Интегральная схема для автомобиля

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Применение интегральных схем в автомобилях

Монолитная интегральная схема, это микросхема, в которой схемные элементы: диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и соединения, образованы в массе на поверхности полупроводникового материала, легированного кремния, и поэтому неразъемно связаны. Монолитная интегральная схема может быть цифровой, линейной (аналоговой) либо цифро–аналоговой. О применении интегральных схем в автомобилях, мы и поговорим в этой статье.

Монолитная интеграция

Планарная технология основана на окислении кремниевых подложек, которое представляет собой относительно простой процесс. Скорость, с которой легирующие присадки проникают в кремний, значительно выше скорости их проникновения в оксид. Поэтому легирование имеет место только в тех местах, где в слое оксида имеются соответствующие окна. Точная геометрическая конфигурация, наносимого на подложку слоя оксида определяется конкретными конструктивными требованиями к той или иной интегральной схеме. Все технологические процессы (окисление, травление, легирование и осаждение) выполняются последовательно в приповерхностном слое подложки (планарная технология).

Планарная технология позволяет производить все компоненты схемы (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, тиристоры) и соединительные проводники, получать отдельные кремниевые кристаллы в едином производственном процессе. Новые полупроводниковые устройства были объединены для производства монолитных интегральных схем (1C: интегральная схема).

Эта интеграция обычно охватывает ту или иную подсистему электронной схемы и во все большей степени включает всю систему: «система на чипе».

В связи с постоянно возрастающей плотностью компонентов (плотностью интеграции), в конструкции все в большей степени используется третье измерение, т.е. вертикальная плоскость. Это позволяет (особенно в области силовых электронных устройств) снизить сопротивление, уменьшить потери и достичь более высоких плотностей тока.

Уровни интеграции

Уровень интеграции представляет собой меру количества функциональных элементов в одном чипе. Имеет место следующая классификация интегральных схем по степени интеграции (и площади поверхности чипа):

SSI (низкая степень интеграции) — до нескольких сотен функциональных элементов в чипе при средней площади поверхности чипа 1 мм 2 . Однако в интегральных схемах, включающих силовые элементы (например, силовые транзисторы) площадь поверхности чипа может быть значительно больше.
MSI (средняя степень интеграции) — от нескольких сотен до 10 000 функциональных элементов в чипе при средней площади поверхности 8 мм 2 .
LSI (высокая степень интеграции) — до 100 000 функциональных элементов в чипе при средней площади поверхности 20 мм 2 .
VLSI (сверхвысокая степень интеграции) — до 1 миллиона функциональных элементов в чипе при средней площади поверхности 30 мм 2 .
ULSI (ультравысокая степень интеграции) — свыше 1 миллиона функциональных элементов в чипе (современные запоминающие устройства (флэш-память) содержат до 20 миллиардов транзисторов) при средней площади поверхности чипа 300 мм 2 и размерах отдельных структурных элементов Эта статья размещена в главе Законы физики в автомобиле и называется Интегральная схема. Добавьте в закладки ссылку.

Поделки своими руками для автолюбителей

На этой странице будут собраны полезные схемы, применяемые в автомобилях или для них.

1. СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРА!

Стабилизатор на L7812cv или наш аналог простая КРЕНка на 12 вольт.

2. Простой регулятор напряжения 1.2 — 37В на ИМС LM317 (аналог КР142ЕН12А)

3. Схема подключения электровентилятора

4. Плавный розжиг светодиодов

5. Схема для гудка

6. Схема розжига (например для приборной панели)

7. Простой способ удаления ржавчины

8. Схема переходника GM12 — OBD2

За переходник в магазинах просят непомерные деньги. На самом деле нужно всего три проводка.

11. Бегущий поворотник на микроконтроллере

Бегущий поворотник на pic12f675/629 5 каналов. Включается при подачи напряжения, имеет 2 прошивки:
-бегущий столбик
-бегущая точка
Файлы для повторения; скачать…

12. Вот простейшая и эффективная схема электронного предохранителя, обеспечивающего защиту от КЗ и переполюсовки при заряде батарей. Схема успешно опробована и работает без танцев с бубном.

