Как проверить шим сигнал на автомобиле
Возможна ли проверка ШИМ контроллера мультиметром
Широтно–импульсные преобразователи являются конструктивной частью импульсных блоков питания электронных устройств. Разберем, как проверить ШИМ контроллер с применением мультиметра, на примере материнской платы компьютера.
Проверка на материнской плате
Итак, при включении питания платы, срабатывает защита. В первую очередь, необходимо проверить мультиметром сопротивление плеч стабилизатора.
Для этих целей также может быть использован тестер радиодеталей. Если одно из них показывает короткое замыкание, то есть, измеренное сопротивление составляет меньше 1 Ома, значит, пробит один из ключевых полевых транзисторов.
Выявление пробитого транзистора в случае, если стабилизатор однофазный, не составляет труда – неисправный прибор при проверке мультиметром показывает короткое замыкание. Если схема стабилизатора многофазная, а именно так питается процессор, имеет место параллельное включение транзисторов. В этом случае, определить поврежденный прибор можно двумя путями:
Второй способ работает не во всех случаях. Если пробитый элемент определить не удалось, придется все же выпаять транзистор.
Далее производится замена поврежденного транзистора, а также, установка на место всех выпаянных в процессе диагностики радиоэлементов. После этого можно попытаться запустить плату.
Первое включение после ремонта лучше выполнить, сняв процессор и выставив соответствующие перемычки. Если первый запуск был успешным, можно проводить тест с нагрузкой, контролируя температуру мосфетов.
Неисправности ШИМ контроллера могут проявляться так же, как и пробой мосфетов, то есть уходом блока питания в защиту. При этом проверка самих транзисторов на пробой результата не дает.
Кроме этого, следствием нарушения функций ШИМ контроллера может быть отсутствие выходного напряжения или его несоответствие номинальной величине. Для проверки ШИМ контроллера следует вначале изучить его даташит. Наличие высокочастотного напряжения в импульсном режиме, при отсутствии осциллографа, можно определить, используя тестер кварцев на микроконтроллере.
Признаки неисправности, их устранение
Перейдем к рассмотрению конкретных признаков неисправностей ШИМ контроллера.
Остановка сразу после запуска
Импульсный модулятор запускается, но сразу останавливается. Возможные причины: разрыв цепи обратной связи; блок питания перегружен по току; неисправны фильтровые конденсаторы на выходе.
Поиск проблемы: осмотр платы, поиск видимых внешних повреждений; измерение мультиметром напряжения питания микросхемы, напряжения на ключах (на затворах и на выходе), на выходных емкостях. В режиме омметра мультиметром надо измерить нагрузку стабилизатора, сравнить с типовым значением для аналогичных схем.
Импульсный модулятор не стартует
Возможные причины: наличие запрещающего сигнала на соответствующем входе. Информацию следует искать в даташите соответствующей микросхемы. Неисправность может быть в цепи питания ШИМ контроллера, возможно внутренне повреждение в самой микросхеме.
Шаги по определению неисправности: наружный осмотр платы, визуальный поиск механических и электрических повреждений. Для проверки мультиметром делают замер напряжений на ножках микросхемы и проверку их соответствия с данными в даташит, в случае необходимости, надо заменить ШИМ контроллер.
Проблемы с напряжением
Выходное напряжение существенно отличается от номинальной величины. Это может происходить по следующим причинам: разрыв или изменение сопротивления в цепи обратной связи; неисправность внутри контроллера.
Поиск неисправности: визуальное обследование схемы; проверка уровней управляющих и выходных напряжений и сверка их значений с даташит. Если входные параметры в норме, а выход не соответствует номинальному значению – замена ШИМ контроллера.
Отключение блока питания защитой
При запуске широтно-импульсного модулятора, блок питания отключается защитой. При проверке ключевых транзисторов короткое замыкание не обнаруживается. Такие симптомы могут свидетельствовать о неисправности ШИМ контроллера или драйвера ключей.
