Транзистор для ШИМ 15В 10А (автомобиль), Доступный, недорогой, и чтобы фронты можно было чуть-чуть завалить. Опции

[galjoen]

Управлять этим транзистором будет ATmega48. Транзистор будет стоять в "плюсе". С земли на его выход диод шоттки. Дальше будет резистор (0.01 ом?) в качестве датчика тока. А м.б. и без резистора, на насыщающейся катушке, сделаю. Но без датчика тока всё равно не обойтись.

Фронты надо будет завалить за счёт замедленного отпирания/запирания этого транзистора для уменьшения генерации помех. Думал использовать микросхему управления шаговым двигателем, но как-то не очень она подходит. А с транзисторами давным-давно дела не имел...

[ukpyr]

Транзистор мог бы и сам поиском найти, но боюсь по неопытности к.н. экзотику выбрать. Или параметр какой-нибудь не учесть.

для такой частоты (10 кГц) подойдет любой с минимальным сопротивлением канала и удобным корпусом.
параллельно нагрузке - сапрессор помощнее на 30..40В.

[Herz]

Интересны Ваши рассуждения. Только разрешающую способность ШИМа Вы закладываете явно излишнюю. Не почувствует Ваш ДПТ разницы не то что в квант, а и в десять. На стенде не пробовали изменять напряжение с такой точностью/дискретностью?
Да и мысль "4 дискреты ШИМ на 1 бит АЦП. Чтобы не было автоколебаний, вызванных наложением двух дискрет" не укладывается как-то. Думается, это тоже лишнее. Как и 2Гц модуляция. Момент инерции движущихся частей представляете? Заметите колебания оборотов на этой частоте?

для такой частоты (10 кГц) подойдет любой с минимальным сопротивлением канала и удобным корпусом.

Так это только частота повторения. А минимально желаемую автором длительность импульса тоже любой обеспечит?

[galjoen]

Интересны Ваши рассуждения. Только разрешающую способность ШИМа Вы закладываете явно излишнюю. Не почувствует Ваш ДПТ разницы не то что в квант, а и в десять. На стенде не пробовали изменять напряжение с такой точностью/дискретностью?
Да и мысль "4 дискреты ШИМ на 1 бит АЦП. Чтобы не было автоколебаний, вызванных наложением двух дискрет" не укладывается как-то. Думается, это тоже лишнее. Как и 2Гц модуляция. Момент инерции движущихся частей представляете? Заметите колебания оборотов на этой частоте?

Тут скорее дело не в том, что почувствует ДПТ, а в том, что дискрета позволит использовать небольшие амплитуды синусоиды мощности. Будет именно синусоида, а не меандр. И автоколебания (а они будут, без них никуда в дискретных системах) регулятора будут малы.

Давным-давно я занимался разработкой быстродействующих транзисторных приводов подач. Там использовались синхронные двигатели с возбуждение от постоянных магнитов, но всё приводилось к ДПТ НВ. Так реальное быстодействие было более 40 Гц. И это несмотря на ужасающие х-ки высоковольтных транзисторных модулей производства г. Молодечно.
А бензонасос имеет достаточно неплохое соотношение момент/инерция. Другое дело, что напряжения может не хватить, если индуктивность у него большая...
А колебания оборотов надеюсь заметить, т.к. бензонасос, по звуку, при включении (т.е. безо всяких форсировок) выходит с 0 на установившийся режим (5000 об/мин?) примерно за секунду. Ради интереса можете сами включить зажигание (не заводя двигатель) и послушать. Причём и давление за это время успевает поднять.

Так это только частота повторения. А минимально желаемую автором длительность импульса тоже любой обеспечит?

В реалии минимальной длительности не будет. Я же написал, что регулирование начинается минимум от 0.5 входного напряжения. Т.е. скважности больше 2 не будет... И эксперименты с реальными насосами это подтвержрают. Не качают они толком при более низких напряжениях...
А также при низких напряжениях и, соответственно, низких противо-ЭДС и схема ШИМ с одним транзистором и диодом неработособна. Ток быстро уменьшить невозможно. Пришлось бы мост использовать.