Схема работает так, включать БП нужно без нагрузки, с нагрузкой будет бросок тока и в защиту сразу.

13. Проверка свечей зажигания
Давно сделал и решил выложить для повторения кому понравится. Схема как видите простая и сделать под неё печатку не представляет трудностей. Поверка осуществляется без вывертывания свечей из блока авто. Если свеча «живая» то засветится зеленый СД.

14. Простой плавный розжиг светодиодов

Схема данного розжига была сделана на основе распространённой схемы, выкинуто всё лишнее, работает отлично и без нареканий. Резистор R2 отвечает за скорость розжига поставил регулируемый (R2* — номинал 100 кОм). Плата очень компактная и универсальная воткнуть можно куда хочешь.

15. Cтабилизатор тока и напряжения под светодиоды.

Остается только рассчитать резисторы под свои нужды.

Сделано из:
Конденсатор 330 мкФ 16В
Конденсатор 100 мкФ 16В
Выпрямительный диод 1N4007
Регулятор L7812CV
Регулятор LM317T
Резистор по расчету

Стабилизатор напряжения

Готовый стабилизатор напряжения и тока под резистор

Сама схема и печатка

16. Самая простая цветомузыка на светодиодах

Микросхемы НПО Интеграл для автомобильной электроники

Применение электронных приборов и систем в автомобилях постоянно расширяется. Стоимость электронного оборудования сейчас составляет до одной трети стоимости автомобиля. Развитие электронных систем автомобильной электроники идет в двух направлениях: замена существующих механических систем электронными (электронные системы зажигания, регуляторы напряжения, тахометры и др.), разработка электронных приборов, функции которых не могут быть выполнены механическими приборами (автоматические противоблокировочные системы, различные автоматические устройства, задающие режим работы двигателя и движения автомобиля) [1]. Все электронные приборы по функциональности могут быть разделены на четыре основные группы: система электропитания (аккумулятор и генераторная установка), система управления двигателем внутреннего сгорания, система управления трансмиссией и ходовой частью и система управления салоном (климат-контроль, панель приборов, компас, стеклоочиститель, указатель поворотов с индикатором перегоревших ламп, блокировка замков дверей и др.). Условия работы электронных блоков автомобиля являются достаточно неблагоприятными: изменения температур в широких пределах (–60…+150 °С) при высокой относительной влажности воздуха (до 80%), значительные вибрации с ускорением до 50 g в широком спектре частот, импульсы напряжения до 400 В, электромагнитные помехи, изменение напряжения питания с 8 до 15,5 В при 12-вольтовом источнике электроэнергии, грязь, вода и др. [2].

НПО «Интеграл» в 2001–2005 гг. освоило в серийном производстве и предлагает производителям электрооборудования и устройств автомобильной электроники широкий ряд новых полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС). Разработки проводились для различных систем автомобиля. Эти компоненты по параметрам, режимам, условиям и схемам применения соответствуют аналогичным микросхемам зарубежного производства при существенно более низких ценах. Разработан также ряд модификаций микросхем для российских предприятий, производящих автомобильную электронику. ИМС производятся в пластмассовых корпусах, в том числе и для поверхностного монтажа. В таблице приведены основные блоки автомобильной электроники с разработанными в НПО «Интеграл» микросхемами.

Таблица. Интегральные микросхемы для автомобильной электроники

Наименование

Описание

серия ИМС для гибридных регуляторов напряжения типа EL14V4C фирмы Bosch

ИМС однокристального регулятора напряжения

Электронная система управления двигателем

ИМС усилителя-формирователя сигнала с датчиков

ИМС энергонезависимой памяти 512×8 бит с шиной I 2 C

ИМС прецизионных датчиков температуры

специализированный стабилизатор напряжения

ИМС управления коммутатором зажигания

ILA82С251 (на стадии разработки)

ИМС приемопередатчика CAN интерфейса

ИМС ШИМ-контроллера для подсветки шкалы приборов автомобиля

IL33197AN, IL33197AD, IL33197ANG01, IL33197ADG01

ИМС таймера стеклоочистителя

IL33193AN, IL33193AD, IL33193AN-01,

IL33193AD-01, IL33193AN-02, IL33193AD-02,

ИМС управления указателем поворотов

Иммобилизатор, усилитель руля, бортовая система контроля и др.

