用於保護電機驅動的amt變速箱短路的控制裝置製造方法
2024-02-12 14:00:15
用於保護電機驅動的amt變速箱短路的控制裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置包括電流採集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流採集電路的兩個輸入端分別連接電路場效應管開關的漏極和源極，電流採集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到電路場效應管開關的柵極。當電機控制與保護電路的輸入信號超過設定的閾值時輸出低電平信號，關斷場效應管開關從而使電機停止工作，低於設定的閾值時輸出高電平信號，閉合場效應管開關使電機工作，可以有效地保護短路狀態下的AMT系統，提局了AMT的性能和穩定性。
【專利說明】用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，屬於汽車變速箱控制領域。
【背景技術】
[0002]傳統的電機驅動AMT變速箱使用的直流有刷電機起動與堵轉電流大，與短路難以識別，一旦短路危害較大，傳統採集電流方法元器件成本較高，體積大，在工藝上與整體成本上都難以控制。
【發明內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠有效地保護短路狀態下的AMT系統，提高AMT的性能和穩定性的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置包括電流採集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流採集電路的兩個輸入端分別連接電路場效應管開關Tl的漏極和源極，電流採集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到電路場效應管開關Tl的柵極。
[0005]電流採集電路用於採集場效應管開關漏極與源極之間的電壓，採集的電壓經過隔離放大電路放大後輸入到電機控制與保護電路，電機控制與保護電路對輸入信號進行計算處理並與設定的閾值進行比較，超過設定的閾值時輸出低電平信號，關斷場效應管開關從而使電機停止工作，低於設定的閾值時輸出高電平信號，閉合場效應管開關使電機工作。
[0006]所述電流採集電路包括第一分壓電阻和第二分壓電阻；第一分壓電阻連接在場效應管開關的源極與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二分壓電阻連接在場效應管開關的漏極與隔離放大電路的另一個輸入端之間；其作用是使採集的電壓能夠在隔離放大電路可接收的範圍內。
[0007]所述的電流採集電路還包括第一濾波電路和第二濾波電路；第一濾波電路連接在第一分壓電阻與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二濾波電路連接在第二分壓電阻與隔離放大電路的另一個輸入端之間，用於對採集的電壓進行平滑濾波。
[0008]所述的隔離放大電路包括第一跟隨器、第一差分放大比例電阻、第二跟隨器、第二差分放大比例電阻、電壓放大器；第一濾波電路、第一跟隨器、第一差分放大比例電阻依次連接，第二濾波電路、第二跟隨器、第二差分放大比例電阻依次連接；第一差分放大比例電阻、第二差分放大比例電阻的另一端分別連接到電壓放大器的正端和負端。
[0009]所述的隔離放大電路還包括第一分壓電阻、第二分壓電阻；第一分壓電阻和第二分壓電阻串接於參考直流電源與地之間，並且第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共節點連接到電壓放大器的正端；用於分壓以提升整體電壓，避免電阻出現因誤差帶來正端小於負端現象。
[0010]所述隔離放大電路還包括連接於電壓放大器輸出端與電機控制與保護電路之間的限流電阻。
[0011]所述電機控制與保護電路採用單片機，單片機的輸出連接到場效應管開關的柵極。
[0012]所述電機控制與保護電路還包括溫度傳感器，溫度傳感器安裝在場效應管開關的附近。
[0013]電流採集電路利用了 NMOS管(或MOS管)內阻阻值較低，工藝較容易實現，成本也低。將NMOS管(或MOS管)放置在電路板電源入口處進行控制電源通斷的同時採集兩端電壓，採集電壓後進入隔離放大電路放大，由於電阻及放大器的誤差是客觀存在的，所以電流為O時電壓不為0，電流開始增加後電壓保持不變，電流到達一定數值時電壓才發生變化，然後輸入到單片機，單片機採集電壓進行處理，對現有NMOS管(或MOS管)溫度進行分析，分析結果對應出MOS管內阻，然後通過計算與標定數據得出電流，如果短時間電流過大，就認為短路進行保護，5ms關斷電機，然後打開，如此反覆數次，如果電流仍然過大，就關斷較長時間，保證短路可以保護，起動和堵轉性能不受影響。如果長期溫度過高，會採用相應保護策略保護電路板。本實用新型採集NMOS管(或MOS管)兩端電壓進行放大處理計算電流、計算MOS結溫及使用標定數據判斷工藝差別來修正電流，可以有效地保護短路狀態下的AMT系統，提高了 AMT的性能和穩定性。
[0014]所述電機控制與保護電路還可以由積分放大電路、參考電壓電路和比較器構成；所述隔離放大電路的輸出端連接到積分放大電路的輸入，積分放大電路的輸出連接到比較器的負端，參考電壓電路的輸出連接到比較器的正端；比較器的輸出連接到場效應管開關的柵極。隔離放大電路輸出的電壓經積分放大電路累加計算後輸入比較器的負端，當其值大於參考電壓電路輸出的比較閾值時，比較器輸出低電平信號斷開場效應管開關，從而停止電機工作，當其值小於參考電壓電路輸出的比較閾值時，比較器輸出高電平信號接通場效應管開關，從而使電機工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0016]圖1是電機H橋控制電路原理圖。
[0017]圖2是本實用新型的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置結構框圖。
[0018]圖3是電流採集電路和隔離放大電路原理圖。
[0019]圖4是NMOS內阻圖；
[0020]圖5是實施例2的電機保護與控制電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，電機H橋控制電路包括四個呈H型布置的四個場效應管T2、T3、T4、Τ5，以及場效應管開關Tl。
[0022]如圖2所示，本實用新型的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置包括電流採集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流採集電路的兩個輸入端分別連接場效應管開關Tl的漏極和源極，電流採集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到場效應管開關Tl的柵極。
[0023]實施例1
[0024]如圖3所示，所述電流採集裝置包括第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第一濾波電路RC1、第二濾波電路RC2。隔離放大電路包括第一跟隨器AMP1、第一差分放大比例電阻R7、第二跟隨器AMP2、第二差分放大比例電阻R8、電壓放大器AMP3、第一分壓電阻R9、第二分壓電阻R10、限流電阻R12 ;第一分壓電阻Rl連接在場效應管開關Tl的源極與第一濾波電路RCl輸入端之間,第一濾波電路RCl的輸出連接到第一跟隨器AMPl的輸入；第一分壓電阻R9和第二分壓電阻RlO串接於參考直流電源與地之間，第一跟隨器AMPl的輸出通過第一差分放大比例電阻R7連接到第一分壓電阻R9與第二分壓電阻RlO的公共節點，該節點同時連接到電壓放大器AMP3的正端。第二分壓電阻R2連接在場效應管開關Tl的漏極與第二濾波電路RC2輸入端之間，第二濾波電路RC2的輸出連接到第二跟隨器AMP2的輸入；第二跟隨器AMP2的輸出通過第二差分放大比例電阻R8連接到電壓放大器AMP3的負端。電壓放大器AMP3的輸出通過限流電阻R12連接到電機控制與保護電路的輸入。電機控制與保護電路的輸出連接到場效應管開關Tl的柵極。
[0025]電流採集電路:將電流通過NMOS管的內阻轉換成電壓信號。
[0026]隔離放大電路:通過隔離電路防止串擾，放大電路同比例提高電壓。
[0027]所述電機控制與保護電路採用單片機，單片機的輸出連接到場效應管開關Tl的柵極。
[0028]所述單片機可以將隔離放大電路輸出的電壓進行積分放大，累加計算後與設定的閾值進行比較，當大於設定的閾值時輸出低電平信號斷開場效應管開關，從而停止電機工作，當其值小於設定的閾值時輸出高電平信號接通場效應管開關，從而使電機工作。
[0029]單片機還可以使用上一次計算的溫度值得出內阻，通過內阻得出電流。
[0030]流過NMOS管Tl的電流會在其兩端產生一個壓差，為保證在蓄電池14V下電機可以正常工作，Tl的內阻要控制在ΙΟπιΩ以內，由於壓差過小，需要對其進行隔離放大，否則單片機無法識別，隔離放大以後，由於電阻誤差及運算放大器誤差使在電流較小時放大器負端比正端電壓更高，所以系統使用圖3中第一分壓電阻R9、第二分壓電阻RlO抬高了正端電壓，但是同時也帶來一定的誤差，單片機通過熱阻及前一次計算出的電流進行溫度累計，環境溫度傳感器採集MOS周邊溫度，通過計算溫升得出NMOS管結溫，和標定數據一起計算得出電流採集電路的內阻，最終得出流經NMOS的電流，然後標定計算出的電流進行對比修正電流值，最終的結果設置電流臺階，電流超過某一臺階就對電機採取不同時間的保護，這樣在起動和堵轉時雖有短暫的保護但仍能保證實現其性能，保護多次後加長保護時間，這樣就器件壽命就有了保障。通過溫度累計如得出溫度過高將控制電機低速運行，使系統逐漸降溫。
[0031]在圖5中，給出了理想狀況下的MOS管內阻，除溫度外，還受工藝影響。使用標定數據進行修正，才能得出更準確的內阻圖。
[0032]本實用新型帶來的優點是只利用NMOS管的壓差做採樣電阻，因為NMOS管是電路必須有，用來控制電源通斷的，所以不增加成本。比起採樣電阻，對生產工藝要求也更低。
[0033]單片機具體計算處理過程如下:
[0034]初始時，採用式(I)計算初始時刻NMOS內阻Rtl ;
[0035]V0』/k=10XR0 (I)
[0036]式中Vc/為電壓放大器AMP3輸出端電壓初始值，k為電壓放大器AMP3的放大倍數，Itl為電壓放大器AMP3輸出端電流初始值。由於電阻及放大器的誤差是客觀存在的，所以電流為O時電壓不為0，電流開始增加後電壓保持不變，電流到達一定數值時電壓才發生變化。因此此處的Vtl』和Itl採用經驗估計值，Vtl』一般為400mV?900mV，10 一般為200mA?400mA。
[0037]當電壓放大器AMP3輸出端電壓達到設定值Vs時開始採樣(設定值Vs預先標定，一般為400mV?900mV，第i+Ι個時間片流經NMOS的電流Ii+1通過式⑵計算，i = 0，1，
2......ο
[0038]Vi+1』 -V。』 /k = (Ii+1-10) XRi (2)
[0039]Vi+1』為第i+1個時間片採集的電壓放大器AMP3輸出端電壓，Ri為第i個時間片計算出的NMOS內阻。
[0040]第i+Ι個時間片NMOS管結溫Tj (i+1)通過式(3)計算；
[0041]Tj_(i+1) = Tc (i+1)+Ii+1 X Ii+1 X Ri X Rth (3)
[0042]T。(i+1)通過溫度傳感器採集，較為準確。Rth為NMOS管的熱阻，其值為定值。通過式⑷計算第i個時間片NMOS內阻修正值R/ ；
[0043]R/ = klXTj (i+1)+bl (4)
[0044]kl、bl為NMOS管的參數。kl = 3/160，bl = 27/8 (公式⑷由圖4簡化給出，每一個MOS管都有結溫與電阻的對應圖，即圖4所示，按圖4曲線把它簡化為線性關係，通過簡化後的線性關係可以算出kl和bl)
[0045]將第i個時間片NMOS內阻修正值R/帶入式(5)，得到第i+Ι個時間片流經NMOS的電流修正值Ii+1 』 ;
[0046]Tj_(i+1) = Tc—(i+1)+Ii+1，XIi+1 』 XRi, XRth (5)
[0047]將第i+1個時間片流經NMOS的電流修正值Ii+1 』與設定的電流臺階進行比較，當超過不同的電流臺階時，對電機採取不同時間的保護。這樣在起動和堵轉時雖有短暫的保護但仍能保證實現其性能，保護多次後加長保護時間，這樣就器件壽命就有了保障。通過溫度累計如得出NMOS管的結溫過高將控制電機低速運行，使系統逐漸降溫。
[0048]可通過停止電機後關斷NMOS利用寄生二極體導通壓降與結溫呈線性關係來計算一個較為準確的結溫以標定結溫與功率關係。
[0049]實施例2
[0050]所述電流採集電路和隔離放大電路結構與實施例1相同。
[0051]所述電機控制與保護電路由積分放大電路AMP4、參考電壓電路(由電阻R14、R15構成)和比較器UlE構成；所述隔離放大電路的輸出端連接到積分放大電路AMP4的輸入，積分放大電路AMP4的輸出連接到比較器UlE的負端，參考電壓電路的輸出連接到比較器UlE的正端；比較器UlE的輸出連接到場效應管開關Tl的柵極。
【權利要求】
1.一種用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於包括電流採集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流採集電路的兩個輸入端分別連接電路場效應管開關(Tl)的漏極和源極，電流採集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到電路場效應管開關(Tl)的柵極。
2.根據權利要求1所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述電流採集電路包括第一分壓電阻(Rl)和第二分壓電阻(R2);第一分壓電阻(Rl)連接在場效應管開關的源極與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二分壓電阻(R2)連接在場效應管開關(Tl)的漏極與隔離放大電路的另一個輸入端之間。
3.根據權利要求2所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述的電流採集電路還包括第一濾波電路(RCl)和第二濾波電路(RC2);第一濾波電路(RCl)連接在第一分壓電阻(Rl)與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二濾波電路(RC2)連接在第二分壓電阻(R2)與隔離放大電路的另一個輸入端之間。
4.根據權利要求1所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述的隔離放大電路包括第一跟隨器(AMPl)、第一差分放大比例電阻(R7)、第二跟隨器(AMP2)、第二差分放大比例電阻(R8)、電壓放大器(AMP3);第一濾波電路(RCl)、第一跟隨器(AMPl)、第一差分放大比例電阻(R7)依次連接，第二濾波電路(RC2)、第二跟隨器(AMP2)、第二差分放大比例電阻(R8)依次連接；第一差分放大比例電阻(R7)、第二差分放大比例電阻(R8)的另一端分別連接到電壓放大器(AMP3)的正端和負端。
5.根據權利要求4所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述的隔離放大電路還包括第一分壓電阻(R9)、第二分壓電阻(RlO);第一分壓電阻(R9)和第二分壓電阻(RlO)串接於參考直流電源與地之間，並且第一分壓電阻(R9)與第二分壓電阻(RlO)的公共節點連接到電壓放大器(AMP3)的正端。
6.根據權利要求5所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述隔離放大電路還包括連接於電壓放大器(AMP3)輸出端與電機控制與保護電路之間的限流電阻(R12)。
7.根據權利要求1所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述電機控制與保護電路採用單片機，單片機的輸出連接到場效應管開關的柵極。
8.根據權利要求7所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述電機控制與保護電路還包括溫度傳感器，溫度傳感器安裝在場效應管開關(Tl)的附近。
9.根據權利要求1所述的用於保護電機驅動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特徵在於所述電機控制與保護電路由積分放大電路、參考電壓電路和比較器構成；所述隔離放大電路的輸出端連接到積分放大電路的輸入，積分放大電路的輸出連接到比較器的負端，參考電壓電路的輸出連接到比較器的正端；比較器的輸出連接到場效應管開關的柵極。
【文檔編號】H02H7/08GK204030559SQ201420433245
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】田輝, 鄭巖, 王強, 焦育成 申請人:中國第一汽車股份有限公司