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

一种汽车空调***PTC加热器
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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