專利名稱：基于pwm控制的重型卡車電器負(fù)載驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微電腦控 制器(MCU)和可調(diào)占空比脈沖信號(PWM)的重型卡車電器負(fù)載驅(qū) 動裝置。
背景技術(shù)：
對于安全可靠性能要求非常高的汽車領(lǐng)域，在傳統(tǒng)控制方式下， 車身電器負(fù)載如車燈、電機(jī)、各種電磁閥的使用壽命一直以來都是重
型卡車的一個瓶頸。車身電器負(fù)載的傳統(tǒng)控制回路一般是從電源(發(fā) 電機(jī)+蓄電池)到保險絲到控制開關(guān)到電器負(fù)載(如車燈)再到地(車 架)。
這種簡單的控制方式使得電器負(fù)載的使用壽命很短，而且對電 源系統(tǒng)的瞬間沖擊非常大。因?yàn)殡娖髫?fù)載特別是車燈在冷態(tài)時的阻抗
遠(yuǎn)小于熱態(tài)時的阻抗(一般是7 8倍的關(guān)系)，如果沒有任何保護(hù)措
施，在電器負(fù)載冷態(tài)時直接接通電源，瞬間電流是熱態(tài)時即工作時的
7 8倍，這樣就直接導(dǎo)致電器負(fù)載使用壽命降低，由于電源系統(tǒng)沖擊 過大，蓄電池的使用壽命也會降低，由于控制開關(guān)在瞬態(tài)通過大電流 以及閉合過程的機(jī)械抖動導(dǎo)致接觸不良引起的拉弧，使得控制開關(guān)的 使用壽命大大降低。這種傳統(tǒng)的電器負(fù)載控制方式就直接降低了整車 的安全性、可靠性，尤其是在夜間高速行車，如果由于車燈的使用壽 命到了而突然熄滅，將極有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。目前，為了改善以上不足，整車廠不得不提高電器負(fù)載的用材品質(zhì)，增加控制開關(guān) 的用銅量。這樣既增加了成本，問題也得不到根本性解決。
上述傳統(tǒng)的控制方式，電器負(fù)載工作狀態(tài)檢測不到，形成不了一 個具有保護(hù)功能閉環(huán)模型，因此，當(dāng)電器負(fù)載發(fā)生過載或短路時，車 身線束很快會發(fā)熱，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽車自燃事故。而且由于這種傳統(tǒng) 的控制方式前級使用了熔斷絲，當(dāng)電器負(fù)載發(fā)生過載或短路時，熔斷 絲燒斷，如果在夜間高速行車，極有可能導(dǎo)致意外交通事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種能夠延長 重型卡車身電器負(fù)載使用壽命、減少對電源系統(tǒng)沖擊、提高重型卡車
本身電器可靠性的基于可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制的重型卡車電 器負(fù)載驅(qū)動裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
基于PWM控制的重型卡車電器負(fù)載驅(qū)動裝置，包括一微電腦控 制器MCU1，微電腦控制器MCU1產(chǎn)生可調(diào)占空比脈沖信號PWM 控制策略，驅(qū)動控制模塊2執(zhí)行可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制策略 并由此驅(qū)動功率驅(qū)動模塊4，功率驅(qū)動模塊4驅(qū)動電器負(fù)載5，功率 驅(qū)動模塊4監(jiān)測電器負(fù)載5工作狀態(tài)并由此輸出反饋狀態(tài)，由狀態(tài)采 集模塊3采集并分別送到微電腦控制器MCU1和驅(qū)動控制模塊2，達(dá) 到閉環(huán)自適應(yīng)保護(hù)控制的目的。
