Генератор импульсов на основе эффекта Холла

Принцип эффекта Холла обсуждался в гл. 2. Системы зажигания на основе эффект Холла стали очень популярны среди многих изготовителей. На рис. 8.9 показан типичный распределитель зажигания с датчиком Холла. По мере вращения центрального вала распределителя, лопасти, прикрепленные к ротору, поочередно закрывают и открывают чип датчика Холла. Число лопастей соответствует числу цилиндров. В системах с постоянной фазой акт ваий и она определяется шириной лопастей. Лопасти периодически прерывают магнитное поле. В результате устройство создает выходной сигнал почти прямоугольной формы, который легко использовать для переключения других электронных схем. Три вы­ вода распределителя отмечены символами «+, 0, — Выводы <+* и «-*, являются выводами ятя подключения напряжения питания, а вывод «О» ~ сигнал выхода. Как правило, выходкой сигнал датчика Холла будет переключаться между уровнями О В и 7 В, как показано на рис. 8.10. Напряжение

питания берется от блока управления зажиганием и в некоторых системах стабилизировано приблизительно на уровне 10 В, что предотвращает изменение выходного сигнала датчика при запуске двигателя. Распределители на основе эффекта Холла очень распространены из-за высокой точности и долговременной надежности. Они подходят для использования и в системах 2 постоянной фазой активации, и в системах с постоянной энергией. Действие генератора импульсов на основе эффекта Холла можно легко проверить вольтметром постоянного тока или логическим пробником. Отметим, что испытания ни в косм случае нельзя выполнять омметром, поскольку напряжение от омметра может повредить чип датчика.

Индуктивный генератор импульсов

Индуктивные датчики импульсов для создания сигнала используют принцип индукции. Типичный вид сигнала показан на рис. 8.11. Существует много типов таких генераторов, но все работают с использованием катушки проводов и постоянно­ го магнита. Распределитель, показанный на рис. 8.12, имеет катушку провода, намотанного на датчике. По мере вращения редуктора' магнитный поток изменяется за счет его выступов. Число выступов или зубцов на редукторе соответствует числу цилиндров двигателя. Зазор между редуктором и датчиком влияет на выходной сигнал, поэтому изготовители указывают рекомендованную величину зазора.

Другие генераторы импульсов

Ранее были известны системы «контакты, усиленные транзистором (transistor assisted contacts — ТАС), где контакты прерывателя были использованы в качестве механизма запуска других схем. Совершенно иной технический прием, который также широко использовался, — оптический генератор импульсов. Он включает в себя сфокусированный пучок света, испускаемого светодиодом в направлении фототранзистора. Пучок света прерывается вращающейся крыльчаткой, в результате выходной сигнал имеет вид меандра. Наиболее популярна эта система при замене обычных контактных прерывателей. На рис, 8.13 показан принцип действия оптического генератора импульсов. Отмстим, что луч сфокусирован, чтобы гарантировать точный момент переключения.

Управление углом активации (открытый контур) На рис. 8.14 показана блок-схема транзисторного модуля зажигания. Для изучения работы системы выбран генератор импульсов индуктивного типа. Чтобы понять, как управляют фазой активации, необходимо рассмотреть схему целиком. Первая часть схемы — стабилизатор напряжения, необходимый для обеспечения известных напряжений для заряда и разряда конденсаторов и предотвращения повреждений каких-либо компонентов. Эта часть схемы состоит из стабилитрона ZDX и резистора Я,. Диод £>; служит для зашить* от случай­ ной подачи напряжения обратной полярности. Чтобы блок запуска функционировал правильно, переменное напряжение, поступающее от генератора импульсов индуктивного типа, должно быть преобразовано в импульсы прямоугольной формы. Формирование выполняется электронной пороговой схемой, известной как триггер Шмидта. Эта схема формирует импульсы в блоке запуска. Схема формирования импульсов начинается с кремниевого диода Dy При данной полярности его включения базы транзистор» Т, достигают только импульсы положительной полярности от датчика. Импульсы отрицательной полярности не используются. Генератор импульсов индуктивного типа нагружен только на положительной полуволне управляющего переменного напряжения, поэтому из-за отбора энергии амплитуда её меньше, чем амплитуда отрицательной полуволны. Как только переменное управляющее напряжение. возрастающее от отрицательного значения, превысит порог срабатывания триггера Шмид­ та. транзистор 7, открывается и начинает проводить ток, а транзистор Т, закрывается. На выходе триггера формируется импульс с амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона- Это состояние переключения поддерживается до тех пор, пока переменное управляющее напряжение, теперь снижающееся от положительных значений, не упадет ниже порога срабатывания. Теперь транзистор Ту закрывается. База Т становится положительной, и Т2 открывается током, текущим через Ry Эк» изменение - (вкл. Т,)/(выкл. 7^) или (выкл. 7,)/ (вкл. Тг) — характерно для триггера и повторяется непрерывно, пока существует входной сигнал. Диоды Ov ), и я, введены для обеспечения температур­ ной компенсации режима транзисторов триггера.

