CN107105527A - 一种汽车空调***ptc加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种汽车空调***PTC加热器,其结构包括PTC芯体、高压连接器、低压连接器、通信转换器、电源转换器、微控制器、专用驱动芯片、大功率开关管、电流采样电路、电压采样电路、模拟‑数字转换器、脉冲宽度调制器、比例‑积分调节器;其中,电源转换器输入端连接低压连接器;通信转换器输入端连接低压连接器,输出端连接微控制器;模拟‑数字转换器输入端连接电流采样电路和电压采样电路,输出端连接比例‑积分调节器;脉冲宽度调制器输入端连接比例‑积分调节器,输出端连接专用驱动芯片。优点:避免了制热功率的较大波动以及偏离需求指令,提高了驾乘人员的体验并具有明显的节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种汽车空调***PTC加热器,属于汽车空调***技术领域。
背景技术
PTC(正温度系数)加热器用于汽车空调***,安装在鼓风机和空调出风口之间,当空调***有制热需求时,通过汽车总线将需求指令发送给PTC加热器,PTC加热器根据需求指令及当前状态,控制PTC芯体将车载动力电源的电能转化为热能,并在鼓风机的作用下送至空调出风口。
现有的PTC加热器,对PTC芯体进行了若干分组,每组由一个继电器控制通断,根据空调***需求指令投入不同的芯体组合进行制热;其缺点是,PTC芯体分为有限的几组,每组导通或关断时,导致制热功率的较大波动,驾乘人员体验较差,以及缺少功率计量模块,无法使制热功率有效满足指令需求,导致能量浪费或制热效果差。
发明内容
本发明提出的是一种汽车空调***PTC加热器,其目的在于克服现有技术中制热功率控制不完善,通过设计具有脉冲宽度调制功能的驱动模块及增加功率计量模块,避免制热功率的较大波动以及偏离需求指令,从而提高了驾乘人员的体验并具有明显的节能效果。
本发明的技术解决方案:一种汽车空调***PTC加热器,其结构包括PTC芯体1、高压连接器2、低压连接器3、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、两个大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器13;其中,电源转换器5输入端连接低压连接器3的正、负极引脚,电源转换器5的输出端连接各用电模块;通信转换器4输入端连接低压连接器3的通信引脚,通信转换器4的输出端连接微控制器6;模拟-数字转换器11输入端连接电流采样电路9和电压采样电路10,模拟-数字转换器11输出端连接比例-积分调节器13;脉冲宽度调制器12输入端连接比例-积分调节器13,脉冲宽度调制器12输出端连接专用驱动芯片7;专用驱动芯片7输出端连接两个大功率开关管8的驱动引脚;两个大功率开关管8将PTC芯体1连接至高压连接器2的正、负极引脚。
本发明的优点:电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11组合形成的功率计量模块能够计量PTC芯体1当前的制热功率,与空调***需求指令对比产生偏差控制信号,通过比例-积分调节器13,计算出需要施加到PTC芯体1上的控制信号,并由具有脉冲宽度调制功能的驱动模块执行该指令,使PTC加热器制热功率均匀、缓变,并能准确跟随空调***需求指令,避免了制热功率的较大波动以及偏离需求指令,从而提高了驾乘人员的体验并具有明显的节能效果。
附图说明
附图1是一种汽车空调***PTC加热器原理示意图。
附图2是一种PTC芯体结构示意图。
附图3是电流采样电路9的结构示意图。
附图4是电压采样电路10的结构示意图。
附图5是比例-积分调节器13的结构示意图。
附图中1是PTC芯体、2是高压连接器、3是低压连接器、4是通信转换器、5是电源转换器、6是微控制器、7是专用驱动芯片、8是两个大功率开关管、9是电流采样电路、10是电压采样电路、11是模拟-数字转换器、12是脉冲宽度调制器、13是比例-积分调节器。
具体实施方式