所說的微電腦控制器MCU1產(chǎn)生可調(diào)占空比的可調(diào)占空比脈沖 信號PWM控制策略，這種可調(diào)占空比脈沖信號PWM的頻率為100赫茲，由18個周期組成，軟啟動過程為180ms，可調(diào)占空比的可調(diào) 占空比脈沖信號PWM的占空比從10%以每10%的步長往上遞增， 每種占空比為兩個周期，直到完全接通。
由于在電器負(fù)載冷啟動階段采用了可調(diào)占空比脈沖信號PWM 控制方式，逐步加大可調(diào)占空比脈沖信號PWM的占空比，使得電器 負(fù)載先進(jìn)行逐步預(yù)熱的過程，等到電器負(fù)載預(yù)熱到阻抗值較大時，可 調(diào)占空比脈沖信號PWM的占空比達(dá)到最大值即完全接通，這樣就實(shí)
現(xiàn)了一個具有預(yù)熱過程的軟啟動，在這個過程中，加載到電器負(fù)載上 的電流是受可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制的，由小到大逐漸加到一 個穩(wěn)定的值,很好的保護(hù)了電器負(fù)載在冷態(tài)啟動時對自身和電源系統(tǒng) 的沖擊，極大程度的提高了電器的使用壽命和可靠性。
對帶有參考地電器負(fù)載如車大燈進(jìn)行限流常常需要一個功率管、 一個高邊電流檢測電阻以及電平轉(zhuǎn)換方式，以獲得通常以地為參考的 電流檢測信號。由于電器負(fù)載通過微電腦控制器MCU和比較器控制 功率模塊，并采用了通過運(yùn)放和功率模塊采集電器負(fù)載工作狀態(tài)，可 以實(shí)時監(jiān)控并調(diào)整電器負(fù)載的工作狀態(tài)，這樣就可以有效地保護(hù)電器 負(fù)載因過載和短路發(fā)生的自燃故障，提高電器負(fù)載使用可靠性和使用 壽命。


圖l是本發(fā)明的硬件模型框圖。
圖2是本發(fā)明采用的電器負(fù)載驅(qū)動及工作狀態(tài)監(jiān)測電路原理圖。
圖3是電器負(fù)載5在過載狀態(tài)下采用本發(fā)明后各點(diǎn)的波形圖，其中，圖3 (a)是第一運(yùn)放Ul第一通道U1A反相輸入端的輸入信號波形 圖，橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是第一通道U1A反相輸入端的電壓；圖 3 (b)是功率驅(qū)動4的輸出波形圖，橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是功率驅(qū) 動4輸出端的電壓；圖3 (c)是功率驅(qū)動4的Is腳的工作狀態(tài)反饋 波形圖，橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是功率驅(qū)動4狀態(tài)反饋Is腳輸出端 的電壓。
圖4是本發(fā)明的電器負(fù)載在冷啟動時"軟啟動"控制策略波形圖，橫 坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是微電腦控制器MCU1的微電腦控制器MCU的 PWM輸出端MCU—PWM端輸出的可調(diào)占空比脈沖信號PWM電壓。 圖5是本發(fā)明的微電腦控制器MCU1采用的軟件控制策略圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖l，本發(fā)明包括5個部分，分別是微電腦控制器MCU1、 驅(qū)動控制模塊2、狀態(tài)采集模塊3、功率驅(qū)動模塊4、電器負(fù)載5，其 中由微電腦控制器MCU1產(chǎn)生可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制策略， 驅(qū)動控制模塊2執(zhí)行可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制策略并由此驅(qū)動 功率驅(qū)動模塊4，功率驅(qū)動模塊4驅(qū)動電器負(fù)載5，功率驅(qū)動模塊4 監(jiān)測電器負(fù)載5工作狀態(tài)并由此輸出反饋狀態(tài)，由狀態(tài)采集模塊3 采集并分別送到微電腦控制器MCU1和驅(qū)動控制模塊2，由此實(shí)現(xiàn)了 閉環(huán)保護(hù)控制系統(tǒng)。
參見圖2，所說的驅(qū)動控制模塊2包括第一場效應(yīng)管Q1、第二 電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一運(yùn)放Ul的第一通道U1A、第二電容C2、第三電容C3、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻 R9;他們的邏輯連接關(guān)系是微電腦控制器MCU1的PWM輸出端 MCU—PWM由微電腦控制器MCU1輸出并連接到第一電阻Rl，由 第一電阻Rl連接到第一場效應(yīng)管Ql的G極，由第一場效應(yīng)管Ql 對來自微電腦控制器MCU1的5伏電平的可調(diào)占空比脈沖信號PWM 進(jìn)行電平和相位轉(zhuǎn)換，第一場效應(yīng)管Q1的D極與第二電阻R2和第 三電阻R3連接，第一場效應(yīng)管Ql的D極連接到地，第三電阻R3 的另一端也連接到地，第二電阻R2的另一端同時與第四電阻R4、 第一運(yùn)放Ul的第四腳、第二電容C2的正極以及第八電阻R8的一 端連接，第一運(yùn)放U1的第三腳與第一場效應(yīng)管Q1的D極、第二電 阻R2和第三電阻R3的公共端連接作為運(yùn)放的同相輸入，第一運(yùn)放 Ul的第二腳為反相輸入端，并與第四電阻R4、第五電阻R5、第一 電容C1以及第六電阻R6的公共端連接，第五電阻R5的另一端接地， 第八電阻R8的另一端接電源Vbb(+24v)，電源通過第八電阻R8并 由第二電容C2濾波給第一運(yùn)放Ul供電，第二電容C2的負(fù)極接地， 第一運(yùn)放U1的第一路輸出為第一腳與第七電阻R7連接，第七電阻 R7的另一端輸出可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制波形并與第二功率 模塊U2的輸入腳IN連接，同時第二功率模塊U2的輸入腳IN與第 三電容C3和第九電阻R9的公共端連接，第三電容C3是濾波電容， 它的另外一端接地，第九電阻R9是第二功率模塊U2的輸入腳IN的 上拉電阻，它的另外一端接電源Vbb(+24v)。
參見圖2，所說的狀態(tài)采集模塊3包括第五電阻R5、第六電阻R6、第十三電阻R13、第一電容Cl、第十電阻RIO、第十二電阻R12、 第H"^—電阻Rll、第四電容C4、第五電容C5、反饋電阻Rcs，第一 穩(wěn)壓管Z1，第一運(yùn)放U1的第二通道U1B;他們的邏輯連接關(guān)系是: 第十二電阻R12—端接電源，另外一端與第一穩(wěn)壓管Z1連接，第一 穩(wěn)壓管Zl的另外一端接地，這樣第十二電阻R12和第一穩(wěn)壓管Zl 共同組成一個參考電壓Vref，此參考電壓Vref通過第十電阻R10輸 入到第一運(yùn)放Ul第二通道U1B的同相輸入端5腳，第五電容C5是 參考電壓Vref的濾波電容，第十電阻R10與第五電容C5連接，第 五電容C5的另外一端接地，第二功率模塊U2的狀態(tài)反饋輸出端Is 腳會根據(jù)電器負(fù)載5的工作電流大小輸出反饋電流，此反饋電流是一 個毫安級的電流，第二功率模塊U2的狀態(tài)反饋輸出端Is腳與反饋電 阻Rcs連接，反饋電阻Rcs另外一端接地，因此，第二功率模塊U2 的狀態(tài)反饋輸出端Is腳的電流輸出就轉(zhuǎn)化成反饋電壓Vcs，電器負(fù)載 5的工作電流越大，第二功率模塊U2的狀態(tài)反饋輸出端Is腳輸出的 反饋電流也就越大，反饋電壓Vcs就越大，反饋電壓Vcs通過與第 十一電阻Rll連接輸入到第一運(yùn)放U1第二通道U1B的反相輸入端6 腳，第四電容C4的一端與第一運(yùn)放U1第二通道U1B的反相輸入端 