一種充氣鎢絲燈泡診斷參數運算電路的製作方法

2023-05-12 06:35:31

本實用新型涉及一種診斷負載為充氣鎢絲燈泡的工作狀態的關鍵電路。

背景技術：

在汽車行業中通常要求當可編程器件（如處理器等）失效後車輛行駛所必須的功能依舊保持正常。對於部分車輛行駛所必須的燈泡而言（如前後轉向燈、剎車燈等），診斷燈泡的工作狀態則是保障燈泡正常工作的前提。故而，對於部分燈泡則要求當可編程器件（如處理器等）失效後依舊可以診斷燈泡的工作狀態。

檢測燈泡的工作狀態實則是計算燈泡在不同電壓下的理論工作電流並與實際工作電流比較，以判斷燈泡當前是處於欠流狀態、正常狀態或過流狀態。車載系統中通常使用充氣鎢絲燈泡，當一個或多個充氣鎢絲燈泡與直流恆壓電源並聯時，燈泡的理論電流值與電壓的關係為：

I=I0×（U/U0）0.55

其中U為當前燈泡兩端的實際電壓，I為流經燈泡的理論電流，U0為燈泡的測試電壓，I0為燈泡在測試電壓下的電流。由於式中的指數運算較為複雜，往往需要依賴可編程器件（如處理器等）完成，這便導致了當可編程器件（如處理器等）失效後無法對燈泡的故障狀態進行檢測，給行車安全帶來隱患。

對此，為了解決上述問題，人們需要一種不依賴可編程器件（如處理器等）也可以診斷充氣鎢絲燈泡的運算電路。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種不依賴可編程器件（如處理器等）即可以計算燈泡電流、診斷充氣鎢絲燈泡的運算電路。

本實用新型所述的一種充氣鎢絲燈泡診斷參數運算電路，包括：

分壓電路:分壓電路的輸入端輸入待測燈泡兩端的實際電壓差X，對該實際電壓差X進行分壓，輸出分壓後的待測燈泡兩端電壓差，記為X1，分壓電路的輸出端與乘法電路的輸入端連接；

乘法電路：乘法電路第一輸入端和第二輸入端的輸入值均為上述分壓電路的輸出X1，乘法電路將第一輸入端與第二輸入端的值相乘，輸出為X1的平方，即為X12，乘法電路的輸出端與比例運算電路的輸入端連接；

比例運算電路：比例運算電路的輸入端與乘法電路的輸出端連接，比例運算電路對輸入端輸入的X12進行比例運算，比例運算電路的比例係數為A,其輸出則為AX12，比例運算電路的輸出端與求差電路的輸入端連接；

求差電路：求差電路的被減數輸入端與分壓電路的輸出端相連，即輸入X1, 求差電路的減數輸入端與比例運算電路的輸出端連接，即輸入AX12；求差電路對正向輸入端與反向輸入的數值進行求差，輸出端得到X1與AX12的差值，即X1-AX12的值。

本實用新型所述一種充氣鎢絲燈泡診斷參數運算電路，可用於診斷車載系統中充氣鎢絲燈泡的電流。車載系統中通常使用充氣鎢絲燈泡作為車載燈泡，當一個或多個充氣鎢絲燈泡與直流恆壓電源並聯時，流經燈泡的理論電流值I1可由式子I1=I0×（U1/U0）0.55計算得到，其中U1為當前燈泡兩端的實際電壓， U0為燈泡的測試電壓，I0為燈泡的測試電流。但是，由於在12V的車載電力系統中，燈泡兩端的實際電壓通常在6V至16V區間內，在此條件下，流經燈泡的理論電流值I1,則可以由式子I2=X-AX2+B近似得到，其中I2為高度近似燈泡理論電流值I1的近似理論電流值,X為燈泡兩端實際電壓差，A為放大係數，B為補償常數。由於B為常數，可以在後續計算中直接減去，故而為了提高運算效率，設置診斷電流值I3= X-AX2，實際應用中使用診斷電流值I3對充氣鎢絲燈泡的工作狀態進行診斷。該診斷電流值I3即為用於判斷充氣鎢絲燈泡工作狀態的電流參數，該參數利用分壓電路、乘法電路、比例運算電路和求差電路四個基礎的電路即可得到，不依賴可編程器件（如處理器等）即可完成對充氣鎢絲燈泡工作狀態的診斷，即便在車輛系統中的可編程器件（如處理器等）失效也可以保證充氣鎢絲燈泡的正常工作，保障車輛的行車安全。

附圖說明

圖1為一種診斷充氣鎢絲燈泡工作狀態的運算電路的原理框圖。

圖2為一種診斷充氣鎢絲燈泡工作狀態的運算電路的電路圖。

具體實施方式

車載系統中通常使用充氣鎢絲燈泡作為車載燈泡，一個或多個充氣鎢絲燈泡並聯由直流恆壓電源供電時，流經燈泡的理論電流值I1可由式一

I=I0×（U/U0）0.55

計算得到，其中U1為當前燈泡兩端的實際電壓， U0為燈泡的測試電壓，I0為燈泡在測試電壓下的電流。取U1=U/4, 則有:

I2=I0×（U1/U0）0.55= I0×(1/4)0.55×（U/U0）0.55=0.466516×I

(精確至小數點後六位)

再將I2乘上一個比例係數k，使其取值範圍適合後續的運算，得到I1,即:

I1=k×I2=k×0.466516×I

其中,k=2.072547×U00.55/I0

對於確定的燈泡而言, U0和I0的值是預先確定的， I1與I只差確定的常數倍,，所以可以用I1來表徵I的大小。並且由於在自然數範圍內 I1與I是一一對應的,所以可以診斷時可直接判斷I1的大小是否在正常範圍即可。

由於在12V的車載電氣系統中，燈泡兩端的實際電壓通常在6V至16V區間內，該電壓值較大而且後續電路中涉及乘法電路，其電壓值會大幅上升，將導致後續器件在高電壓狀態工作，對器件要求較高，限制了元器件的選擇。對此，可本專利對燈泡的實際電壓先用分壓電路進行分壓, 分壓後的電壓為實際電壓的1/4。在此電壓範圍內，流經燈泡的理論電流的表徵值I1以安培為單位時的量值,可以由

I1≈AX12+X1+B (式二)

近似得到，其中：

X1為燈泡兩端實際電壓差的1/4並且以伏特為單位時的量值；

A為二次項係數, 當其取值為 -0.0501900時近似精度最高 (精確至小數點後 6位)；

B為常數，當其取值為1.2437941時近似精度最高(精確至小數點後 6位)。

由於B為常數，可以在後續計算中直接減去，故而為了簡化計算步驟，設I3 =I1-B= X1-A1X12，實際應用中使用I3對充氣鎢絲燈泡的工作狀態進行診斷。

至此，本實用新型提供了一種獲得充氣鎢絲燈泡在不同電壓下理論電流高精度近似值的表徵值的方法。本計算方法僅利用乘法運算和求差, 求和運算即可得到燈泡在電壓X下的理論電流值高度近似值的表徵值，避免了複雜的指數為小數的指數函數計算。該方法既可運用於以非可編程器件組成的電路實現脫離處理器的燈泡診斷功能，也運用於在可編程器件中以簡少診斷算法的運算量。

如圖1和圖2所示，本實用新型所述的一種診斷充氣鎢絲燈泡工作狀態的運算電路，包括：分壓電路:分壓電路的輸入端輸入待測燈泡兩端的實際電壓差X，對該實際電壓差X進行分壓，輸出分壓後的待測燈泡兩端電壓差，記為X1，分壓電路的輸出端與乘法電路的輸入端連接；乘法電路：乘法電路第一輸入端和第二輸入端的輸入值均為上述分壓電路的輸出X1，乘法電路將第一輸入端與第二輸入端的值相乘，輸出為X1的平方，即為X12，乘法電路的輸出端與比例運算元的輸入端連接；比例運算電路：比例運算電路的輸入端與乘法電路的輸出端連接，比例運算電路對輸入端輸入的X12進行比例運算，比例運算電路的比例係數為A, 其輸出則為AX12，比例運算電路的輸出端與求差電路的輸入端連接；求差電路：求差電路的被減數輸入端與分壓電路的輸出端相連，即輸入X1, 求差電路的減數輸入端與比例運算電路的輸出端連接，即輸入AX12。求差電路對正向輸入端與反向輸入的數值進行求差，輸出端得到X1與AX12的差值，即X1-AX12的值，該值即為待測燈泡的理論電流的表徵值I3以安培為單位時的量值。本運算電路通過分壓電路、乘法電路、比例運算電路及求差電路完成對診斷電流值I3= X1-AX12的計算，電路結構簡單易搭建，低成本，高效率，並且無需使用可編程器件（如處理器等），解決了現有診斷電路存在的問題。所述比例係數A取值為閉區間[0.045, 0.057]內的所有自然數,運算電路所得的I3 ，誤差較小，即可用於診斷得當前充氣鎢絲燈泡當前的工作狀態。當比例係數A取值為0.050190時，由該電路運算得到的理論電流表徵值I3根據計算式I3 =I1-B算得到的理論電流值I1，與流經燈泡的理論電流值I1最為接近，也即近似精度最高，即理論電流表徵值I3對流經燈泡的理論電流值I1的表徵最準確。

為了保護後級電路的安全，降低最後一級運算放大器的輸入阻抗, 增加其輸入信號對電磁幹擾的抵抗能力，可在求差電路的被減數輸入端設置第五電阻R5用以降低求差電路的輸入阻抗，第五電阻R5一端與求差電路的被減數輸入端連接，另一端與比例運算電路的輸出端連接。

如圖2所示，所述分壓電路包括第一電阻R1和第一電阻R2，第一電阻R1一端作為分壓電路的輸入端輸入待測燈泡兩端的實際電壓差X，另一端作為分壓電路的輸出端與乘法電路輸入端和第二電阻R2的一端連接，第二電阻R2另一端接地。所述乘法電路包括乘法器，乘法器第一輸入端和第二輸入端的輸入值均為待測燈泡兩端的電壓差X經過分壓電路的輸出X1，輸出端與比例運算電路的輸入端連接。所述比例運算電路包括運算放大器和電阻，所述運算放大器為第一運算放大器，該第一運算放大器的同相輸入端作為此比例運算電路的輸入端與乘法器的輸出端連接，第一運算放大器的反相輸入端與第三電阻R3和第四電阻R4的一端連接，第四電阻R4的另一端接地，第三電阻R3的另一端與第一運算放大器的輸出端連接，第一運算放大器的輸出端作為比例運算電路的輸出端與求差電路的輸入端連接。所述求差電路包括運算放大器和電阻，所述運算放大器為第二運算放大器，該第二運算放大器的同相輸入端與第七電阻R7和第八電阻R8連接，第七電阻R7的另一端作為求差電路的被減數輸入端輸入待測燈泡兩端的電壓差X，第八電阻R8的另一端接地，第二運算放大器的反相輸入端與第九電阻R9和第十電阻R10連接，第九電阻R9的另一端作為求差電路的減數輸入端與比例運算電路的輸出端連接即輸入放大一定比例的待測燈泡兩端的電壓差值的平方AX12，第十電阻R10的另一端與第二運算放大器的輸出端連接作為求差電路的輸出端, 輸出待測燈泡兩端的電壓差的分壓X1減去放大一定比例的待測燈泡兩端的電壓差值的平方AX12的值X1-AX12。

其中分壓電路第一電阻R1與第二電阻的取值滿足R1與R2之比在閉區間[0.23,0.27]，並且，求差電路中第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10的阻值相同，以保證待測燈泡兩端的電壓差X與放大一定比例的待測燈泡兩端的電壓差值的平方AX2相減的實現。

該電路的輸出電壓以伏特為單位時的量值近似等於與以安培為單位的診斷電流特徵值I3的量值。由於其量值近似故可直接以電路輸出的量值作為診斷電流表徵值。

需注意的是本實例只是給出乘法電路，比例運算電路，求差電路的一種搭建方法，在實際應用中搭建乘法電路，放大電路及求差電路的方法很多，在此實用新型中不一一詳述，但任意與本實用新型所述的乘法電路，比例運算電路和求差電路起到相同作用、實現相同功能、達到相同目的的電路結構都應屬於本實用新型的保護範圍內。