对照附图1,一种汽车空调***PTC加热器,其结构包括PTC芯体1、高压连接器2、低压连接器3、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、两个大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器13;其中,电源转换器5输入端连接低压连接器3的正、负极引脚,电源转换器5的输出端连接各用电模块;通信转换器4输入端连接低压连接器3的通信引脚,通信转换器4的输出端连接微控制器6;模拟-数字转换器11输入端连接电流采样电路9和电压采样电路10,模拟-数字转换器11输出端连接比例-积分调节器13;脉冲宽度调制器12输入端连接比例-积分调节器13,脉冲宽度调制器12输出端连接专用驱动芯片7;专用驱动芯片7输出端连接两个大功率开关管8的驱动引脚;两个大功率开关管8将PTC芯体1连接至高压连接器2的正、负极引脚。
所述脉冲宽度调制器12、专用驱动芯片7、大功率开关管8组合形成具有脉冲宽度调制功能的驱动模块。
所述电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11组合形成功率计量模块。
所述的高压连接器2与车载动力电源连接,用于为工作回路供电;低压连接3与车载控制电源及汽车总线连接,用于为控制回路供电及通信。
所述的电源转换器5将车载控制电源转换为相应的规格,为其他各个模块供电;通信转换器4将汽车总线信号转换为与微控制器6相应的规格,供微控制器6接收和识别。
所述的具有脉冲宽度调制功能的驱动模块将比例-积分调节器13的计算结果转化为PTC芯体1的工作状态,工作状态能够从0%~100%连续调节;功率计量模块可获取PTC芯体1的当前制热功率,传递给比例-积分调节器13。
所述的比例-积分调节器13将需求制热功率和PTC芯体1的当前制热功率转化为所需控制信号。
所述各用电模块包括PTC芯体1、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、两个大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器13。
工作时包括如下步骤:微控制器6对通信转换器4提供的信号进行解码,获取空调***制热功率需求,并传递给比例-积分调节器13;微控制器6对电流采样电路9和电压采样电路10的信号进行计算,得到PTC加热器当前的制热功率,并传递给比例-积分调节器13;比例-积分调节器 13对比空调***制热功率需求信息和PTC加热器当前制热功率信息,获得偏差信号,通过预先整定的比例系数及积分系数,计算出所需控制信号,并交由具有脉冲宽度调制功能的驱动模块执行,控制PTC芯体1以适当的制热功率运行,由于整个过程形成了负反馈,PTC加热器实时调整自身的制热功率,与空调***的制热功率需求相符合。
实施例
一种汽车空调***PTC加热器,其结构包括PTC芯体1、高压连接器2、低压连接器3、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器 13;其中,电源转换器5输入端连接低压连接器3的正、负极引脚,输出端连接各用电模块;通信转换器4输入端连接低压连接器3的通信引脚,输出端连接微控制器6;模拟-数字转换器11输入端连接电流采样电路9和电压采样电路10,输出端连接比例-积分调节器13;脉冲宽度调制器12输入端连接比例-积分调节器13,输出端连接专用驱动芯片7;专用驱动芯片7输出端连接大功率开关管8的驱动引脚;大功率开关管8将PTC芯体1连接至高压连接器2的正、负极引脚。
所述脉冲宽度调制器12、专用驱动芯片7、大功率开关管8组合形成具有脉冲宽度调制功能的驱动模块;其中,微控制器6型号为S9KEAZN64,脉冲宽度调制器12为微控制器6的内置模块,型号为S9KEAZN64-FTM2;专用驱动芯片7型号为IR21271S;大功率开关管8型号为AUIRGP4062。
所述电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11组合形成功率计量模块;其中,模拟-数字转换器11为微控制器6的内置模块,型号为S9KEAZN64-ADC;电流采样电路9包含一个采样电阻RS、一个运算放大器U1,以及电阻R1,R2和电容C1,连接方式如附图3所示;电压采样电路10包含两个分压电阻R3和R4,以及电阻R5和电容C2,C3,连接方式如附图4所示。
对照附图2,所述一种PTC芯体,其结构包括PTC单元21、散热翅带22、电极片23、复合端子24;其中,复合端子24通过铆接与电极片23结合;PTC单元21、散热翅带22和电极片23通过导热硅胶粘接结合。
所述的高压连接器2与车载动力电源连接,用于为工作回路供电;低压连接3与车载控制电源及汽车总线连接,用于为控制回路供电及通信;其中,高压连接器2型号为Delphi 13753471;低压连接器3型号为Molex 31100-0040。
