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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 자동차 엔진 냉각 팬의 비례 제어. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 자동차. 전자 기기 제안 된 장치를 사용하면 엔진 냉각 시스템의 팬을 제어하는 \uXNUMXb\uXNUMXb릴레이 원리에서 "온도가 정상 이상-켜짐, 정상 이하-꺼짐"에서 비례 제어로 전환 할 수 있습니다. 저자에 따르면 더 유리합니다. 엔진을 위해. 이제 냉각수 온도가 상승하면 팬 로터 속도가 선형적으로 증가합니다. 오늘날 많은 자동차 엔진에서 냉각 팬은 전기로 구동되지만 대부분의 경우 릴레이 원리로 제어됩니다. 이러한 제어에는 구현 용이성이라는 단 하나의 이점이 있습니다. 팬 모터를 직접 또는 중간 릴레이를 통해 제어하는 접점 출력이 있는 온도 센서가 있으면 충분합니다. 이 방법의 가장 큰 단점은 팬을 켠 후 라디에이터 배출구의 냉각수 온도가 급격히 감소한다는 것입니다. 최대 전력으로 작동하는 팬은 라디에이터 배출구의 냉각수 온도를 15 ... 25까지 낮춥니다. о이상. 엔진 냉각 재킷에 들어가면 상당히 냉각된 액체가 뜨거운 표면에 열 충격을 가하여 엔진 작동에 부정적인 영향을 미칩니다. 원활한 작동을 위해서는 제조사에서 권장하는 최적 온도에 근접한 냉각수 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 급격한 온도 급상승(열충격)은 원칙적으로 배제되어야 합니다. 기계식으로 구동되는 냉각 팬이 장착된 일부 차량에서는 visco 커플링을 통해 팬을 엔진 크랭크축에 연결하여 이를 달성합니다. 냉각수의 온도에 따라 팬 샤프트에 전달되는 토크를 변경합니다. 이렇게 하면 온도가 안정화됩니다. 제안된 장치는 전기 드라이브가 있는 팬용 점성 결합의 전자 아날로그입니다. 냉각수의 온도에 따라 회전 속도를 자동으로 조정합니다. 이 장치는 10...18V의 전압에서 자동차의 온보드 네트워크에서 작동하며 최대 20A 또는 최대 30A의 전류 소비로 팬을 제어할 수 있습니다. 전력 요소가 증가합니다. 장치 자체의 전류 소비는 몇 밀리암페어를 초과하지 않습니다. 최소 회전 속도의 팬 스위치 온 온도 값과 팬 회전 속도가 최대에 도달하는 온도의 값은 해상도 0,1로 설정됩니다. о마이크로컨트롤러를 프로그래밍할 때 C. 냉각수 온도 센서가 고장 나면 장치가 비상 모드로 전환되어 엔진이 안전하게 수리점으로 이동할 수 있습니다. 장치의 구성표가 그림에 나와 있습니다. 1. 디지털 센서 DS18B20(BK1)은 온도를 측정합니다. 이 센서를 사용하면 제조된 장치를 교정할 필요가 없고 반복성이 향상됩니다.
