一種直流車載壓縮機(jī)的控制電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種直流車載壓縮機(jī)的控制電路，其包括電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路、微控制單元，電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路都與微控制單元連接。本實(shí)用新型電機(jī)換向沒有高頻的開關(guān)損耗，使損耗達(dá)到最小，加在三相電機(jī)線上的電壓即為直流母線電壓，電機(jī)效率得到最大的使用。
【專利說明】一種直流車載壓縮機(jī)的控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種壓縮機(jī)的控制電路，特別是涉及一種直流車載壓縮機(jī)的控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著永磁直流無刷電機(jī)及控制技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣，特別是在直流低壓領(lǐng)域，正逐漸替代傳統(tǒng)的交流電機(jī)和直流有刷電機(jī)，車載直流壓縮機(jī)正是無刷直流電機(jī)最好的應(yīng)用例子。目前車載冰箱的壓縮機(jī)都是采用直流無刷電機(jī)為主要的動力源，供電電源常規(guī)是小車為直流12V，卡車及大客車為直流24V的蓄電池，為了滿足12V和24V通用的目的，直流壓縮機(jī)的電機(jī)就分為12V電機(jī)及42V電機(jī)2種方式，由于壓縮機(jī)空間和溫度的限制，電機(jī)部分省掉了 3個(gè)位置傳感器，就要求控制電路能夠識別電機(jī)永磁體的位置，使電機(jī)能夠按正常的相位啟動和運(yùn)行，即所謂的直流無刷電機(jī)無位置傳感器的控制。相比較2種壓縮機(jī)電機(jī)的控制模式，后面的控制模式除了無刷電機(jī)的無傳感器控制外，增加了升壓電路對輸入電壓進(jìn)行升壓控制，使壓縮機(jī)的適用性更好，效率更高。
[0003]目前，市場上的直流車載壓縮機(jī)都是采用這2種電機(jī)模式，對于12V的電機(jī)模式，一般采用脈寬控制模式(PWM)來對壓縮機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)；對于42V壓縮機(jī)電機(jī)而言，有2種模式控制，一種是控制電路將輸入電壓升壓至固定的48V，再通過脈寬調(diào)節(jié)(PWM)來控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，如廣州的某品牌直流壓縮機(jī)控制模式；另一種方式是通過可變升壓，通過調(diào)節(jié)電壓的幅值(PAM)來控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種方式可以使電機(jī)的效率得到最大的發(fā)揮。如果不采用升壓技術(shù)，對12V和24V兼容的情況下，必須將壓縮機(jī)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速下的設(shè)計(jì)電壓設(shè)計(jì)在12V以下，才能在12V電源的情況下達(dá)到壓縮機(jī)的使用性能，這樣就面臨著在24V電源系統(tǒng)下的啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)中要同時(shí)兼顧不同電壓的情況，使得軟件或硬件的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，特別是啟動過程參數(shù)的設(shè)計(jì)范圍變寬，存在啟動困難和不同負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)失步的隱患；同時(shí)當(dāng)電源電壓超出12V時(shí)，必須采用脈寬調(diào)制方式(PWM)來控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加了壓縮機(jī)電機(jī)的銅損和開關(guān)損耗，控制器的功耗也大為增加，使得整個(gè)壓縮機(jī)的效率大為降低。和固定升壓至某個(gè)高壓相比，雖然解決的直流母線電壓的寬范圍啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)和壓縮機(jī)電機(jī)高電壓效率高的問題，但同樣存在對換向功率管的脈寬調(diào)制(PWM)問題，使得控制器存在高頻開關(guān)損耗，壓縮機(jī)電機(jī)的效率也沒有得到充分的發(fā)揮。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種直流車載壓縮機(jī)的控制電路，其沒有高頻的開關(guān)損耗，使損耗達(dá)到最小，加在三相電機(jī)線上的電壓即為直流母線電壓，電機(jī)效率得到最大的使用。
[0005]本實(shí)用新型通告以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的:一種直流車載壓縮機(jī)的控制電路，其特征在于，其包括電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路、微控制單元，電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路都與微控制單元連接。
