汽车空调鼓风机pwm调速_罗茨鼓风机

汽车空调鼓风机pwm调速：一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器的制造方法

　　一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器的制造方法

　　【技术领域】

　　[0001]本发明涉及汽车空调系统，尤其指对其汽车空调系统内鼓风机进行速度控制的调速控制器。

　　【背景技术】

　　[0002]汽车空调是汽车室内空气调节的简称，用以调节车内的温度、湿度、气流速度及空气洁净度等空气参数，为乘员提供清新舒适的车内环境。空调系统主要由压缩机、鼓风机、冷凝器总成、蒸发器、加热器、制冷管、暖风水管、传感器、空调控制器(即空调ECU，ECU是Electronic Control Unit的简写)及空调控制面板等组成。

　　[0003]其中鼓风机是一个电机驱动的风扇，用于吸入空气并强行使其通过蒸发器或加热器，使空气制冷或者制热。在普通乘用车中较低端的采用手动调整方式，较高端汽车采用自动控制方式，通常乘用车空调用鼓风机功率在200-400W (瓦特)左右。目前鼓风机普遍采用直流电机，驱动方式主要有线性驱动方式和PWM(英文全称:Pulse Width Modulat1n，中文全称:脉冲宽度调制)驱动方式两种。

　　[0004]常规的汽车空调中鼓风机调速，采用线性驱动方式，利用回路中阻值的大小来调节电压，达到调节风机转速目的。空调ECU生成线性控制电压，通过功率半导体开关处于线性放大区，调节直流电机的驱动电流，电路结构简单。缺点是功率开关处于线性放大区，导通电阻大，很多电源功率白白消耗，同时需要大面积的散热片。

　　[0005]PWM驱动方式的特点是空调E⑶输出一个PWM信号，如图1所示，鼓风机I的一端连接至车载低压蓄电池的正端B+，另一端连接至一功率开关Ql的上端，所述功率开关Ql的下端接地；其功率开关Ql的控制端接收空调ECU发出的PWM信号，通过调节PWM信号的占空比对通过鼓风机I的平均电流进行控制，功率开关Ql工作在饱和区，导通电阻很小，整体耗能低。目前PWM驱动方式有取代线性驱动方式的趋势。然而，PWM方式驱动鼓风机I仍存在缺陷，通常乘用车鼓风机I最大电流在20A (安培)左右，驱动控制频率的高阶倍频能量仍较大，处于汽车电子器件工作区间内，其PWM驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，该电磁辐射会对车内其他电子器件造成影响。

　　[0006]虽然现有也有一些解决方案，比如采用降低PWM驱动信号的频率，同时驱动电路端增加滤波电路。但上述做法均存在缺陷，比如频率过低会导致鼓风机出风风量不均匀，滤波电路的增加也会导致额外的成本。

　　【发明内容】

　　[0007]为解决现有PWM方式驱动鼓风机时，大电流驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，对车内电磁器件造成电磁干扰的问题，本发明实施例提供了一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器。

　　[0008]本发明实施例一方面提供了一种鼓风机的调速控制器，包括处理单元和扩频驱动单元；

　　[0009]所述处理单元，用于接收空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号；

　　[0010]所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和所述频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给鼓风机的驱动开关；

　　[0011]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。

　　[0012]本发明实施例公开的调速控制器，接收空调控制器输出的档位信号，根据预设数值调节PWM驱动信号的占空比，以实现对鼓风机的驱动。由于其在内部集成了扩频驱动单元，以伪随机信号调制的方式对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动,鼓风机整体的电磁噪声也随着中心频率摆动,可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。该方案易于实施，成本较低。

　　[0013]优选地，所述档位信号为PWM档位信号；所述调速控制器还包括一输入捕捉器，所述输入捕捉器接在所述处理单元与所述空调控制器之间，用于接收所述空调控制器发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元。采用该输入捕捉器，可以有效采集空调控制器发出的PWM档位信号的上升沿和下降沿，如此，处理单元可以从该输入捕捉器获得该PWM档位信号的对应波形的占空比。

　　[0014]优选地，所述处理单元包括:占空比计算模块，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空比，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元；

　　[0015]频率控制模块，用于获取存储的频率控制信号，并将其发送给所述扩频驱动单元。

　　[0016]优选地，所述调速控制器还包括一电压反馈单元；所述电压反馈单元连接在所述鼓风机的供电电源端与所述处理单元之间，用于检测所述鼓风机端实时电压；

　　[0017]所述处理单元还用于根据所述电压反馈单元检测的所述鼓风机的实时端电压调节所述档位控制信号。

　　[0018]采用该电压反馈单元，可以实时监测鼓风机的实时端电压，处理单元根据鼓风机反馈的实时端电压调节PWM驱动信号的占空比，保证在鼓风机的供电电源的电压波动的情况下，鼓风机风量输出仍能保持稳定。

　　[0019]优选地，所述扩频驱动单元具体包括数模转换器、DDS电路及驱动电路；

　　[0020]所述数模转换器，用于接收所述处理单元输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号；

　　[0021]所述DDS电路，用于接收所述处理单元发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号；

　　[0022]所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。

　　[0023]采用该种方式，可以通过简单的电路搭建，即获得所述占空比受所述档位控制信号控制、频率受所述频率控制信号控制并在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。

　　[0024]优选地，所述驱动电路为一比较器；所述比较器的同相输入端连接至所述数模转换器，所述反相输入端连接至DDS电路，其输出端连接至所述功率开关的控制端。采用该比较器，可以有效地将DDS电路生成的频率可调的频率调制信号与所述数模转换器生成的模拟控制信号复合；形成所述占空比受所述档位控制信号控制，频率受所述频率控制信号控制、在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。

　　[0025]优选地，所述DDS电路包括相位累加器、正弦查值表、数模转换器和低通滤波器；

　　[0026]所述DDS电路的输出频率fo由时钟信号fc和频率控制信号K共同决定，其关系如下公式:fo=fcXK/2N;其中，N为相位累加器的字长。

　　[0027]本发明实施例第二方面提供了一种汽车空调系统，包括空调控制器、调速控制器、鼓风机及功率开关；

　　[0028]所述鼓风机与功率开关串联连接在供电电源上；所述调速控制器的输入端连接至所述空调控制器，其输出端连接至所述功率开关的控制端；

　　[0029]所述调速控制器包括处理单元和扩频驱动单元；

　　[0030]所述处理单元，用于接收所述空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号；

　　[0031]所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述鼓风机的驱动开关；

　　[0032]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。

　　[0033]采用本发明实施例提供的汽车空调系统，由于其在调速控制器内集成了一扩频驱动单元，以伪随机信号调制的方式对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。同时，保证了鼓

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　　PWM 调速模块： 脉宽调制(PWM)?指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，?一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。以数字方式控制模拟电路，可以?幅度降?系统的成本和功耗

　　?S的空调鼓风机的风量太?，造成噪音也比较?。哪怕?最小风量也感觉风量太?。在车友的提示?决定用PWM调速模块来改善空调风量。理论上来讲PWM调速可以实现无级调速的。BMW，保时捷，?众等车的鼓风机调速模块都?PWM的。于?在TB上订购?一个30A PWM的调速模块。 拿到模块以后先拆开看看里面的结构。6枚?功率管，两个?滤波电容。还有一些分立元件。A/D转换芯片等。改装前测?一?噪音。?启动车，只开风量。一档风量噪音达到59分贝。最?风量噪音达到66分贝。

汽车空调鼓风机pwm调速：汽车空调中鼓风机调速,详细原理资料有吗？好的加分

　　【专家解说】：1.常规的汽车空调中鼓风机调速,采用串电阻的方式,利用回路中阻值的大小来调节电压,达到调节风机转速目的。一般低档位串的阻值大,中档位串的阻值小,高档位不串电阻。这种方式原理比较简单,零部件成本也低,维修方便。但调节范围小,且很多电源功率白白消耗在电阻上。

　　2.新型的汽车空调中鼓风机调速多采用调速模块,通过PWM控制功率管(三极管)的功率输出变化,调整风机转速。尤其在自动空调系统中,目前普遍采用空调控制单元(内含DSP芯片),空调工作时,DSP根据程序设置和车内反馈信号发指令调节PWM(脉宽调制器)的占空比,经光耦隔离转换,用功率场效应管(MOSFET)作为主开关元件,通过改变开关元件的导通方式及通断比来改变输出电压的大小,从而调节风机转速。该电路主要由pwm脉冲波的产生,光耦隔离,驱动以及主开关元件等几部分组成。

　　以下是单片机控制的直流PWM调速装置的原理:

　　近年来,直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现,采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation,简称pwm)已成为直流电动机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点,更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现,因此具有很好的发展前景。采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation,简称pwm)已成为直流电动机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点,更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现,因此具有很好的发展前景。

　　pwm调速原理

　　pwm调速方法通常采用功率场效应管作为主开关元件,通过改变开关元件的导通方式及通断比来

　　改变输出电压的大小与极性,如图1所示。gd1与gd2是隔离放大的驱动元件,可以采用光电耦合隔离或变压器隔离。vt1和vt2是主开关元件(图1中是以mosfet为代表),vd1和vd2是两个续流二极管,la是滤波电感。

　　当开关管mosfet的栅极输入高电平时,开关管导通,直流电动机电枢绕组两端有电压ud,t1(s)后。栅极输入变为低电平,开关管截止,电动机电枢两端电压为0。t2(s)后,栅极输出重新变为高电平,开关管的动作重复前面的工作。这样,对应着输入的电平高低,直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图2所示。电动机电枢绕组两端的电压平均值u0为:

　　u0=×ud=×ud=αt×ud

　　(αt:占空比,0≤αt≤1)

　　在pwm调速系统中占空比αt是一个重要参数,在电源电压ud不变的情况下,电枢端电压的平均值取决于占空比αt的大小,改变αt的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。

　　可以采用以下方法改变占空比αt的值。

　　(1) 定宽调频法:保持t1不变,只改变t2,这样使周期(或频率)也随之改变。

　　(2) 调宽调频法:保持t2不变,只改变t1,这样使周期(或频率)也随之改变。

　　(3) 定频调宽法:保持周期t(或频率)不变,同时改变t1和t2。

　　前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率),当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。

　　光耦部分起到隔离和电平转换的作用,因为单片机输出的是ttl电平(0~5v),而驱动部分采用的是ir2103,它的电源要求是10v~20v,电路中采用了12v电源,所以要求的输入电平在0~12v之间。在此选用高速光耦6n136芯片。因为6n136的绝缘电压是2500v(最小值);具有可兼容的ttl电路;逻辑低电平和逻辑高电平的传输延迟时间都是0.5μs(带宽2mhz);供电电压是-0.5v~15v,其耐压和速度都符合电路的要求。

　　对于中小功率的电动机通常采用功率场效应管(metal oxide semiconductor field effect transistor,mosfet)作为主开关元件,mosfet是一种多电子导电的单极型电压控制器件,具有开关速度快、高频特性好、热稳定性优良、驱动电路简单、驱动功率小、安全工作区宽、无二次击穿问题等显著优点。目前功率场效应管的指标已经达到耐压600v,电流70a,工作频率100khz的水平,在开关电源、中小型功率的电机调速中得到广泛的应用。

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　　2020-04-23 汽车维护与修理

　　鼓风机的控制电路主要有2种形式：调速电阻式和调速控制器式。

　　如图1所示，通过改变鼓风机开关与调速电阻的接通方式可使鼓风机以4种不同的转速工作。当鼓风机开关处于0位时，鼓风机不工作；当鼓风机开关处于1位时，鼓风机的电路中串联了3个电阻，鼓风机低速运转；当鼓风机开关处于2位时，鼓风机的电路中串联了2个电阻，鼓风机中速运转；当鼓风机开关处于3位时，鼓风机的电路中只串联1个电阻，鼓风机中高速运转；当鼓风机开关处于4位时，鼓风机的电路中不串联电阻，鼓风机高速运转。由以上原理可知，若调速电阻损坏，鼓风机处于4位时可以正常工作，处于1、2、3位时至少有一位不工作。

　　调速电阻一般安装在蒸发器组件上，利用气流进行冷却，而为了避免电阻温度因鼓风机堵转而不断上升，需要在电路中添加温度保护开关（熔丝），以便在电阻温度过高时及时切断鼓风机电路。鼓风机开关装在空调控制面板上，设置不同的挡位供调速用，在设置时，鼓风机开关可以控制鼓风机电源，也可以控制鼓风机搭铁。这种控制方式的原理比较简单，成本较低，维修方便，但调节范围小，并且很多功率白白消耗在了调速电阻上。

　　如图2所示，空调控制单元通过端子B向调速控制器发送PWM（脉冲宽度调制器）占空比信号，以改变鼓风机的工作电压，从而改变鼓风机转速。PWM占空比信号越大，鼓风机转速越高，反之鼓风机转速越低。空调控制单元通过端子A接收鼓风机工作时的电压反馈信号，以反馈鼓风机的实际工作情况。采用PWM控制鼓风机转速，可以实现鼓风机转速的无级调节。在有些车型上还设有鼓风机高速继电器，空调控制单元通过控制端子C搭铁，使鼓风机高速运转，这样即使调速控制器损坏，鼓风机仍能高速运转。

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