния:
Бит 7 — значение АЦП откорректировано по текущей мощности вентилятора
Бит 6 — датчик температуры не подключен
Бит 5 — пороги установлены
Бит 4 — ошибка установки порогов
Бит 3 — режим автоконфигурации активен
Бит 2 — внутренний сброс процессора из-за зависания — нештатная ситуация
Бит 1 — внешний сигнал включения вентилятора активен
Бит 0 — режим продувки при остановке двигателя активен
Когда я описал алгоритм, то удивился как его удалось впихнуть в 1024 слова программной памяти tiny15. Однако, со скрипом, но поместился! ЕМНИП, оставалось всего пару десятков свободных ячеек. Вот что такое сила Ассемблера 🙂
Источник: