一種汽車外控式變排量壓縮機的電磁閥對地短路檢測電路的製作方法

2023-11-03 09:40:07

本發明涉及汽車電子系統技術領域，尤其涉及一種汽車外控式變排量壓縮機的電磁閥對地短路檢測電路。

背景技術：

在汽車電子系統中，由於在節省能耗方面具有優勢，外控式變排量壓縮機的運用越來越普遍。為了保證外控式變排量壓縮機的正常使用，需要設置控制診斷電路來驅動及檢測其電磁閥的工作狀態以便及時維護，設計者也越來越重視狀態診斷電路的設計。

電磁閥由highside(高端驅動)電路輸出的pwm控制信號控制，其輸出信號的對地短路診斷電路與傳統輸出電平信號進行控制的診斷電路不同。highside供電電源來源於車載電池，車載電池的電壓變化範圍為9-16v。因此，在輸出pwm控制信號的情況下實行對地短路檢測主要有以下兩個難點問題：

1、當供電電源在9-16v變化時，電磁閥的pwm控制信號是否對地短路，需要被判斷出來；

2、當電磁閥的pwm控制信號輸出佔空比為最小10％時，容易與對地短路情況混淆，需要將兩者區分開來。

針對以上兩點，採用分壓檢測電阻及濾波穩壓等元件搭建的分壓檢測電路可以實現區分，但此時由於供電電源的波動及輸出佔空比的變化，mcu檢測到對地短路時和正常工作時的電壓值相差較小，加上實際電路中存在的地偏移現象，將無法判斷檢測到的不為零的電壓是工作狀態下的電壓還是對地短路及地偏移共同作用下的電壓，因此則需要作進一步的判別。

技術實現要素：

本發明提供一種汽車外控式變排量壓縮機的電磁閥對地短路檢測電路，解決了設定升壓子電路及分壓穩壓子電路來對電磁閥的pwm控制信號進行放大、分壓及穩壓濾波得到檢測電壓，以通過判斷該檢測電壓的大小就能夠準確區分該電壓下對應的電磁閥是工作狀態還是對地短路的技術問題。

為解決以上技術問題，本發明提供一種汽車外控式變排量壓縮機的電磁閥對地短路檢測電路，設有正極端連接供電電源的防反壓二極體，mcu的轉化信號輸入端連接所述防反壓二極體的負極端，將所述供電電源轉化成pwm控制信號後從連接電磁閥的pwm控制信號輸入端的pwm輸出控制端輸出，還設有升壓子電路和分壓穩壓子電路；所述升壓子電路的升壓輸入端連接所述pwm輸出控制端、升壓輸出端連接所述分壓穩壓子電路的分壓輸入端、接地端接地，所述分壓穩壓子電路的穩壓輸出端連接所述mcu的電壓檢測端、接地端接地。

優選地，所述升壓子電路設有二極體、第一電容和第二電容；所述二極體的正極端連接/即為所述升壓子電路的升壓輸入端、負極端連接所述第一電容的一端和所述升壓子電路的升壓輸出端，所述第一電容的另一端連接所述第二電容的一端，所述第二電容的另一端連接/即為所述升壓子電路的接地端。

優選地，所述分壓穩壓子電路設有第一分壓檢測電阻、第二分壓檢測電阻、濾波電容和穩壓二極體；所述第一分壓檢測電阻的一端連接/即為所述分壓穩壓子電路的分壓輸入端，所述第一分壓檢測電阻的另一端、所述第二分壓檢測電阻的一端、所述濾波電容的一端、所述穩壓二極體的負極端連接所述mcu的電壓檢測端，所述第二分壓檢測電阻的另一端、濾波電容的另一端、穩壓二極體的負極端連接/即為所述分壓穩壓子電路的接地端。

