用于保護電機驅(qū)動的amt變速箱短路的控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置包括電流采集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流采集電路的兩個輸入端分別連接電路場效應(yīng)管開關(guān)的漏極和源極，電流采集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到電路場效應(yīng)管開關(guān)的柵極。當(dāng)電機控制與保護電路的輸入信號超過設(shè)定的閾值時輸出低電平信號，關(guān)斷場效應(yīng)管開關(guān)從而使電機停止工作，低于設(shè)定的閾值時輸出高電平信號，閉合場效應(yīng)管開關(guān)使電機工作，可以有效地保護短路狀態(tài)下的AMT系統(tǒng)，提局了AMT的性能和穩(wěn)定性。
【專利說明】用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，屬于汽車變速箱控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電機驅(qū)動AMT變速箱使用的直流有刷電機起動與堵轉(zhuǎn)電流大，與短路難以識別，一旦短路危害較大，傳統(tǒng)采集電流方法元器件成本較高，體積大，在工藝上與整體成本上都難以控制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效地保護短路狀態(tài)下的AMT系統(tǒng)，提高AMT的性能和穩(wěn)定性的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置包括電流采集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流采集電路的兩個輸入端分別連接電路場效應(yīng)管開關(guān)Tl的漏極和源極，電流采集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到電路場效應(yīng)管開關(guān)Tl的柵極。
[0005]電流采集電路用于采集場效應(yīng)管開關(guān)漏極與源極之間的電壓，采集的電壓經(jīng)過隔離放大電路放大后輸入到電機控制與保護電路，電機控制與保護電路對輸入信號進行計算處理并與設(shè)定的閾值進行比較，超過設(shè)定的閾值時輸出低電平信號，關(guān)斷場效應(yīng)管開關(guān)從而使電機停止工作，低于設(shè)定的閾值時輸出高電平信號，閉合場效應(yīng)管開關(guān)使電機工作。
[0006]所述電流采集電路包括第一分壓電阻和第二分壓電阻；第一分壓電阻連接在場效應(yīng)管開關(guān)的源極與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二分壓電阻連接在場效應(yīng)管開關(guān)的漏極與隔離放大電路的另一個輸入端之間；其作用是使采集的電壓能夠在隔離放大電路可接收的范圍內(nèi)。
[0007]所述的電流采集電路還包括第一濾波電路和第二濾波電路；第一濾波電路連接在第一分壓電阻與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二濾波電路連接在第二分壓電阻與隔離放大電路的另一個輸入端之間，用于對采集的電壓進行平滑濾波。
[0008]所述的隔離放大電路包括第一跟隨器、第一差分放大比例電阻、第二跟隨器、第二差分放大比例電阻、電壓放大器；第一濾波電路、第一跟隨器、第一差分放大比例電阻依次連接，第二濾波電路、第二跟隨器、第二差分放大比例電阻依次連接；第一差分放大比例電阻、第二差分放大比例電阻的另一端分別連接到電壓放大器的正端和負(fù)端。
[0009]所述的隔離放大電路還包括第一分壓電阻、第二分壓電阻；第一分壓電阻和第二分壓電阻串接于參考直流電源與地之間，并且第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共節(jié)點連接到電壓放大器的正端；用于分壓以提升整體電壓，避免電阻出現(xiàn)因誤差帶來正端小于負(fù)端現(xiàn)象。
[0010]所述隔離放大電路還包括連接于電壓放大器輸出端與電機控制與保護電路之間的限流電阻。
[0011]所述電機控制與保護電路采用單片機，單片機的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)的柵極。
[0012]所述電機控制與保護電路還包括溫度傳感器，溫度傳感器安裝在場效應(yīng)管開關(guān)的附近。
[0013]電流采集電路利用了 NMOS管(或MOS管)內(nèi)阻阻值較低，工藝較容易實現(xiàn)，成本也低。將NMOS管(或MOS管)放置在電路板電源入口處進行控制電源通斷的同時采集兩端電壓，采集電壓后進入隔離放大電路放大，由于電阻及放大器的誤差是客觀存在的，所以電流為O時電壓不為0，電流開始增加后電壓保持不變，電流到達一定數(shù)值時電壓才發(fā)生變化，然后輸入到單片機，單片機采集電壓進行處理，對現(xiàn)有NMOS管(或MOS管)溫度進行分析，分析結(jié)果對應(yīng)出MOS管內(nèi)阻，然后通過計算與標(biāo)定數(shù)據(jù)得出電流，如果短時間電流過大，就認(rèn)為短路進行保護，5ms關(guān)斷電機，然后打開，如此反復(fù)數(shù)次，如果電流仍然過大，就關(guān)斷較長時間，保證短路可以保護，起動和堵轉(zhuǎn)性能不受影響。如果長期溫度過高，會采用相應(yīng)保護策略保護電路板。本實用新型采集NMOS管(或MOS管)兩端電壓進行放大處理計算電流、計算MOS結(jié)溫及使用標(biāo)定數(shù)據(jù)判斷工藝差別來修正電流，可以有效地保護短路狀態(tài)下的AMT系統(tǒng)，提高了 AMT的性能和穩(wěn)定性。
[0014]所述電機控制與保護電路還可以由積分放大電路、參考電壓電路和比較器構(gòu)成；所述隔離放大電路的輸出端連接到積分放大電路的輸入，積分放大電路的輸出連接到比較器的負(fù)端，參考電壓電路的輸出連接到比較器的正端；比較器的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)的柵極。隔離放大電路輸出的電壓經(jīng)積分放大電路累加計算后輸入比較器的負(fù)端，當(dāng)其值大于參考電壓電路輸出的比較閾值時，比較器輸出低電平信號斷開場效應(yīng)管開關(guān)，從而停止電機工作，當(dāng)其值小于參考電壓電路輸出的比較閾值時，比較器輸出高電平信號接通場效應(yīng)管開關(guān)，從而使電機工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細(xì)說明。
[0016]圖1是電機H橋控制電路原理圖。
[0017]圖2是本實用新型的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖3是電流采集電路和隔離放大電路原理圖。
[0019]圖4是NMOS內(nèi)阻圖；
[0020]圖5是實施例2的電機保護與控制電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，電機H橋控制電路包括四個呈H型布置的四個場效應(yīng)管T2、T3、T4、Τ5，以及場效應(yīng)管開關(guān)Tl。
[0022]如圖2所示，本實用新型的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置包括電流采集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流采集電路的兩個輸入端分別連接場效應(yīng)管開關(guān)Tl的漏極和源極，電流采集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)Tl的柵極。
[0023]實施例1
[0024]如圖3所示，所述電流采集裝置包括第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第一濾波電路RC1、第二濾波電路RC2。隔離放大電路包括第一跟隨器AMP1、第一差分放大比例電阻R7、第二跟隨器AMP2、第二差分放大比例電阻R8、電壓放大器AMP3、第一分壓電阻R9、第二分壓電阻R10、限流電阻R12 ;第一分壓電阻Rl連接在場效應(yīng)管開關(guān)Tl的源極與第一濾波電路RCl輸入端之間,第一濾波電路RCl的輸出連接到第一跟隨器AMPl的輸入；第一分壓電阻R9和第二分壓電阻RlO串接于參考直流電源與地之間，第一跟隨器AMPl的輸出通過第一差分放大比例電阻R7連接到第一分壓電阻R9與第二分壓電阻RlO的公共節(jié)點，該節(jié)點同時連接到電壓放大器AMP3的正端。第二分壓電阻R2連接在場效應(yīng)管開關(guān)Tl的漏極與第二濾波電路RC2輸入端之間，第二濾波電路RC2的輸出連接到第二跟隨器AMP2的輸入；第二跟隨器AMP2的輸出通過第二差分放大比例電阻R8連接到電壓放大器AMP3的負(fù)端。電壓放大器AMP3的輸出通過限流電阻R12連接到電機控制與保護電路的輸入。電機控制與保護電路的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)Tl的柵極。
[0025]電流采集電路:將電流通過NMOS管的內(nèi)阻轉(zhuǎn)換成電壓信號。
[0026]隔離放大電路:通過隔離電路防止串?dāng)_，放大電路同比例提高電壓。