Энергия, накопленная в катушке зажигания, может быть использована благодаря секции активации в блоке запуска. Период активации начинается, когда открывается транзистор Т.. Сформированный км прямоугольный импульс тока открывает транзистор ТА, а он, в свою очередь, включает выходной каскад. Ток транзистора ТА приводит в действие мощный выходной ключ (пара Дарлингтона). В этой схеме Дарлингтона ток, текущий к балу транзистора Гч, усиливается и подастся в базу транзистора Tt. Далее благодаря ключу Г(, через катушку зажигания может течь мощный ток -первичной цепи. Первичная обмотка подключена к коллектору этого транзистора. Пара Дарлингтона функционирует как один транзистор и часто описывается как каскад усиления мощности. Для реализации переменного времени активации применяется время задающее схема, использующая емкостные и резистивные элементы. В результате можно получить достаточно высокое напряжение искры в свече зажигания при любом режиме эксплуатации двигателя. Эта схема поочередно заряжает и разряжает конденсаторы через резисторы. Она представляет схему управления активацией с открытым контуром, поскольку комбинация резисторов и конденсаторов обеспечивает фиксированную зависимость времени активации как функцию частоты вращения двигателя. Конденсатор и резисторы /?„ и Rv образуют резистивно-емкостную схему. Когда транзистор Т2 закроется, конденсатор Cs будет заряжаться через Д, и базоэмиттерный переход транзистора Ту .При низкой чистоте вращения двигателя у конденсатора будет время, чтобы зарядиться практически до напряжения стабилизации стабилитрона ZDV В течение этого времени транзистор Тл открыт, и через транзисторы Т4, Т> и Ть включено питание катушки зажигания. В момент зажигания ключ Тг .открывается, и теперь конденсатор С, может раз­ рядиться через и Тг Транзистор Т} остается закрытым все время, пока разряжается Сг Время разряда (которое зависит от того, до какого напряжения заряжен Cs), отодвигает начало следующего периода активации. Наконец, конденсатор С5 разрядится и начнет новый цикл заряда в противоположном направлении через /?,, и Г2. Когда напряжение на базе 7\ достигнет приблизительно 0,7 В, он снова откроется и останется открытым до тех пор, пока Т2 не откроется вновь. По мере увеличения оборотов двигателя доступное для конденсатора С, время заряда уменьшается. Это означает, что он получит При заряде меньший уровень напряжения и, следовательно, следующий разряд произойдет раньше. Вследствие этого ключ Г, также откроется раньше и, следовательно, результатом будет более длительный период активации. Компоненты, не упомянутые в этом объяснении, - ото элементы защиты против противо-э.д.с. катушки зажигания ( ZD ^ D) и цепь, предотвращающая слишком малые значения периода активации (ZD2 и С4). Блок запуска импульсных генераторов с эффектом Холла функционирует подобно вышеприведенному описанию, но для него не требуется триггер Шмидта. Гибридные блоки запуска зажигания значительно меньше по размерам, чем тс, которые используют дискретные компоненты.

На рис. 8.15 показан вид такого типичного блока.

Ограничение тока и замкнутый контур управления фазой активации

Ограничение тока первичной цепи зажигания гарантирует, что система не будет повреждена чрезмерным первичным током и при этом работает как часть системы с постоянной энергией. Первичный ток может расти до заданного максимума так быстро, насколько это, возможно, затем удерживается на этом значении. Значение этого тока рассчитывается, а затем фиксируется в конструкции модуля управления. Поскольку при объединении контроля тока первичной обмотки с управлением фазой активации фактическое значение тока подается обратно на каскады управления, этот способ известен как управление с замкнутым контуром. В этой схеме используется высокоточный резистор с очень низким сопротивлением. Резистор соединен последовательно с мощным транзистором и катушкой зажигания. Пороговая схема, реагирующая на пропорциональное току падение напряжения на этом резисторе, при определенном напряжении заставит мощный каскад зафиксировать ток. На рис. 8.I6 показана блок-схема управления фазой активации по принципу замкнутого контура.

На тот случай, когда зажигание включено, но двигатель не работает, предусмотрена блокировка тока через катушку зажигания. Во многих случаях это достигается простой схемой таймера, которая будет блокировать выходной каскад приблизительно через одну секунду.