ИМС драйвера управления высокопотенциальным полевым транзистором

4-канальный драйвер для шагового двигателя

серия стабилизаторов напряжения

ИМС приемопередатчика интерфейса ISO K-line

IL33399 (на стадии разработки)

ИМС приемопередатчика LIN интерфейса

Электронные системы управления двигателями (ЭСУД)

Известно, что наиболее совершенными системами управления зажиганием двигателя внутреннего сгорания являются цифровые системы и системы на основе микроконтроллера. Они наиболее полно реализуют алгоритм управления двигателем, обеспечивают его оптимальную мощность, максимальную долговечность и экономичность, минимальную токсичность выхлопных газов [1].

Для ЭСУД типа «МИКАС», «Январь», «АВТРОН» и др. производятся микросхемы усилителя-формирователя сигнала с датчиков IL1815N и IL1815D, энергонезависимой памяти 512×8 бит с управлением по I 2 C шине IN24LC04, специализированного стабилизатора напряжения ILE4267G [3], стандартной логики IN74HC14AD (шесть триггеров Шмитта) и IN74HC573ADW (восьмиразрядный регистр), прецизионных датчиков температуры IL135Z и IL235Z, управления коммутатором зажигания IL1055DW. Разрабатывается микросхема приемопередатчика CAN интерфейса ILA82С251.

Для работы электронных систем зажигания используются датчики положения коленчатого вала, датчик частоты вращения коленчатого вала, датчики нагрузки, датчики температуры воздуха и охлаждающей жидкости и др. Информация с данных датчиков нужна для того, чтобы контроллер вычислил оптимальный угол опережения зажигания для каждого скоростного и нагрузочного режима. Однако сигнал с датчика не может быть подан непосредственно на вход микропроцессора. Сигнал должен быть обработан и усилен. В НПО «Интеграл» для этой цели разработаны микросхемы IL1815N и IL1815D усилителя-формирователя сигнала с датчиков. N в названии означает пластмассовый DIP-корпус, D — пластмассовый SO-корпус для поверхностного монтажа. Микросхемы IL1815N и IL1815D усиливают аналоговый сигнал с датчика и преобразуют его в цифровую форму с КМОП-уровнями, который непосредственно поступает на вход контроллера управления двигателем. Микросхемы обеспечивают один короткий выходной импульс, передний фронт которого совпадает с проходящей через ноль отрицательной полуволной входного сигнала. Используются микросхемы для усиления сигнала с датчиков частоты вращения двигателя, с датчика положения коленчатого вала.

В датчиках температуры охлаждающей жидкости и температуры воздуха используются микросхемы IL135Z и IL235Z. Микросхемы представляют собой прецизионные датчики контроля температуры с возможностью калибровки. Изменение выходного напряжения микросхемы определяется соотношением 104Т(°К) (мВ), где Т(°К) — температура в градусах Кельвина. Полное динамическое сопротивление схемы составляет менее 1 Ом при рабочем токе 450 мкА — 5 мА. Откалиброванный при температуре 25 °С датчик имеет типовое значение ошибки менее 1 °С в температурном диапазоне от –55 до +150 °С. Особенностью микросхем IL135Z и IL235Z является линейная зависимость выходного напряжения от температуры. Выпускаются микросхемы в пластмассовых трехвыводных корпусах ТО-92 (КТ-26).

Микросхема IL1055DW применяется в составе двухканального коммутатора модуля зажигания автомобилей с микропроцессорным управлением двигателя внутреннего сгорания. Микросхема управляет двумя мощными IGBT-транзисторами по сигналу от микропроцессора, осуществляет формирование управляющих импульсов по сигналам микропроцессора на входе мощного выходного ключа (IGBT-транзистора), задающего ток через катушку зажигания, и ограничение тока через катушку зажигания на уровне, достаточном для гарантированного формирования искры. Кроме того, она обеспечивает равенство токов через каждую катушку зажигания.

