Зимний пакет, ч.2 — Электронагреватель в печку (PTC Heater)

"Здравствуйте, уважаемые друзья!" (с) Д. Губерниев, спортивный комментатор
Ну и от меня лично — "фсем превед"!

Начну этот пост, пожалуй, но он ещё неоднократно будет добавляться и меняться. Так как пока всё в работе и экспериментах. А создал тему сейчас потому, чтобы "зимний пакет" из всех задуманных частей шёл по порядку, а также, пока зима не кончилась (актуальность типа)), так как летом это никому не будет интересно.

Немного личной истории на тему: мой предыдущий авто, хоть был и дизельный, но в нём было гораздо теплее в первые 15 — 30 минут. А всё потому, что хоть и стрелка температуры ещё лежит, но через 3 минуты из воздуховодов начинал дуть тёплый воздух. "Виной всему" так называемый PTC (Positive Temperature Coefficient) нагреватель, который Тойота ставит в дизельные машины для зимних широт. Ну а нам, бензинщикам что, мёрзнуть теперь чтоли? Не хотим ))
Поэтому начал исследования моего отопителя, вооружившись схемой штатной электропроводки от дизеля, чтобы восполнить этот пробел комплектации.

Отдельное спасибо людям с Драйва, которые разъяснили принцип работы данного девайса. Повторяться не буду, а просто дам ссылки:

Раз
Два.

Именно эти два драйвовчанина и накидали мыслей, чтобы запустился процесс собственного думанья ))
Разве что управление решил сделать по своему алгоритму. Более автоматизировать, чтоли, причём, без покупки дорогущих мозгов климата или отдельной кнопки.

-----------------

Исследуем печку Форча:
Первая радость: отопитель пилить не надо — штатное место есть!

-----------------------

Где установлена вот такая заглушка. Обмерив её, начал мониторить Авито и Дром

------------------

В который раз убедившись, что хоть у некоторых деталей номера и разные, они, по сути, одинаковые.
По штатному номеру на Форч и Хайлакс такая деталь есть только за границей, на ебее, и за деньги под 10Круб
Однако, найдя такую штуковину от Лексуса на Фарпосте, за 1500 р., рискнул купить и не прогадал. Размеры абсолютно такие же, мощность вполне устраивает.
600W они вроде и ставят в эти машины.

Запчасти на фото: 2948000023

-------------------

Теперь — про управление. А его хочется приблизить к штатному (автоматизация процесса), но при этом не покупать ещё кучу девайсов типа A/C Amplifier, а также сделать условия включения более понятными, так как в сети полно мнений, как оно фунциклирует у кого оно есть, но однозначного нет: когда точно оно включается-то?

Решил для себя сделать примерно так (накидал на коленке структуру системы, а потом начал обдумывать):

--------------------

Основные значения:

1. Только при работающем вентиляторе!
2. Только в крайней точке движка температуры "на максимум".
3. Включаться после запуска двигателя примерно через минуту, чтобы аккумулятор немного перестал быть "коротким замыканием" в мороз, и генератору было чуть легче.
4. Следить за температурой двигателя и ступенчато отключать ТЭНы по температурным точкам: 60-65 гр (откл PTC3), 70-75 гр (откл PTC2), 80 гр. (откл основного, PTC1)
5. Сделать индикацию всех трёх режимов (люблю всё мониторить)))

Сперва добрался до штатного датчика, подключил к OBD Techstream, а к датчику мультиметр, и промониторил напряжение на штатном датчике в температурном диапазоне 20 — 80 градусов.

----------

Вышло так:

-----------

Три точки отключения ТЭНов определились:
0.9В, 0.7В, 0.55В

Теперь настало время определиться с компаратором, который будет эти напряжения отслеживать и отключать релюхи. Проблема в том, что обычный компаратор не пойдёт (а ведь хотелось сходу применить индикатор уровня на LM3914, где на каждом выходе на светодиод соответствет напряжение на входе, причём рабочий диапазон можно сузить до 1.2 вольта, с 10-ю точками через 0.12В

---------------

Однако может возникнуть дребезг контактов реле около порога переключения, поэтому начал рассчитывать три триггера Шмитта с нужным гистерезисом.
Но блин, нужные точки так рядом и так низко, что любая аналоговая схема может (и скорее всего, будет) ошибаться
А цифровым триггерам нужен переход между уровнями — половина напряжения питания. На напряжение 1 вольт я не встречал таких элементов, поэтому понял, что по простому не получится.