온도 정보는 ATtiny2313A-PU(DD1) 마이크로컨트롤러가 센서에서 읽으며 내부 RC 생성기에서 1MHz 펄스로 시간을 기록합니다. 온도에 비례하여 팬 모터의 공급 전압과 결과적으로 로터의 속도를 조절합니다. 모터는 회전 속도를 결정하는 일정한 구성 요소 인 펄스 전압을 수신하며 듀티 사이클 (펄스 지속 시간과 반복 기간의 비율)에 따라 다릅니다. 이 프로그램은 PWM 모드에서 작동하는 마이크로컨트롤러 타이머의 비교 레지스터에 로드된 XNUMX비트 이진수로 듀티 사이클을 설정합니다. 마이크로 컨트롤러에서 생성된 펄스는 전계 효과 트랜지스터 VT1의 전원 스위치 작동을 제어하여 차량의 온보드 네트워크에서 팬 모터의 전원 공급 회로를 닫고 엽니다. 이 경우 모터에 인가되는 전압의 일정 성분은 유 = 유0 (N/255) 여기서 U0 - 온보드 네트워크의 전압, V; N은 마이크로컨트롤러의 레지스터에 로드된 숫자입니다. ΔU = U 단계로 변경할 수 있습니다.0 / 255. 온보드 네트워크의 전압이 12V ΔU≈0,05V이므로 팬 속도를 거의 원활하게 조정할 수 있습니다. 과도 모드에서 키 트랜지스터 VT1의 안정적인 작동을 보장하기 위해 마이크로 컨트롤러는 TC4420EPA(DA1) 드라이버를 통해 이를 제어합니다. 매우 낮은 개방 채널 저항(수 밀리옴)을 갖는 최신 전계 효과 트랜지스터는 방열판을 사용하지 않고도 상당한 전류를 전환할 수 있습니다. 그러나 강력한 장치의 경우 수천 피코패럿에 이르는 전계 효과 트랜지스터의 큰 입력 커패시턴스는 스위칭 중에 충전 및 방전됩니다. 시간이 오래 걸릴수록 제어 신호 소스의 출력 임피던스가 커집니다. 나쁜 점은 커패시턴스를 재충전하는 과정에서 전계 효과 트랜지스터가 활성 모드에 있고 채널의 저항이 상당히 높다는 것입니다. 따라서 스위칭 시간 동안 트랜지스터 크리스탈에서 상당한 양의 전력이 방출되어 과열 및 돌이킬 수 없는 손상을 초래할 수 있습니다. 이 현상을 해결하는 유일한 방법은 재충전 프로세스의 속도를 높이는 것입니다. 이를 위해 전계 효과 트랜지스터는 출력 임피던스가 낮고 큰(최대 수 암페어) 펄스 충전-방전 전류를 제공하는 특수 증폭기(드라이버)를 통해 제어됩니다. 이렇게 하면 FET의 입력 커패시턴스를 빠르게 재충전할 수 있으므로 활성 모드에서 작동 시간이 최소화되고 소모되는 전력이 줄어듭니다. 저항 R4는 모든 출력이 하이 임피던스 상태로 유지되는 한 마이크로컨트롤러 시작 중에 드라이버 입력 로직을 낮게 유지합니다. 이것은 이때 트랜지스터 VT1의 불필요한 개방을 제거한다. 다이오드 VD1은 트랜지스터 VT1을 닫는 순간 팬 모터의 권선에서 발생하는 자체 유도 EMF 펄스를 제거합니다. 작동 중에 마이크로 컨트롤러 프로그램은 온도 센서의 존재와 작동 가능성을 지속적으로 모니터링합니다. 연결이 되지 않으면 비상운전 모드로 들어갑니다. 이 모드에서는 냉각수의 온도와 관계없이 팬이 최대 전력으로 33초 동안 켜졌다가 동시에 꺼집니다. 물론 이것은 엔진을 냉각시키는 가장 좋은 방법은 아니지만 냉각이 없을 때 완전한 고장을 방지합니다. 비상 모드로의 전환은 HL1 LED를 포함하여 알립니다. 센서와의 통신 실패가 일시적인 경우 복원 후 장치가 정상 작동으로 전환됩니다. 팬 제어용 마이크로컨트롤러 프로그램에는 다음과 같은 초기 데이터가 상수로 포함되어 있습니다. - T분 = 87 - 냉각수 온도, оC: 팬이 최소 속도로 작동하기 시작해야 합니다. 아시다시피 냉각 팬의 작동을 제어하도록 설계된 산업용 센서에는 켜짐 온도와 꺼짐 온도라는 두 가지 주요 매개변수가 있습니다. T로 선택해야 합니다.최대 그리고 T분. N1의 값은 팬 모터 전압의 상수 성분이 시작 전압 U와 같도록 설정해야 합니다.tr. 문제는 팬의 기술 데이터에서 이탈 전압을 표시하는 것이 관례가 아니므로 저자가 문헌이나 문서에서 이 매개변수의 값을 찾을 수 없다는 것입니다. 그것은 실험적으로 결정되어야만 했다. 이 기술은 간단합니다. 모터에 전압을 가하여 샤프트가 천천히 시작하지만(12~3초 안에 회전) 꾸준히 회전하는 값을 찾으십시오. 공칭 공급 전압이 5V인 대부분의 DC 모터의 경우 픽업 전압은 XNUMX~XNUMXV 범위입니다. 프로그램을 시작할 때 T의 값을 기반으로 마이크로 컨트롤러최대, T분 N1은 D를 계산합니다.n - 온도에 대한 로드된 코드 타이머 비교 레지스터 값의 요구되는 기울기: Dn = (255 - N1)/(티최대 - T분). 그런 다음 프로그램의 메인 루프가 시작됩니다. 우선, 온도 센서와의 통신 확인이 있으며 부재시 비상 작동으로 전환됩니다. 프로그램은 매초 이러한 검사를 수행합니다. 다음 점검에서 센서가 작동하는 것으로 표시되면 정상 작동이 복원됩니다. 센서가 양호하면 현재 냉각수 온도 T를 측정합니다. T 미만이면분, 프로그램은 팬을 끄고, 그렇지 않으면 공식을 사용하여 필요한 제어 코드 값을 계산합니다. N = (티 - 티분) 디n+N1. 이에 비례하여 모터에 공급되는 전압의 듀티 팩터와 결과적으로 로터의 회전 주파수가 설정됩니다. 결과적으로 엔진의 일정한 부하에서 냉각수 온도가 일정하게 유지됩니다. 가변 부하의 경우 온도는 간격 T 내에서 작은 한계 내에서 변동합니다.분...티최대. BK1 센서와 HL1 LED를 제외한 장치의 모든 부품은 58x65mm 인쇄 회로 기판에 배치되며 그림은 그림에 나와 있습니다. 2 및 요소 배열 - 그림에서. 삼.
미세 회로는 패널없이 보드에 직접 납땜되며 진동이 심한 조건에서는 사용이 바람직하지 않습니다. 보드에는 다이어그램에 표시되지 않은 접촉 패드 SCK, RST, VCC, MISO, MOSI, GND가 있으며 마이크로 컨트롤러 프로그래밍 중에 프로그래머와 같은 이름의 와이어가 납땜됩니다. 이 경우 프로그래밍하는 동안 보드와 프로그래머는 동일한 소스에서 +5V(VCC) 전원을 공급받아야 합니다. 보드는 표면 실장을 위해 1206 크기의 저항과 커패시터를 수용하도록 설계되었습니다. Diode SR2040(URL: files.rct.ru/pdf/diode/5261755198365.pdf) - 220핀 TO3808AC 패키지. IRF60 트랜지스터와 함께 약 XNUMXcm의 냉각 표면적을 가진 일반적인 방열판에 열 전도성 페이스트를 사용하여 고정됩니다.2. 트랜지스터(5) 또는 다이오드를 방열판(1)에 고정하고 전체 어셈블리를 인쇄 회로 기판(2)에 고정하는 원리가 도 4에 도시되어 있다. 4. 다이오드는 운모 개스킷이 있는 방열판과 절연 슬리브가 있는 고정 나사 3 및 금속 슬리브 XNUMX에서 절연됩니다(절연 요소는 그림에 표시되지 않음). 다이오드 케이스와 트랜지스터 사이에는 방열판을 보드에 부착하는 세 번째 지점이 있습니다. 여기에서도 나사와 슬리브로 고정됩니다.
팬 모터의 전류가 흐르는 보드의 모든 인쇄 도체는 최소 0,7 ... 1mm 두께의 땜납 층으로 덮여 있어야 하며 공급 와이어의 단면은 통과를 보장해야 합니다. 이 전류의. 운전자가 장치의 현재 작동 모드에 대한 최신 정보를 얻을 수 있도록 HL1 LED를 차량 내부에 배치하는 것이 좋습니다. DS18B20(VK1) 센서는 먼저 모든 "채우기"를 제거해야 하는 표준 냉각수 온도 접촉 센서의 하우징에 배치해야 합니다. 이러한 본체는 전체 및 연결 치수를 유지하면서 황동으로 가공할 수도 있습니다. 하우징의 DS18B20 센서 배치는 그림 5에 나와 있습니다. 4. 단자에 납땜된 커넥터 1이 있는 센서 3는 열전도성 페이스트(5) 층이 도포된 상단이 공동의 바닥에 닿도록 하우징 공동(XNUMX)에 배치됩니다.