所述的电源转换器5将车载控制电源转换为相应的规格,为其他各个模块供电;通信转换器4将汽车总线信号转换为与微控制器6相应的规格,供微控制器6接收和识别;其中,电源转换器5型号为TPS57060;通信转换器4型号为TJA1021T。
所述的具有脉冲宽度调制功能的驱动模块可将比例-积分调节器13的计算结果转化为PTC芯体1的工作状态,工作状态可以从0%~100%连续调节;功率计量模块可获取PTC芯体1工作的电压和电流信号,通过信号调理后传递给微控制器6。
所述的比例-积分调节器13将需求制热功率和PTC芯体1的当前制热功率转化为所需控制信号;其中,比例-积分调节器13,其结构包括电阻R6,R7,R8,电容C4,运算放大器U2,连接方式如附图5所示。
工作时:微控制器6对通信转换器4提供的信号进行解码,获取空调***制热功率需求,并传递给比例-积分调节器13;微控制器6对电流采样电路9和电压采样电路10的信号进行计算,得到PTC加热器当前的制热功率,并传递给比例-积分调节器13;比例-积分调节器 13对比空调***制热功率需求信息和PTC加热器当前制热功率信息,获得偏差信号,通过预先整定的比例系数及积分系数,计算出所需控制信号,并交由具有脉冲宽度调制功能的驱动模块执行,控制PTC芯体1以适当的制热功率运行,由于整个过程形成了负反馈,PTC加热器实时调整自身的制热功率,与空调***的制热功率需求相符合。
Claims (8)
1.一种汽车空调***PTC加热器,其特征是包括PTC芯体、高压连接器、低压连接器、通信转换器、电源转换器、微控制器、专用驱动芯片、两个大功率开关管、电流采样电路、电压采样电路、模拟-数字转换器、脉冲宽度调制器、比例-积分调节器;其中,电源转换器输入端连接低压连接器的正、负极引脚,电源转换器的输出端连接各用电模块;通信转换器输入端连接低压连接器的通信引脚,通信转换器的输出端连接微控制器;模拟-数字转换器输入端连接电流采样电路和电压采样电路,模拟-数字转换器输出端连接比例-积分调节器;脉冲宽度调制器输入端连接比例-积分调节器,脉冲宽度调制器输出端连接专用驱动芯片;专用驱动芯片输出端连接两个大功率开关管的驱动引脚;两个大功率开关管将PTC芯体连接至高压连接器的正、负极引脚。
2.根据权利要求1所述的一种汽车空调***PTC加热器,其特征是所述脉冲宽度调制器、专用驱动芯片、两个大功率开关管组合形成具有脉冲宽度调制功能的驱动模块。
3.根据权利要求1所述的一种汽车空调***PTC加热器,其特征是所述电流采样电路、电压采样电路、模拟-数字转换器组合形成功率计量模块。
4.根据权利要求1所述的一种汽车空调***PTC加热器,其特征是所述的高压连接器与车载动力电源连接,用于为工作回路供电;低压连接器与车载控制电源及汽车总线连接,用于为控制回路供电及通信。
5.根据权利要求1所述的一种汽车空调***PTC加热器,其特征是所述的电源转换器将车载控制电源转换为相应的规格,为其他各用电模块供电;通信转换器将汽车总线信号转换为与微控制器相应的规格,供微控制器接收和识别。
6.根据权利要求2所述的一种汽车空调***PTC加热器,其特征是所述的具有脉冲宽度调制功能的驱动模块将比例-积分调节器的计算结果转化为PTC芯体的工作状态,工作状态能够从0%~100%连续调节;功率计量模块获取PTC芯体的当前制热功率,传递给比例-积分调节器。
7.根据权利要求1所述的一种汽车空调***PTC加热器,其特征是所述的比例-积分调节器将需求制热功率和PTC芯体的当前制热功率转化为所需控制信号。
8.如权利要求1所述的一种汽车空调***PTC加热器,其特征是具体工作时包括以下步骤:微控制器对通信转换器提供的信号进行解码,获取空调***制热功率需求,并传递给比例-积分调节器;微控制器对电流采样电路和电压采样电路的信号进行计算,得到PTC加热器当前的制热功率,并传递给比例-积分调节器;比例-积分调节器对比空调***制热功率需求信息和PTC加热器当前制热功率信息,获得偏差信号,通过预先整定的比例系数及积分系数,计算出所需控制信号,并交由具有脉冲宽度调制功能的驱动模块执行,控制PTC芯体以适当的制热功率运行,由于整个过程形成了负反馈,PTC加热器实时调整自身的制热功率,与空调***的制热功率需求相符合。
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