Реально я не знаю, когда этим делом смогу занятся, ибо это хобби. Но в недалёком будущеи мы собираемся заказывать опытную партию плат. Поэтому можно и платки для этого дела в этот заказ включить. Как мультиплату заказать, чтобы за подготовку лишний раз не платить.

[Herz]

Тут скорее дело не в том, что почувствует ДПТ, а в том, что дискрета позволит использовать небольшие амплитуды синусоиды мощности. Будет именно синусоида, а не меандр. И автоколебания (а они будут, без них никуда в дискретных системах) регулятора будут малы.

Хорошо, синусоиду малой амплитуды Вы получите, но о чём она Вам скажет, если реального её влияния на обороты не произойдёт? Сомневаюсь, что эта амплитуда может быть сколь угодно малой, но Вам виднее. Какой же Вы хотите её получить, что для частоты 2Гц требуется квант в 1/20МГц = 50нс? И это при индуктивности обмотки и рассеяния порядков миллигенри или даже больше?

[galjoen]

Хорошо, синусоиду малой амплитуды Вы получите, но о чём она Вам скажет, если реального её влияния на обороты не произойдёт? Сомневаюсь, что эта амплитуда может быть сколь угодно малой, но Вам виднее. Какой же Вы хотите её получить, что для частоты 2Гц требуется квант в 1/20МГц = 50нс? И это при индуктивности обмотки и рассеяния порядков миллигенри или даже больше?

Что-то мы о разном говорим, поэтому давайте посчитаем.
Исходные предпосылки:
1. Частоту ШИМ меньше 10 кГц делать нежелательно из-за 1а. Уменьшения общего быстродействия. 1б. Возможности попадания в режим прерывистых токов (особенно в динамике, при скачках нагрузки), где регулирование будет геморройным.
2. Для определённости предположим, что двигатель имеет
2а. Обороты под нагрузкой, при напряжении питания 13В - 6000 об/мин = 100 об/сек. Реально обороты нас не интересуют, это так для привнесения реальности.
2б. Ток, при отсутствии разряжения во впускном коллекторе, 5А.
2в. Сопротивление вместе с проводами, идущими к нему, 0.6 ом.
2г. Тогда противо-ЭДС его составляет 10 В (13В - 0.6ом*5А = 10В). Т.е. 10 об/сек на вольт. Мощность (для справки) потребляемая 65Вт, на валу 50Вт.
3. Производительность насоса строго пропорциональна оборотам, а давление моменту.
4. Давление от производительности не зависит (при открывании регулятора давления топлива (РДТ) излишний бензин течёт в обратку).
5. Момент инерции мал, и ток=момент нужный для раскручивания в динамике условно принимает =0. Реально это не так, но тут будет что-то вроде потребления реактивной мощности. Т.е. за период синусоиды энергия потреблённая на раскрутку и энергия возвращённая при замедлении компенсируются.


Допустим сейчас у нас в режим регулирования, и напряжение на двигателе 8 В, а ток 4 А (имеется разряжение - давление меньше). Тогда обороты будут (8В - 0.6ом*4А)*10 = 56об/сек (3360 об/мин). Мощность потребляемая (КПД ШИМ = 100%) 8В * 4А = 32Вт, мощность на валу 5.6В * 4А = 22.4Вт (и та и другая мощность средние за период). Предположим, что в обратке есть течение (РДТ открыт) и давление=ток постоянно. Т.е. меняются только обороты. Мы накладывает на мощность на валу синусоиду амплитудой 1Вт, а регулятор её отрабатывает. Т.е. противо-ЭДС будет меняться +- 0.25 В (1Вт / 4А = 0.25В), а обороты (для справки) +- 2.5 об/сек = +-150 об/мин.
Дискрета напряжения, при питающем ШИМ напряжении 13В, будет 13В/2048~6.35мВ. Т.е. на 0.25В мы имеет ~78 дискрет.
Вы считаете, что это излишне много? А на мой взгляд хотелось бы побольше.
Причём, если рассмотреть случай с изменяющимся током (особенно при большой противо-ЭДС), то там дискрета напряжения будет нужна в разы меньше. Ток, для изменения мощности на валу на 1Вт при противо-ЭДС 8В, должен меняться на 0.125А (1Вт / 8В = 0.125А). Для этого напряжение нужно изменить на 0.6ом * 0.125А = 0.075В т.е. примерно 12 дискрет. А для рассмотренного случая с 5.6В противо-ЭДС - 0.107В или ~17 дискрет. А синусоида с 12 градациями по амплитуде это уже как-то не очень...

