Вежливый свет 4.3

Идея разработать принципиально новое устройство появилась, когда я приобрел автомобиль, привезенный из США. Дело в том, что Американские производители автомобилей встраивали дневные ходовые огни в блок-фару основного освещения уже с конца 90-х годов, в то время в России о такой «опции» еще даже не слышали. Поэтому дилеры, дабы избежать возможных проблем с Российским законодательством, ограничивали возможность использования встроенных ДХО. Для того, что бы восстановить работоспособность встроенных ДХО на некоторых автомобилях достаточно установить недостающее реле или восстановить проводку. На некоторых эта функция отключена программно в бортовом компьютере. Но в любом случае восстановленная функция всего лишь включала и выключала ДХО, а хотелось чего-то по настоящему «вежливого».

Разработанное мной устройство (контроллер) можно устанавливать на любые автомобили, как с встроенными ДХО, так и установленными отдельно. Контроллер предназначен для автоматического плавного включения ДХО после запуска двигателя и плавного выключения после остановки двигателя. Работа контроллера была проверена на автомобиле с встроенными ДХО на галогенных лампах. Питается контроллер от бортовой сети автомобиля 14,4В. Ток потребляемый контроллером в дежурном режиме 5мА. Максимальная долговременная мощность нагрузки 110Вт. Также данный контроллер можно использовать для управления противотуманными фарами. В схеме контроллера применены современные высокотехнологичные компоненты, позволившие при мощности нагрузки до 110Вт отказаться от радиатора охлаждения и тем самым минимализировать габариты устройства.

Схема устройства изображена на рисунке ниже. Основа схемы DD1 – популярный микроконтроллер ATtiny13А. В этом недорогом микроконтроллере имеется все необходимое для построения контроллера ДХО – встроенный АЦП и ШИМ генератор, а также он хорошо работает при низкой температуре окружающего воздуха, помехоустойчив и практически не боится статического электричества. Вторая, не менее важная, часть схемы это силовой ключ, построенный на мощных P-канальных полевых транзисторах VT4 и VT5. Секрет высокой мощности этих транзисторов в очень низком сопротивлении перехода в открытом состоянии, до 0,0046Ом, согласно данным производителя. Это довольно редко встречается у P-канальных, в основном это особенность N-канальных транзисторов. Кроме того, для еще большего снижения сопротивления перехода два транзистора включены параллельно. Таким образом, при нагрузке 110Вт (две ПТФ) полностью открытые транзисторы едва теплые, а при нагрузке 50Вт (две лампы встроенных ДХО) они вообще не нагреваются.

Эффект плавного розжига и угасания ламп достигается при помощи широтно-импульсной модуляции сигнала управляющего силовым транзистором. Если допустить, что выход микроконтроллера напрямую подключен к затвору силового транзистора, то напряжения 5В на выходе окажется недостаточно для полного открытия транзистора, что приведет к увеличению сопротивления перехода и соответственно его излишнему нагреву. Логичным выходом из данной ситуации является применение транзистора с буквой «L» в названии (например IRLZ44N), что означает что затвор транзистора управляется уровнем логической «1» и при напряжении 5В транзистор полностью открыт. Но на практике оказалось, что мощности выхода микроконтроллера не хватает для быстрого управления мощным транзистором – последний просто не успевает полностью открыться и закрыться из-за чего управляющий импульс перестает быть прямоугольным и становится растянутым, что также приводит к нагреву транзистора. Пример «неправильной» осциллограммы смоделированной в Proteus 7.10 показан на рисунке ниже. Если выходные транзисторы устанавливать на радиаторы или интенсивно охлаждать, то такими недостатками можно пренебречь. В моем случае я проектировал максимально миниатюрное устройство для размещения его в корпусе штатного реле, поэтому возможности установки дополнительного радиатора не было. Можно еще уменьшить частоту ШИМ до 1-2кГц, но тогда она становится слышимой – лампы фар начинают «пищать» в момент плавного включения/выключения. Поэтому для повышения эффективности управления мощными транзисторами частота ШИМ выбрана около 31кГц и в схему был добавлен драйвер силового ключа на транзисторах VT1-VT3. Для плавного затухания и розжига ламп меняется скважность ШИМ. Для этого в управляющей МК программе последовательно на единицу уменьшается или увеличивается значение таймера Timer0. Этого 8-битного таймера вполне достаточно для обеспечения плавного розжига и угасания.

Кроме того, в программе, есть строка предварительного «прогрева» спиралей ламп. Дело в том, что холодная и прогретая спирали ламп загораются с разной скоростью. Как мне показалось характеристика прогретой спирали более линейна, чем у холодной. Таким образом, настроив программу для плавного розжига «прогретой» лампы, «холодная» лампа загорается не так плавно и равномерно. Предварительный прогрев спирали лампы осуществляется минимальным значением таймера ШИМ в течении двух секунд. Значение подобрано таким, что бы нагрев спирали лампы был не заметен взгляду. Таким образом, удалось добиться эффекта прогретой спирали при каждом розжиге ламп.

Устройство изготовлено на двухстороннем фольгированном стеклотекстолите с применением одновременно поверхностного и SMD метода монтажа деталей. Это позволило максимально уменьшить размеры устройства, не ограничивая его функционально. Такое устройство можно спрятать в автомобиле где угодно, например, в блоке реле или даже в самой фаре. Применяемые для устройства микросхемы микроконтроллера и стабилизатора напряжения в SMD корпусах, типа SOIC-8. Транзисторы также применяются в SMD исполнении – данные транзисторы выпускаются только в корпусе SO-8. Для удобства обновления управляющей программы микроконтроллера в схему введен разъем для внутрисхемного программирования. Это двухрядный угловой штыревой разъем PLD-6R. Подобный разъем PLD-10R используется и для подключения устройства к цепям питания и управления. Стоит обратить внимание, что в этом разъеме силовые контакты «+12V» и «DRL» объединены в группы по 3 шт. Все постоянные резисторы, конденсаторы и светодиод на плате применены типоразмера 1206. Электролитические конденсаторы малогабаритные многослойные алюминиевые. Переменный резистор вертикального исполнения не многооборотный. При необходимости его можно заменить на подобранный резисторный делитель. Схема устройства не критична к номиналам деталей и допускает изменения в большом диапазоне.

СхемаРисунок2

69277137

06855725

62499357

DSCN5744

DSCN5785

DSCN5786

DSCN5787

Материалы к статье

Видео на Ютюб

Статья на Драйве

На данный момент есть более новая версия устройства про которую можно прочитать здесь.