6腳連接，另外一端接地，因此第四電容C4就形成了反饋電壓Vcs 信號的濾波電容，第一運(yùn)放Ul第二通道U1B的輸出端為7腳，與 第六電阻R6連接，第一運(yùn)放Ul第二通道U1B的輸出信號通過第六 電阻R6輸出到第一運(yùn)放Ul第一通道U1A的反相輸入端2腳，由此 來控制第一運(yùn)放Ul第一通道Ul A的輸出，通過第二功率模塊U2的驅(qū)動電器負(fù)載5，同時，第一運(yùn)放U1第二通道U1B的輸出信號通過 第十三電阻R13輸出到微電腦控制器MCU1的狀態(tài)采集輸入 MCU一IN端，微電腦控制器MCU1根據(jù)狀態(tài)采集輸入MCUJN端的 狀態(tài)來調(diào)整微電腦控制器MCU的PWM輸出端MCU一PWM端的輸 出信號，這樣就實(shí)現(xiàn)了電器負(fù)載5的雙閉環(huán)控制，達(dá)到電器負(fù)載過載、 短路的雙重保護(hù)作用。這樣即使在微電腦控制器MCU1死機(jī)、損壞、 不工作或響應(yīng)不及時的情況下，通過第一運(yùn)放Ul第二通道U1B的 輸出端7腳和第一運(yùn)放Ul第一通道U1A的輸反相輸入端2腳的閉 環(huán)控制也能及時起到保護(hù)作用。
參見圖2，所說的功率驅(qū)動模塊4包括第二功率模塊U2及輸入 電源，第二功率模塊U2的Vbb腳接系統(tǒng)電源Vbb(+24v)，第二功率 模塊U2的OUT腳接電器負(fù)載5，電器負(fù)載5的另外一端接車架地。 第二功率模塊U2執(zhí)行一個功率場效應(yīng)晶體管及多種狀態(tài)反饋， 如短路及過載狀態(tài)反饋功能。圖2中顯示的另外一個特性是在引腳5 端輸出的反饋檢測電流，它是與負(fù)載電流成比例的低值電流。
從圖2可以看出，在正常情況下，檢測電流Is與負(fù)載電流Iload 之間的關(guān)系由電流檢測比率K(41oad/Is)決定，通常在12500左右。 采自檢測電流Is的電流檢測反饋電壓Vcs與參考電壓Vref作比較， 從而使得當(dāng)負(fù)載電流超過某一個設(shè)定值時，負(fù)載電路所在的電路切 斷。第一運(yùn)放U1是一種帶有開漏輸出的微功率雙重比較器，也是其 它有源設(shè)備唯一需要的。當(dāng)電路處在噪聲環(huán)境中時，電容C2和電阻 R8可以去耦第一運(yùn)放U1的電源電壓噪聲。從本質(zhì)上說，電路作為一個自復(fù)位短路開關(guān)工作。為了理解它的
具體工作情況，假設(shè)微電腦控制器MCU1的MCU—PWM端輸出低。 供電電壓Vbb處于標(biāo)準(zhǔn)電壓24V，第一運(yùn)放U1的反相和同相的靜態(tài) 輸入電壓分別是9.2和9.9V。因此，第一運(yùn)放Ul的第一通道U1A的 輸出為高，第二功率模塊U2的輸入也為高，此時第二功率模塊U2 保持電源開關(guān)處于斷開狀態(tài)，電器負(fù)載不工作。由于沒有負(fù)載電流流 過，反饋電壓Vcs為零，因此參考電壓Vref為非零正壓，第一運(yùn)放 Ul的第二通道U1B輸出高，并且第一運(yùn)放Ul第一通道U1A的反相 輸入端電阻R4-R5-R6連接點(diǎn)的電壓并不受第一運(yùn)放Ul的第二通道 U1B輸出的影響。
當(dāng)微電腦控制器MCU1的微電腦控制器MCU1的PWM輸出端 MCU一PWM端輸出高時，第一運(yùn)放Ul第一通道U1A的同相輸入端 電壓被拉低到0V，第一運(yùn)放Ul第一通道U1A的輸出電壓變低。此 時啟動第二功率模塊U2，源電流載入并形成一定的檢測電壓經(jīng)過反 饋電阻Rcs。調(diào)整反饋電壓Vcs使得其電壓值低于參考電壓Vref，第 一運(yùn)放Ul的第二通道U1B輸出高對第一運(yùn)放Ul的第一通道U1A 的反相輸入端電壓沒有影響，第二功率模塊U2的電源保持開關(guān)接通。
但如果負(fù)載電流Iload上升并使反饋電壓Vcs超過參考電壓Vref， 第一運(yùn)放Ul的第二通道U1B的輸出電壓降低，通過第一電容Cl和 第六電阻R6快速放電，第一運(yùn)放U1的第一通道U1A的反相輸入被 拉低到參考地。第一運(yùn)放Ul的第一通道U1A的輸出晶體管斷開， 第二功率模塊U2的輸入通過R9被拉高，第二功率模塊U2的電源斷開。結(jié)果負(fù)載電流Iload及反饋電壓Vcs的值降為零，并且第一運(yùn)放 Ul的第二通道U1B的輸出晶體管斷開。第一運(yùn)放U1的第一通道U1A 的反相輸入電壓由于第一電容Cl及第四電阻R4的充電而上升。然 而，第二功率模塊U2保持關(guān)閉狀態(tài)直到第一電容C1的電壓超過第 一運(yùn)放Ul的第一通道U1A的同相輸入電壓，此時第二功率模塊U2 重新開啟并且源電流重新載入。如果過載再次出現(xiàn)，這個過程重復(fù)進(jìn) 行并且斷路閘繼續(xù)以第四電阻R4、第五電阻R5、第一電容C1的時 間常數(shù)所確定的速度調(diào)整及復(fù)位。
圖3是電器負(fù)載5在過載狀態(tài)下采用本發(fā)明后各點(diǎn)的波形圖，圖 中顯示當(dāng)?shù)谝浑娙軨l的反相電壓上升到第一運(yùn)放Ul第一通道U1A 的同相輸入電壓過程中，第二功率模塊U2的輸出怎樣保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。 圖中的斷開時間Toff大概為120ms。
電路的導(dǎo)通時間主要受比較器的響應(yīng)時間及第二功率模塊U2的 斷開時間影響并且受R6-C1構(gòu)成的回路的時間常數(shù)的少許影響。第 三電容C3也微弱延遲第二功率模塊U2的斷開時間，必須讓第一運(yùn) 放U1第二通道U1B有足夠的時間使第一電容C1充分的放電。在第 一運(yùn)放U1第二通道U1B的反相輸入端被用于去耦轉(zhuǎn)換噪聲的第四電 容C4及第十一電阻R11所形成的時間常數(shù)，對導(dǎo)通時間也有影響。
但導(dǎo)通時間大概為900ps，這遠(yuǎn)小于斷開時間Toff，結(jié)果產(chǎn)生一個 很低的占空比(小于1%)并且處于超載時負(fù)載的功率消耗最小。第六 電阻R6和第七電阻R7限制比較器的低水平的輸出電流到一個安全 水平(對于第一運(yùn)放Ul大約為20mA)。反饋電壓Vcs與負(fù)載電流Iload之間的關(guān)系為
反饋電壓Vcs 4sx反饋電阻Rcs ^11oad/K)x反饋電阻Rcs 因此，對于一個特定的負(fù)載電路范圍，可以選擇反饋電阻Rcs來 產(chǎn)生一個恰當(dāng)?shù)姆答侂妷篤cs范圍。值得一提的是K并不是一個剛 性常數(shù)。例如，當(dāng)Iload-IOA時，K在25。C時的范圍為10800到13800。 K也稍微有些非線性的特性(在低負(fù)載電流時，K傾向變大的趨勢)。
參見圖4，是電器負(fù)載在冷啟動時本發(fā)明設(shè)計(jì)的軟啟動控制策略 波形圖，在電器負(fù)載在冷態(tài)時，電器負(fù)載的阻抗非常小，如果此時完 全接通開關(guān)，負(fù)載電流很大，長此以往將會大大降低電器負(fù)載以及電 源系統(tǒng)的使用壽命，嚴(yán)重時很有可能燒毀電器負(fù)載，導(dǎo)致交通意外的 發(fā)生。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種電器負(fù)載在冷態(tài)時實(shí)現(xiàn)"軟啟動"控制策略， 即由微電腦控制器MCU1實(shí)現(xiàn)一種可調(diào)占空比的可調(diào)占空比脈沖信 號PWM輸出，由此來控制圖2中描述的電路。這種可調(diào)占空比的可 調(diào)占空比脈沖信號PWM的頻率為100赫茲，由18個周期組成，軟 啟動過程為180ms，可調(diào)占空比的可調(diào)占空比脈沖信號PWM的占空 比從10%以每10%的步長往上遞增，每種占空比為兩個周期，直到 完全接通。