[0006]優(yōu)選地，所述電源控制電路包括第七集成開關(guān)電源芯片、第九穩(wěn)壓芯片、第十穩(wěn)壓芯片、第十三電阻、第四十六電阻、第七十四電阻、第二三極管、第三三極管、第四三極管、第五三極管、第六集成比較器芯片，第七集成開關(guān)電源芯片與第十穩(wěn)壓芯片連接，第十三電阻、第四十六電阻、第七十四電阻都與第六集成比較芯片連接，第七集成開關(guān)電源、第九穩(wěn)壓芯片都與第四三極管連接，第四三極管與第二三極管連接，第七集成開關(guān)電源芯片、第三三極管都與第五三極管連接。
[0007]優(yōu)選地，所述升壓控制電路由第二電感、功率管、肖特基二極管、第五十五電容和升壓控制芯片組成，第二電感與功率管連接，肖特基二極管、升壓控制芯片都與功率連接，第五十五電容與肖特基二極管連接。
[0008]本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于:由于升壓的占空比小于75%，在整個(gè)壓縮機(jī)的調(diào)速范圍內(nèi)升壓效率都能夠達(dá)到90%以上，后級換向功率管只根據(jù)電機(jī)位置的變化來開通或關(guān)斷，其沒有高頻的開關(guān)損耗，使損耗達(dá)到最小，加在三相電機(jī)線上的電壓即為直流母線電壓，電機(jī)效率得到最大的使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型直流車載壓縮機(jī)的控制電路的原理圖。
[0010]圖2為本實(shí)用新型中電源控制電路的示意圖。
[0011]圖3為本實(shí)用新型中壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路的示意圖。
[0012]圖4為本實(shí)用新型中升壓控制電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型直流車載壓縮機(jī)的控制電路包括電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路、微控制單元(MCU)，電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路都與微控制單元(MCU)連接。
[0015]如圖2所示，電源控制電路包括第七集成開關(guān)電源芯片U7、集成開關(guān)電源芯片U8、第九穩(wěn)壓芯片U9、第十穩(wěn)壓芯片U10、第十三電阻R13、第十六電阻R16、第四十六電阻R46、第七十四電阻R74、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第五三極管Q5、第六集成比較芯片U6，第七集成開關(guān)電源芯片與第十穩(wěn)壓芯片連接，第十三電阻、第四十六電阻、第七十四電阻都與第六集成比較芯片連接，第七集成開關(guān)電源、第九穩(wěn)壓芯片都與第四三極管連接，第四三極管與第二三極管連接，第七集成開關(guān)電源芯片、第三三極管都與第五三極管連接。
[0016]集成開關(guān)電源U7將輸入電壓VCC降為+12VS提供給集成第六比較器U6和第十穩(wěn)壓芯片U10，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓+5V1通過第四十六電阻R46、第七十四電阻R74分壓輸入到第六比較器U6B的正輸入5腳，外接啟動和速度調(diào)節(jié)信號J8端的電壓值通過第十三電阻R13輸入到第六比較器U6的6腳，當(dāng)?shù)诹容^器U6B的6腳信號小于5腳比較電位時(shí)，第六比較器U6B輸出高電平信號SW將第二三極管Q2、第四三極管Q4導(dǎo)通，使第九穩(wěn)壓芯片U9輸出+5V用于主控制電源(由于車載使用，因此對控制器的待機(jī)功耗要求較高，所以待機(jī)時(shí)將主控制電源關(guān)閉)；微控制單元Ul啟動壓縮機(jī)電機(jī)時(shí)將輸出信號12SW將第三三極管Q3、第五三極管Q5導(dǎo)通，提供升壓控制芯片Ull和第二電機(jī)驅(qū)動芯片U2、第三電機(jī)驅(qū)動芯片U3、第四電機(jī)驅(qū)動芯片U4的電源+12V。同時(shí)微控制單元Ul輸出信號Fout啟動集成開關(guān)電源芯片U8輸出+12VF提供給J3 (F+)和J4 (F-)外接12V直流風(fēng)扇提供給系統(tǒng)用。
[0017]如圖3所示，壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路包括第八十五電阻R85、第六十電阻R60、第十六電容C16、第八十七電阻R87、第五十九電阻R59、第一電容Cl、第八十八電阻R88、第五十八電阻R58、第二電容C2、第八十九電阻R89、第五十七電阻R57、第三電容C3，由第八十五電阻R85、第六十電阻R60、第十六電容C16組成的直流母線電壓分壓網(wǎng)絡(luò)將升壓后的母線電壓信號V2輸入到微控制單元的模擬A/D輸入口 23腳(AN6);同時(shí)將壓縮機(jī)電機(jī)的3相Jll (M0T0R0UT)分別通過分壓網(wǎng)絡(luò)(由第八十七電阻R87、第五十九電阻R59、第一電容Cl、第八十八電阻R88、第五十八電阻R58、第二電容C2、第八十九電阻R89、第五十七電阻R57、第三電容C3)得到V、W、U信號分別輸入到微控制單元的模擬A/D輸入口 16腳(ANl)、17腳(AN2)、15腳(ANO)，微控制單元通過各采樣值來計(jì)算確定壓縮機(jī)的電機(jī)的實(shí)際位置值，輸出正確的信號來開通或關(guān)閉功率部分。