[Tanya]

3. Производительность насоса строго пропорциональна оборотам, а давление моменту.
4. Давление от производительности не зависит (при открывании регулятора давления топлива (РДТ) излишний бензин течёт в обратку).

Эти пункты сомнительны. Насос центробежный? Надо учесть еще неразрывность бензина и сопротивление линии.

[galjoen]

Дело не только в том, что НЧ-транзистор медленно включается/выключается, дрейф этих времён, в том числе температурный, не будет нормирован.

Надеюсь, что за 0.5 секунды (период) сильно не убежит. Точнее, даже не за 0.5 секунды, а за 0.0002 секунды (период при частоте 10 кГц * 2 т.к. АЦП нужно измерять поочерёдно ток и напряжение и чаще оно не успеет). Т.к. следующее значение, записываемое в ШИМ уже пересчитается исходя из реальных, измеренных АЦП данных.

Кроме того, пункт 2в. Сопротивление вместе с проводами, идущими к нему, 0.6 ом.(и с шунтом, наверное) потребует невысокого (и главное, стабильного!) напряжения насыщения транзистора, иначе вся морока с временами пойдёт коту под хвост... А добиться этого в автомобильных условиях будет, имхо, совсем непросто и недёшево...

Я наверное, из-за недостатка опыта, что-то недопонимаю. Почему так сильно будет влиять сопротивление ключа? На мой взгляд гораздо сильнее будет влиять нестабильность напряжения питания. Но напряжение не будет изменятся быстро, не говоря уж о сопротивлении ключа, и регулятор вполне успеет отработать.
Я рассуждаю так:
Если за один период ШИМ АЦП будет измерять ток, а за другой напряжение (измерять чаще - быстродействия встроенного АЦП не хватит, а внешнее ставить не хочется, но если без него не обойтись - поставлю) то уже через 2 периода (0.0002 S) будет известно куда и примерно на сколько изменять период ШИМ чтобы скомпенсировать разницу между желаемыми и реальными значениями тока и напряжения. Т.е. дрейф времени включения транзистора и дрейф его сопротивления будет скомпенсирован. Ну пусть неточно, но за 0.002 S (10 периодов измерения = 20 периодов ШИМ), нормально настроенный регулятор успеет отработать даже скачёк напряжения сети или сопротивления ключа.
Что в моих рассуждениях неправильно?

Эти пункты сомнительны. Насос центробежный? Надо учесть еще неразрывность бензина и сопротивление линии.

Я понимаю, что в реальности эти пункты, не только сомнительны, но и не верны. Насколько не верны не знаю. Понимаю, что от этого зависит осуществимость всего проекта...
А про строгую пропорциональность и независимость, это я только для того, чтобы объяснить предполагаемый принцип работы написал. Можно было написть так: насос, трубопроводы и клапан считаем идеальными.
Насос роликовый. Это как пластинчатый, но для уменьшения трения пластинки заменены роликами. Ролики поджимаются только за счёт центробежной силы.
Кавитации и аэрации там, при нормальной работе, нет. Это означает неразрывность бензина? Или под неразрывностью подразумевается дискретность качания? Дискретности там нет т.к. бензин одновременно втекает и вытекает из насоса. Причём и то и другое больше, чем из одной секции сразу.
О какой линии идёт речь?