剛啟動時，雖然電器負(fù)載阻抗很小，但是此時的控制信號 占空比只有10%，因此相應(yīng)的電器負(fù)載電流較小，隨著啟動時間的 增加，電器負(fù)載的預(yù)熱過程的阻抗也在增加，而控制信號的占空比也 在增加，直到控制信號占空比為100%(即完全接通)，因此電器負(fù) 載的工作電流一直都處于一個正常范圍，所以這是一個電器負(fù)載的 "軟啟動"過程。圖5為本發(fā)明的微電腦控制器MCU1采用的軟件控制策略圖。 在系統(tǒng)上電工作后，微電腦控制器MCU1進(jìn)行控制開關(guān)檢測，如果 控制開關(guān)有效則啟動"軟啟動"策略，微電腦控制器MCU1的PWM 輸出端MCU—PWM輸出可調(diào)占空比脈沖信號PWM，占空比逐漸加 大直到占空比位100% (微電腦控制器MCUl的PWM輸出端 MCU一PWM持續(xù)輸出高)，使電器負(fù)載5平穩(wěn)啟動工作，接著采集狀 態(tài)采集輸入MCU_IN的狀態(tài)，如果狀態(tài)采集輸入MCU—IN輸入為低， 證明電器負(fù)載5發(fā)生斷路或過載故障，則PWM輸出端MCU— PWM 輸出低，切斷電器負(fù)載5電源，保護(hù)系統(tǒng)，接著繼續(xù)采集狀態(tài)采集輸 入MCU—IN的狀態(tài)，如果狀態(tài)采集輸入MCU—IN輸入為高，則PWM 輸出端MCU一PWM持續(xù)輸出高，電器負(fù)載5正常工作，如果狀態(tài)采 集輸入MCU—IN在一定時間內(nèi)連續(xù)5次輸入低，則證明電器負(fù)載5 發(fā)生斷路或過載故障且必須人工干預(yù)排除此故障，此時PWM輸出端 MCU一PWM輸出低，不再輸出高直到故障已經(jīng)排除。
實(shí)踐證明，采用本發(fā)明控制策略，可以降低了電器負(fù)載在啟動過 程中對電源和控制器的沖擊，延長電器的使用壽命，經(jīng)我們統(tǒng)計(jì)能延 長電器負(fù)載使用壽命2 3倍，在負(fù)載電器工作過程中，可以通過檢測 工作狀態(tài)來調(diào)整工作模式，保護(hù)電器負(fù)載自身以及電源系統(tǒng)；通過短 路限流及過載斷路保護(hù)功能，大大降低了因電器故障而發(fā)生的交通事 故；也間接的降低了開關(guān)的技術(shù)參數(shù)要求，延長了開關(guān)的使用壽命， 降低了因開關(guān)失效或性能降低而引起的火災(zāi)隱患。
權(quán)利要求
1、基于PWM控制的重型卡車電器負(fù)載驅(qū)動裝置，其特征在于，包括一微電腦控制器(MCU1)，微電腦控制器(MCU1)產(chǎn)生可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制策略，驅(qū)動控制模塊(2)執(zhí)行可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制策略并由此驅(qū)動功率驅(qū)動模塊(4)，功率驅(qū)動模塊(4)驅(qū)動電器負(fù)載(5)，功率驅(qū)動模塊(4)監(jiān)測電器負(fù)載(5)工作狀態(tài)并由此輸出反饋狀態(tài)，由狀態(tài)采集模塊3采集并分別送到微電腦控制器(MCU1)和驅(qū)動控制模塊(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的重型卡車電器負(fù)載 驅(qū)動裝置，其特征在于所說的微電腦控制器(MCU1)產(chǎn)生可調(diào)占空 比的可調(diào)占空比脈沖信號(PWM)控制策略，這種可調(diào)占空比脈沖信 號(PWM)的頻率為100赫茲，由18個周期組成，軟啟動過程為180ms， 可調(diào)占空比的可調(diào)占空比脈沖信號PWM的占空比從10%以每10% 