В этом случае нужно произвести замер сопротивлений между затвором и истоком ключей в каждой фазе. Заниженное значение сопротивления может указывать на неисправность драйвера. При необходимости делается замена драйверов.
ApwmU — универсальный шим-адаптер для электронных вентиляторов ОЖ
Обилие электроники в большинстве управляющих узлов автомобиля уже никого не удивляет. Так и система охлаждения в многих современных авто стала управляема «электронным образом». Как же это работает?
Дабы не углубляться в конкретные конструкции систем охлаждения двигателей, акцентируем внимание на таком моменте, что когда радиатор ОЖ не успевает отдавать тепло окружающей среде, ему требуется принудительный обдув вентилятором. В классических схемах вентилятором управляет или непосредственно механическое термо-реле (термо-датчик, термо-переключатель) или обычное реле включаемое постоянным сигналом от ЭБУ. Тоесть при срабатывании вентилятор включается на максимум и крутит с постоянной скоростью, пока температура не будет снижена и термо-датчик или ЭБУ не отключит питание вентилятора.
Недостатки такой схемы очевидны и всем известны — это и просадка напряжения при включении мощного вентилятора, и неприятный шум и вибрации, и постоянные перепады температуры двигателя особенно в жаркий сезон. В современных же авто «электронным вентилятором» рулит уже непосредственно ЭБУ двигателя, управляя скоростью вращения вента, в зависимости от текущей температуры ОЖ.
Делает он это по средствам сигнала низкочастотного ШИМ (широтно-импульсной модуляции).
Как это устроено: ЭБУ на основе показаний электронного датчика температуры формирует ШИМ-сигнал определенных параметров и передает его на блок управления вентилятора, который установлен или непосредственно на диффузоре вентилятора или отдельным модулем в подкапотном пространстве. Блок в свою очередь на основе значения скважности ШИМ-сигнала (duty)(ширина импульса) плавно раскручивает вентилятор до нужных оборотов
Достоинства таких решений так же очевидны — более эффективное управление температурой, отсутствие просадок напряжения при включении, и как результат — более комфортная эксплуатация автомобиля.
С каждым годом число желающих избавиться от гидро-механических вентиляторов (вискомуфт) только растет. Так как качество современных запчастей оставляет желать лучшего, то дешевле и эффективнее ставить современные вентиляторы с электронным управлением. Но что бы использовать весь потенциал таких вентиляторов ими нужно правильно управлять!
Специально для этих целей мною было разработано электронное устройство — ШИМ-адаптер «ApwmU«.
Адаптер ApwmU берет на себе роль ЭБУ, и на основе показаний температуры генерирует ШИМ-сигнал для блока управления вентилятора
Электронный вентилятор теперь не нуждается в наличии заводского ЭБУ и легко интегрируется в любой, даже «старый» автомобиль с карбюратором или механическим впрыском.
ApwmU позволяет на 100% использовать функционал вентилятора, а так же имеет много возможностей, которые недоступны в ЭБУ большинства современных автомобилей.
В последнее время так же очень актуальной остается проблема построения системы охлаждения при СВАПе. После замены двигателя, проводки и ЭБУ, штатный вентилятор может не работать, так как параметры ШИМ-сигнала у ЭБУ другой модели или производителя могут сильно отличаться. В этом случае адаптер ApwmU может выступать как согласующее звено, преобразуя ШИМ-сигнал от стороннего ЭБУ в подходящий для вентилятора
Это не первая, но самая функциональная и доработанная версия ШИМ-адаптера моей разработки. С предыдущими версиями и статьями про адаптеры можно ознакомиться по ссылкам:
www.drive2.ru/b/566918641715511788/
www.drive2.ru/b/535418458213450023/
www.drive2.ru/b/522322450092916877/
КОНСТРУКТИВ
ApwmU — самостоятельное электронное устройство, выполненное на базе микроконтроллера.
Плата адаптера полностью заводской сборки
и размещается в компактном корпусе из термостойкого ABS-пластика.
7-пиновый разъем выполнен на стандартной колодке 7х2,54мм
Устройство способно так же взаимодействовать с системой кондиционера с помощью двух отдельных портов.
Всего адаптер имеет 5 портов взаимодействия:
— S1, S2 (зеленый, желтый) – для подключения датчика температуры;
— A/C1 (белый) – для подключения «+» от муфты компрессора кондиционера;
— A/C2 (коричневый) – для подключения «-» от датчика давления хладагента, или внешнего ШИМ-
сигнала управления (ШИМ-вход);
— PWM (голубой) – ШИМ-выход;
ФУНКЦИОНАЛ
Среди подобных устройств ApwmU является уникальным и универсальным благодаря своему функционалу и гибкой настройке разных параметров, а так же благодаря работе с любыми NTC-сенсорами и возможностью настроить срабатывание вентилятора на любой диапазон температуры.
Электронные вентиляторы разных производителей имеют разную схемотехнику, поэтому и управляющий ШИМ-сигнал требуется разных параметров. В основном это отличие по: частоте, амплитуде, инверсии, а так же по определенным режимам.
Адаптер же работает в широком спектре частот, в частности: 10/25/50/100/250/500/1000Гц (так же при желании заказчика перечень частот может быть изменен на необходимый). Амплитуда ШИМ-сигнала может принимать значения +5В или +12В (переключается микротумблером на плате). Инверсия сигнала активируется программно.
Все настройки разделены на 3 независимых друг от друга ПРЕСЕТА, что позволяет пользователю отстраивать работу вентилятора определенным образом, например для летнего, зимнего времен года, а так же межсезонья, или же для спокойной, спортивной езды или бездорожья. Достаточно один раз настроить каждый из ПРЕСЕТОВ и потом просто переключаться между ними по необходимости.
Все изменения сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера и не исчезают при отключении питания!
В каждом ПРЕСЕТЕ доступны следующие параметры для настройки:
— калибровка температуры;
— выбор частоты ШИМ [10/25/50/100/250/500/1000 Гц];
— настройка скорости вентилятора для порта кондиционера А/С1 [мин/макс/откл];
— настройка минимальных оборотов вентилятора [15/20/30%duty];
— настройка максимальных оборотов вентилятора [60/75/90%duty];
— настройка плавности раскрутки вентилятора [1/2/3/4 режимы];
— выбор стратегии охлаждения [1/2/3/4/5];
— «холостой» шим-сигнал [вкл/откл] (отключено по умолчанию);
— инверсия шим-сигнала [вкл/откл] (отключено по умолчанию);
— сброс калибровки температуры;
Немного теории.
Что бы понять принцип управления электронным вентилятором для начала следует разобраться, что же такое Широтно-Импульсная Модуляция. Если не вдаваться глубоко в техническую терминологию, то из названия можно понять что это некое изменение значения ширины импульса. Если рассмотреть на графике череду прямоугольных импульсов, то частота — это время от начала(фронта) одного импульса до начала(фронта) следующего, а ширина(duty) это время от начала и до конца(спада) одного импульса
Ширина импульса или duty — это и есть основное значение скорости вентилятора. То есть — чем больше значение duty — тем выше скорость вращения. Но так же существуют вентиляторы, управляемые импульсами обратной полярности (инверсный ШИМ), то есть, чем меньше длинна импульса — тем выше обороты. У большинства электронных вентиляторов рабочее значение duty находиться в диапазоне от 10% до 90%. Где при 10% — вентилятор стоит на месте, от 15% — начинает вращение, а при 90% — выходит на максимальные обороты. В случае с инверсным управлением — всё с точностью наоборот.
Таким образом адаптер ApwmU и управляет вентилятором, генерируя импульсы нужной ширины, раскручивая вентилятор до нужной скорости!
Существуют так же варианты управления не ШИМом, а цифровым протоколом по LIN(CAN) шине, но такими вентиляторами адаптер данной версии управлять не умеет.
«Стратегии охлаждения»
Под этим термином понимаются разные режимы работы вентилятора.