[Herz]

Почему так сильно будет влиять сопротивление ключа? На мой взгляд гораздо сильнее будет влиять нестабильность напряжения питания. Но напряжение не будет изменятся быстро, не говоря уж о сопротивлении ключа, и регулятор вполне успеет отработать.

Я не уверен. Сопротивление ключа (или напряжение насыщения) будет меняться даже в течение импульса тока в следствие разогрева. Средняя величина его будет зависеть и от скважности, и от теплового сопротивления и от собственно температуры за бортом. Коррекция в каждом периоде будет, конечно, помогать. Но, боюсь, нелинейности могут быть таким, что колебания при регулировании выльются в десятки и сотни дискрет. На этот фон синусоиду малой амплитуды наложить будет сложно. Хотя... Пробуйте.

[galjoen]

Чтобы обсуждение бензонасосов (БН) быдо предметным, хоть это и оффтоп, но ввиду интереса приведу описание известных мне систем:
1. Назовём Е0 (евро 0). Система с регулятором давления топлива (РДТ) и обраткой. РДТ подключен к впускному коллектору и поддерживает давление в рампе на 2..3 атм (константа) больше чем там, а излишки сливает в обратку. Т.е. давление меняется в пределах 1 атм в зав-ти от разрежения во впускном коллекторе. Система позволяет обойтись без датчика абсолютного давления (ДАД) во впускном коллекторе.
2. Назовём Е3 (евро 3). Система с погружным насосом и обраткой, закольцованной в баке. В системе имеется клапан, поддерживающий в ней одинаковое давление, не зависящее от разряжения во впускном коллекторе. Такое решение возможно т.к. там всё равно присутствует ДАД и бензомозг корректирует время впрыска по нему.
3. Назовём Е5 (хотя встречал только на чистых американцах, например, Focus из USA). Погружной насос, обратка в баке. Но клапана нет. Вместо него жиклёр. Напряжением на бензонасосе управляет бензомозг. Т.о. давление в системе меняется в зав-ти от нагрузки. Чем меньше нагрузка, тем меньше давление. Такое решение возможно т.к. там присутствует ДАД и датчик давления топлива и время впрыска рассчитывается по ним (разнице между ними). Напряжение на бензонасосе на ХХ примерно 1/3 напряжения сети. Т.е. если ститать по идеальной насосной х-ке, то энергопотребление 1/27 максимального.

Если говорить об экономии эл. энергии, то для Е0 наилучшим решением был бы датчик течения в обратке. Поддерживаем там определённое течение, не слишком маленькое и всё. И с устойчивостью проблем не д.б. т.к. можно ограничить скорость уменьшения напряжения. Но откуда взять датчик течения я не знаю. Дифманометр с жиклёром? Ультразвуковой? А самым лучшим было бы измерять положение клапана в РДТ, но тоже не знаю как.
Для Е3 подошло бы всё тоже, что и для Е0, но там в обратку подключится проблематично.
Система с синусоидой на мощности, подойдёт и для Е0 и для Е3.
Для Е5 ничего и делать не нужно, там уже всё сделано.

А вообще, я пока хочу использовать это дело только в диагностических целях (не путать дагностику и поиск неисправностей). Вынимать реле БН и вместо него, в его колодку, ставить разъём устройства. Чтобы можно было судить об изношенности бензонасоса, забитости фильтров и заклинивании РДТ без подключения манометра и измерения производительности БН (пожароопасно). При этом двигатель заводить не предполагается. Но можно предусмотреть специальный режим, чтобы можно было попробовать завести и поездить.

А насчёт экономии эл. энергии, пока это так, мечты. Хотя у некоторых БН в параметрах указано напряжение работы 6..17В. Т.е. даже если тупо не опускать напряжение на БН ниже 6В должно работать?

Те, кто пробовал измерять ток/давление БН, пишут, что у исправного ток пропорционален давлению. Хотя статистики пока мало, но интерес есть, а значит можно надеяться, что статистика наберётся.