CN215494602U - 一种新型驻车空调压缩机控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种新型驻车空调压缩机控制器，包括电源供电模块、MCU控制电路、接口电路、功率电路、驱动电路和信号处理电路，所述电源供电模块与驱动电路、MCU控制电路和信号处理电路电性连接，所述MCU控制电路与驱动电路和接口电路连接，用于提供电机驱动信号和人机接口的处理，驱动电路与功率电路电性连接用于驱动变频压缩机。该新型控制器采用矢量控制方式，相比较市面上的方波行控制器具有更小的转矩脉动，更低的噪音和振动性能和更优秀的高温大负载启动能力。该新型控制器相比较市面多数的采用分立器件驱动的控制器产品采用集成专用IC驱动芯片，简化了产品设计，提高了***的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及压缩机控制器技术领域，具体为一种新型驻车空调压缩机控制器。
背景技术
卡车大货车的驻车空调是近年崛起的新型应用市场，采用电驱动的电动压缩机取代皮带拖动的传统压缩机，为卡车大货车司机停车时提供制冷需求，降低了燃油消耗，属新一代节能型环保产品，深受广大卡车大货车司机的喜爱，应用市场前景广泛。目前市场上的压缩机控制器***鱼龙混杂，很多控制器产品沿用传统的电动自行车控制器控制方式，控制性能落后，不能保证电动压缩机产品长时间的可靠运行，带来了很大的质量风险。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种新型驻车空调压缩机控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。
本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种新型驻车空调压缩机控制器，包括电源供电模块、MCU控制电路、接口电路、功率电路、驱动电路和信号处理电路，所述电源供电模块与驱动电路、MCU控制电路和信号处理电路电性连接，所述MCU控制电路与驱动电路和接口电路连接，用于提供电机驱动信号和人机接口的处理，驱动电路与功率电路电性连接用于驱动变频压缩机；
所述MCU控制电路包括主控芯片U201，驱动电路包括半桥驱动芯片U401、半桥驱动芯片U402和半桥驱动芯片U403，主控芯片U201通过半桥驱动芯片U401、半桥驱动芯片U402和半桥驱动芯片U403提供互补对称的PWM驱动波形，并产生对应功率电路的U相、V相和W相的驱动信号，用于驱动三相的MOS管；
所述接口电路包括485通讯电路、电子扇驱动电路和模拟电压调速电路，所述485通讯电路、电子扇驱动电路和模拟电压调速电路分别与主控芯片U201连接；
所述信号处理电路与主控芯片U201连接并对压缩机运行时的每相电压和电流信号进行采样。
作为本实用新型进一步方案：所述电源供电模块采用2级DC-DC方式，包括第一级供电电路和第二级供电电路，所述第一级供电电路包括开关电源芯片U101，开关电源芯片U101的输入电压范围为5～80V,可以在比较宽的电压范围内自适应调整稳定输出电压12V，12V电压作为MOS管的门级驱动电压给驱动电路供电；第二级供电电路包括开关电源芯片U103，开关电源芯片U103将12V转换为3.3V为MCU控制电路和信号处理电路供电。
作为本实用新型进一步方案：所述485通讯电路采用芯片U501实现485总线的差分信号的编解码，485通讯电路连接主控芯片U201的24脚实现发送功能，并通过主控芯片U201的25脚实现接收功能；485通讯电路中的TVS501和TVS502为485总线提供浪涌防护。
作为本实用新型进一步方案：所述电子扇驱动电路采用分立三极管驱动，主控芯片U201的42脚为电子扇驱动电路提供一个频率16K、且占空比可调的的方波驱动门级信号，电子扇驱动电路经过Q501、Q505和Q506组成的分立驱动电路驱动功率MOS管Q502，打开和关闭实现电子扇的斩波调速，驱动信号的占空比根据压缩机的转速做线性的调整。
作为本实用新型进一步方案：所述模拟电压调速电路将9～19V电压信号通过电阻分压网络转换为0～3.3V的电压信号，并送到主控芯片U201的第4脚做运算。
作为本实用新型进一步方案：所述主控芯片U201的28脚和29脚提供U相驱动所需的中心对齐的PWM信号，主控芯片U201的37脚和38脚提供V相驱动所需的中心对齐的PWM信号，主控芯片U201的39脚和40脚提供W相驱动所需的中心对齐的PWM信号。