--------------------

Стало быть, плавно мы пришли к микроконтроллерам, где всё гибче и настраиваемей )))) Но вот незадача: не умею я писать программы на языках машинного кода С++ или Ассемблер. Когда я учился, такого ещё не было. Максимум, что делал в этом плане не так давно — заливал в Attiny13 готовую прогу через USBasp …
Ну и на МК же можно не только как угодно управлять любыми процессами, но и таймеры понавключать, и плавно, по одному разжигать ТЭНы, а не только гасить по точкам… И т.д., и т.п.

Поэтому сейчас ищу программиста, который за вменяемую сумму накидает прогу.
Рассмотрю предложения, как говорится, ау! ))) AVR, или Ардуино, без разницы, припаяем что угодно )

-------------

Ну да ладно. Пока ищется программист, разбираем провода (уж в этом-то мы понимаем)))
Заглянув в оригинальную схему PTC, видим, что понадобятся три релюшки, которые питают ТЭНы от штатных предов, из которых два есть в блоке предохранителей, но третьего нет. Нужно разбирать коробку, смотреть, есть ли там вообще силовые провода, и куда они идут.
А пока что, согласно штатной схемы и наличию живого ТЭНа, были измерены сопротивления по его гребёнкам, прикинуты по закону Ома к 14 вольтам и примерно стали понятны токи через спирали.
Нехило!

--------------

Ну и закуплены мощные клеммы, заготовлены куски проводов на 6 квадрат для PTC1, и 4 кв. мм под 2 и 3
Буду тянуть опять же не по штатной схеме (через всю торпедо с разъёмами посередине), а по канонам силовой электрики — минимальным путём и минимальной длиной.

Но PTC мы запустим, я уверен! Ещё целых два месяца зимы.

----

Продолжение следует …

--------------------------------------------------

UPD: поскольку с МК мне никто не помог — придумал таки схему на дискретке. Тут я что-то понимаю. И главное — оно работает (после нескольких отладок)!

Сердцем прибора является набор компараторов на базе LM3914, поскольку обычный триггер Шмитта на ОУ нереально рассчитать на такие низкие и близкие напряжения (гистерезис там, и всё такое)
А у этой микросхемки есть чёткие точки, и даже в даташите есть схема с гистерезисом. Правда он небольшой, в несколько мВ, но не помешает. А дальше посмотрим.

*Для тех, кто не знает. Гистерезис — это разница напряжений между включением и выключением ступени. Для того чтобы релюшки не трещали в пределах порога переключения.

------------

Итак, берём схему из даташита и лепим к ней нужные нам детали.
Три нужных нам значения выходных напряжений на порогах переключения (согласно ранее проведённым замерам на штатном датчике температуры) будут реализовываться на 13, 14, и 15 ногах микросхемы, поэтому ничего более не придумал, как последовательно с этими светодиодами воткнуть оптопары, которые уже будут управлять ключами, которые будут управлять релюхами, которые будут коммутировать "силу" на ТЭНе
Ну а чтобы выполнить ещё ряд условий, на вход сделал таймер на NE555, который будет запитывать схему через минуту после включения зажигания, а питать всю эту схему от реле HTR, которое выключается, если вентилятор обдува салона находится в положении OFF. Ну и чтобы ТЭНы работали только в положении "Темп Макс", на крутилку установлен геркон с магнитом.

Совершенно случайно тот самый гистерезис (чтобы релюхи не "зуммировали"), нашёлся таким образом:
Между базами и эмиттерами выходных транзисторов, были установлены конденсаторы, причём таким образом, что заряжаются они разное время — ёмкости увеличены с каждой ступенью. Так что, помимо устранения дребезга контактов релюх, получилось сделать ещё и ступенчатое включение, с интервалом где-то в 2 секунды: сперва PTC1, потом 2, потом 3. Всё для того чтобы уменьшить мгновенную нагрузку на генератор, и чтобы было красиво ))) В первой ступени конденсатор 220 мкф, только чтобы убрать дребезг контактов, во второй 2200, в третьей — 4700. Это уже таймеры. Резисторы во 2 и 3 ступенях тоже немного изменены, чтобы время зарядки конденсаторов подровнять.

------------------
Будет так:
Завёл машину
Включил печку (ну или она уже включена. В смысле, вентилятор)
Крутанул темп. на макс.
Через минуту вся эта штука включается так: Раз … Два … три, с соответствующей индикацией.
По достижению нужных температур ОЖ, ступенчато отключается, только наоборот: 3 … 2 … 1 …OFF
Отменить можно всё либо убрав с максимума температуру, либо выключив вентилятор

----------------

Итак, собственно, схема:

Запчасти на фото: KX220, Nexen KX220

-------------

Паяем на макетке (пока), а там посмотрим (потом стало лень всю эту кучу перепаивать на печатку, поэтому на макетке и осталось )))
Пока только "сердце" схемы с релюхами в нагрузке, к штатному датчику в машине

-------------------------

Всё работает! При 55 градусах отваливается PTC3, при 65 — PTC2, полностью выключается при 75 гр., когда уже ощутимо дует теплом от прогретого двигателя.

