Коммутатор зажигания на полевом транзисторе своими руками схема

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 04.10.2024

Заимел я как-то давно один из первых номеров журнала "Схемотехника". Прочел статью "IGBT транзисторы в системе электронного зажигания". Очень заинтересовался! Купил недешевые (в то время) детальки. Но руки так и не дошли собрать идеальное конденсаторное зажигание. С тех пор не выходит из головы эта статья.

Предлагаю в этой теме обсудить вопросы, которые возникли у меня и может возникнут у вас после прочтения этой статьи по поводу применения IGBT транзисторов.

Сейчас у меня энтузиазм снова на высоте, выложил из ящичка детальки, буду собирать эту схемку, ставить на мотоцикл "Урал". Где-то между датчиком холла и выходным транзистором мне надо будет еще воткнуть схемку на микроконтроллере для регулировки угла опережения зажигания. Требуется разложить всё по полочкам у себя в голове, чтобы составить правильную схему.

Штатные коммутаторы зажигания для ВАЗ 2109 делаются на основе микросхемки L497 (русский аналог КР1055ХП1, ХП2, ХП4). Она своим выходом управляет NPN транзистором BU931 или аналогичным. А в статье про IGBT силовым транзистором управляет специализированная микросхема-драйвер IR2125.

Собственно вопрос. Будет ли полноценно (быстро и полностью) открываться и закрываться IGBT транзистор, если управлять его затвором будет L497? Или для правильного построения схемы всё же надо между L497 и IGBT транзистором поставить IR2125?

2) Неужели действительно требуется принимать меры при построении схемы для защиты этого мощного IGBT транзистора от статического электричества?

3) С трудом верится, что летом в сильную жару, и когда железо раскаляется от солнца до бешеных температур, IGBT транзистор нормально будет работать в схеме зажигания без радиатора, как предлагается в статье. Плюс учитываем "аварийные режимы" работы системы зажигания.

За схему спасибо, есть что на ус намотать. Но вопросы остались.

Как я понял из даташита на stgb10nb37lz он открывается при гораздо меньшем напряжении (при 5 вольтах точно открыт), и ток коллетор-эмиттер у него 10 ампер. Я же выбрал (и уже купил) irg4pc50f ради хорошего запаса по надежности. А для него похоже необходим драйвер.

Лениво стало собирать и отлаживать по осциллограммам конденсаторную схему. Старею наверно. Выбрал вариант восьмерочной катушки и этого транзюка чисто для повышения надежности транзюка, т.к. я идеалист, но ленивый ))) Да, хочу к L497 прикрутить IR2125 и IRG4PC50F.

- Хочу оставить L497 ради ее функции отключения напряжения с катушки зажигания по истечении нескольких секунд, если нет сигнала с датчика холла.

- Хочу поставить IR2125 ради функции высоковольтного управления IGBT при снижении напряжения на акумуляторе, и увеличу емкость C6 в схеме по первой ссылке первого поста. И еще ради защиты транзистора по току.

- Хочу поставить IGBT транзистор IRG4PC50F ради хорошего запаса по току ну и соответственно по температуре.

Что касается IR2125, вот цитата из статьи, ради чего хочу поставить этот драйвер:

В данной схеме защита организована по напряжению насыщения транзистора, которое пропорционально току коллектора. Такая защита не требует использования мощного резистора в цепи эмиттера транзистора, создающего дополнительные потери. При включении транзистора сумма прямого падения напряжения на диоде VD7 и на открытом транзисторе Q3 через делитель R16, R17 поступает на вход защиты CS. Если это напряжение превышает пороговый уровень (0.24В), транзистор отключается. Драйвер выполняет еще одну очень важную функцию. Для полного открывания IGBT транзистора на его затвор необходимо подать напряжение не менее 10В. В противном случае он может перейти в линейный режим, при котором резко возрастают потери мощности и транзистор может выйти из строя. Такая ситуация возможна при падении напряжения аккумулятора (например, при работе стартера). При этом питание выходного каскада драйвера осуществляется от так называемой бутстрепной емкости С6, которая заряжается через диод VD6. Поскольку токи управления очень малы, емкости 20мкФ хватает для управления транзистором в течение около 5с. При падении напряжения на емкости С6 ниже 9В, драйвер отключает транзистор. Сбрасывается защита при нулевом входном сигнале драйвера.

L497 рассчитана на работу с биполярным транзистором, поэтому уровень сигнала с ее выхода не сможет раскачать IGBT. Но драйвер не поможет, потому что он не рассчитан на работу в линейном режиме. Поэтому транзистор будет только полностью выключен, или полностью включен. А L497 предусматривает обратную связь по току транзистора, и ограничение этого тока на уровне 6. 7 ампер. С драйвером это будет невозможно, и ток ограничиваться не будет.
В принципе, это не смертельно. Так работают тысячи блоков электронного зажигания, в которых нет микросхемы L497, а только транзистор, тупо повторяющий состояние контактов. Но для таких блоков зажигания используются соответствующие катушки, у которых сопротивление первичной обмотки большее, чем у восьмерочных. А восьмерочная катушка будет жрать увеличенный ток, особенно на малых оборотах. Впрочем, на средних и больших оборотах режим ее работы будет неотличим от работы с классическим блоком, в котором стоит L497. Потому что ток через нее просто не будет успевать достигать больших значений.

Вывод - связка L497 + IR2125 + IRG4PC50F вполне работоспособна. Из недостатков - ток через катушку неуправляем, на малых оборотах катушка будет греться, при длительной работе на холостых (в городских пробках) АКБ будет быстрее разряжаться.
Из достоинств перечислять нечего, это правильнее назвать не достоинствами, а правами на существование этой схемы - да, транзистор более живучий по току, микросхема будет разгружена по выходному току, микросхема не позволит взорваться катушке зажигания при длительно неработающем двигателе и включенном зажигании.

Кроме того, надо не забыть закоротить токовый резистор, который стоит в эмиттере силового транзистора. Вернее, проще закоротить на землю сигнал с этого резистора, который приходит на вход микросхемы. Иначе, при включении транзистора, как только ток через него превысит уровень ограничения тока, микросхема попытается уменьшить этот ток, и напряжение на ее управляющем выходе уменьшится. При этом транзистор выключится, что может привести к несанкционированному искрообразованию, и вообще к неработоспособности всей схемы.

Может я туплю, но мне казалось что биполярный транзистор в классической схеме 2108 тоже либо полностью открыт либо полностью закрыт, т.е. ключевой режим. Думал что ограничение по току работает только в аварийных режимах, не на низких оборотах двигателя. Значит я был не прав?

И еще вопросик. Если идея прикрутить L494 + IR2125 + IRG4PC50F плохая, то меняю свои мысли в сторону конденсаторной схемы + PIC для регулировки УОЗ. В статье из журнала в отличие от статьи по первой ссылке есть табличка какие детали применяются в схеме. Я совсем не разбираюсь в магнитопроводах. Там написано что в качестве трансформатора TV1 используется сердечник 40x25x12 из электротехнической стали Э350 с зазором 0,5мм. Обмотка 1: 60вит ПЭВ-2 0,56, обмотка 2: 600вит ПЭВ-2 0,1.

Это кольцо, судя по трем размерам. Подскажите где такой купить или на какой из доступных в продаже можно заменить. Тут ведь насколько я понимаю важно подобрать сердечник с подходящим насыщением по частоте, энергии. Так? Если посоветуете сердечник с другими параметрами, то еще и скажите нужно ли у этого другого сердечника делать зазор, какой именно зазор или как его рассчитать, нужно ли перерассчитывать количество витков трансформатора.

Вроде в продаже можно найти ферритовые кольца. Феррит подобрать можно взамен оригинального железного? Какой магнитной проницаемости выбрать феррит? Можно ли применить Ш-образный сердечник? У Ш-образного проще сделать зазор. И остается вопрос с перерасчетом обмоток.

Если я заменю сердечник, да и если найду оригинальный и е буду менять, как мне проверить осциллографом, уходит ли сердечник в насыщение? Он ведь в этой схеме не должен насыщаться? Зависит ли уход в насыщение от нагрузки ВВ преобразователя?

Предлагаемая схема автомобильного электронного блока зажигания предназначена для установки на автомобили ВАЗ, не оборудованных электронной системой зажигания, взамен штатной контактной системы зажигания. Данный блок зажигания рассчитан для работы с бесконтактным датчиком ДМИ-2. Однако допускается работа со штатным контактным датчиком, предварительно отключив искрогасящий конденсатор. Схема блока электронного зажигания приведена на рис.1.

Особенностью блока является применение в качестве силового ключа - полевого транзистора. И формирователя импульсов выполненного на элементах U1B и U1C микросхемы U1 типа К561ЛН2, представляющего собой триггер Шмидта.Это позволило достичь весьма высоких показателей блока зажигания.

Основные из них:
• малое сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии (0.
27 ом) позволило использовать штатную катушку зажигания, предназначенную для контактной системы.
• крутые фронты запускающих импульсов при любых оборотах вращения вала прерывателя, что особенно важно при пуске двигателя.
• малая потребляемая мощность собственно блоком, само нагрев при работе отсутствует.
• надежность блока обеспечена высоким допустимым током полевого транзистора (20 А).
Схема обеспечивает отключение катушки зажигания от источника при включенном зажигании и остановленном двигателе. Блок электронного зажигания содержит:
• формирователь импульсов на элементах -
U1B, U1C,R2, D4,D5,R5.
• формирователь управляющего сигнала отключением катушки зажигания при включенном зажигании и не работающем двигателе- R7, D7, R8, C2, D9, R14, VT3, отключение происходит примерно через одну секунду.
• индикатор наличия импульсов зажигания-
R4,VT1,D6,R6, очень удобен при установке начального угла опережения зажигания.
• фильтры и параметрические стабилизаторы напряжений-
D11,R12,D10,C4,D8,R10,C3,R3,D3,C1.
• мощный ключ на транзисторе
VT4 типа IRFP460 и элементы R13,C5 образующие совместно с катушкой зажигания колебательную систему.
Конструктивно блок электронного зажигания выполнен на плате из стеклотекстолита размером 95х75 мм.

Окончательную проверку производят установив электронный коммутатор на автомобиль и подключив в соответствии со схемой подключения. Данный электронный коммутатор не имеет защиты от короткого замыкания. Поэтому рекомендуется в разрыв питающего провода от замка зажигания к коммутатору включить плавкий предохранитель на 16А. Блок электронного зажигания устойчиво управляет катушкой зажигания в интервале питающих напряжений от 6 В до 18 В .

Зажигание с оптическим датчиком и коммутатором ВАЗ своими руками. ⇐ Sambar, Libero, Domingo. Электрика

Модератор: Sanchez 84

Откуда: Юрга, Кемеровская область. Авто: Subaru Domingo, 1990, 1.2 L 4WD, Subaru Domingo 94 FA8 CVT, 4WD Возраст: 37

Приветствую. В данной теме хочу разместить материал по замене штатного коммутатора и индукционного датчика, в случае их некорректной работы, или выхода из строя. Просьба не вдаваться в философские рассуждения по поводу того, что родная система зажигания надежна и работает безупречно десятки лет, а у кого не работает - тот косорукий рукожоп. Бывает и так, а бывает и не так. Лично на нашем Доминго (распределитель со центробежным и вакуумным регулятором, встроенный коммутатор) были проблемы с искрой и заменив все компоненты, мы не добились улучшения ситуации. Прикол еще и в том, что мы даже заменили и сам коммутатор (был с другого распределителя зажигания, работоспособность его была под сомнением) и симптомы не поменялись. Все было также. А конкретно - подергивания двигателя, если пытаться ему на холостых плавно дать оборотов, когда обороты достигали примерно 2500 - двигатель начинало трясти. Напомню, что вибрация двигателя на каких-то неизменных оборотах является чисто проблемой зажигания, карбюратор так себя не ведет.
Особенно нас дезориентировала замена родного коммутатора на такой же. Симптомы остались те же. "Ну не бывает так, что 2 коммутатора имеют одинаковую неисправность с одинаковыми симптомами" - рассуждали мы.
Оказалось, что БЫВАЕТ. Потому как после того, как мы переделали зажигание под ВАЗовский коммутатор, использовав заодно оптический датчик, вместо индукционного (оптика надежнее и точнее), и выставили опережение по мануалу в 5 градусов до ВМТ, то проблемы с зажиганием ушли полностью. Холостой стал ровнейший, никаких подергиваний и пропусков, ну просто не до чего "докопаться". Сложно передать моральное удовлетворение от переделки. Опишу коротко - зажигание стало "идеальным"
Далее прилагаю видеоролик с пояснениями как изготавливать и как настраивать все это дело, просьба ко всем по-возможности посмотреть ролик полностью, тогда не будет вопросов.
Далее выкладываю схему, которую нужно спаять, чтобы оптический датчик работал с ВАЗовским коммутатором, а также прилагаю файл, по которому любой сможет распечатать себе готовую шторку. Останется только спрессовать с вала распределителя зажигания родной модулятор ( "фиговина" с тремя выступами), напрессовать новую шторку и закрепить на поворотной пластине оптический датчик. В видеоролике я все подробно поясняю.