作为本实用新型进一步方案：所述功率电路采用三相全桥电路，单个桥臂采用3个MOS管并联方式，功率电路中的Q2、Q3和Q4并联组成U相上桥臂，Q6、Q7和Q8并联组成U相下桥臂，功率电路中的RS1和RS2两个采样电阻并联提供U相导通时的电机U相电流采样信号；功率电路中的Q10、Q11和Q12并联组成V相上桥臂，Q14、Q15和Q16并联组成V相下桥臂，功率电路中的RS3和RS4两个采样电阻并联提供V相导通时的电机V相电流采样信号；功率电路中的Q18、Q19和Q20并联组成W相上桥臂，Q22、Q23和Q24并联组成W相下桥臂，功率电路中的RS5和RS6两个采样电阻并联提供W相导通时的电机W相电流采样信号。
作为本实用新型进一步方案：所述信号处理电路通过差分放大电路分别连接RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6对压缩机运行时的每相电流采样，并通过电阻分压网络采样压缩机运行时的每相电压信号；差分放大采样后的电流信号IU、IV和IW分别送到主控芯片U201的第8脚、第9脚和第10脚进行处理；电阻网络分压后的电压采样信号UBEMF、VBEMF和WBEMF分别送到主控芯片U201的第15脚、第16脚和第17脚进行处理。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该新型控制器采用矢量控制方式，相比较市面上的方波行控制器具有更小的转矩脉动，更低的噪音和振动性能和更优秀的高温大负载启动能力；该新型控制器兼容市面通用的模拟电压调速和485总线调速方式，可以满足不同客户的控制需求为产品售后提供丰富的压缩机***的运行数据；该控制器功率部分采用TO252贴片器件，利用自动化的SMT工艺，结合PCB铜箔的优良导热性能，采用密集均匀分布的铜质过孔，实现功率器件热量的快速散热，最大程度的保证了功率半导体器件的散热要求，提高了功率半导体的可靠性；该新型控制器集成了电子扇控制器策略，可以根据压缩机转速进行调速，也可以根据冷凝器的芯体温度进行控制，为客户提供了更多样化的选择；该新型控制器相比较市面多数的采用分立器件驱动的控制器产品采用集成专用IC驱动芯片，简化了产品设计，提高了***的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的MCU控制电路中主控芯片连接电路图；
图2为本实用新型的第一级供电电路结构示意图；
图3为本实用新型的第二级供电电路结构示意图；
图4为本实用新型的驱动电路结构示意图；
图5为本实用新型的功率电路结构示意图；
图6为本实用新型的485通讯电路结构示意图；
图7为本实用新型的模拟电压调速电路结构示意图；
图8为本实用新型的电子扇驱动电路结构示意图；
图9为本实用新型的差分放大电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
如图1～9所示，
本实施例提供了一种新型驻车空调压缩机控制器，包括电源供电模块、MCU控制电路、接口电路、功率电路、驱动电路和信号处理电路，所述电源供电模块与驱动电路、MCU控制电路和信号处理电路电性连接，所述MCU控制电路与驱动电路和接口电路连接，用于提供电机驱动信号和人机接口的处理，驱动电路与功率电路电性连接用于驱动变频压缩机；
所述MCU控制电路包括主控芯片U201，驱动电路包括半桥驱动芯片U401、半桥驱动芯片U402和半桥驱动芯片U403，主控芯片U201通过半桥驱动芯片U401、半桥驱动芯片U402和半桥驱动芯片U403提供互补对称的PWM驱动波形，并产生对应功率电路的U相、V相和W相的驱动信号，用于驱动三相的MOS管；
所述接口电路包括485通讯电路、电子扇驱动电路和模拟电压调速电路，所述485通讯电路、电子扇驱动电路和模拟电压调速电路分别与主控芯片U201连接；
所述信号处理电路与主控芯片U201连接并对压缩机运行时的每相电压和电流信号进行采样。
如图2和图3所示，本实施例中，电源供电模块采用2级DC-DC方式，包括第一级供电电路和第二级供电电路，所述第一级供电电路包括开关电源芯片U101，U101的输入电压范围为5～80V,可以在比较宽的电压范围内自适应调整稳定输出电压12V，12V电压作为MOS管的门级驱动电压给驱动电路供电；第二级供电电路包括开关电源芯片U103，开关电源芯片U103将12V转换为3.3V为MCU控制电路和信号处理电路供电。
如图6所示，本实施例中，485通讯电路采用芯片U501实现485总线的差分信号的编解码，485通讯电路连接主控芯片U201的24脚实现发送功能，并通过主控芯片U201的25脚实现接收功能；485通讯电路中的TVS501和TVS502为485总线提供浪涌防护。
如图8所示，电子扇驱动电路采用分立三极管驱动，主控芯片U201的42脚为电子扇驱动电路提供一个频率16K、且占空比可调的的方波驱动门级信号，电子扇驱动电路经过Q501、Q505和Q506组成的分立驱动电路驱动功率MOS管Q502，打开和关闭实现电子扇的斩波调速，驱动信号的占空比根据压缩机的转速做线性的调整。
如图7所示，模拟电压调速电路将9～19V电压信号通过电阻分压网络转换为0～3.3V的电压信号，并送到主控芯片U201的第4脚做运算，软件程序根据运算后的数据进行压缩机转速的变频调速。
如图1所示，本实施例中，主控芯片U201的28脚和29脚提供U相驱动所需的中心对齐的PWM信号，主控芯片U201的37脚和38脚提供V相驱动所需的中心对齐的PWM信号，主控芯片U201的39脚和40脚提供W相驱动所需的中心对齐的PWM信号。
例如，半桥驱动芯片U401、半桥驱动芯片U402和半桥驱动芯片U403提供互补对称的PWM驱动波形，HO,LO引脚分别提供上桥臂和下桥臂的MOS管门级驱动，HO,LO引脚具有1.5A/1A的SOURCE/SINK电流驱动能力，满足驱动4颗低压MOS管的所需的电流(该新型控制器单桥臂使用3颗MOS管并联)。D401和E406组成自举电路为上桥臂提供浮动的门级电压。D403、D404关断时旁路电阻R403、R402,使得关断时更加的迅速。D402提供一个泄放的通路为MOS管大电流工作关断时产生的尖峰电压提供泄放路径，防止驱动芯片因负向电压产生死锁。该新型控制器摒弃传统的分立器件驱动方式采用的专用大电流专用IC驱动多个并联MOS管。经过批量生产验证具有集成化程度高，电路简洁，成本低，可靠性高，故障率低的特点，完全满足该新型控制器的驱动需求
如图5所示，本实施例中，功率电路采用三相全桥电路，单个桥臂采用3个MOS管并联方式，功率电路中的Q2、Q3和Q4并联组成U相上桥臂，Q6、Q7和Q8并联组成U相下桥臂，功率电路中的RS1和RS2两个采样电阻并联提供U相导通时的电机U相电流采样信号；功率电路中的Q10、Q11和Q12并联组成V相上桥臂，Q14、Q15和Q16并联组成V相下桥臂，功率电路中的RS3和RS4两个采样电阻并联提供V相导通时的电机V相电流采样信号；功率电路中的Q18、Q19和Q20并联组成W相上桥臂，Q22、Q23和Q24并联组成W相下桥臂，功率电路中的RS5和RS6两个采样电阻并联提供W相导通时的电机W相电流采样信号。
如图5所示，本实施例中，信号处理电路通过差分放大电路分别连接RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6对压缩机运行时的每相电流采样，并通过电阻分压网络采样压缩机运行时的每相电压信号；半桥驱动芯片U401为4通道轨对轨高增益带宽运放。组成的差分放大电路的增益为10倍，采样电阻1.5毫欧，偏置电压1.65的情况下可以提供满量程110A的电流采样，完全可以满足设计要求。差分放大采样后的电流信号IU、IV和IW分别送到主控芯片U201的第8脚、第9脚和第10脚进行处理；电阻网络分压后的电压采样信号UBEMF、VBEMF和WBEMF分别送到主控芯片U201的第15脚、第16脚和第17脚进行处理。同时采样电机每相运行时的电压和电流信号为软件模型提供了更具鲁棒性的信号源，可以实现高温大负载条件下压缩机电机从零到指定转速的快速启动，实现迅速制冷的目的，提供了良好的用户体验。
U201作为***的主控制芯片，提供电机驱动信号和人机接口的处理。电机驱动采用磁场定向的矢量控制方式，采样电机运行时的相电压(UBEMEF,VBEMF,WBEMF)和相电流(IU,IV,IW)结合三相永磁电机的数学模型估算转子的实时位置实现永磁电机的无传感器控制。