的步長往上遞增，每種占空比為兩個周期，直到完全接通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的重型卡車電器負(fù)載 驅(qū)動裝置，其特征在于所說的驅(qū)動控制模塊(2)包括第一場效應(yīng)管 (Ql)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第一運(yùn)放(U1) 的第一通道(U1A)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第七電阻(R7)、 第八電阻(R8)、第九電阻(R9);他們的邏輯連接關(guān)系是微電腦控制 器(MCU1)的PWM輸出端(MCU—PWM)由微電腦控制器(MCU1)輸出 并連接到第一電阻(R1)，由第一電阻(R1)連接到第一場效應(yīng)管(Q1)的 G極，由第一場效應(yīng)管(Q1)對來自微電腦控制器(MCU1)的5伏電平的可調(diào)占空比脈沖信號PWM進(jìn)行電平和相位轉(zhuǎn)換，第一場效應(yīng)管(Ql)的D極與第二電阻(R2)和第三電阻(R3)連接，第一場效應(yīng)管(Q1) 的D極連接到地，第三電阻(R3)的另一端也連接到地，第二電阻(R2) 的另一端同時與第四電阻(R4)、第一運(yùn)放(U1)的第四腳、第二電容(C2) 的正極以及第八電阻(R8)的一端連接，第一運(yùn)放(U1)的第三腳與第一 場效應(yīng)管(Q1)的D極、第二電阻(R2)和第三電阻(R3)的公共端連接作 為運(yùn)放的同相輸入，第一運(yùn)放(U1)的第二腳為反相輸入端，并與第四 電阻(R4)、第五電阻(R5)、第一電容(C1)以及第六電阻(R6)的公共端 連接，第五電阻(R5)的另一端接地，第八電阻(R8)的另一端接電源 (Vbb(+24v))，電源(Vbb(+24v))通過第八電阻(R8)并由第二電容(C2) 濾波給第一運(yùn)放(U1)供電，第二電容(C2)的負(fù)極接地，第一運(yùn)放(U1) 的第一路輸出為第一腳與第七電阻(R7)連接，第七電阻(R7)的另一端 輸出可調(diào)占空比脈沖信號(PWM)控制波形并與第二功率模塊(U2)的 輸入腳IN連接，同時第二功率模塊(U2)的輸入腳IN與第三電容(C3) 和第九電阻(R9)的公共端連接，第三電容(C3)是濾波電容，它的另外 一端接地，第九電阻(R9)是第二功率模塊(U2)的輸入腳IN的上拉電 阻，它的另外一端接電源(Vbb(+24v))。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的重型卡車電器負(fù)載 驅(qū)動裝置，其特征在于所說的狀態(tài)采集模塊(3)包括第五電阻(R5)、 第六電阻(R6)、第十三電阻(R13)、第一電容(C1)、第十電阻(RIO)、 第十二電阻(R12)、第H^—電阻(Rll)、第四電容(C4)、第五電容(C5)、 反饋電阻(Rcs)，第一穩(wěn)壓管(Z1)，第一運(yùn)放(U1)的第二通道(U1B);他們的邏輯連接關(guān)系是第十二電阻(R12)—端接電源，另外一端與 第一穩(wěn)壓管(Z1)連接，第一穩(wěn)壓管(Z1)的另外一端接地，這樣第十二 電阻(R12)和第一穩(wěn)壓管(Zl)共同組成一個參考電壓(Vref)，此參考電 壓(Vref)通過第十電阻(R10)輸入到第一運(yùn)放(Ul)第二通道(UlB)的同 相輸入端5腳，第五電容(C5)是參考電壓(Vref)的濾波電容，第十電 阻(R10)與第五電容(C5)連接，第五電容(C5)的另外一端接地，第二功 率模塊(U2)的狀態(tài)反饋輸出端(Is)腳與反饋電阻(Rcs)連接，反饋電阻 (Rcs)另外一端接地，反饋電壓(Vcs)通過與第十一電阻(Rll)連接輸入 到第一運(yùn)放(U1)第二通道(U1B)的反相輸入端6腳，第四電容(C4)的 