В современном автомобиле электроника выполняет большое количество функций. С точки зрения надежности передачи данных между электронными блоками и организации интерфейса все их можно условно разделить на две части: первая — это обеспечение надежного функционирования основных узлов автомобиля (электронное управление двигателем, АBS, подушки безопасности, навигационная система, трансмиссия и др.). Ко второй половине можно отнести различные электронные системы управления, служащие для обеспечения комфорта пассажиров (электропривод зеркал, дверных замков, стеклоочистителей, стеклоподъемников, климат-контроль и др.), а также систему диагностики. В первом случае нужен высоконадежный, достаточно скоростной канал связи, способный передать информацию от одного узла к другому, во втором — простой и дешевый. В качестве первого выступает скоростной высоконадежный протокол CAN (Controller Area Network). В качестве второго утвержден стандарт LIN (Local Interconnection Network). Протоколы LIN и CAN дополняют друг друга и позволяют объединить все автомобильные приборы в единую многофункциональную бортовую сеть. Протокол CAN характеризуется скоростью передачи до 1 Мбит/с при длине шины до 40 м. При меньших скоростях длина шины может достигать одного километра. Протокол LIN характеризуется скоростью до 20 кбит/с [4].

В настоящее время разрабатывается микросхема ILA82С251 приемопередатчика CAN-интерфейса. О микросхемах LIN-интерфейса будет сказано ниже.

Генераторная установка

Генератор автомобиля предназначен для обеспечения питанием электрооборудования и заряда аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генератора должны быть такими, чтобы при любых режимах движения автомобиля не происходил разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок [5]. Для поддержания стабильности напряжения наиболее эффективным является применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Реализуется ШИМ микросхемой регулятора напряжения.

Для генераторной установки в НПО «Интеграл» выпускается ряд микросхем и полупроводниковых приборов. Наряду с поставляемой длительное время и широко используемой серией микросхем КБ1088ЕП1-4 и матрицы резисторов КБ1088НР2-4 для гибридного регулятора напряжения (РН) типа EL14V4C фирмы Bosch сейчас производится однокристальный PH 14IVR в корпусе типа TO-3. Микросхема формирует ШИМ-характеристику управления током в обмотке возбуждения автомобильного генератора и содержит входной делитель напряжения, встроенный генератор импульсов, делитель частоты, цифро-аналоговый преобразователь, компаратор. Размещенные на кристалле мощные демпферный диод и транзистор рассчитаны на ток 5 А, при этом остаточное напряжение транзистора — не более 0,5 В. Напряжение регулирования — 14,1±0,2 В, температурный коэффициент изменения напряжения 7,0±1,5 мВ/°С.

Отличие этого устройства от гибридных РН — надежность и стабильность параметров, что подтверждено испытаниями у производителей генераторов и на автозаводах.

Для выпрямительных мостов автомобильных генераторов на напряжение 14 В изготавливаются выпрямительно-ограничительные диоды Зенера IW3527 с пробивным напряжением 27 В.

Панель приборов

Для подсветки шкалы приборов автомобиля предназначена микросхема ШИМ-контроллера IL6083N, который управляет внешним мощным MOSFET-транзистором, используемым в качестве ключа для напряжения на нагрузку. Микросхема используется для управления яркостью свечения ламп освещения с помощью широтно-импульсной модуляции с частотой до 2 кГц и коэффициентом заполнения от 18 до 100%. Микросхема имеет защиту от короткого замыкания, повышенного напряжения питания и напряжения питания обратной полярности, а также защиту от обрыва «земли». Разработана модификация микросхемы IL6083AN с коэффициентом заполнения от 10 до 100% для предприятий, производящих автомобильную электронику в России.

Стеклоочиститель

Схема управления стеклоочистителем выполняет не очень сложную, но чрезвычайно важную функцию, поскольку создает хорошую видимость из автомобиля в дождливую погоду, обеспечивая безопасность движения [6].

