d.lab

Разработка несложного контроллера для управления дополнительным насосом отопителя салона автомобиля.

Многие автолюбителя сталкиваются с проблемой недостаточной эффективности работы отопителя салона (салонной печки) в холодное время года. Естественно, каждый решает эту проблему по разному – кто-то теплее одевается, а кто-то устанавливает дополнительную электропомпу (насос) в систему охлаждения двигателя, чтобы улучшить циркуляцию ОЖ через салонную печку. По такому же пути, в свое время, пошел и я, дооснастив своего «японского америкоса» электрическим насосом ОЖ. В результате эффектом остался доволен и, решив оставить насос в системе охлаждения навсегда, наваял несложный контроллер управления.

Казалось бы – лишнее, можно напрямую на 12В и все ОК. Соглашусь, в 99% случаев так и делают, но я, вот прям очень, хотел усложнить себе жизнь. Тем более установка дополнительного контроллера всегда дает некоторые преимущества, например, в данном случае это гибкость управления работой насоса:

— мой контроллер подключается в любое место электросети автомобиля, где есть 12В постоянно, всего 2-мя проводами;

— к нему не нужно тянуть дополнительный, управляющий, провод потому, что контроллер узнает о запуске (остановке) двигателя по повышению (понижению) напряжения бортовой сети;

— нет необходимости тянуть в салон дополнительную кнопку – включением/выключением насоса управляет автоматика;

— в нем нет реле, а значит в нем не «подгорят» контакты;

— имеется встроенная защита от переполюсовки;

— для запуска электромотора насоса применена ШИМ, а значит он стартует плавно, не потребляя критические токи в момент запуска, что (теоретически) должно продлить ему жизнь;

— насос запускается не одновременно с запуском двигателя, а через пару минут, когда антифриз уже начал нагреваться. Так сделано потому, что нет смысла интенсивно гонять холодный антифриз по салонной печке. Также это позволяет облегчить «холодный» запуск двигателя автомобиля;

— насос останавливается через минуту после остановки двигателя автомобиля (опция) продолжая гонять антифриз в системе охлаждения на заглушенном двигателе. Дело в том, что при работе двигателя система охлаждения работает и не дает ему перегреться. Но после остановки двигателя он какое-то время еще продолжает нагреваться «по инерции», а система охлаждения уже не функционирует и в этот момент он беззащитен перед небольшими локальными перегревами. О последствиях такого «перегрева» можно спорить бесконечно, но если есть возможность облегчить  мотору жизнь, почему бы нет?

Как всегда не обошлось и без несущественных (на мой взгляд) недостатков:

— применяемая схема управления ключевым транзистором требует наличия у электродвигателя 2-х проводов «+» и «-«. Электродвигатели с одним проводом тоже можно использовать, но придется изолировать корпус от кузова автомобиля;

— более высокая цена в сравнении с обычной «релюшкой». Однако, обычную «релюшку» нужно доделать и додумать, чтобы получить две простые функции ВКЛ/ВЫКЛ. А так мы получаем готовый контроллер с расширенным набором функций и предельно простым подключением «вход-выход».

За основу схемы взят разработанный мной давным-давно контроллер ДХО «ВЕЖЛИВЫЙ СВЕТ» с соответствующими доработками схемы и ПО микроконтроллера. Данный контроллер показал себя просто изумительно в плане надежности и неприхотливости, доказав правильность всех примененных схемотехнических и программных решений.

Однако, решив упростить схему всего на один транзистор, я получил неожиданно полезный побочный эффект. Сосредоточившись на необходимости выжать максимум из полевиков без применения радиатора, я сделал ставку на их полное открытие (что бы исключить нагрев), упустив из виду емкость затвора. Из-за чего функция закрытия силовых транзисторов легла на резистор, подтягивающий затворы к минусу. Следовательно, емкость затвора разряжается не моментально и ШИМ на затворе полевиков приняла вид «пилы» амплитудой до напряжения питания. Из-за чего, мотор помпы (насос), стартовал не с +0В, как на выходе ШИМ контроллера, а примерно с половины «питания» – 6-8В + плавный разгон ШИМ до напряжения питания. На практике получается так: мотор помпы, подключенный напрямую к источнику питания, в момент запуска делает резкий рывок (отчего даже иногда падал набок), но если мотор подключается через контроллер, он стартует плавно, без перегрузок. Однако, если добиться на затворе полевиков ШИМ правильной прямоугольной формы мотор все равно запускается только после 6-8В при этом мычит и греется до того как запустился. Вот и получилось, что косяк, возникший по недосмотру, оказался очень даже полезен.

В выходном ключе используются 2 мощных N-канальных MOSFET-а, выпаянных из старой материнской платы, каждый из которых способен выдержать по 70А тока. Но они все равно используются парой, для надежности. Так как транзисторы N-канальные, то нужно чтобы у электродвигателя было два провода и «минус» не был подключен к корпусу. Я купил недорогую электропомпу (дополнительный насос отопителя) TRUCKMAN, применяемую на ГАЗели, у которой из корпуса выведен только один «плюсовой» провод. Значит «минусовой» прикручен к корпусу внутри. Это легко исправляется «прямыми руками» за несколько минут. Можно было в качестве ключевых полевиков использовать P-канальные MOSFET-ы, но просто так они «в природе не встречаются», их нужно покупать, а N-канальные можно выпаять откуда угодно – в старой «материнке» их десяток минимум.

Плата двухсторонняя, причем обе стороны активно используются, нарисована в DipTrace, сделана ЛУТ-ом. Можно было немного уменьшить размеры, но в этот раз не захотелось сильно мельчить. На верхней стороне платы размещены клеммники для подключения проводов, разъем для обновления прошивки микроконтроллера, стабилизатор напряжения, регулятор напряжения срабатывания, индикатор срабатывания (светодиод) и «джампер». «Джампером» можно включить/отключить задержку выключения насоса после остановки двигателя автомобиля. Также на плату нанесены обозначения выводов клеммников (что, куда подключать). Обратите внимание, что нижний клеммник – вход, верхний – выход. «Минус» нижнего клеммника (GND) нельзя соединять с «минусом» верхнего (OUT-), «плюсы» (OUT+ и +12V) можно. Все остальные детали размещены на нижней стороне платы. Дорожки, идущие к силовым транзисторам «усилены» пропайкой припоем.

Подключение и настройка. Первым к контроллеру подключается электромотор насоса – «плюсовой» провод подключается к контакту клеммника «OUT+», а «минусовой» к контакту «OUT-«. Напряжение питание подключается к контроллеру к контактам «+12V» и «GND» соответственно, проводами, не тоньше чем провода электромотора насоса. Контроллер начинает работать сразу после подключения и остается только настроить необходимый уровень срабатывания. Для этого, на заведенной машине, крутим движок подстроечного резистора до тех пор, пока не начнет мигать светодиод. Это означает, что микроконтроллер зафиксировал повышение напряжения бортовой сети и начал отсчет времени (2 мин.) до запуска насоса. По истечении 2-х минут насос плавно запустится, а светодиод будет гореть постоянно. Теперь нужно проверить правильное направление вращения крыльчатки насоса. После остановки двигателя автомобиля контроллер зафиксирует понижение напряжения бортовой сети и отключит насос, светодиод погаснет. Если «джампер» «Off Delay» установлен, то после остановки двигателя автомобиля светодиод начнет мигать, отсчитывая время до выключения, а насос выключится через 1 минуту.

Скачать архив с исходниками (3.5Mb).

Еще немного об этом можно прочитать в блоге на Drive2.