專利名稱：一種電動汽車?yán)^電器線圈控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電動汽車?yán)^電器線圈控制電路。
背景技術(shù)：
電動汽車的研發(fā)已經(jīng)成為全世界新能源汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向，與之相配套的電動車?yán)^電器產(chǎn)品的市場潛力正在顯現(xiàn)。然而，由于電動汽車用繼電器的工作電壓范圍為12V-900V，控制電流從IOA到500A不等，觸點工作容量之大可見一斑。和工業(yè)用直流接觸器相比，電動車用繼電器的工作環(huán)境和可靠性要求更高。如在震動和沖擊實驗中，繼電器需要承受持續(xù)IOms以上，加速度峰值為200m/s2的考驗，同時保證觸點不能脫開。為了增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性，我們會增大線圈的安匝數(shù)，使銜鐵吸合的過程能夠快速完成，又能在振動和沖擊環(huán)境下牢靠的吸合。這里需要持續(xù)的電能消耗，有一部分是可以節(jié)省的。根據(jù)經(jīng)驗公式，安匝數(shù)等于線圈匝數(shù)與線圈通過的電流的乘積，安匝數(shù)越大，產(chǎn)生的磁場越強(qiáng)。在理想情況下，要克服機(jī)械反力使觸點吸合，而且更為快速的吸合，對減小觸點粘連和提高觸點壽命是有一定的作用的。如果通過增加線圈繞線匝數(shù)，來提高安匝數(shù)，會出現(xiàn)直流電阻隨著匝數(shù)的增加而增大，所以需要換用截面積更大的漆包線，考慮到安匝飽和，找到靜態(tài)工作的點是最為理想的結(jié)果。在觸點吸合的過程中，觸點行程內(nèi)的氣隙會減弱磁力。設(shè)計中往往會出現(xiàn)觸點間隙大，需要很大的電磁里來吸引銜鐵。在現(xiàn)有技術(shù)中，有一種所謂雙線圈模式可以部分解決這個問題。如圖1所示，傳統(tǒng)繼電器為單線圈的控制方式。在線圈通以直流電(以下用HC+及HC-來表示)，在電勢達(dá)到繼電器本身吸動電壓的要求時，繼電器吸合。在小于最小保持電壓時，觸點斷開。傳統(tǒng)12V繼電器的線圈電阻在70Ω -100 Ω之間，24V繼電器在150Ω-200Ω之間?？紤]觸點間隙的問題，電動汽車用繼電器，在觸點吸合的過程中需要更大的電磁力，應(yīng)用了雙線圈設(shè)計，如圖2 所示。在繼電器吸合時，要求兩個線圈(以下用HC+及HC-和TC+及TC-來表示)同時工作且產(chǎn)磁場強(qiáng)度方向必須一致，在維持過程中，只有單一的一個線圈(HC+及HC-)在工作。這就達(dá)到了滿足繼電器吸和時線圈能有較大的電磁吸力，又不會在工作狀態(tài)下使線圈發(fā)熱成為問題，同時達(dá)到了節(jié)約能量的目的。目前車用繼電器的線圈控制端多為85、86雙線控制。在考慮產(chǎn)品可靠和價格成本下，在產(chǎn)品中增加PCBA，繼電器線圈吸合的控制信號從Power+ (接86端子)和Power-(接 85端子)進(jìn)入，HC+及HC-接長通線圈，TC+及TC-接瞬通線圈。采用低邊控制，使用性價比高的增強(qiáng)型N溝道M0SFET。在TC端，應(yīng)用微分電路，調(diào)整電阻和電容值，控制TC側(cè)線圈的工作時間約100ms。同時增加相應(yīng)的抑制電路。整體電路能滿足線圈在吸合時，線圈有足夠大的電磁力，而保持時又有足夠的保持力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電動汽車?yán)^電器線圈控制電路，以解決電動汽車?yán)^電器工作參數(shù)要求高的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種電動汽車?yán)^電器線圈控制電路，包括整車電壓檢測電路、PWM脈沖波生成模塊、MOSFET驅(qū)動電路和繼電器線圈，整車電壓檢測電路的輸出接入 PWM脈沖波生成模塊，PWM脈沖波生成模塊的輸出通過MOSFET驅(qū)動電路推動繼電器線圈以控制繼電器的開合，其中，PWM脈沖波生成模塊根據(jù)所述繼電器線圈側(cè)的電磁吸力確定所述繼電器線圈電流、阻抗和耐壓，依據(jù)PI調(diào)節(jié)器和抗飽和調(diào)節(jié)器結(jié)合整車電壓得到控制側(cè) PWM輸出頻率。一種電動汽車?yán)^電器線圈控制方法，PWM脈沖波生成模塊首先檢測整車電源電壓， 經(jīng)過PI計算，驅(qū)動MOSFET驅(qū)動電路給繼電器線圈加電，如檢測到整車電源電壓13. 5V則輸出90%的占空比，保證繼電器的快速吸合，約50us后，再次檢測整車電源電壓13. 5V，輸出 40%的占空比，來保證繼電器觸點的穩(wěn)態(tài)吸合，當(dāng)檢測整車電源電壓波動時，輸出的占空比跟隨整車電壓波動變化。本發(fā)明通過控制繼電器線圈在觸點吸合時的吸合電流來達(dá)到快速吸合，而減小保持過程中保持電流，以減小線圈的發(fā)熱，實現(xiàn)被控繼電器的快速吸合和穩(wěn)態(tài)功耗的最低， 達(dá)到節(jié)約能源提高產(chǎn)品可靠性的目的。


圖1是傳統(tǒng)繼電器為單線圈的控制方式示意2是繼電器雙線圈模式控制示意圖
圖3是本發(fā)明PWM繼電器線圈控制電路組成示意圖
具體實施例方式如圖3所示，本發(fā)明的電動汽車?yán)^電器線圈控制電路，包括整車電壓檢測電路、PWM脈沖波生成模塊、驅(qū)動電路和繼電器線圈，整車電壓檢測電路的輸出接入PWM脈沖波生成模塊，PWM脈沖波生成模塊的輸出通過驅(qū)動電路推動繼電器線圈以控制繼電器的開合，其中，PWM脈沖波生成模塊根據(jù)所述繼電器線圈側(cè)的電磁吸力確定所述繼電器線圈電流、阻抗和耐壓，依據(jù)PI調(diào)節(jié)器和抗飽和調(diào)節(jié)器結(jié)合整車電壓得到控制側(cè)PWM輸出頻率。 具體是通過改變輸出方波的占空比使負(fù)載上的平均電流功率從0-100%變化、從而改變負(fù)載的電磁力。利用脈寬調(diào)制(PWM)方式的優(yōu)點是使電源的能量功率得到充分利用、電路的效率高。例如當(dāng)輸出為50%的方波時，脈寬調(diào)制(PWM)電路輸出能量功率也為50%，即幾乎所有的能量都轉(zhuǎn)換給負(fù)載。而采用常見的電阻降壓調(diào)節(jié)時，要使負(fù)載獲得電源最大50% 的功率，電源必須提供71%以上的輸出功率，這其中21%消耗在電阻的壓降及熱耗上。大部分能量在電阻上被消耗掉，剩下才是輸出的能量，轉(zhuǎn)換效率非常低。從產(chǎn)品體積上考慮 PWM控制器也有能量密度高的優(yōu)點。此外因其采用開關(guān)方式，熱耗幾乎不存在。繼電器的線圈仍然使用單線圈的方式，只需增加PCBA。