Микросхемы IL33197AN и IL33197AD выполняют функции таймера стеклоочистителя для бортовых систем автомобилей, обеспечивают функцию прерывистой очистки с возможностью регулирования временного интервала очистки от 0,5 до 30 с, функцию очистки после включения омывателя, функцию непрерывной очистки и применяются для непосредственного управления реле двигателя стеклоочистителя. Микросхемы могут применяться в стеклоочистителях переднего и заднего стекол.

Для расширения области применения в ИМС IL33197AN-01 и IL33197AD-01 по просьбам заказчиков для защиты от всплесков напряжения при выключении реле двигателя стеклоочистителя на выходе встроен 30-вольтовый шунтирующий диод Зенера (у IL33197AN и IL33197AD — 20-вольтовый диод Зенера).

Указатель поворотов

Для микросхем управления реле указателя поворотов в настоящее время наблюдается тенденция совмещения функций: помимо основной функции (подачи сигналов на реле поворотов) микросхема определяет перегорание одной из ламп и короткое замыкание в нагрузке.

Микросхемы IL33193N и IL33193D предназначены для управления реле указателя поворотов. В режиме ожидания они потребляют очень малый ток. На входе детектора неисправности ламп (вывод 7) реализован высокочастотный фильтр для устранения электромагнитных помех. Частота мигания определяется внешними элементами R и C. При неисправности одной из ламп опознается изменение тока нагрузки на шунте, и частота мигания увеличивается в 2,2 раза.

По предложениям потребителей разработаны и изготавливаются модификации IL33193N-01, IL33193D-01, IL33193N-02, IL33193D-02, IL33193N-03, IL33193D-03, IL33193N-04 и IL33193D-04 микросхемы управления реле поворотов, которые имеют следующие отличия:

отсутствует вывод 6 «Вход разрешения», внутри ИМС реализуется функция постоянного разрешения;
пороговый уровень детектора неисправной лампы составляет 85±10 мВ (при 51±5 мВ и сопротивлении шунта 20 мОм у микросхем IL33193N и IL33193D), что позволяет работать с шунтом 30 мОм;
при неисправности одной из ламп частота мигания увеличивается в 2,5 раза;
микросхемы IL33193N-03 и IL33193D-03 имеют в своем составе детектор короткого замыкания.

В остальном эти микросхемы по функционированию и схеме применения идентичны IL33193N и IL33193D.

Другие системы (иммобилизатор, усилитель руля, бортовая система контроля и др.)

Для таких систем предлагаются ИМС широкого применения, которые, однако, по своим характеристикам и условиям использования соответствуют требованиям к компонентам автомобильной электроники.

Микросхемы IL33091AN и IL33091AD являются драйверами управления высокопотенциональным мощным полевым МОП-транзистором. Работают при наличии высоковольтных помех по шине питания, возникающих вследствие быстрой коммутации нагрузок. Микросхема обеспечивает посредством выходной емкости накачку заряда на выводе Gate управления затвором силового МОП-транзистора. Управление накачкой заряда (включение и выключение) осуществляется входом Input, совместимым с логическими уровнями КМОП-микросхем.

Важной особенностью ИМС IL33091N и IL33091D является наличие блока квадратирования тока (I 2 ), с помощью которого контролируется мощность, выделяющаяся на внешнем мощном МОП-транзисторе. Внешние элементы C и R, подключаемые к выводу 8, определяют время, которое мощный МОП-транзистор может работать при данном уровне превышения допустимой мощности. Этот способ очень эффективен для защиты мощного МОП-транзистора.

Микросхемы приемопередатчика ISO K-line интерфейса IL33290DA и IL33290DB применяются в автомобильной электронике и предназначены для обеспечения двунаправленного полудуплексного соединения по стандарту ISO 9141-2 бортовых автомобильных электронных систем и внешних диагностических устройств.

В настоящее время разрабатывается микросхема IL33399 приемопередатчика LIN-интерфейса.

Серия интеллектуальных стабилизаторов напряжения ILE42XX с низким остаточным напряжением специализирована для применения в автомобильной электронике [3].

➤