그 후 캐비티는 내열 실런트로 채워집니다. 커넥터 1은 접점에 부식 방지 코팅이 되어 있어야 하고, 생활 방수가 되어야 하며 진동으로 인해 분리되지 않도록 결합 부품을 단단히 고정해야 합니다. 준비된 센서는 일반 센서 대신 설치됩니다. 조립된 보드는 차량의 엔진실에 있는 적절한 치수의 케이스에 넣습니다. 케이스에 통풍구가 있습니다. ATtiny2313A 마이크로컨트롤러는 최소 8개의 16비트 및 2비트 타이머와 최소 XNUMXKB의 프로그램 메모리가 있는 다른 AVR 제품군으로 대체할 수 있습니다. 당연히 마이크로컨트롤러를 교체하려면 프로그램을 다시 컴파일해야 하고 인쇄 회로 기판의 레이아웃을 변경해야 할 수도 있습니다. 비반전 TC4420EPA 로우 사이드 드라이버 대신 MAX4420EPA와 같은 다른 유사한 드라이버를 사용할 수 있습니다. 쇼트키 배리어 다이오드 SR2040은 허용 역전압이 25V 이상이고 허용 순방향 전류가 팬의 작동 전류 이상인 유사 제품으로 교체할 수 있습니다. 그러나 역방향 전압이 40V 이상인 쇼트키 다이오드는 권장하지 않습니다. 이러한 다이오드에서 순방향 전압 강하가 크면 열 발산이 증가하기 때문입니다. 절연 게이트 및 n형 채널이 있는 IRF3808 전계 효과 트랜지스터의 대체품은 팬 작동 전류의 100 ~ 2,5배 온도와 개방 채널 저항이 있는 3°C의 온도에서 허용 가능한 직접 드레인 전류로 선택해야 합니다. 최대 20A의 팬 작동 전류에서 - 10mΩ 이하, 20 ... 30A - 7mΩ 이하. 허용 가능한 드레인-소스 전압은 최소 25V, 게이트-소스 전압은 최소 20V여야 합니다. 서비스 가능한 부품으로 올바르게 조립된 장치는 앞서 언급한 첨부된 프로그램 버전의 초기 데이터가 필요한 데이터와 일치하지 않는 경우에만 조정이 필요합니다. 이 경우 프로그램의 소스 코드에서 수정하고 Bascom AVR 개발 환경에서 다시 컴파일하고 기사에 첨부된 Cooler-test.hex 파일 대신 마이크로 컨트롤러 메모리에 로드해야 결과 HEX 파일이 생성됩니다. 팬 모터의 시동 전압을 알 수 없는 경우 실험적으로 결정할 수 있습니다. 이렇게하려면 작업 프로그램 대신 내가 개발 한 디버그 프로그램을 마이크로 컨트롤러의 메모리에로드해야합니다. 기사에 첨부된 Cooler-test.hex 파일에는 해당 코드가 포함되어 있습니다. 마이크로컨트롤러 구성은 그림 6에 따라 작업 및 테스트 프로그램에 대해 동일한 방식으로 프로그래밍됩니다. XNUMX, AVRISP mkII 프로그래머 구성 설정 창을 보여줍니다.
전원이 켜진 후 3초가 지나면 냉각기 테스트 프로그램이 팬 제어를 시작하여 팬에 공급하는 임펄스 전압의 듀티 사이클을 설정하는 코드를 55단위씩 95단계에서 5단계로 점차 증가시킵니다. 이것은 대략 이 전압의 DC 구성 요소가 10볼트에서 1볼트로 변경되는 것과 일치합니다. 각 단계의 지속 시간은 팬과 HL5 LED가 켜져 있는 동안 XNUMX초이고 팬의 전원이 꺼지고 LED가 꺼지는 동안 XNUMX초 동안 일시 중지됩니다. 프로그램 종료는 LED가 XNUMX번 짧게 깜박이는 신호로 알립니다. LED를 관찰하면 팬이 어느 단계에서 회전하기 시작했는지 쉽게 판단할 수 있으며 메인 프로그램에 기록해야 하는 N1 값을 쉽게 결정할 수 있습니다. 온도 센서에서 커넥터를 분리하여 비상 모드에서 장치의 작동을 확인합니다. 이 경우 팬이 켜지고 간헐적 모드(33초 - 작동, 33초 - 일시 중지)에서 최대 전력으로 작동해야 합니다. LED HL1이 켜져야 합니다. 원하는 밝기는 저항 R3을 선택하여 설정합니다. 마이크로컨트롤러 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/11/fan.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 저자: A. Savchenko, pos. Zelenogradsky, 모스크바 지역
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