工作電壓到60V，工作溫度-55 125° C，輸出電流2. 3A，自帶智能保護(hù)功能。輸出頻率和延時時間可調(diào)。對86端的電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，使產(chǎn)品具備在外界電壓波動時，繼電器線圈兩端的維持電流保持不變，可以減小線圈發(fā)熱和達(dá)到節(jié)約能量的目的。采用單片機(jī)做控制芯片和MOSFET驅(qū)動電路，控制器本身采用電壓監(jiān)控閉環(huán)控制， 能夠及時響應(yīng)整車電壓波動對線圈側(cè)的影響，應(yīng)用MCU控制，除了上文提到的控制有點外， MCU通過查表或PI控制，能夠精度更高的控制繼電器線圈兩端的維持電流保持不變。同時， 可以提高PWM的頻率，在安培力固定的條件下，可以節(jié)約一定的漆包線用量，以達(dá)到減小產(chǎn)品體積的和降低產(chǎn)品功耗的目的。MCU可以采用PIC12F683單片機(jī)，批量產(chǎn)品也可選用對應(yīng)的OTP型號，以提高產(chǎn)品的可靠性。電動車需要接通85、86端子的時候，控制器首先檢測電源電壓，由控制器經(jīng)過PI 計算，驅(qū)動MOSFET給控制線圈加電，如檢測到電源電壓13. 5V則輸出90%的占空比，保證繼電器的快速吸合，約50us后，再次檢測電源電壓13. 5V，輸出40%的占空比，來保證繼電器觸點的穩(wěn)態(tài)吸合，當(dāng)檢測電源電壓波動時，輸出的占空比會跟隨電壓波動變化。從而實現(xiàn)上述功能。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車?yán)^電器線圈控制電路，其特征在于，包括整車電壓檢測電路、PWM脈沖波生成模塊、MOSFET驅(qū)動電路和繼電器線圈，整車電壓檢測電路的輸出接入PWM脈沖波生成模塊，PWM脈沖波生成模塊的輸出通過MOSFET驅(qū)動電路推動繼電器線圈以控制繼電器的開合，其中，PWM脈沖波生成模塊根據(jù)所述繼電器線圈側(cè)的電磁吸力確定所述繼電器線圈電流、阻抗和耐壓，依據(jù)PI調(diào)節(jié)器和抗飽和調(diào)節(jié)器結(jié)合整車電壓得到控制側(cè)PWM輸出頻率。
2.一種電動汽車?yán)^電器線圈控制方法，其特征在于，PWM脈沖波生成模塊首先檢測整車電源電壓，經(jīng)過PI計算，驅(qū)動MOSFET驅(qū)動電路給繼電器線圈加電，如檢測到整車電源電壓13. 5V則輸出90%的占空比，保證繼電器的快速吸合，約50us后，再次檢測整車電源電壓 13. 5V，輸出40%的占空比，來保證繼電器觸點的穩(wěn)態(tài)吸合，當(dāng)檢測整車電源電壓波動時，輸出的占空比跟隨整車電壓波動變化。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電動汽車?yán)^電器線圈控制電路，包括整車電壓檢測電路、PWM脈沖波生成模塊、驅(qū)動電路和繼電器線圈，整車電壓檢測電路的輸出接入PWM脈沖波生成模塊，PWM脈沖波生成模塊的輸出通過驅(qū)動電路推動繼電器線圈以控制繼電器的開合，其中，PWM脈沖波生成模塊根據(jù)所述繼電器線圈側(cè)的電磁吸力確定所述繼電器線圈電流、阻抗和耐壓，依據(jù)PI調(diào)節(jié)器和抗飽和調(diào)節(jié)器結(jié)合整車電壓得到控制側(cè)PWM輸出頻率。實現(xiàn)被控繼電器的快速吸合和穩(wěn)態(tài)功耗的最低。達(dá)到節(jié)約能源提高產(chǎn)品可靠性的目的。
文檔編號H01H47/00GK102163518SQ20111009162
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者張磊, 方政, 施海星, 金少華, 陳 峰 申請人:上海滬工汽車電器有限公司