Rücklichtmodul - Leistungselektronik

Westsächsische Hochschule Zwickau – Lehrgebiet Kfz-Elektrik/Elektronik - Prof. Dr.-Ing. Thein / Dipl.-Ing. (FH) Mast
Praktikum Rücklichtmodul - Leistungselektronik
Praktikum Rücklichtmodul - Leistungselektronik
Bei der Ansteuerung von Stellgliedern im Kraftfahrzeug kommen zunehmend moderne
Leistungsschaltkreise zum Einsatz, die nicht nur herkömmliche Treiber (z. B. Relais) und
Schmelzsicherungen zuverlässig ersetzen können, sondern gleichzeitig in Verbindung mit
Mikrocontrollern neue Funktionen (z.B. Überwachen, Schützen und Notlauf) ermöglichen.
Ein typisches Anwendungsgebiet für den Einsatz der neuen Leistungsschaltkreise sind
sogen. Lichtmodule, die inzwischen von mehreren Fahrzeugherstellern eingesetzt
werden.
Versuchsvorbereitung:
Machen Sie sich mit der Innenschaltung und den Grundfunktionen des
Leistungsschaltkreises PROFET – BTS 640 S2 vertraut.
Wiederholen Sie die beiden prinzipiellen Möglichkeiten, verminderte Nutzleistungen an
Stellgliedern mit Hilfe von Leistungstransistoren einzustellen.
Überdenken Sie, wie direkte Strommessungen durch Spannungsmessungen an
bekannten Widerständen ersetzt werden können.
Versuchsziele:
Kennen lernen der grundsätzlichen Arbeitsweise moderner Aktuator-Strukturen.
Vergleichende Betrachtungen zur analogen und zur geschalteten Ansteuerung von
Stellgliedern.
Aufnahme geeigneter Messgrößen zur Bestimmung von Nutz-, Verlust- und erforderlicher
Ansteuerleistung für beide Schaltungsvarianten.
Versuchsaufbau
Das Rücklichtmodul des Versuches ist ein stark vereinfachtes Modell derartiger
Lichtmodule und soll einige der neuartigen Funktionen beispielgebend aufzeigen.
M1
UB
M2
zu M3
UB
22k
1,2k
Poti
10k
SF
827
12V/21W
22
M3
SD 350
(auf Kühlkörper)
S1
Blinkleuchte
zu M5
zu M4
3,3k
zur Masse
Bremsleuchte
12V/21W
Schlussleuchte
12V/5W
Masse
(analog)
BTS 640 S2
UB
IN
BTS 640 S2
Vbb
IN
ST
IS
ST
OUT
GND
Ta1
Ta2
3,3k
3,3k
8k
Masse
(digital)
Mikrocontroller mit LCD-Anzeige
Vbb
IS
OUT
GND
31k
M5
M4
Im verwendeten Rücklichtgehäuse befinden sich eine Zweifaden-Glühlampe
(12 V / 21 W / 5 W) für Schluss- und Bremslicht sowie eine Einfaden-Glühlampe
(12 V / 21 W) für das Blinklicht.
Letztere wird durch einen bipolaren pnp - Leistungstransistor (SD 350) angesteuert,
dessen Basisstrom durch den Basis-Vorwiderstand (22 ) und den Zwischentransistor
(SF 827) eingestellt wird. Der Basisstrom des Zwischentransistors wiederum wird durch
dessen Basis-Vorwiderstand (1,2 k ) und die am Potentiometer eingestellte Spannung
bestimmt.
Beide Transistoren werden im aktiven Arbeitsbereich betrieben, d.h. ihr jeweiliger
Arbeitspunkt liegt abhängig vom steuernden Basisstrom irgendwo auf der
Arbeitsgeraden.
Mit Hilfe dieser in der Praxis unüblichen Schaltung kann die Leistung der EinfadenVersion März 2012
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Glühlampe quasi-statisch, d.h. analog eingestellt werden.
Im Gegensatz dazu werden für die Zweifaden-Glühlampe zwei Leistungsschaltkreise
PROFET – BTS 640 S2 eingesetzt.
Diese schalten und überwachen den Lampenstrom und tauschen Daten mit einem
Mikrocontroller aus. Im Mikrocontroller finden die eigentliche Steuerung und
Überwachung der Lampenfunktionen statt.
Dadurch ist es zum Beispiel möglich, bei Ausfall des Schlusslichtes dieses durch das
Bremslicht mit verminderter Leistung vorübergehend zu ersetzen.
Im Gegensatz zur veralteten analogen Betriebsweise der Helligkeitssteuerung der
Blinkleuchte wird zur Leistungsreduzierung das heute übliche Verfahren der
Pulsweitenmodulation (PWM) angewandt.
Mit Hilfe der beiden Taster können Schluss- und Bremslicht ein- bzw. ausgeschaltet
werden.
Versuchsdurchführung:
1. Machen Sie sich mit Schaltung und Aufbau des Rücklichtmoduls vertraut.
Überprüfen Sie die Funktionen des Schalters, der Taster und des Potentiometers!
Wie wirkt der Schalter S1 (Protokoll)?
2. Stellen Sie am Potentiometer der analogen Schaltung höchste Helligkeit für die
Blinkleuchte (Einfaden-Glühlampe) ein.
Ermitteln Sie nun die Nutzleistung der Glühlampe, die Verlustleistung am
bipolaren Leistungstransistor (SD 350) sowie dessen erforderliche
Ansteuerleistung!
3. Verstellen Sie im Folgenden das Potentiometer so, dass die Blinkleuchte etwa
gleich hell wie das Schlusslicht leuchtet. Wiederholen Sie Ihre Messungen und
vergleichen Sie beide Messungen.
Überprüfen Sie durch vorsichtiges Berühren des Kühlkörpers des bipolaren
Leistungstransistors Ihre Beobachtungen!
4. Ermitteln Sie für Brems- und Schlusslicht die Nutzleistungen sowie die
Verlustleistungen der Endstufen der Leistungsschaltkreise. Schätzen Sie die
erforderlichen Ansteuerleistungen ab!
5. Im Folgenden werden einige Fehler an den Glühlampen bzw. deren Zuleitungen
simuliert:
- Unterspannung am Schlusslicht infolge Übergangswiderstand.
Wodurch kann dies in der Praxis auftreten (Protokoll)?
- Überlast am Bremslicht-Leistungsschaltkreis, d.h. es fließt ein höherer Strom,
als üblich.
Wie kann Überlast im realen Fahrzeug entstehen (Protokoll)?
- Kurzschluss am Bremslichtschaltkreis nach Masse.
Was passiert in diesem Fall mit dem Leistungsschaltkreis (Protokoll)?
Beobachten Sie dabei die an den Mikrocontroller angeschlossene Anzeige!
6. Verbinden Sie den Ausgang des Leistungsschaltkreises für das Bremslicht mit
einem Oszillographen.
Überprüfen sie zunächst noch einmal die normale Funktionsweise des
Bremslichtes.
Simulieren Sie anschließend am Schlusslicht eine Leitungsunterbrechung
(Leerlauf) und ermitteln Sie erneut Nutzleistung am Bremslicht bzw.
Verlustleistung an den Leistungsschaltkreisen, wenn das Bremslicht
vorübergehend die Funktion des Schlusslichtes übernommen hat (Protokoll).
7. Schätzen Sie in Ihrem Protokoll abschließend beide Varianten zur
Leistungsminderung an Stellgliedern ein.
Version März 2012
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