Стратегий всего пять:
1.Поддержание температуры;
2.Стандартный режим (2 скорости);
3.Плавный пуск (макс. скорость);
4.Адаптация ШИМ;
5.Адаптация ШИМ(инверсия);
1-3 стратегии предназначены для работы с датчиком температуры.
4-5 стратегии служат для работы с «внешним» ШИМ-сигналом.
Поддержание температуры
Пользователь в реальном времени, на запущенном двигателе, в моменты прогрева до нужных температур, программирует Нижний и Верхний пороги, создавая таким образом диапазон для плавного регулирования температуры по средству ускорения/замедления вращения вентилятора. Вентилятор начинает плавно раскручиваться в момент преодоления температурой нижнего порога, и продолжает ускоряться, выходя на максимальные обороты при достижении верхнего порога; и наоборот – при понижении температуры скорость вращения плавно снижается, а по преодолению нижнего порога – вентилятор отключается. Такой алгоритм работы не позволяет двигателю нагреться выше среднего значения запрограммированного диапазона температуры. Например, при диапазоне 86-94С, двигатель не будет нагреваться выше 90С.
Стандартный режим (2 скорости)
Пользователь в реальном времени, на запущенном двигателе, в моменты прогрева до нужных температур, программирует Нижний и Верхний пороги, создавая таким образом моменты для включения вентилятора соответственно с МИНИМАЛЬНОЙ и МАКСИМАЛЬНОЙ скоростями. Вентилятор плавно стартует по достижению температурой нижнего порога. Далее поддерживается минимальная скорость вращения до момента преодоления температурой верхнего порога, после чего плавно и быстро вентилятор раскручивается до максимальной скорости, поддерживая высокие обороты, пока температура ОЖ не опуститься до нижнего порога, после чего обороты плавно опустятся до минимальных, либо вентилятор остановится при снижении температуры за нижний порог.
Плавный пуск (макс. скорость)
Пользователь в реальном времени на запущенном двигателе при прогреве до нужной температуры программирует момент запуска вентилятора («верхний порог»). По достижению заданной температуры вентилятор плавно разгоняется до максимальной скорости. По снижению температуры ниже заданного значения вентилятор продолжит вращаться дальше с максимальной скоростью ещё 40 секунд, после чего остановится, если температура ОЖ продолжит снижаться.
Адаптация ШИМ
Скорость вращения вентилятора рассчитывается на основе значения duty (скважности) ШИМ-сигнала от штатного ЭБУ. График работы вентилятора будет схож с графиком стратегии «Стандартный режим (2 скорости)». При значениях duty выше 15% вентилятор плавно запустится на минимальных оборотах, при значениях duty выше 50% — плавно ускориться до максимальных оборотов. Адаптер способен обрабатывать внешний ШИМ-сигнал с частотами не выше 1000Гц!
Адаптация ШИМ(инверсия)
Полностью аналогична предыдущей стратегии с разницей в том, что на ШИМ-вход подется ИНВЕРТИРОВАННЫЙ ШИМ-сигнал от штатного ЭБУ двигателя.
Небольшое пояснение:
«Плавный пуск (макс. скорость)» — это просто название одной из стратегий, и не означает, что только в этом режиме вентилятор будет запускаться плавно. Плавность пуска и остановки вентилятора присутствует во всех пяти стратегиях!
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОЖ
Для отслеживания температуры двигателя с ApwmU можно использовать любой датчик NTC-типа, либо аналоговый сигнал напряжением от 0 до 5 вольт от других источников измерения температуры, например, от штатного датчика температуры ЭБУ или приборки. Возможно взаимодействие практически с любыми значениями температуры и это делает устройство УНИВЕРСАЛЬНЫМ и адаптируемым для разных целей, например: для имитации работы вискомуфты, управления обдувом интеркуллера или оборотами электронной помпы(термостата).