[0027]所述電機控制與保護電路采用單片機，單片機的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)Tl的柵極。
[0028]所述單片機可以將隔離放大電路輸出的電壓進行積分放大，累加計算后與設(shè)定的閾值進行比較，當(dāng)大于設(shè)定的閾值時輸出低電平信號斷開場效應(yīng)管開關(guān)，從而停止電機工作，當(dāng)其值小于設(shè)定的閾值時輸出高電平信號接通場效應(yīng)管開關(guān)，從而使電機工作。
[0029]單片機還可以使用上一次計算的溫度值得出內(nèi)阻，通過內(nèi)阻得出電流。
[0030]流過NMOS管Tl的電流會在其兩端產(chǎn)生一個壓差，為保證在蓄電池14V下電機可以正常工作，Tl的內(nèi)阻要控制在ΙΟπιΩ以內(nèi)，由于壓差過小，需要對其進行隔離放大，否則單片機無法識別，隔離放大以后，由于電阻誤差及運算放大器誤差使在電流較小時放大器負(fù)端比正端電壓更高，所以系統(tǒng)使用圖3中第一分壓電阻R9、第二分壓電阻RlO抬高了正端電壓，但是同時也帶來一定的誤差，單片機通過熱阻及前一次計算出的電流進行溫度累計，環(huán)境溫度傳感器采集MOS周邊溫度，通過計算溫升得出NMOS管結(jié)溫，和標(biāo)定數(shù)據(jù)一起計算得出電流采集電路的內(nèi)阻，最終得出流經(jīng)NMOS的電流，然后標(biāo)定計算出的電流進行對比修正電流值，最終的結(jié)果設(shè)置電流臺階，電流超過某一臺階就對電機采取不同時間的保護，這樣在起動和堵轉(zhuǎn)時雖有短暫的保護但仍能保證實現(xiàn)其性能，保護多次后加長保護時間，這樣就器件壽命就有了保障。通過溫度累計如得出溫度過高將控制電機低速運行，使系統(tǒng)逐漸降溫。
[0031]在圖5中，給出了理想狀況下的MOS管內(nèi)阻，除溫度外，還受工藝影響。使用標(biāo)定數(shù)據(jù)進行修正，才能得出更準(zhǔn)確的內(nèi)阻圖。
[0032]本實用新型帶來的優(yōu)點是只利用NMOS管的壓差做采樣電阻，因為NMOS管是電路必須有，用來控制電源通斷的，所以不增加成本。比起采樣電阻，對生產(chǎn)工藝要求也更低。
[0033]單片機具體計算處理過程如下:
[0034]初始時，采用式(I)計算初始時刻NMOS內(nèi)阻Rtl ;
[0035]V0’/k=10XR0 (I)
[0036]式中Vc/為電壓放大器AMP3輸出端電壓初始值，k為電壓放大器AMP3的放大倍數(shù)，Itl為電壓放大器AMP3輸出端電流初始值。由于電阻及放大器的誤差是客觀存在的，所以電流為O時電壓不為0，電流開始增加后電壓保持不變，電流到達一定數(shù)值時電壓才發(fā)生變化。因此此處的Vtl’和Itl采用經(jīng)驗估計值，Vtl’一般為400mV?900mV，10 一般為200mA?400mA。
[0037]當(dāng)電壓放大器AMP3輸出端電壓達到設(shè)定值Vs時開始采樣(設(shè)定值Vs預(yù)先標(biāo)定，一般為400mV?900mV，第i+Ι個時間片流經(jīng)NMOS的電流Ii+1通過式⑵計算，i = 0，1，
2......ο
[0038]Vi+1’ -V?！?/k = (Ii+1-10) XRi (2)
[0039]Vi+1’為第i+1個時間片采集的電壓放大器AMP3輸出端電壓，Ri為第i個時間片計算出的NMOS內(nèi)阻。
[0040]第i+Ι個時間片NMOS管結(jié)溫Tj (i+1)通過式(3)計算；
[0041]Tj_(i+1) = Tc (i+1)+Ii+1 X Ii+1 X Ri X Rth (3)
[0042]T。(i+1)通過溫度傳感器采集，較為準(zhǔn)確。Rth為NMOS管的熱阻，其值為定值。通過式⑷計算第i個時間片NMOS內(nèi)阻修正值R/ ；
[0043]R/ = klXTj (i+1)+bl (4)
[0044]kl、bl為NMOS管的參數(shù)。kl = 3/160，bl = 27/8 (公式⑷由圖4簡化給出，每一個MOS管都有結(jié)溫與電阻的對應(yīng)圖，即圖4所示，按圖4曲線把它簡化為線性關(guān)系，通過簡化后的線性關(guān)系可以算出kl和bl)
[0045]將第i個時間片NMOS內(nèi)阻修正值R/帶入式(5)，得到第i+Ι個時間片流經(jīng)NMOS的電流修正值Ii+1 ’ ;
[0046]Tj_(i+1) = Tc—(i+1)+Ii+1，XIi+1 ’ XRi, XRth (5)
[0047]將第i+1個時間片流經(jīng)NMOS的電流修正值Ii+1 ’與設(shè)定的電流臺階進行比較，當(dāng)超過不同的電流臺階時，對電機采取不同時間的保護。這樣在起動和堵轉(zhuǎn)時雖有短暫的保護但仍能保證實現(xiàn)其性能，保護多次后加長保護時間，這樣就器件壽命就有了保障。通過溫度累計如得出NMOS管的結(jié)溫過高將控制電機低速運行，使系統(tǒng)逐漸降溫。
[0048]可通過停止電機后關(guān)斷NMOS利用寄生二極管導(dǎo)通壓降與結(jié)溫呈線性關(guān)系來計算一個較為準(zhǔn)確的結(jié)溫以標(biāo)定結(jié)溫與功率關(guān)系。
[0049]實施例2
[0050]所述電流采集電路和隔離放大電路結(jié)構(gòu)與實施例1相同。
[0051]所述電機控制與保護電路由積分放大電路AMP4、參考電壓電路(由電阻R14、R15構(gòu)成)和比較器UlE構(gòu)成；所述隔離放大電路的輸出端連接到積分放大電路AMP4的輸入，積分放大電路AMP4的輸出連接到比較器UlE的負(fù)端，參考電壓電路的輸出連接到比較器UlE的正端；比較器UlE的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)Tl的柵極。
【權(quán)利要求】
1.一種用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于包括電流采集電路，隔離放大電路，電機控制與保護電路；所述電流采集電路的兩個輸入端分別連接電路場效應(yīng)管開關(guān)(Tl)的漏極和源極，電流采集電路的輸出連接隔離放大電路的輸入，隔離放大電路的輸出連接電機控制與保護電路的輸入，電機控制與保護電路的輸出連接到電路場效應(yīng)管開關(guān)(Tl)的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述電流采集電路包括第一分壓電阻(Rl)和第二分壓電阻(R2);第一分壓電阻(Rl)連接在場效應(yīng)管開關(guān)的源極與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二分壓電阻(R2)連接在場效應(yīng)管開關(guān)(Tl)的漏極與隔離放大電路的另一個輸入端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述的電流采集電路還包括第一濾波電路(RCl)和第二濾波電路(RC2);第一濾波電路(RCl)連接在第一分壓電阻(Rl)與隔離放大電路的一個輸入端之間，第二濾波電路(RC2)連接在第二分壓電阻(R2)與隔離放大電路的另一個輸入端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述的隔離放大電路包括第一跟隨器(AMPl)、第一差分放大比例電阻(R7)、第二跟隨器(AMP2)、第二差分放大比例電阻(R8)、電壓放大器(AMP3);第一濾波電路(RCl)、第一跟隨器(AMPl)、第一差分放大比例電阻(R7)依次連接，第二濾波電路(RC2)、第二跟隨器(AMP2)、第二差分放大比例電阻(R8)依次連接；第一差分放大比例電阻(R7)、第二差分放大比例電阻(R8)的另一端分別連接到電壓放大器(AMP3)的正端和負(fù)端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述的隔離放大電路還包括第一分壓電阻(R9)、第二分壓電阻(RlO);第一分壓電阻(R9)和第二分壓電阻(RlO)串接于參考直流電源與地之間，并且第一分壓電阻(R9)與第二分壓電阻(RlO)的公共節(jié)點連接到電壓放大器(AMP3)的正端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述隔離放大電路還包括連接于電壓放大器(AMP3)輸出端與電機控制與保護電路之間的限流電阻(R12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述電機控制與保護電路采用單片機，單片機的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)的柵極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述電機控制與保護電路還包括溫度傳感器，溫度傳感器安裝在場效應(yīng)管開關(guān)(Tl)的附近。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于保護電機驅(qū)動的AMT變速箱短路的控制裝置，其特征在于所述電機控制與保護電路由積分放大電路、參考電壓電路和比較器構(gòu)成；所述隔離放大電路的輸出端連接到積分放大電路的輸入，積分放大電路的輸出連接到比較器的負(fù)端，參考電壓電路的輸出連接到比較器的正端；比較器的輸出連接到場效應(yīng)管開關(guān)的柵極。
【文檔編號】H02H7/08GK204030559SQ201420433245
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】田輝, 鄭巖, 王強, 焦育成 申請人:中國第一汽車股份有限公司