[0018]電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路包括相互并聯(lián)的第二自舉驅(qū)動電路U2、第三自舉驅(qū)動電路U3、第四自舉驅(qū)動電路U4，微控制單元通過32~37腳(P3.0~P3.5)輸出6路驅(qū)動信號分別至第二自舉驅(qū)動電路U2、第三自舉驅(qū)動電路U3、第四自舉驅(qū)動電路U4的信號輸入腳，來控制換向功率管Ml~M6的導(dǎo)通和關(guān)閉，使壓縮機(jī)電機(jī)啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0019]如圖4所示，升壓控制電路由第二電感L2、功率管M7、肖特基二極管D8、第五十五電容C55和升壓控制芯片Ull組成，第二電感L2與功率管M7連接，肖特基二極管D8、升壓控制芯片Ull都與功率管M7連接，第五十五電容C55與肖特基二極管D8連接。升壓控制芯片Ull控制功率管M7的脈寬(PWM)來控制輸出的直流母線電壓值+VO。VREF是升壓控制芯片Ull內(nèi)部的一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，通過升壓控制芯片Ull內(nèi)部的比較器電路使輸出腳10和16輸出PWM信號；第七十電阻R70、第二十七電阻R27、第十二電容C12組成的分壓網(wǎng)絡(luò)將輸出直流母線電壓+VO分壓后輸入到升壓控制芯片Ull的內(nèi)部比較器的正端(I腳)和基準(zhǔn)VREF通過第三十六電阻R36、第四十八電阻R48的分壓值進(jìn)行比較，控制最高的輸出電壓；第七十五電阻R75、第三十八電阻R38的分壓值輸入到升壓控制芯片Ull的4腳(DTC)控制HVM的占空比不大于75% ;第六十六電阻R66、第十一電容Cll組成振蕩鋸齒波，用來確定PWM的頻率；微控制單元Ul通過一個(gè)PWM輸出口(P3.7)輸出的可變電壓通過第十四電阻R14、第四十二電容C42、第五二極管D5、第十五電阻R15接入升壓控制芯片Ul的I腳，來調(diào)節(jié)實(shí)際需要的直流母線(+V0)電壓。
[0020]微控制單元采用英飛凌公司的XC866(XC836)型產(chǎn)品，微控制單元檢測各輸入信號，來調(diào)節(jié)升壓的電壓值并對壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行及時(shí)換向，控制壓縮機(jī)的啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)換向，處理各種故障并輸出故障信號。
[0021]本實(shí)用新型中，可變升壓是采用升壓控制芯片Ull控制、微控制單元輔助調(diào)整的方案，相比于某國際品牌公司(SECOP)公司生產(chǎn)的同類型的直流壓縮機(jī)控制器，升壓部分完全利用微控制單元來直接控制，雖然在控制的硬件上減少了器件，但由于升壓需要較高的開關(guān)頻率才能將升壓電感元件的體積減小，因此對微控制單元的運(yùn)算性能有較高的要求，其次輸出電壓的動態(tài)調(diào)整率沒有硬件的速度快，因此在負(fù)載變化時(shí)會帶來壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)，造成壓縮機(jī)噪音增加等缺點(diǎn)，相對比于此品牌的直流壓縮機(jī)，采用本方案控制的直流壓縮機(jī)在負(fù)載啟動(抗壓差啟動)方面具有更好的適應(yīng)性和啟動成功率。同時(shí)由于采用微控制單元直接控制升壓，為了提高啟動力矩，啟動時(shí)必須將電壓升壓至最高值，造成壓縮機(jī)啟動時(shí)速度有過沖點(diǎn)，減少了壓縮機(jī)的機(jī)械壽命和增加了對電池的電流沖擊。采用本方案控制的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)通過微控制單元的軟件控制，可實(shí)現(xiàn)速度的軟啟動，解決了上面的啟動方式的缺點(diǎn)。
[0022]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改型和改變。因此，本實(shí)用新型覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種直流車載壓縮機(jī)的控制電路，其特征在于，其包括電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路、微控制單元，電源控制電路、壓縮機(jī)電機(jī)位置檢測電路、電機(jī)驅(qū)動及功率換向電路、升壓控制電路都與微控制單元連接。
2.如權(quán)利要求1所述的直流車載壓縮機(jī)的控制電路，其特征在于，所述電源控制電路包括第七集成開關(guān)電源芯片、第九穩(wěn)壓芯片、第十穩(wěn)壓芯片、第十三電阻、第四十六電阻、第七十四電阻、第二三極管、第三三極管、第四三極管、第五三極管、第六集成比較器芯片，第七集成開關(guān)電源芯片與第十穩(wěn)壓芯片連接，第十三電阻、第四十六電阻、第七十四電阻都與第六集成比較芯片連接，第七集成開關(guān)電源、第九穩(wěn)壓芯片都與第四三極管連接，第四三極管與第二三極管連接，第七集成開關(guān)電源芯片、第三三極管都與第五三極管連接。
3.如權(quán)利要求1所述的直流車載壓縮機(jī)的控制電路，其特征在于，所述升壓控制電路由第二電感、功率管、肖特基二極管、第五十五電容和升壓控制芯片組成，第二電感與功率管連接，肖特基二極管、升壓控制芯片都與功率管連接，第五十五電容與肖特基二極管連接。
【文檔編號】H02P6/08GK203491935SQ201320505666
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】祁宏 申請人:蘇州市智盈電子技術(shù)有限公司