Ну и далее — плату на стол, паяем входной таймер, меняем 5 вольтовый стабилизатор с линейного на импульсный, ибо греется он, убираем лишние светодиоды с платы, оставляя только три нам нужных, которые последовательно с оптронами, напаиваем провода, и в корпус, это безобразие )))

-------------------------

Реализация магнита и геркона на крутилку TEMP.
Немного сопливо, но зато надёжно. Это клей Поксипол )))

---------------

Индикация.
Мне всегда не давало покоя вот это место: четвёртый треугольник в правой нижней половине управления климатом "как бы под то ли кнопку, то ли под датчик температуры"
Решил именно туда и установить индикацию. PTC1 — самый мощный режим — длинная полоса внизу, ну и далее по убывающей вверх.

Тонкое сверло, надфиль, плоские светодиоды Kingbright. Такая вот "пирамидка" получилась )

----------------

Силовые реле решил разместить под капотом. Там как раз пустая планка нашлась )))

------------

Раскладываем толстенные провода

---------------

В блоке предохранителей насчёт PTC всё пусто. И даже несмотря на то что строенный силовой предохранитель установлен, как минимум на 1 и 2 ступени (слева вверху розовая "тройка", правее неё — вынутая "тройка", посередине — нужная нам цепь, в данном примере — PTC1)

------------------------

При вынимании оного, всё что касается PTC — ответного контакта на выход нет
Так что придётся и это "заряжать"

В данный момент всё это коммутирую по машине, времени не хватает, а работы, как вы видите, много

Но ТЭН вместо заглушки уже засунул )) И продувается он, я вам скажу, лучше, чем тот кусок пластмассы с дырками, который там стоял ))

--------------

Ещё нужно придумать, как бы увеличить прогревочные обороты двигателя в то время, пока PTC запущен.
Мысли есть.
Пойду испытывать.

Поэтому, продолжение следует.
А зима закончилась почти )))))

-------------------------

UPD2: установил — подключил!
Всё работает, но, судя по всему на первую ступень нужно ёмкость увеличить до 470 мкф, наверное, так как стоя на месте увидел несколько "взмаргиваний" до полного отключения ступени.
Второе: не пойму, почему на запущенной схеме при убирании регулятора (размыкании геркона) схема продолжает работать! Откуда оно берёт питание, если мы вход на 5 вольтовый стабилизатор рубим, не пойму. Но теперь как понял )) 555 таймер, при отсутствии питания слева, получает его справа, через замкнутый контакт реле. Стало быть, ставим диод (красным вверху дорисован), и всё пройдёт, наверное. Пока не проверял, так и работает первоначальная схема.

Запчасти на фото: KX220

Результат нравится! В -14, машина в салоне становится значительно быстрее тёплой! Ледяной воздух из отопителя, конечно сильно задувает фен, так что ни о каком максимальном режиме вентилятора нет и речи! На втором положении, через пару минут, воздух из дефлекторов становится просто не ледяной, что лицом ощущается сразу.
Тёплый он уже тогда, когда стрелка чуть тронется (то есть градусов 40 в двигателе), так что температура фена сильно зависит от температуры проходящегго сквозь него воздуха. Он как бы работает синхронно прогреву мотора, но процесс идёт чуть раньше.

--------------------------

Блочёк установлен тут, под ЭБУ, на стяжках. Отсюда берёт питание (реле HTR рядом), тут же нюхает температуру (на ЭБУ):

-----------------

Силовые провода заряжены в штатные места в блоке предов (весь вечер возился)
Вот они, внизу: два коричневых на 4 квадрата и один красный 6 квадрат. Всё уложено со штатными, закреплено, и не видно колхоза (отмою под капотом и покажу):

---------------

На сам ТЭН напряжение подводится одиночными клеммами, силовыми, да, но всё это болтается, даже фотать не стал.
Ищу оригинальные разъёмы, короче:

90980-10903
90980-10956

--------------
UPD: с разъёмами помогли китайские друзья.
В итоге всё держится, как в оригинале.

---------------------------

Индикация тоже работает, нужна она хотя бы для отладки в процессе эксплуатации, да и просто нравится. Люблю всё мониторить))

Так что, оно работает, но требует небольшой подстройки ))
Стало быть, продолжение следует )