Automatyczny sterownik świateł do jazdy dziennej

Aby były bezpieczne dla nas i dal innych użytkowników drogi, światła zainstalowane w samochodzie muszą spełniać kilka warunków:

• Ich wiązka powinna być skupiona eliptycznie, świecić na wprost, czyli tak samo, jak światła drogowe.
• Światłość w osi świecenia minimalnie 400 cd, maksymalnie 800 cd.
• Kątowy rozkład natężenia jest symetryczny i jest opisany w przepisach (aneks nr 3), ale na przykład wymaga się minimalnie 70% światłości w pionie dla kąta 5 stopni i minimalnie 20% jasności dla kąta 10 stopni. W poziomie wymagania minimalne są następujące: 90% dla 5 stopni, 70% dla 10 stopni, 25% dla 20 stopni.

Jak z tego wynika, optymalna wiązka eliptyczna, skupiona, skierowana osią główną na wprost, czyli równolegle do osi podłużnej pojazdu. Drugi wniosek jest taki, że jako zamiennik świateł do jazdy dziennej można użyć świateł drogowych, również po obniżeniu ich mocy do około 20 W na lampę, tak aby w osi nie emitowały więcej niż 800 cd i mniej niż 400 cd. Dodatkowo, te światła myszą wyłączać się po załączeniu świateł mijania.

Aby obniżyć moc świateł do 20 W należy obniżyć napięcie do około 6 V na przykład za pomocą stabilizatora liniowego lub przebiegu PWM. W swoim sterowniku wykorzystałam modulację PWM, co znacząco obniżyło moc wydzielaną w elemencie kluczującym i pozwoliło zrealizować łagodne rozjaśnianie żarówek świateł drogowych.

Opis układu

Rysunek 1. Schemat ideowy sterownika świateł dziennych

Schemat ideowy sterownika świateł do jazdy dziennej pokazano na rysunku 1. Podczas jego projektowania największą uwagę poświęcono takiej konstrukcji, aby ułatwić i uprościć jego montaż w samochodzie. Dlatego jest od dołączony bezpośrednio do akumulatora. Światła zostają zaświecone, gdy alternator zacznie ładować akumulator, a napięcie w instalacji wzrośnie powyżej 13,2 V. Spadek napięcia poniżej 13,2 V powoduje wyłączenie świateł dziennych, ponieważ jest on sygnałem wyłączenia silnika.

Głównym elementem sterownika jest układ scalony U1 (SG3524). Jest to generator przebiegu PWM przeznaczony do zastosowania w przetwornicach napięcia. Dzięki wbudowanemu w strukturę układu komparatorowi i sprzężeniu zwrotnemu jest możliwe utrzymanie stałej mocy świateł, niezależnej od napięcia w instalacji pojazdu. Zasilanie z akumulatora zostaje podane na wyprowadzenie 1 złącza CON1 poprzez rezystor R1 i kondensatory C2 i C3, które filtrują napięcie zasilania układu U1.

Dalej, poprzez dzielnik napięcia złożony z R11 i R15, napięcie jest podawane na wejście odwracające komparatora U2. Na wejściu nieodwracającym panuje połowa napięcia referencyjnego dostępnego na 16 nóżce układu SG3524. Napięcie referencyjne stanowi zasilanie komparatora. Kondensator C8 filtruje napięcie zasilanie układu U2. Ponieważ wydajność prądowa źródła napięcia referencyjnego wynosi około 50 mA, to jest wystarczająca do zasilania komparatora i rezystorów dzielników napięcia.

Na wyjściu komparatora znajduje się obwód złożony z rezystora R3 i kondensatora C9 odpowiedzialny za filtrowania sygnału wyjściowego z komparatora, który zapobiega reakcji układu na krótkie spadki napięcia w instalacji samochodowej (na przykład przy załączeniu wentylatora chłodnicy) oraz zapewnia powolne gaszenie świateł po wyłączeniu silnika. Napięcie z kondensatora C9 trafia na wejście SHUTDOWN układu U1. Poziom wysoki na tym wejściu powoduje wyłączenie sterownika PWM w konsekwencji wyłączenia świateł. Kondensator C1 i rezystor R7 ustalają częstotliwość pracy sterownika PWM na około 4 kHz.

Rezystor R8 i kondensator C7 stanowią układ całkujący napięcie wyjściowe sterownika i poprzez dzielnik złożony z rezystorów R9 oraz R10 trafia na wejście odwracające wzmacniacza błędu zawartego w układzie U1. Kondensator C6 wygładza napięcie. Na wejście nieodwracające jest podawana połowa napięcia referencyjnego - wynosi ono 2,5 V. Ten obwód jest odpowiedzialny za stabilizowanie mocy dostarczanej do zasilania świateł dziennych.