该新型控制器采用无传感器的磁场定向的矢量控制方式。如图9，通过差分放大电路实现压缩机运行时的每相电流采样，通过电阻分压网络采样压缩机运行时的每相电压信号，通过压缩机运行时的每相电流和电压信号结合电机的数学模型可以计算出压缩机电机转子的实时位置，实现正确的角度控制，驱动压缩机机械部分正常工作，同时采样电机每相运行时的电压和电流信号为软件模型提供了更具鲁棒性的信号源，可以实现高温大负载条件下压缩机电机从零到指定转速的快速启动，实现迅速制冷的目的，提供了良好的用户体验
该新型控制器摒弃传统的分立器件驱动方式采用的专用大电流专用IC驱动多个并联MOS管。如图4和图5，U401提供互补对称的PWM驱动波形，HO,LO引脚分别提供上桥臂和下桥臂的MOS管门级驱动，HO,LO引脚具有1.5A/1A的SOURCE/SINK电流驱动能力，满足驱动4颗低压MOS管的所需的电流(该新型控制器单桥臂使用3颗MOS管并联)。D401,E406组成自举电路为上桥臂提供浮动的门级电压。D403,D404关断时旁路电阻R403,R402,使得关断时更加的迅速。D402提供一个泄放的通路为MOS管大电流工作关断时产生的尖峰电压提供泄放路径，防止驱动芯片因负向电压产生死锁。该新型控制器驱动电路经过批量生产验证具有集成化程度高，电路简洁，成本低，可靠性高，故障率低的特点，完全满足该新型控制器的驱动需求。
该新型控制器创新式的通过低成本的FR4板材实现了铝基板板材的的散热效果，极大的降低了成本，简化了生产工艺，降低了生产制造过程造成的不良率。如下图通过在低成本的FR4电路板上通过均匀密集分布的PCB过孔(过孔X,Y轴向间距分别为1mm)和最大面积的PCB表面铺铜处理，下图黄色框线内为大电流散热区域。功率MOS管工作时产生的热量通过PCB铜箔的优良导热性能迅速的传导到散热铝板上，耐久试验表明该新型控制器散热良好，驱动转子压缩机满载40A工作时，MOS管结温，MOS管表面温度，散热器表面温度呈线性阶梯分布，散热良好，红外热成像显示黄色框线内的散热均匀，最高温度和环境温度的差值不超过30度，较好的实现了设计指标。
该新型控制器根据设计要求集成了电子扇的控制策略，通过软件能自动识别外机***的冷凝器温度探头，当外机***具备冷凝器温度探头时，冷凝风扇的转速根据冷凝器的温度探头呈线性变化；当外机***不具备冷凝器温度探头时，冷凝风扇的转速自动根据压缩机电机的转速做线性的调整，提高了产品的兼容性，为客户提供差异化的控制策略提供了便利。
该新型控制器还具备软件自动切换不同的调速方式，根据调速信号的不同；当内机***提供9～19V的模拟电压调速信号时，该新型控制器能够根据模拟电压进行压缩机转速的调节。当软件检测到485通讯指令时，控制器优先执行485总线的指令，根据485的总线数据进行调速控制，485总线还可以为用户提供丰富的外机***的运行数据，报过外机***运行时的电压，电流，压缩机转速，压缩机扭矩，冷凝器芯体温度，故障代码等信息，为产品售后提供便利,
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：包括电源供电模块、MCU控制电路、接口电路、功率电路、驱动电路和信号处理电路，所述电源供电模块与驱动电路、MCU控制电路和信号处理电路电性连接，所述MCU控制电路与驱动电路和接口电路连接，用于提供电机驱动信号和人机接口的处理，驱动电路与功率电路电性连接用于驱动变频压缩机；
所述MCU控制电路包括主控芯片U201，驱动电路包括半桥驱动芯片U401、半桥驱动芯片U402和半桥驱动芯片U403，主控芯片U201通过半桥驱动芯片U401、半桥驱动芯片U402和半桥驱动芯片U403提供互补对称的PWM驱动波形，并产生对应功率电路的U相、V相和W相的驱动信号，用于驱动三相的MOS管；
所述接口电路包括485通讯电路、电子扇驱动电路和模拟电压调速电路，所述485通讯电路、电子扇驱动电路和模拟电压调速电路分别与主控芯片U201连接；
所述信号处理电路与主控芯片U201连接并对压缩机运行时的每相电压和电流信号进行采样。
2.根据权利要求1所述的一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：所述电源供电模块采用2级DC-DC方式，包括第一级供电电路和第二级供电电路，所述第一级供电电路包括开关电源芯片U101，开关电源芯片U101的输入电压范围为5~80V,在比较宽的电压范围内自适应调整稳定输出电压12V，12V电压作为MOS管的门级驱动电压给驱动电路供电；第二级供电电路包括开关电源芯片U103，开关电源芯片U103将12V转换为3.3V为MCU控制电路和信号处理电路供电。
3.根据权利要求1所述的一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：所述485通讯电路采用芯片U501实现485总线的差分信号的编解码，485通讯电路连接主控芯片U201的24脚实现发送功能，并通过主控芯片U201的25脚实现接收功能；485通讯电路中的TVS501和TVS502为485总线提供浪涌防护。
4.根据权利要求3所述的一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：所述电子扇驱动电路采用分立三极管驱动，主控芯片U201的42脚为电子扇驱动电路提供一个频率16K、且占空比可调的方波驱动门级信号，电子扇驱动电路经过Q501、Q505和Q506组成的分立驱动电路驱动功率MOS管Q502，打开和关闭实现电子扇的斩波调速，驱动信号的占空比根据压缩机的转速做线性的调整。
5.根据权利要求4所述的一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：所述模拟电压调速电路将9~19V电压信号通过电阻分压网络转换为0~3.3V的电压信号，并送到主控芯片U201的第4脚做运算。
6.根据权利要求1所述的一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：所述主控芯片U201的28脚和29脚提供U相驱动所需的中心对齐的PWM信号，主控芯片U201的37脚和38脚提供V相驱动所需的中心对齐的PWM信号，主控芯片U201的39脚和40脚提供W相驱动所需的中心对齐的PWM信号。
7.根据权利要求6所述的一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：所述功率电路采用三相全桥电路，单个桥臂采用3个MOS管并联方式，功率电路中的Q2、Q3和Q4并联组成U相上桥臂，Q6、Q7和Q8并联组成U相下桥臂，功率电路中的RS1和RS2两个采样电阻并联提供U相导通时的电机U相电流采样信号；功率电路中的Q10、Q11和Q12并联组成V相上桥臂，Q14、Q15和Q16并联组成V相下桥臂，功率电路中的RS3和RS4两个采样电阻并联提供V相导通时的电机V相电流采样信号；功率电路中的Q18、Q19和Q20并联组成W相上桥臂，Q22、Q23和Q24并联组成W相下桥臂，功率电路中的RS5和RS6两个采样电阻并联提供W相导通时的电机W相电流采样信号。
8.根据权利要求7所述的一种新型驻车空调压缩机控制器，其特征在于：所述信号处理电路通过差分放大电路分别连接RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6对压缩机运行时的每相电流采样，并通过电阻分压网络采样压缩机运行时的每相电压信号；差分放大采样后的电流信号IU、IV和IW分别送到主控芯片U201的第8脚、第9脚和第10脚进行处理；电阻网络分压后的电压采样信号UBEMF、VBEMF和WBEMF分别送到主控芯片U201的第15脚、第16脚和第17脚进行处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 5 Taoting Road, Industrial Park, Huaining County, Anqing City, Anhui Province, 246100 Patentee after: Anhui saichao Electric Appliance Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 246121 Zhenning magnetoelectric Industrial Park, Huaining Industrial Park, Anqing City, Anhui Province Patentee before: Anhui saichao Electric Appliance Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| CP03 | Change of name, title or address |