В полном комплекте с адаптером, как и прежде, будет присутствовать универсальный врезной NTC-датчик температуры:
Для взаимодействия с адаптером, как и в предыдущих версиях, предусмотрены кнопка и светодиод. И дабы не загружать статью большим количеством текста, процесс настройки, калибровка температуры и вся основная информация описаны в ПОЛНОЙ ВЕРСИИ инструкции, которая так же прилагается в бумажном варианте в комплекте с устройством.
Резюмируя хотелось бы рассказать об отличиях ApwmU от предыдущей версии Apwm. В своем блоге я уже выкладывал пост о разработке новой версии адаптера, где описывались все новые возможности, и их в полной мере удалось воплотить в реальность!
Из нового:
— платформа на более производительном микроконтроллере;
— заводское производство плат;
— полностью переработан и переписан алгоритм работы адаптера;
— доступны 3 отдельных пресета с настройками;
— разные «стратегии» (режимы) управления вентилятором;
— возможность настройки ШИМ в более широком спектре частот;
— регулировка плавности раскрутки вентилятора;
— тестовый запуск вентилятора для проверки совместимости параметров ШИМ-сигнала;
— добавлен дополнительный порт для управления от климата и принудительного запуска;
— возможность управления от внешнего ШИМ-сигнала (преобразование ШИМ).
Далее показаны варианты использования адаптера с наиболее распространенными блоками и вентиляторами
Как проверить шим сигнал на автомобиле
Когда работал над предыдущей темой “ LEDы в авто. Стробоскоп” в своем блоге, то возникла побочная тема про ШИМ, поскольку эти темы немного пересекались. Правда, написание темы немного затянулась, но, как говорится, лучше поздно, чем никогда.
И так, поехали.
Что же такое ШИМ, с чем его едят, и каким боком ШИМ в автомобиле?
Аббревиатура ШИМ расшифровывается, как широтно-импульсная модуляция, а по буржуйски PWM или же pulse-width modulation.
Я не буду вдаваться в подробности происходящего процесса, так как это выходит за рамки автомобильного форума, и постараюсь, насколько доступно, объяснить суть, при котором работают источники питания с широтно-импульсной модуляцией.
И начну с примера, с которым каждый автомобилист сталкивается носом, открывая свою машинку – это, так называемая, вежливая подсветка салона. То есть, открыли дверь автомобиля, засветились люстры, поудобнее перенеслись в кресло, обратно закрыли дверь, и потолочные люстры начали медленно плавно уменьшать яркость своего свечения в плоть до полностью угасания.
Изменить яркость свечения лампы можно путем изменения подачи напряжения. Если на лампу накаливания, рассчитанную на 12В подать напряжение в 6В, то мы говорим, что лампа горит “вполнакала”, либо светится менее ярко, чем при полной подаче напряжения. Аналогичная ситуация будет происходить, если подать напряжение в 12В, но при этом соединить две лампы последовательно. В этом случае также лампы будут светить “вполнакала”, так как падение напряжения на каждой лампе будет те же 6В. То есть, плавно уменьшая от 12В подаваемое напряжение источника питания, можно плавно уменьшать яркость свечения лампы.
Но такие источники питания довольно громоздки, часто используют трансформаторы, линейные стабилизаторы, сглаживающие пульсацию фильтры и еще много какой хрени. Но самым главным недостатком является низкий коэффициент полезного действия.
Однако человечество не стоит на месте, и умные люди уже как несколько десятилетий разработали и используют работу источников питания на принципах широтно-импульсной модуляции.
Опять же, не разводя на форуме никому ненужную теорию, попробую ну совсем примитивно объяснить суть происходящего. Для примера возьму колесо. Да именно то колесо, которое древние люди изобрели сразу же после каменного топора. Вот только это колесо будет установлено в велосипед, и все автолюбители когда-то именно с этого железного коня начинали свой путь по дорогам. Когда постоянно крутишь педали, то велосипед едет с максимальной скоростью. Но можно ведь и сильно себя любимого не утруждать – крутанул педаль, пауза, опять крутанул, опять пауза. И чем больше буде пауза, тем медленнее едет велосипед.
