Osvětlovací obvody v elektronickém příslušenství motorových vozidel

Transkript

1 Osvětlovací obvody v elektronickém příslušenství motorových vozidel Osvětlení Žárovky pro motorová vozidla tvoří mezi ostatními žárovkami samostatnou skupinu vzhledem k tomu, že jsou za provozu vystaveny značně nepříznivým podmínkám - kolísajícímu napájecímu napětí a silným otřesům. Oproti některým světelným zdrojům mají tyto žárovky řadu nevýhod, zvláště malou světelnou účinnost. Avšak naopak některé jejich výrazné výhody, jako okamžitá provozuschopnost po zapnutí, možnost konstrukce vhodné pro napětí používaná u motorových vozidel, nenáročnost pro doplňková zařízení, je zřejmě předurčují i pro používání v automobilech. Omezení světelné účinnosti žárovek je především vázáno na použitelné materiály vlákna, které jsou téměř výhradně vyráběna z wolframu, jenž má bod tání 3410 C. Provozní teplota vlákna musí být nižší, přičemž čím se více bude blížit bodu tání, tím se bude zkracovat životnost žárovky v důsledku zvyšujícího se odpařování wolframu z povrchu vlákna. Ve skutečné žárovce se navíc v důsledku např. nestejnorodosti materiálu prakticky vždy vyskytuje místo s vyšší povrchovou teplotou. V tomto místě dochází k intenzivnějšímu odpařování, tím k zmenšení průřezu vlákna a dalšímu zvyšování teplot. Postup se tedy zrychluje, až dojde k přetavení nebo mechanickému poškození vlákna a tím ukončení životnosti žárovky. V posledním dvacetiletí se obohatil sortiment autožárovek o žárovky halogenové. Jedná se o praktické využití již dříve známé fyzikálně chemické reakce. Přidáním jistého množství halogenové příměsi do

2 náplně žárovky, při současně vhodně volené konstrukci, a použitím nových teplotně odolných materiálů baňky /čirý tavený křemen/, dochází při provozu žárovky k tzv. regeneračnímu cyklu. Částice wolframu emitované z rozžhavené spíraly, které by normálně tvořily nálet na vnitřní stěnu baňky, se v blízkosti baňky /má-li tato teplotu vyšší než 250 C/ chemicky váží s halogenem na plynnou sloučeninu halogenu s wolframem. Vlivem difuse se tato sloučenina dostává zpět do těsné blízkosti spirály, kde se v důsledku vysokých teplot rozpadá opět na elementární částice wolframu a halogenu. Zatím co halogen se vrací zpět k povrchu baňky a znovu se účastní reakce, wolfram zvyšuje tlak wolframových par v okolí spirály. Podstatným přínosem halogenových žárovek je tedy prakticky konstantní světelný tok během celého života žárovky, dále pak zvýšením měrného výkonu, zvýšení barevné teploty vyzařovaného světla /přirozenější podání barev/ a zmenšení rozměrů. Na druhé straně jsou však tyto žárovky vzhledem k použitým materiálům podstatně dražší. Většina rozměrů i světelně technických hodnot automobilových žárovek na našem vozidle je vázána přísnými mezinárodními předpisy. Totéž platí i o použitých světlometech, neboť dodržení předepsaných hodnot osvětlení musí být zajištěno i po výměně žárovky kterékoliv provenience. Jednoznačná poloha ve svítidlech je u většiny automobilových žárovek zajištěna použitím bajonetových patic, pouze žárovky do hlavních světlometů mají patice přírubové pro přesnější dodržení polohy vlákna. Světelné zdroje na bázi LED diod pro motorová vozidla K hlavním výhodám těchto polovodičových světelných zdrojů patří především dlouhý život - minimálně h a vysoká účinnost přeměny elektrické energie na viditelné záření. Ta dosahuje hodnot až h = 40 %. Pro porovnání uveďme: účinnost přeměny je u klasické žárovky asi h = 3 %, u halogenové žárovky přibližně h = 6 %, u výbojových zdrojů zhruba h = 18 %. Jsou-li světelné zdroje napájeny z akumulátorů elektrické energie (to je u motorových vozidel běžné), akumulátory se vybíjejí díky vysoké účinnosti světelných zdrojů mnohem pomaleji. Co se týče světelné účinnosti, např. u žlutých diod výrobce udává jejich svítivost 10 cd na jednu diodu. Výrobci světelných zdrojů uvádějí světelnou účinnost u klasických žárovek kolem 10 lm/w, u halogenových žárovek asi 20 lm/w, u výbojových zdrojů v rozmezí 60 až 100 lm/w. Je zřejmé, že tyto hodnoty odpovídají zmíněným účinnostem přeměny elektrické energie na viditelné záření. Již uvedený zdroj o příkonu P = 1 W tak nahradí klasickou žárovku o příkonu asi P = 13 W.

3 Použití Při použití ve světlech automobilů či motocyklů vykazují tyto polovodičové zdroje světla ještě další výhody. Například časté zapínání je nepoškozuje. To je výhodné pro aplikaci žlutých diod ve směrových svítidlech či červených diod v brzdových světlech. Mohou být konstruovány na napájení U = 12 V (DC) pro osobní automobily a velké motocykly, popř. U = 24 V (DC) pro nákladní automobily a autobusy. Světelné zdroje s LED se vyznačují mnohem větší odolností proti otřesům než klasické žárovky s vinutým wolframovým vláknem. Tato skutečnost je významná především při provozu terénních automobilů a motocyklů. Nízká spotřeba elektrické energie je důležitá hlavně u malých motocyklů, které nejsou vybaveny akumulátorem. Zde zvláště při chodu na volnoběh je výkon motoru nízký (desítky wattů ušetřené úsporným světelným zdrojem se znatelně projeví). Elektroluminiscenční diody vyzařují směrované záření, jejich vyzařovací úhel je dán tvarem zaoblení zalévací hmoty. Svítidlo tedy nepotřebuje reflexní parabolu (ta z velké části ovlivňuje cenu svítidla, navíc časem slepne ). Cena svítidla je tedy nižší a může částečně kompenzovat použití dražšího světelného zdroje. Nelze opominout ani přispění polovodičových světelných zdrojů k větší bezpečnosti silničního provozu. Reakční doba elektroluminiscenčních diod je kratší, LED se tedy rozsvítí dříve než žárovka o asi Dt = 0,1 s. Při jejich instalaci v brzdových světlech i v tzv. blinkrech je výhodné to, že řidič jedoucí za vozidlem opatřeným polovodičovými světelnými zdroji může začít dříve brzdit. Například při rychlosti v = 100 km h 1 činí rozdíl dráhy Ds = 2,8 m, v městském provozu při rychlosti v = 50 km h 1 je to Ds = 1,4 m.

4 Světlomety Světlomety jsou osvětlovací tělesa upravená tak, aby světlo usměrnila do vhodného světelného kužele a osvětlovala vzdálenější předměty. Používají se pro světla dálková, tlumená a do mlhy. Sestávají z parabolického zrcadla, které usměrňuje světlo do potřebného směru. Rozložení světla ve světelném kuželu se řídí tvarem a polohou zdroje světla, tj. svítícího vlákna, vzhledem k ose a ohnisku zrcadla, clonami a tvarováním krycího skla, jímž světlo ze světlometu vystupuje. Vhodného rozložení světla lze velmi nesnadno dosáhnout pouze úpravou tvaru a polohy svítícího vlákna a otevřením paraboly. Proto se používá rýhovaného krycího skla. Rýhováním krycího skla se rovnoběžné paprsky lámou a usměrňují do potřebného směru. Jakost světlometů závisí jak na provedení paraboly, umístění vlákna, provedení krycího skla a na optickém seřízení celku, tak i na použitých materiálech a na technologii výroby. Po mechanické stránce musí být světlomety upraveny tak, aby je bylo možno nastavit do požadovaného směru, a musí být spolehlivě upevněny, aby se jejich poloha samovolně neměnila. Musí být vodotěsné a prachotěsné, aby vnitřní opticky činné plochy byly chráněny před znečištěním.

5 Směrová a výstražná světla Při generování řídicích signálů pro směrové blikače jsou kladeny vysoké nároky na spolehlivost, odolnost proti rušení a dlouhou dobu životnosti. Obvod směrových a výstražných světel většinou využívá elektronický multivibrátor, neboť výše uvedené nároky splňuje. Pro vlastní výkonové spínání žárovek je používáno elektrické relé, neboť: při sepnutí žárovek vzniká proudová špička, která dosahuje řádově až několik desítek A. Při použití tranzistoru bylo by třeba jej proti těmto špičkám chránit. Napěťový úbytek na kontaktech relé je velice malý (řádově desetiny V); na tranzistoru je úbytek mnohem vyšší. Žárovky by tedy mohly svítit méně. Tranzistor by se za uvedených okolností enormně zahříval - bylo by nutné jej účinně chladit a zabíral by potom srovnatelně místa jako relé. Relé vydává klapavý zvuk, který slouží jako akustická kontrola. V dnešní době se řídicí obvod směrových a výstražných světel vyrábí v integrovaných verzích. Schéma zapojení řídicího obvodu směrových a výstražných světel Stmívač osvětlení interiéru Stmívač osvětlení interiéru je dnes běžným vybavením většiny vozidel. Obvod stmívače osvětlení interiéru musí vyhovovat následujícím požadavkům: Osvětlení interiéru musí být po uzavření dveří zapnuto jistý časový interval t CLOSED (cca 5 s), aby řidič viděl na klíček a zámek zapalování. Poté musí osvětlení automaticky vypnout. Po otevření dveří musí být interiérové osvětlení zapnuto po dobu t OPEN (cca 10 s) a poté automaticky zhasnout (nebezpečí vybití baterie).

6 Zavřeme-li dveře uprostřed intervalu t OPEN, kdy je vnitřní osvětlení zapnuto, zůstane osvětlení svítit právě po dobu t CLOSED od okamžiku uzavření dveří. Je tedy nezbytné v takovém případě zabezpečit reset časovače pro osvětlení interiéru při otevřených dveřích. otevření dveří DVEŘE Zavření dveří ČASOVAČ pro osvětlení interiéru při otevřených dveřích RESET ČASOVAČ pro osvětlení interiéru při zavřených dveřích logický součet OR Světelný zdroj (žárovka) Blokové schéma stmívače osvětlení interiéru Stmívač osvětlení palubní desky Systém stmívání osvětlení palubní desky umožňuje řidiči podle aktuální potřeby nastavit vyhovující intenzitu osvětlení přístrojů na palubní desce. Zvyšuje se tak pohodlí řidiče i jeho bezpečnost. Nejjednodušší řešení spočívá v zapojení potenciometru mezi napájecí zdroj a zdroj osvětlení, umožňující regulovat proud protékající žárovkou. Značné tepelné ztráty jsou hlavním důvodem, proč se toto jednoduché řešení nepoužívá. K řízení stmívače osvětlení palubní desky je výhodnější využit obdélníkový signál s pevnou frekvencí a proměnlivou střídou. Frekvence rozsvěcení a zhášení osvětlení je volena tak, aby ji lidské oko nestačilo zaznamenat. Proměnlivá střída signálu (tzv. PWM Pulse Width Modulation) umožňuje řízení délky rozsvícení k/ke délce zhasnutí osvětlení palubní desky, které lidské oko vnímá jako změnu intenzity osvětlení. Schéma zapojení řídicího obvodu stmívače osvětlení palubní desky