一端與第一運(yùn)放(U1)第二通道(U1B)的反相輸入端6腳連接，另外一 端接地，第一運(yùn)放(U1)第二通道(U1B)的輸出端為7腳，與第六電阻 R6連接，第一運(yùn)放(U1)第二通道(U1B)的輸出信號通過第六電阻(R6) 輸出到第一運(yùn)放(U1)第一通道(U1A)的反相輸入端2腳，由此來控制 第一運(yùn)放(U1)第一通道(U1A)的輸出，通過第二功率模塊(U2)的驅(qū)動 電器負(fù)載(5)，同時，第一運(yùn)放(U1)第二通道(U1B)的輸出信號通過 第十三電阻(R13)輸出到微電腦控制器(MCU1)的狀態(tài)采集輸入 (MCU—IN)，微電腦控制器(MCU1)根據(jù)狀態(tài)采集輸入(MCU—IN)端的 狀態(tài)來調(diào)整微電腦控制器(MCU1)的PWM輸出端(MCU—PWM)端的 輸出信號。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的重型卡車電器負(fù)載 驅(qū)動裝置，其特征在于所說的功率驅(qū)動模塊(4)包括第二功率模塊 (U2)及輸入電源，第二功率模塊(U2)的Vbb腳接系統(tǒng)電源(Vbb(+24v))，第二功率模t央(U2)的OUT腳接電器負(fù)載(5)，電器負(fù)載 (5)的另外一端接車架地。
6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于PWM控制的重型卡車電器 負(fù)載驅(qū)動裝置，其特征在于所說的微電腦控制器(MCU1)采用的軟 件控制策略是在系統(tǒng)上電工作后，微電腦控制器(MCU1)進(jìn)行控制 開關(guān)檢測，如果控制開關(guān)有效則啟動"軟啟動"策略，微電腦控制器 (MCU1)的PWM輸出端(MCU—PWM)輸出可調(diào)占空比脈沖信號 (PWM)，占空比逐漸加大直到占空比位100%，使電器負(fù)載(5)平穩(wěn)啟 動工作，接著采集狀態(tài)采集輸入(MCU一IN)的狀態(tài)，如果狀態(tài)采集輸 入(MCU—IN)輸入為低，證明電器負(fù)載(5)發(fā)生斷路或過載故障，則 PWM輸出端(MCU—PWM)輸出低，切斷電器負(fù)載(5)電源，保護(hù)系統(tǒng)， 接著繼續(xù)采集狀態(tài)采集輸入(MCU—IN)的狀態(tài)，如果狀態(tài)采集輸入 (MCU—IN)輸入為高，則PWM輸出端(MCU—PWM)持續(xù)輸出高，電 器負(fù)載(5)正常工作，如果狀態(tài)采集輸入(MCU—IN)在一定時間內(nèi)連續(xù) 5次輸入低，則證明電器負(fù)載(5)發(fā)生斷路或過載故障且必須人工干預(yù) 排除此故障，此時PWM輸出端(MCU一PWM)輸出低，不再輸出高直 到故障已經(jīng)排除。
全文摘要
基于PWM控制的重型卡車電器負(fù)載驅(qū)動裝置，包括一微電腦控制器MCU1，微電腦控制器MCU1產(chǎn)生可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制策略，驅(qū)動控制模塊2執(zhí)行可調(diào)占空比脈沖信號PWM控制策略并由此驅(qū)動功率驅(qū)動模塊4，功率驅(qū)動模塊4驅(qū)動電器負(fù)載5，功率驅(qū)動模塊4監(jiān)測電器負(fù)載5工作狀態(tài)并由此輸出反饋狀態(tài)，由狀態(tài)采集模塊3采集并分別送到微電腦控制器MCU1和驅(qū)動控制模塊2，能夠延長重型卡車身電器負(fù)載使用壽命、減少對電源系統(tǒng)沖擊、提高重型卡車本身電器可靠性。
文檔編號B60L1/00GK101503060SQ20091002103
公開日2009年8月12日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者姚建軍, 李愛軍, 白浩博, 秦貴波, 賈玉健 申請人:西安智源電氣有限公司