Файл для распечатки "шторки" на 3D принтере я выложу позже. Схему подключения описывать не буду - подключается все согласно распиновке ВАЗовского коммутатора. Коммутатор ВАЗ 2108. Схем в инете полно.

Видеорлик:

Скважность "шторки" 60% - 72 градуса накопление и 48 - "отдых". Это минимально достаточная скважность. Если сделать больше, то будет греться коммутатор.

Четырехконтактный оптический датчик от принтера

Даже два на одной платке (всего в принтере их было 3)

Залили эпоксидкой и прикрутили винтом к поворотной площадке. Вы можете закрепить свой датчик и любым другим удобным вам способом, лишь бы было надежно. Наш способ не является рекомендацией. Другой ракурс. Впоследствии мы дополнительно посадили датчик на поксипол и притянули винтом. Просверлили штатную уплотнительную резинку и вставили туда провода от влагозащитного разъема, потом припаяли провода от датчика. Ничего сложного.

Разновидности аналоговых коммутаторов, показанные на Рис. 7.1, могут быть реализованы на электронных элементах с управляемым сопротивлением, имеющим малое минимальное и высокое максимальное значения. Для этих целей могут использоваться диодные мосты, биполярные и полевые транзисторы. Вследствие неидеальности они вносят ряд статических и динамических погрешностей в коммутируемые сигналы. В числе основных источников погрешностей электронных аналоговых коммутаторов можно назвать следующие:

• проходное сопротивление электронного ключа не равно нулю во включенном состоянии и конечно в выключенном;
• наличие не равного нулю остаточного напряжения на замкнутом ключе при нулевом коммутируемом сигнале;
• нелинейная зависимость сопротивления ключа от напряжения (тока) как на сигнальном, так и на управляющем входах;
• взаимовлияние управляющего и коммутируемого сигналов;
• наличие целого ряда паразитных емкостей, одни из которых приводят к ослаблению высокочастотных составляющих коммутируемого сигнала при замкнутом ключе, другие — к просачиванию коммутируемого сигнала на выход при разомкнутом ключе, и, наконец, третьи обуславливают дополнительные связи между каналами, а также между управляющими и сигнальными цепями;
• ограниченный динамический диапазон коммутируемых токов и напряжений.

Ключи на биполярных транзисторах и в особенности на диодных мостах потребляют значительную мощность по цепям управления и имеют сравнительно большое остаточное напряжение, составляющее единицы мВ, что вносит заметную погрешность при коммутации слабых сигналов (менее 100 мВ). Такие ключи имеют высокое быстродействие (время переключения диодных ключей, выполненных на диодах Шоттки, достигает 1 нс) и применяются для построения сверхскоростных коммутаторов. В менее быстродействующих коммутаторах гораздо шире применяются ключи на полевых транзисторах.

Как известно, полевой транзистор в области малых напряжений сток—исток ведет себя как резистор, сопротивление которого может изменяться во много раз при изменении управляющего напряжения затвор—исток K_GS. На

Рис. 1.2а изображена упрошенная схема последовательного коммутатора на полевом транзисторе с управляющим /?-я-переходом.

Если в этой схеме управляющее напряжение E_CXRL установить меньшим, чем минимально возможное входное напряжение, по крайней мере, на величину порогового напряжения транзистора, транзистор закроется и выходное напряжение станет равным нулю. Для того чтобы транзистор был открыт, напряжение затвор—исток K_GS следует поддерживать равным нулю, что обеспечивает минимальное сопротивление канала. Если же это напряжение станет больше нуля, управляющий р-п-переход откроется и выход коммутатора окажется соединенным с цепью управления. В схеме Рис. 1.1а равенство нулю обеспечить не так просто, поскольку потенциал истока меняется согласно изменению входного сигнала. Наиболее простой путь преодоления этой трудности показан на Рис. 1.26.