Аналогично и с лампой накаливания в люстре салона. Постоянно подаем 12В – лампочка горит в полную яркость, делаем паузы между подачей напряжения, лампочка светится менее ярко. Опять-таки, чем больше паузы между подачей напряжения, тем тускнее свечение лампы.
Если время, за которое происходит подача напряжения равно времени паузы, то тогда такая подача напряжения называется “меандр” (все-таки вкорячил умное словечко). По существу происходит то же самое (ну, почти тоже), что и подавая постоянно на лампочку 6В, при которой лампочка будет гореть “вполнакала”.
И казалось бы, тут все просто, а нет. Если время подачи напряжения в 12В на лампочку будет относительно большим, и время между паузами подачи напряжения также будет длительным, то ни фига мы не увидим эффекта регулировки яркости. Просто лампа успеет за длительное время разгореться на полную яркость и за время длительной паузы полностью потухнуть.
Но если частоту увеличить в 50 раз в секунду, то есть, в течении одной секунды будет 50 раз подаваться напряжение и 50 раз будут паузы между подачей, то человеческому глазу будет незаметно как быстро лампа переключается и это создаст эффект свечения в половину мощности. Таким образом, можно управлять яркостью лампы, меняя интервал включения-выключения за период времени. Этот интервал принято называть – скважность импульсов, а величина обратная скважности называется – коэффициент заполнения (прочитав эти понятия, можно их тут же и забыть). И чем больше частота шима, тем менее заметна неравномерность свечения лампы, да и на зрение меньше оказывается влияния. Примерно в автомобиле частота ШИМ варьируется от нескольких сотен до десятков тысяч герц.
Где же встречается пресловутый ШИМ в Вектре Ц? Да куда не ткни.
Про лампы в потолочных люстрах сказал. Яркость всей светодиодной подсветка кнопок регулируется аналогично. Смотрим дальше. Если обратили внимание, то лампы габаритов в задних фонарях установлены на 21 ватт, но при этом светятся менее ярко, чем такие же лампочки стопов, заднего хода, поворотников. Именно за счет широтно-импульсной модуляции и происходит уменьшение яркости габаритов. А вот когда в случае перегорания лампы стопа и в момент нажатия тормоза, то лампа габаритов на себя берет функцию перегоревшей лампы стопа. В этот момент на лампу габарита происходит постоянная подача напряжения, и лампа горит в полную яркость. Аналогичная ситуация происходит при дублировании лампой стопа перегоревшей лампы габарита.
Соленоиды в электромагнитных клапанах, например, электромагнитный клапан управления турбонаддува, так же работают по широтно-импульсной модуляции. Если обратили внимание, то некоторые изменяемые показатели какого либо параметра сканер указывает именно в величине напряжения.
Все опорные напряжения в 5В в автомобиле также образованы за счет ШИМ, единственно, так дополнительно на выходе происходит сглаживание подаваемого напряжения за счет копеечных пару деталюшек.
Покупая из Поднебесной различные малогабаритные дешевые преобразователи напряжений (регулируемые и нерегулируемые) для подключения питания тех или иных устройств, автомобилист в подавляющем случае сталкивается именно с шимом в этих преобразователях. При желании можно перечень и продолжить.
Бытует ошибочное мнение, что раз подача электроэнергии на потребители осуществляется при помощи широтно-импульсной модуляции, то измерить такое напряжение мультиметром нельзя. Можно, и еще как. Просто из-за высокой частоты подачи напряжения мультиметр будет показывать усредненное значение. То есть, опять же с примером с лампочкой люстры, когда время подача напряжения равна времени между паузами, то мультиметр покажет 6 вольт, и это не смотря на то, что фактически максимальная амплитуда во время подачи напряжения равна 12 вольт.
Вроде усё, что хотел.
P.S. Была задумка немного разбавить тему картинками, но потом решил, что и так народ прекрасно знает про лампочки и колеса в автомобиле.
А вот видео для закрепления темы в конце все же вставлю.