Otomotiv HVAC sistemlerinde damper aktüatörlerini ve bunların itici faktörlerini anlayın
İster sıcak ister soğuk kışın, yolcular otomobilin ısıtma ve soğutma sistemi sayesinde her zaman konforlu bir otomobil ortamının tadını çıkarabilir. Farklı araç türlerinde, bu ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC) sistemlerinin karmaşıklığı ve otomasyon derecesi de farklıdır. Ekonomik otomobiller, sürücünün sıcaklığı kontrol etmek için düğmeyi manuel olarak çevirmesini gerektirebilirken, üst düzey araçlarda, arabadaki sıcaklık ve havanın nemi ve kalitesi aynı anda sensörler aracılığıyla otomatik olarak kontrol edilebilir.
hava akımı
Aracın türüne bakılmaksızın, otomotiv HVAC sistemlerinin işlem sırasında havayı değiştirmesi ve sıcaklığını, nemini ve kalitesini değiştirmesi gerekir.
Hava akışı prensibine bakalım. Kabin içinden veya dışından sisteme hava çekilebilir. Ayrıca düzenleme için bir evaporatör veya ısı eşanjörü aracılığıyla HVAC sistemine girebilir; koşullandırılmış hava, yolcuların ayaklarını sıcak tutmak veya ön camın buğulanmasını önlemek için kabin boyunca dağıtılır.
Hava akışının birçok yolu vardır: dışarıdan buharlaştırıcıya ön cama veya içeriden ısı eşanjörüne ve arabanın altındaki havalandırma deliklerine. Peki HVAC sistemi hava akışını nasıl kontrol eder?
Şekil 1, HVAC sisteminin yandan bir görünümünü göstermektedir. Ana bileşenler sayılarla işaretlenmiştir ve oklar hava akışının yönünü gösterir. Şekil 1'deki 4 ila 8 numaralı parçalar damper çalıştırıcılarını göstermektedir. Turuncu noktalı çizgi, damperin hareket ettiği alanı temsil eder ve turuncu düz çizgi damperi temsil eder. Bir HVAC sistemindeki damper çalıştırıcılarının sayısı, sistemin genel karmaşıklığına bağlıdır - tek bölgeli veya çok bölgeli HVAC.
Şekil 1: Sekiz bileşenden oluşan otomotiv HVAC: 1 = üfleyici, 2 = buharlaştırıcı, 3 = ısıtıcı, 4 = giriş damperi, 5, 6 ve 7 = hava dağıtım damperi, 8 = hava karıştırma damperi
Gaz kelebeği aktüatörü
HVAC sistemindeki hava boru içinden akar; damper, boru bölümlerini tamamen veya kısmen açarak veya kapatarak hava akışını kontrol eder. Damper çalıştırıcısı (damper olarak da adlandırılır), damperi hareket ettiren elektrikli bir cihazdır.
Otomotiv HVAC sistemlerinde üç tip damper aktüatörü vardır:
· Emme damperi çalıştırıcısı (Şekil 1'deki bileşen 4): Bu damper çalıştırıcısı, düzenleme için hava kaynağını kontrol eder - arabanın dışındaki hava veya arabanın içindeki devridaim havası. Damper aktivatörünün konumu, sürücü tarafından devridaim düğmesi kullanılarak veya arabadaki hava kalitesi sensöründen gelen verilere göre HVAC sistemi tarafından kontrol edilebilir.
· Hava karışım damperi çalıştırıcısı (Şekil 1'deki bileşen 8): Bu damper çalıştırıcı, ayarlanan hava sıcaklığına ulaşmak için ısıtma (ısı eşanjörü) ve soğuk havayı (buharlaştırıcı) karıştırır.
· Hava dağıtım damper motorları (Şekil 1'deki 5, 6 ve 7 numaralı komponentler): Bu tip damper motorlarının sayısı araç tipine göre değişmekte ve kabin içindeki havanın dağıtılması için kullanılmaktadır.
DC
Damperin sürülmesinden hangi elektrikli ekipman sorumludur? Hava akışını kontrol etmenin birçok yolu olduğu gibi, araba üreticilerinin de damperi çalıştıran elektrikli ekipmanda birçok seçeneği vardır. Hava kapısının konumunu algılamak için potansiyometreli fırçalanmış bir DC motor; konumu ölçmek için arka elektromotor kuvveti (arka EMF) kullanan üç fazlı fırçasız DC (BLDC) motor veya adım sayısını sayarak konumu ölçen bir step motor içerir. Bu DC motorlar, damperleri farklı boyutlardaki dişlilerden geçirir.
Daha fazla seçenek
Motoru seçtikten sonra, HVAC sistem mühendisi motoru çalıştıran mimariyi de seçebilir. Daha önce bahsedildiği gibi, damper çalıştırıcısı yerel olarak veya uzaktan kontrol edilebilir. Lokal kontrolde, motoru kontrol eden elektronik ekipman motorun yanında bulunur, yani motor kontrol IC, motorun bulunduğu aynı mahfazaya entegre edilmiştir (bkz. Şekil 2'deki damper çalıştırıcı kontrolü). Yerel Ara Bağlantı Ağı (LIN) gibi iletişim protokolleri, damperi belirli bir konuma sürmek için motoru kontrol eder. Uzaktan kumandada, motoru kontrol eden elektronik ekipman, damper çalıştırıcıdan uzakta HVAC kontrol ünitesinde bulunur (bkz. Şekil 3). Motor sürücüsü ile HVAC kontrol ünitesindeki mikro denetleyici arasındaki iletişim, seri çevresel arabirim (SPI) veya hatta paralel dijital kontrol arabirimi aracılığıyla sağlanabilir. Texas Instruments (TI) DRV8912-Q1, bir damper çalıştırıcıyı uzaktan çalıştırmak için kullanılan, SPI aracılığıyla bir mikro denetleyiciye bağlanan bir cihaz örneğidir.
Şekil 2 ve 3, iki olası mimariyi göstermektedir. Şekil 2'deki mimari, Şekil 3'teki mimariden daha karmaşıktır; ancak, Şekil 2'deki mimari daha büyük tasarım ölçeklenebilirliği ve esnekliği sağlar.
Şekil 2: Damper tahrik motorunun uzaktan kumandası
Şekil 3: Damper aktüatörü için entegre motor sürücüsü
Daha fazla seçenek
Mikrodenetleyici ile motor sürücü kontrol entegre devresi arasındaki bağlantıya bir göz atalım. HVAC sistem tasarımcıları da bu bağlantı için birden fazla seçeneğe sahiptir. Mikrodenetleyici, dijital bir iletişim arayüzü (SPI gibi) kullanılarak motor sürücüsüne bağlanabilir veya bir kontrol hattı kullanılarak doğrudan motor sürücüsüne bağlanabilir. Şekil 4 ve 5 bu seçenekleri göstermektedir.
Şekil 4: Motor sürücüsü ile iletişim kurmak için SPI kullanan mikrodenetleyici
Şekil 5: Motor sürücüsünü doğrudan kontrol eden mikrodenetleyici
Bileşenleri basitleştirin
BLDC ve step motorlar için sürücü elektroniği, fırçalanmış DC motorları sürmek için gerekenden daha karmaşıktır. Damperi hareket ettirmek için fırçalanmış bir DC motor kullanmayı seçerseniz, damper motorunu doğrudan tahrik eden bir motor sürücüsü kullanmanın belirgin avantajları vardır - donanım ve yazılım açısından daha basittir.