Рис. 7.2. Последовательный коммутатор на полевом транзисторе с управляющим р-я-персходом: a — упрощенная схема, б — с ограничением максимального управляющего напряжения цепью VD—R

Если напряжение E_CTRL ус- тановить большим, чем максимально возможное входное напряжение коммутатора, диод VD закроется и напряжение KiS будет, как это и требуется, равно нулю. При достаточно большом отрицательном

управляющем напряжении диод будет открыт, а полевой транзистор закрыт. В таком режиме работы через резистор R течет ток от источника входного сигнала в цепь управляющего сигнала. Но это не мешает нормальной работе схемы, так как выходное напряжение коммутатора в этом режиме равно нулю. Однако если цепь входного сигнала содержит разделительный конденсатор, последний при закрытом транзисторе коммутатора зарядится до отрицательного уровня управляющего напряжения, что приведет к полному нарушению работы схемы.

Рис. 7.3. Последовательные коммутаторы с ключами на МОП-транзисторах:

а — на я-канальном МОП-транзисторе, б — на КМОП -транзисторах

Проблемы подобного рода не возникают, если в качестве ключа использовать полевой транзистор с изолированным затвором (МОП-транзистор).

Его можно переводить в открытое состояние, подавая управляющее напряжение большее, чем максимальное входное положительное напряжение, причем и в таком режиме работы ток затвора будет равен нулю. Таким образом, в этой схеме коммутатора отпадает необходимость в диоде и резисторе R_. Схемы коммутаторов с ключами на МОП-транзисторах приведены на Рис. 7.3.

При разработке данной схемы ставилась задача сделать компактную универсальную плату коммутатора, которая позволяла бы быстро и без перепайки деталей повторить разные варианты существующих промышленных образцов, из тех, которые можно купить в магазине. Выглядят они все примерно так, как показано на Рисунке 1.

Основной недостаток этих коммутаторов – низкая надежность. При этом ремонтировать их не представляется возможным, поскольку сама электронная плата в корпусе залита компаундом.

В Интернете можно найти множество вариантов электронных схем таких коммутаторов, и различия их, в принципе, незначительны. Каждый производитель делает схему под свой тип двигателя. На Рисунке 2 приведено несколько примеров таких схем.

Рисунок 2.

Варианты схем электронных коммутаторов.

Все эти схемы можно в изобилии найти в Интернете, как правило, без подробных описаний и конкретных примеров применения. Как видно, схемы различаются, в основном, наличием или отсутствием RC-элементов в цепи управляющего электрода тиристора и количеством диодов, что позволяет получать различные параметры управляющих импульсов и, таким образом, менять угол опережения зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

В данной статье приведен пример универсальной платы такого электронного коммутатора, позволяющей с помощью подстроечных элементов подобрать подходящий вариант без перепайки схемы. После настройки схемы с конкретным типом двигателя в различных режимах его работы все подстроечные элементы нужно будет заменить на постоянные, подобрав соответствующие номиналы.

Рисунок 3.

Принципиальная схема электронного коммутатора.

В схеме (Рисунок 3) использованы диоды 1N4007 (1000 В, 1 А) или любые с аналогичными параметрами, отечественный тиристор типа КУ202Н (можно поставить импортные, например 1N4202, BT151-400…800, TYN1012, 2P4M; они меньших размеров, и их выводы припаиваются к соответствующим проводникам печатной платы).

Для подключения внешних элементов (конденсаторов и дополнительного диода 1N4007) удобно использовать любые малогабаритные разъемы. На схеме они обозначены J1 … J4. Допустимое напряжение конденсаторов С, как и С1, должно быть не менее 400 В.


Рисунок 4.	Внешний вид прототипа электронного коммутатора.

Рисунок 5.

Печатная плата коммутатора (размеры 40 × 60 мм).

Рисунок 6.

Расположение деталей на печатной плате коммутатора.

Необходимо еще раз напомнить, что схема разрабатывалась как отладочная, поэтому для ее использования в реальных уличных условиях после всех настроек и регулировок следует заменить подстроечные элементы на постоянные с такими же или наиболее близкими номиналами и поместить плату в подходящий герметичный корпус, либо залить эпоксидной смолой или каким-нибудь другим изолирующим компаундом.

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.

Читайте также: