Представляю вашему вниманию схему пропорционального управления оборотами вентилятора охлаждения автомобиля в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.
Потребность данной схемы возникла во время перехода от механической термомуфты на электрический вентилятор.


Схема состоит из 3-х блоков. Блок управления питанием, блок контроля температуры и регулирования ШИМ, блок силового управления.

Блок управления питанием.
На автомобиле устанавливался достаточно мощный вентилятор (потребление порядка 20А при максимальных оборотах) поэтому было важно обеспечить стабильную и безопасную работу схемы по питанию учитывая работу ШИМ регулирования, которая дает жесткую, динамическую нагрузку с резкими фронтами. В схеме по питанию установлены достаточно емкие сглаживающие конденсаторы. В момент подачи напряжения, при заряде конденсаторов возникают очень большие токи, нужно было осуществить схему плавной зарядки сглаживающих конденсаторов. Я принципиально не хотел ставит механические реле. Выбор пал на доступный по цене и наличию интеллектуальный ключ U4 IR3310
При отсутствии напряжения на контакте ЗАЖИГАНИЕ, схема находится не в активном состоянии, ключ U4 выключен (максимальный ток утечки ничтожно мал, 15 µA, что практически никак не сказывается на состоянии аккумуляторной батареи при длительным простое автомобиля).
При подаче напряжения на контакт ЗАЖИГАНИЕ, через резистор R13 начинают заряжаться конденсаторы С12 – С17. При достижении напряжения на конденсаторах Vаккум. -2.4V срабатывает тригер шимитта на U5.1 который открывает ключ U4. Одновременно с этим, закрывается оптопара VO1, начинается заряд конднсатора C9 и мягкий старт генерации ШИМ U2 на TL494 (сразу при включении оптопара VO1 находиться в активном состоянии и не дает начать генерацию ШИМ до момента включения интеллектуального ключа U4).

Блок контроля температуры и регулирования ШИМ.
Собран на U2, популярной специализированной микросхеме ШИМ TL494. В качестве датчика температуры использован датчик U1 LM235 с линейной зависимостью напряжения от температуры. На C9 и R7 собрана схема мягкого старта, что обеспечивает плавный запуск оборотов вентилятора во всех режимах. Величина заполнения ШИМ сигнала (обороты электродвигателя) регулируются внутренним усилителем ошибки IN_1. Второй усилитель ошибки отключен. Резистором R2 задается порог температуры, при котором начинается вращение вентилятора. Резистором R5 задается коэффициент усиления усилителя ошибки, т.е. этим резистором мы настраиваем второй порог, температуру при которой обороты вентилятора достигнут максимума. Частота генерации ШИМ лежит вне диапазона человеческого слуха, 19.64кГц

Блок силового управления.
Используется достаточно мощный MOSFET транзистор Q1 IRFP064N, который с запасом по току и по мощности управляет 20-ти амперным электомотором. Т.к. транзистор Q1 имеет достаточно “тяжелый” затвор, поэтому используется специализированный драйвер U3 TC4420. При использовании N-канального Mosfet транзистора, подключение электромотора вентилятора получается двух проводным, без подключения к общей массе автомобиля. Для меня это было некритично, штатной системы охлаждения не было, поэтому делать совместимость по обшей массе не нужно было. К тому-же по N-канальные MOSFET транзисторы имеют существенно лучшие характеристики, цену и доступнее на рынке.

Детали и конструкция.
Термодатчик U1 LM235 устанавливается на силиконовой герметике в глухое отверстие болта М12, который в свою очередь вкручивается (на фум ленте) в нержавеющую трубку, вставленную на хомутах в разрыв тепловой магистрали на выходе из термостата. Трубку можно сделать самому или есть уже готовые трубки на автрынке. Можно придумать и иной вариант крепления термодатчика. Я сначала думал вкрутить болт с термодатчиком прямо в корпус термостата, просверлив и нарезав соответствующую резьбу. Но потом передумал, решил, что проще шланг разрезать и вставить вставку.
Конденсаторы C12 – C17 на напряжение минимум 25В и температурным диапазоном до +105°C
Резистор R15 5Вт
Резисторы R2 и R5 многооборотные.
Особое внимание нужно обратить на диод D3, он должен быть ультрабыстрым, отлично подходит BYV27-200 и на диодную сборку D1. При Работе ШИМ на достаточно мощную индуктивную нагрузку, которой является электромотор, возникают сильные обратные выбросы ЭДС самоиндукции электромотора. Для гашения обратных выбросов я использовал диодную сборку из двух диодов Шоттки, которые используются в компьютерных блоках питания. Но с диодами Шоттки нужно быть аккуратным, они очень хороши, достаточно быстрые и имеют маленькое падение напряжение на переходе, но очень легко пробиваются при превышении обратного напряжения! Я использовал достаточно высоковольтные диоды Шоттки VS-60CPQ150PBF.
Если подобных диодов нет, то вполне можно использовать более доступные ультрабыстрые диоды на ток порядка 15А (они обычно достаточно высоковольтные, на несколько сотен вольт и более). При выборе диода стараться подобрать с минимальным временем восстановления и меньшим прямым напряжение на переходе. Такой диод тоже будет отлично работать, только будет немного больше нагреваться чем диод Шоттки.

Печатная плата из двухстороннего стеклотекстолита. U4, Q1 и D1 установлены на общий радиатор через теплопроводящие прокладки. Радиатор использовал в виде алюминиевого уголка, на одной грани которого установлены элементы, а второй гранью уголок крепиться к металлическому шасси автомобиля для отвода тепла. При правильной топологии платы, особого нагрева элементов не происходит. Подключение силовых проводов от аккумулятора и к эекторомотору я использовал винтовые клеммы на плате под винты M4. Провода желательно делать как можно короче и достаточного сечения, особенно это касается проводов подключения самого электромотора. Я использовал провода по 7.5мм2 (по три провода 2.5мм2 в паралель).
При разводке платы нужно обязательно обратить внимание на правильное разделение сигнальных и силовых линий. Как питания так и земли. В одну точку делается подвод и с этой точки идет силовая линия на силовые элементы и с этой же точки идет отдельная линия на питание сигнальной части (питание ШИМ и т.п.). Если снимать питание на сигнальные части с какой-либо части силовой линии- то будет очень большая “грязь” по питанию в сигнальной части, что отобразиться на стабильности работы схемы. При правильной разводке платы, схема позволяет вывести диапазон ШИМ на частоту порядка 20кГц при сохранении крутизны фронтов управляющих импульсов и без существенного нагрева деталей. Больше всего нагревается интеллектуальный ключ на U4. На нем при максимальных оборотах вентилятора рассеивается до 3Вт. Q1 и D1 греются существенно меньше. Также нужно обратить внимание на достаточную толщину дорожек питания к драйверу U3, конденсатор C7 нужно располагать как можно ближе к U3 и блокировочные конденсаторы C8 и C11 должны подключаться как можно ближе к соотв. выводам микросхемы. Также важно затвор транзистора Q1 располагать как можно ближе к выходу драйвера U3, в идеале по прямой кратчайшей линии через резистор R6. Все это приводит к тому, что получается минимизировать возможные просадки по питанию и отсутствие больших паразитных емкостей в цепях затвора силового транзистора. И как результат хороший фронт импульса и отсутствие паразитных потерь.

Первое включение.
Первое включение желательно проводить через автомобильную лампочку мощностью 40-60Вт (от фар) включенную вместо предохранителя F1. Это защитит от перегорания силовых цепей в случае если вдруг будут ошибки в монтаже. Электромотор и термодатчик пока не подключаем. Подключаем питание от аккумулятора и вывод ЗАЖИГАНИЕ подключаем к плюсовой схеме аккумулятора. Если лампа не загорелась (может кратковременно и незначительно загореться в момент включения), тогда ошибок в монтаже нету, можно лампочку убрать и поставить предохранитель.
Далее вместо нагрузки- электромотора, подключаем автомобильную лампочку-нагрузку от габаритов, 5Вт (можно любую другую, не сильно мощную). Движки резисторов R2 и R5 ставим примерно в среднее положение. Подключаем питание от аккумулятора и на вывод ЗАЖИГАНИЕ подключаем к плюсовой схеме. Примерно через секунду должен загореться светодиод D5 Питание. Должна загореться лампочка-нагрузка в полный накал (при обрыве или отсутствии датчика температуры ШИМ переходит на максимальное заполнение). Если лампочка загорелась, тогда подключаем датчик температуры. Лампочка как может продолжать гореть, так может и перестать гореть. Вращая построечный резистор R2 добиваемся того, чтобы лампочка начала гореть в пол накала. Если после этого взять в руку датчик температуры или поднести паяльник, то интенсивность свечения лампы начнет увеличиваться. В таком случае ШИМ регулятор собран и отслеживает температуру датчика.

Настройка температурных порогов.
Для настройки понадобится или хороший цифровой вольтметр или термометр.
У меня обычный атмосферный дизель и температура открытия термостата составляет 86 °C. За нижний порог я взял именно эту температуру. Температуру, при которой вентилятор будет работать на максимальных оборотах я взял равной 94 °C. У вашего автомобиля эти значения могут отличаться. Это для примера.
Я предпочел настраивать пороги дома на стенде, хотя можно настроить и сразу на автомобиле.
Берем термодатчик, вставляем его в небольшой кусочек пенопласта и бросаем его в кастрюлю с водой с таким расчетом чтобы пенопласт плавал на поверхности, а часть датчика была погружена в воду. Начинаем нагревать воду. При 86 °C вентилятор должен начать уверенно вращаться на небольших оборотах. Это настраиваем резистором R2
Далее нагреваем воду до 94 °C и с помощью R5 добиваемся чтобы при этой температуре обороты достигли максимальных. Это можно отследить по потребляемому току амперметром (ток перестанет увеличиваться) или осциллографом по максимальному заполнению ШИМ (95%).
В моем случае стартовая точка 86 °C + диапазон усиления настроен таким образом, что максимальные обороты при 94 °C. При изменении температуры на 8°C обороты изменяются от минимальных до максимальных. Если я теперь изменю положения R2 к примеру, на 80°C не трогая R5, то у меня получится рабочий диапазон от 80+8=88 °C
Таким образом можно без проблем настроить нужную нам стартовую температуру и нужный диапазон.
Можно настроить диапазон без термометра, просто имея цифровой вольтметр.
Термодатчик LM235 имеет линейную зависимость напряжения от температуры и напряжение на датчике легко просчитывается по формуле 273.15 +t = напряжение в милливольтах.
Можно просто измерять напряжение на датчике вольтметром.
при 86°C
273.15-86=187.15мВ=1.8715В
при 94°C
273.15-94=179.15мВ=1.7915В

Несколько слов про частоту ШИМ.
При частоте ШИМ 1-2кГц выяснилось, что сам электромотор превращается в некоторое подобие электроизлучателя, начинает достаточно сильно и противно пищать. Учитывая, что у меня микроавтобус и мотор находиться под сиденьем водителя, то перспектива поставить себе под сиденье такого себе сверчка особо не радовала). Решил выводить диапазон ШИМ вне звукового. На форумах высказываются различные мнения касательно того, какая частота ШИМ оптимальна. Есть мнения что на высоких частотах электродвигатель уже может нормально не работать, сильно теряет тягу и прочее. Задал частоту порядка 20кГц, то никакого писка уже совершенно нету. И что меня удивило, что электромотор достаточно неплохо себя чувствует при работе на этой частоте. Делал замеры, если использовать частоту 20кГц, то тяга электромотора становиться совсем незначительно меньше (примерно до 10%) по отношению к тому, если используется частота ШИМ 1кГц.

На автомобиле данное устройство отработало сезон. Нареканий никаких нет. Даже в самую сильную жару стрелка термометра стоит стабильно в середине температурного диапазона. Что меня радует, существенно снизился шум, как результат снятого ненужного ремня и массивной термомуфты.

Спасибо за внимание, с уважением Виталий

В двух словах, для чего это нужно? Чем лучше классического дискретного управления?

В современных авто оно уже не дискретное.

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати

если бы...
видел даже такой прикол, управление вентилятором при помощи мосфета на плате управления, но предусмотрено всего 2 режима, половина скорости и максимум.
в итоге вентилятор включается, мотор остывает, вентилятор выключается, и так по кругу, температура соотвественно скачет на 10 градусов и выше.
что помешало сделать плавное изменение скорости при том что шим регулировка и так есть...?
возможно заменили дорогое реле на дешевый транзистор, а логику управления переписывать не стали.

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей.

Подробнее>>

скажите зачем? обычный электоромеханический датчик включает при 93+ и выключает при 80- вентилятор на миленах машин а на древних стоял просто ременый шкив и вентил крутил всегда потом муфту к шкиву приделали и наконец двигло....
делат ПИ ПИД ткм совсем не к чему зачем усложнять систему ? точности в 10-20 град за глаза, хватает все что требаи -чтоп не закипеть можно еще датчик давления приладить и поправки вносить но зачем ? почему на тоетах/.нисане толко вкл выкл на коннтактном да дачике? и никто не плачет

Новый аккумулятор EVE серии PLM для GSM-трекеров, работающих в жёстких условиях (до -40°С)

Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре. Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.

Подробнее>>

В большинстве случаев, в классическом варианте легкового автомобиля штатная система охлаждения вполне справляется со своей задачей за счет набегающего встречного потока воздуха. Электровентилятор охлаждения имеет более функцию защитить автомобиль от перегрева в таких случаях, как продолжительный подъем, долгое движение в пробке и подобное. Для этого вполне достаточно при достижении определенной температуры, включить электровентилятор и по гистерезису(при охлаждении)- выключить.

В моем автомобиле(микроавтобус), стояла механическая теромуфта, которая постоянно вращала крыльчатку вентилятора, при этом менялись обороты крыльчатки в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Это было конструктивно необходимо, т.к. радиатор находиться в таком месте, где очень ограничен набегающий поток воздуха. Т.е. в отличие от классического легкового автомобиля, где вентилятор достаточно редко включается и его включение можно рассматривать как некий режим предотвращения перегрева, в моем случае требуется постоянное вращение вентилятора чтобы обеспечить нормальный режим охлаждения двигателя.
Если бы я поставил просто термодатчик с гистерезисом и реле- то в итоге получил-бы постоянное клацанье релюшкой и качели гистерезиса.

В принципе даже на обычных автомобилях, установка подобной системы позволит увеличить ресурс электоромотора вентилятора. Не будет неприятных резких, динамических включений вентилятора на полную мощность, будет работать тише, т.к. не в большинстве случаев не будет работать на полных оборотах и прочее. Масса плюсов.
Сейчас, насколько мне известно, многие производители уже делают ступенчатые режимы работы вентилятора охлаждения. Не уверен что плавную регулировку оборотов делают. Как минимум пару ступеней делают- это точно.

Идея с ШИМ для вентилятора так же необходима , как и заточка карандашей на ЧПУ . Очередная "глажка шнурков" .

Впрочем в качестве " электронной вискомуфты " , для апгрейда древнего авто имеет смысл заморочиться.

Я вначале решил вообще заманьячить и сделать ПИД регулятор на AVR. Потом помыслил и понял что достаточно ПИ регулирования (дифференциальную составляющую можно исключить, т.к. мотор железяка достаточно массивная и температуру меняет достаточно медленно). Даже начал чего-то кропать в свободное время). Потом решил сделать как промежуточный вариант, только пропорциональное регулирование, аналоговое. Посмотреть как стабильно будет держаться температура двигателя. Когда собрал и протестил, то понял что обычного пропорционального регулирования мне хватит за глаза. Температура держится стабильно и нету никакого смысла мочится с ПИД регулятором.

Температуру ОЖ поддерживает термостат, вентилятор у радиатора и в самом деле - вспомогательное устройство... Сейчас мода на включение вентилятора по показаниям датчика температуры блока, а ведь это не совсем правильно, датчик в бачке радиатора объективнее! .как уже писал, у меня (на Оке...) был случай, когда нарушение работы датчика (включал вентилятор уже при 40 градусах...) термостат не открылся и двигатель вскипел... Нужно резервирование и вентилятор должен работать только тогда, когда в нём есть необходимость, т.е. температура ОЖ на выходе радиатора больше рабочей температуры двигателя - вот на выходном патрубке и должен стоять датчик включения...

Можно было и проще