具體地，所述供電電源的電壓變化範圍為9-16v。

具體地，所述pwm控制信號的佔空比為10％-100％。

具體地，在不考慮地偏移現象時，當所述pwm輸出控制端對地短路，所述mcu的電壓檢測端的電壓為0v。

具體地，在考慮地偏移現象時，當所述pwm輸出控制端對地短路，所述mcu的電壓檢測端的電壓為地偏移電壓。

具體地，所述地偏移電壓的變化範圍為0-3v。

本發明提供的一種汽車外控式變排量壓縮機的電磁閥對地短路檢測電路，對電磁閥的pwm控制信號進行放大、分壓及穩壓濾波得到檢測電壓，mcu僅通過判斷該檢測電壓的大小就能夠準確區分該電壓下對應的電磁閥是工作狀態還是對地短路，並且完全不受供電電源的電壓波動(9-16v)及與之同步的pwm輸出信號佔空比的波動(10％-100％)的影響，能夠精準地檢測出pwm控制輸出端對地短路的狀態；對現有電路結構影響極小，僅僅採用二極體、電容、電阻等廉價元器件，所用成本極低，經濟效益較高。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的慣常(對地偏移忽略不計)的電磁閥對地短路檢測電路的結構原理圖；

圖2是本發明實施例提供的圖1電路中的mcu的電壓檢測端的電壓餘量偏小的列表說明圖；

圖3是本發明實施例提供的在圖1基礎上改進(對地偏移不容忽略)的電磁閥對地短路檢測電路的結構原理圖；

圖4是本發明實施例提供的圖3中的二極體d3的伏安特性圖；

圖5是本發明實施例提供的圖3中的電平檢測點a、b、c三點的電平波形圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。以下元器件的選型及取值大小僅為較佳實施例，不構成對本發明保護範圍的限制。

參見圖1，是本發明實施例提供的慣常(對地偏移忽略不計)的電磁閥對地短路檢測電路的結構原理圖。在不存在對地偏移或對地偏移忽略不計的情況下，可以採用如圖1的電磁閥對地短路檢測電路，設有正極端連接供電電源ig的防反壓二極體d1，mcu的轉化信號輸入端p1連接所述防反壓二極體d1的負極端，將所述供電電源ig轉化成pwm控制信號後從連接電磁閥的pwm控制信號輸入端p的pwm輸出控制端p2輸出，還設有分壓穩壓子電路1；所述分壓穩壓子電路1設有第一分壓檢測電阻r1、第二分壓檢測電阻r2、濾波電容c和穩壓二極體d2；所述第一分壓檢測電阻r1的一端即為所述分壓穩壓子電路1的分壓輸入端，所述第一分壓檢測電阻r1的另一端、所述第二分壓檢測電阻r2的一端、所述濾波電容c的一端、所述穩壓二極體d2的負極端連接所述mcu的電壓檢測端pwm_det，所述第二分壓檢測電阻r2的另一端、濾波電容c的另一端、穩壓二極體d2的負極端即為所述分壓穩壓子電路1的接地端。

其中，供電電源ig為點火線，供電電壓會從9-16v變化。所述防反壓二極體d1壓降為0.8v。通過mcu控制，由highside將供電電源ig轉化為所述pwm控制信號。在pwm輸出控制端p2設置的所述第一分壓檢測電阻r1(47kω)，第二分壓檢測電阻r2(100kω)與濾波電容c(100nf)，將所述pwm控制信號濾波為9-16v的電平信號，再通過所述穩壓二極體d2，將該電平信號轉化為小於5v電壓，供5v系統的mcu進行檢測，如此mcu能夠檢測出對地短路和正常工作這兩種狀態。在考慮地偏移現象時，但是該電路中仍然會出現地偏移現象，因為當所述pwm輸出控制端對地短路，所述mcu的電壓檢測端的電壓為地偏移電壓，mcu將無法判斷檢測到的不為零的電壓是工作狀態下的電壓還是對地短路及地偏移共同作用下的電壓。

下面以圖2中的列表數據進行舉例說明：

由圖2可知，當供電電源ig為9v，且輸出的pwm控制信號的佔空比為10％時，這時pwm控制信號通過分壓濾波，到mcu的電壓檢測端pwm_det的電壓u1約為0.26v。而當所述pwm輸出控制端p2對地短路時，電壓u2為0v，如果忽略地偏移，mcu通過比較電壓值的大小即可判定電壓值為0v即為對地短路、不為0v時即為正常工作，但是假如這時候產生大於0.3v的地偏移電壓(所述地偏移電壓的變化範圍為0-3v)，mcu無法判斷檢測到0.26v的電壓是工作狀態下的電壓還是對地短路及地偏移共同作用下的電壓，那麼就無法區分所述pwm輸出控制端p2是處於正常工作狀態還是對地短路狀態。

所以，通過以上分析，在存在地偏移時，不能實現對地短路的檢測的關鍵點在於，檢測到的對地短路時與正常工作時之間的電壓餘量δu(電壓差值)太小，那麼增大正常時的pwm輸出控制端p2的電壓，就是解決該問題的關鍵。雖然增大下拉電阻r2阻值、同時減少r1阻值的做法能減弱地偏移對判別結果的影響，但是不能根本消除地偏移造成的誤判隱患。

那麼，需要對圖1的電路結構進行改進，如圖3，是本發明實施例提供的在圖1基礎上改進(對地偏移不容忽略)的電磁閥對地短路檢測電路的結構原理圖。在圖1的pwm輸出控制端p2與所述分壓穩壓子電路1的分壓輸入端之間連接了升壓子電路2；所述升壓子電路2設有二極體d、第一電容c1和第二電容c2；所述二極體d的正極端即為所述升壓子電路2的升壓輸入端、負極端連接所述第一電容c1的一端和所述升壓子電路2的升壓輸出端，所述第一電容c1的另一端連接所述第二電容c2的一端，所述第二電容c2的另一端即為所述升壓子電路2的接地端。

其中，增加的二極體d，型號為1ss355，其伏安特性參考圖3；所述第一電容c1和第二電容c2的電容值均為470nf。

該方案的原理是：在所述pwm輸出控制端p2正常輸出時，電平檢測點a的pwm控制信號利用所述二極體d給所述第一電容c1和第二電容c2充電。由圖3可知，由於該支路電流小於0.1ma，所述二極體d壓降約為0.6v，即充電阻抗約為6kω(0.6/0.1*103)。而由於所述二極體d的反向保護作用，放電路徑只能通過所述第一分壓檢測電阻r1(47kω)、第二分壓檢測電阻r2(100kω)，其放電阻抗為147kω(100+47)，則充電速度比放電速度快24.5(147/6)倍。因此電平檢測點a的pwm控制信號流經到電平檢測點b時即形成接近於電平信號的鋸齒波。再通過所述第一分壓檢測電阻r1(47kω)、第二分壓檢測電阻r2(100kω)的分壓，經過濾波電容c(100nf)的濾波和穩壓二極體d2(5.1v)的穩壓，在電平檢測點c(mcu的電壓檢測端pwm_det)檢測到平穩的電壓值。

使用該電路設計，不管供電電壓是從9v到16v如何變化，抑或是所述pwm輸出控制端p2輸出的pwm控制信號的佔空比從10％到100％對應地如何變化，都可以保證電路在正常工作時，所述mcu的電壓檢測端pwm_det檢測到正常工作下的電壓，即電平檢測點c的電壓是5.1v，如圖4為使用該實際電路進行測試所得。小菱形「◇」所標出的線表示的是a點波形，為佔空比10％、最高電壓9v的pwm控制信號；小正方形「□」所標出的線表示的b點波形，為鋸齒波形；小三角形「△」所標出的線表示的是c點波形，為跟隨時間開始充電而電壓上升並歸於5.1v的電平信號，其中電平信號得到5.1v電壓需要大概10ms的充電時間。總體上，該測試結果與理論分析基本一致。

從以上分析可知，當pwm輸出控制端p2正常輸出時，所述mcu的電壓檢測端pwm_det檢測到的電壓為5.1v，而當所述pwm輸出控制端p2對地短路時，所述mcu的電壓檢測端pwm_det檢測到的電壓為0v。基於，在考慮地偏移現象時，當所述pwm輸出控制端p2對地短路，所述mcu的電壓檢測端pwm_det的電壓為地偏移電壓，且所述地偏移電壓的變化範圍為0-3v，則我們規定，當所述mcu的電壓檢測端pwm_det檢測到的電壓大於3v時，判定為正常工作(不管考不考慮地偏移都可以如此判定)；由於考慮地偏移情況和充放電時間等造成的延時，當所述mcu的電壓檢測端pwm_det檢測到的電壓小於3v且持續時間超過5s時，判定為對地短路。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。