PDM, eli Power Delivery Module, -laitteet ilmestyivät ammattilaismoottoriurheiluun reilu vuosikymmen sitten ja ensimmäiset tuunaajille suunnatut yksiköt muutamaa vuotta myöhemmin. Nykyään markkinoilla on jo valinnanvaraa.
Artikkeli julkaistu GTi-Magazinen numerossa 04 / 2020.
PDM-keskuksien yhteydessä käytetty solid state -termi ja siihen liitetty tekniikka on tehnyt tuloaan viime vuosina voimakkaasti. Tutuimmaksi asia on varmaankin tullut tietokonemaailmasta, jossa on haluttu eroon pyörivästä ja siten vikaherkästä kiintolevystä. SSD-kiintolevyt ovatkin jo vakiovarusteita vähänkin arvokkaammissa kannettavissa tietokoneissa.
Solid state -ilmaisulle ei liene olemassa virallista käännöstä, mutta esimerkiksi PDM-yksiköiden ja sähköisten kytkimien kohdalla voidaan käyttää nimitystä puolijohdetekniikka, vaikka se ei olekaan teknisesti täydellinen käännös, sillä puolijohdeteknologia pitää sisällään terminä muutakin. Sanalla voidaan viitata kuitenkin PDM-laitteista löytyvien ”releiden” tekniikkaan.
Eroon liikkuvista osista
Solid state -teknologia on asettunut laajana käsitteenä tarkoittamaan kaikkea tekniikkaa, jonka alkuperäinen laajasti käyttöön tullut muoto on sisältänyt liikkuvia osia, ja jotka nyt siis uuden teknologian myötä voidaan korvata mekaanisesti kiinteänä rakenteena. Määrittelevä tekijä siis on, että solid state -tekniikalla toteutetussa laitteessa ei ole liikkuvia osia.
Tavallisimmin solid state -termiin törmää kiintolevyjen yhteydessä. Tällöin pyörivä levy ja sen lukupää on korvattu rivillä muistipiirejä. Tämä on puhtain mahdollinen solid state -muoto. Lisäksi esimerkiksi akkutekniikassa voidaan puhua solid state -akuista, jolloin akkukennossa ei ole nestemäistä elektrolyyttiä, vaan sekin on korvattu kiinteässä olomuodossa olevalla materiaalilla.
PDM –sähkökeskuksessa on kasa perinteisiä releitä korvattu puolijohdekytkimillä. Perinteisessä releessähän on tunnetusti käämillä toteutettu sähkömagneetti sekä mekaaninen virtakosketin, joka liikkuu, kun sähkömagneetin tila muuttuu. Releen rakenne on monimutkainen ja arka sääoloille sekä värinälle.
Elektroniikkaa vähänkin tuntevat tietävät, että transistori toimii kuten rele. Transistori korvasi aikanaan elektroniputket, jotka olivat releen tavoin mekaanisesti hauraita, vaikka niissä ei liikkuvia osia sanan varsinaisessa merkityksessä olekaan.
Releet ovat kulkeneet transistoritekniikan ohella sähköisesti ohjattuina kytkiminä sen takia, että rele mahdollistaa ohjaussignaaliin nähden hyvin suurten virtojen ohjaamisen pienikokoisella paketilla, joka ei kuumene käytössä. Vielä pari vuosikymmentä sitten tehoreleet hukkasivat tehoa valtavasti ja siten kuumenivat. Paremmin isoja virtoja ohjaavat puolijohdepiirit olivat kalliita.
Modernilla puolijohdetekniikalla pystytään nyt kuitenkin toteuttamaan järkevän hintaisia sähköisiä kytkimiä, joilla on kaikki releen hyvät ominaisuudet, mutta ei juuri lainkaan huonoja puolia. Siksi solid state -tekniikka tulee todennäköisesti kokonaan korvaamaan sähkömekaaniset releet.
Yksinkertaisempi asentaa
PDM -yksikkö eli ohjelmoitava sähkökeskus mahdollistaa hyvin yksinkertaisen johdotuksen. Useimmiten keskukseen tuodaan virransyöttö vain yhtä paksua kaapelia pitkin. Joskus se jakautuu jopa yli kolmeenkymmeneen ohjelmoitavaan lähtöön, joten yhdellä syöttövirtakaapelin vedolla ja liitännällä saadaan toteutettua kolmenkymmenen releen verran ohjauksia.
Edelleen, PDM-keskusta voidaan useimmiten ohjata digitaalisesti, jolloin vaikka äskeisen esimerkin kolmellekymmenelle virtalähdölle tuodaan ohjausta varten vain CAN-väylän kaksi johtoa mittaristolta, digitaalisesta ohjauspaneelista tai moottorin ohjainlaitteelta. Jos kolmekymmentä erillistä ohjausta toteutettaisiin releillä, olisi rivissä siis kolmekymmentä relettä ja jokaisella oma sulake, syöttövirta, maajohto ja ohjaus. PDM-keskus siis todellakin yksinkertaistaa sähköjärjestelmää valtavasti. Tämä tekee sähköjärjestelmästä paitsi edullisemman myös luotettavamman ja helpommin diagnosoitavan.
Uusia ominaisuuksia
Autojen virittelijöille ja rakentelijoille puolijohderele avaa uusia ulottuvuuksia. Ohjelmoitavalla sähkökeskuksella voidaan toteuttaa erittäin laaja skaala erilaisia toimintoja, joita perinteisellä releellä ei voida tehdä joko lainkaan tai ilman erillistä ohjauselektroniikkaa.
Esimerkkeinä tällaisista toiminnoista ovat vilkkujen erilaiset toiminnot, jotka ovat perinteisesti vaatineet omanlaisensa kytkennän, ja erikoisreleen sekä erityisesti vilkuille räätälöidyn katkaisijan tai kaksi perinteistä katkaisijaa. PDM-yksiköllä voidaan väylää pitkin pyytää vilkku päälle, jolloin keskusyksikkö alkaa ohjelmointinsa mukaisesti ohjata vilkulle kytkettyä ulostuloa päälle ja pois.
Toinen hyvä esimerkki on polttoainepumpun PWM-ohjaus, jolloin pumpulle menevää virtaa voidaan jaksottaa siten, että pumpun kierrokset tippuvat. Näin vältytään ison pumpun aiheuttamalta lämpöongelmalta, joka eskaloituessaan lämmittää pikku kisatankillisen e85:sta kiehumispisteeseen omaa ajovuoroa odottaessa. PWM-ohjauksiin voidaan erillisellä ohjauselektroniikalla – kuten moottorinvalvontalaitteilla – lisätä vielä takaisinkytkentä (closed loop), jolloin järjestelmä vastaa nykyaikaisen auton alkuperäistä systeemiä.
Virtajärjestelmän diagnoosi ja tiedonkeruu
Kun koko auton sähköjärjestelmä, ei siis pelkkä moottori, ohjataan PDM-keskuksella, käy sähköjärjestelmän vikadiagnosointi kuin itsestään. Yksikkö voi esittää vikatiloja erilaisilla varoituslampuilla, jotka ovat käytössä ainakin MSD:n PDM-yksiköissä tai lähettämällä vikailmoituksen väylätietona näytölle tai moottorinvalvonnan tiedonkeruuseen.
Vähintäänkin laitteisto osaa kertoa tietokoneella käyttöliittymänsä kautta johdotuksen tilan ja siihen kytkettyjen laitteiden virrankulutuksen tai mahdollisen vian. Olennaista kuitenkin on, että järjestelmällä on monia tapoja ilmoittaa vioista, jotka ehkä perinteisessä systeemissä jäisivät aluksi huomaamatta, mutta toisaalta voivat olla joskus monimutkaisesta johtovyyhdistä hankalia paikallistaa.
Koska systeemi ei tarvitse sulakkeita muualle kuin omaan virransyöttöjohtoonsa, on jokaiseen lähtöön asetettavissa raja-arvot, joiden sisällä toimilaitteen virrankulutuksen pitää olla. Lisäksi jokaiseen lähtöön voidaan ohjelmoida turvaraja, jolloin kyseinen ohjaus kytketään kokonaan pois päältä, vähän samoin kuin perinteisestä järjestelmästä hajoaa sulake.
Kirsikkana kakun päälle PDM-järjestelmän ohjelmointi ja kytkentä muodostaa koko laitteistosta jonkilaisen kytkentäkaavion vähän kuin itsestään. Joskus vanhanaikaiseen relesettiin ei ole merkitty mitään, joten kaikki lähdöt pitää erikseen mittailla, kun järjestelmää tutkitaan. PDM-laitteiston asetukset paljastavat systeemistä melkein kaiken olennaisen.
Jotkin järjestelmät, kuten Syvecsin ja Life Racingin ohjelmointityökalut tavallaan pakottavat muodostamaan koko systeemistä kytkentäkaavion asetusten tekovaiheessa. Tämä on pitkällä jänteellä aina etu.
Joskus jopa vanhanaikaista systeemiä halvempi
PDM-keskukset maksavat vielä toistaiseksi aika paljon, mikä on laimentanut niiden suosiota. Kuitenkin erityisesti niiden harrastajien, jotka ostavat sähköjärjestelmänsä ammattilaiselta, kannattaa nyt miettiä tarkkaan, sillä erittäin paljon yksinkertaisempi sähköjärjestelmä näkyy joskus loppulaskussa merkittävästi pienempänä asennustuntimääränä.
Niinpä PDM-keskuksella toteutettu järjestelmä ei välttämättä olekaan enää pelkästään merkittävästi parempi, vaan parhaassa tapauksessa myös hintalaput ovat hyvin lähellä toisiaan.
Muista seurata GTi-Magazinea myös somessa!
- Facebook: https://www.facebook.com/GTiMagazine/
- Instagram: https://www.instagram.com/gtimagazine/