Na wyprowadzeniu 9 układu U1 jest dostępne napięcie stałe z wbudowanego wzmacniacza błędu. Dzięki dołączeniu do niego kondensatora C5 zrealizowano łagodne rozjaśnianie świateł, co w zamierzeniu ma wydłużać czas eksploatowania żarówek reflektorów. Kondensator C4 filtruje napięcie referencyjne. Do złącza CON2 jest doprowadzona masa układu i napięcie po włączeniu świateł mijania. Tranzystor T4 wraz z rezystorami R13 i R14 tworzą klucz elektroniczny, który zamyka się, gdy są włączone światła mijania.

Rezystor R17 ogranicza prąd rozładowania kondensatora C5 po otwarciu tranzystora T4. Elementem wykonawczym jest tranzystor T2 z kanałem typu P (IRF9540N). Dioda D2 z rezystorem R5 zabezpieczają bramkę tranzystora przed przebiciem, ponieważ napięcie w instalacji samochodowej w nowoczesnych samochodach może przekroczyć 15 V. Tranzystor T1, dioda D1 i rezystor R2 stanowią obwód rozładowania pojemności bramki tranzystora mocy.

Montaż i uruchamianie

Rysunek 2. Schemat montażowy sterownika świateł dziennych

Schemat montażowy sterownika pokazano na rysunku 2. Zmontowano go na płytce jednostronnej z użyciem elementów przewlekanych. Montaż jest typowy: na początku montujemy zwory, następnie rezystory, kondensatory, diody, tranzystory (oprócz T2), kondensatory elektrolityczne i układy scalone. Nie należy montować złącz CON1 i CON2, ponieważ przewody należy przylutować bezpośrednio do płytki drukowanej. Montaż tranzystora T2 zostawiamy na koniec, ponieważ jest on montowany od strony druku, aby można było go przykręcić do metalowej obudowy w celu odprowadzania ciepła.

Układ nie wymaga uruchamiania. Złożony ze sprawnych elementów działa od razu po dołączeniu do instalacji samochodu. Jako obudowy najlepiej użyć kawałka ceownika aluminiowego wiercąc w nim trzy otwory do przykręcenia płytki. Dwa skrajne otwory muszą zapewniać połączenia elektryczne z obudową, gdyż masy na płytce nie są ze sobą zwarte. Po zamontowaniu płytki do ceownika należy przykręcić tranzystor mocy pamiętając o tym, aby był on odizolowany od obudowy i posmarowany pastą silikonową w celu zmniejszenia rezystancji termicznej. Po zmontowaniu całość należy zalać żywicą epoksydową lub klejem silikonowym w celu zabezpieczenia sterownika przed wilgocią.

Układ po wyłączeniu silnika przechodzi w "tryb czuwania" i pobiera około 6...9 mA prądu, co jednak nie z powoduje szybkiego rozładowania akumulatora.

Montaż sterownika w samochodzie

Przed montażem sterownika należy upewnić się czy na lampach pojazdu są znaki homologacji RL lub DRL. Tylko w reflektorach z tymi oznaczeniami można użyć świateł drogowych w roli świateł do jazdy dziennej. Jeśli na reflektorze jest umieszczony tylko znaczek "R", to nie można ich użyć do jazdy dziennej. Możemy jednak użyć sterownika do zasilania świateł mijania zasilając je mniejszą mocą w celu oszczędzania paliwa i mniejszego zużycia żarówek oraz wyeliminowania niepotrzebnego włączania świateł pozycyjnych, podświetlenia deski rozdzielczej oraz oświetlenia tablicy rejestracyjnej. Natężenie światła można zwiększyć poprzez dobór rezystora R9.

Sterownik najlepiej zamontować w przedziale silnika blisko akumulatora. Zasilanie z akumulatora - przez bezpiecznik topikowy 10 A - dołączamy do doprowadzenia 1 złącza CON1. Masę akumulatora doprowadzamy do doprowadzenia 2 złącza CON2. Jeśli na obudowie sterownika jest potencjał masy, nie trzeba doprowadzać przewodu masowego do akumulatora.

Doprowadzenie 2 złącza CON1 należy połączyć przewodem do punktu przed bezpiecznikami świateł drogowych. Najłatwiej jest dołączyć go za przekaźnikiem świateł drogowych. Do wyprowadzenia 1 złącza CON2 należy poprzez diodę Zenera 5,6 V doprowadzić napięcie pojawiające się po włączeniu świateł mijania, dostępne na złączu reflektorów lub za przekaźnikiem świateł mijania.

Fabian Wasiak
fabian_wasiak@interia.pl