CN102001629B - 车载供氧装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种车载供氧装置，本发明包括主控制板，主控制板的输入端接直流电源，输出端接低压三相交流异步空气压缩机和电磁阀，低压三相交流异步空气压缩机的进气口接进气过滤器，出气口接电磁阀的进气口，电磁阀的输出端与排气口通过气路相连，电磁阀还与分子筛通过气路双向连接，分子筛的输出端与氧气储气罐通过气路连接，本发明通过直流电源供电，由主控制板控制输出三相交流电驱动低压三相交流异步空气压缩机工作，提供稳定的压缩空气给制氧部分，驱动效率高，电磁兼容性好，可在宽温度范围内工作，尤其是低于－40℃的低温时仍能工作，噪音小、成本低。

Description

车载供氧装置

技术领域

本发明属于制氧技术领域，具体涉及一种车载供氧装置。

背景技术

采用分子筛吸附分离原理制备氧气在工业中应用广泛，方法是先用压缩机产生压缩空气然后将压缩空气输入分子筛中，由分子筛对氮气等进行吸附，而氧气分子就直接通过分子筛进入氧气储气罐。在传统的车载氧气供给装置中，一般是通过逆变器将直流电压变换为频率为50Hz的220V单相交流电，驱动单相交流空气压缩机工作，或者将直流24V电压转换为三相方波，驱动无刷直流空气压缩机工作。前种方式驱动效率差，因为要使用电容移相，在低温时电容容量变小，阻抗变大，因此在低温时尤其是低于-40℃的低温时，难以启动压缩机工作，且电磁干扰比较大；后种方式成本比较高，电磁干扰和噪音都比较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动效率高的车载供氧装置，在一个宽温度范围内尤其是低于-40℃的低温时仍能工作，而且电磁兼容性好、噪音小、成本低。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明包括主控制板，主控制板的输入端接直流电源，输出端分别接低压三相交流异步空气压缩机和电磁阀，低压三相交流异步空气压缩机的进气口接进气过滤器，出气口接电磁阀的进气口，电磁阀的输出端与排气口通过气路相连，电磁阀还与分子筛通过气路双向连接，分子筛的输出端与氧气储气罐通过气路连接，所述的主控制板包括微处理器，所述微处理器的输出端分别与第一驱动芯片、第二驱动芯片、第三驱动芯片的输入端相连，上述三个驱动芯片的输出端分别与三相全桥逆变电路的驱动输入端相连，上述三个驱动芯片驱动三相全桥逆变电路产生三相交流电，三相全桥逆变电路的母线与直流电源相连，三相全桥逆变电路输出端与低压三相交流异步空气压缩机的输入端相连，微处理器还通过I/O接口电路与电磁阀相连，所述的主控制板还包括滤波电路，所述滤波电路接在直流电源和三相全桥逆变电路之间。

由上述技术方案可知，本发明通过直流电源供电，由主控制板控制输出三相交流电驱动低压三相交流异步空气压缩机工作，提供稳定的压缩空气给制氧部分，驱动效率高，电磁兼容性好，可在宽温度范围内工作，尤其是低于-40℃的低温时仍能工作，噪音小、成本低。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的一个实施例的原理框图；

图3是本发明的一个实施例的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括主控制板10，主控制板10的输入端接直流电源20，输出端分别接低压三相交流异步空气压缩机30和电磁阀60，低压三相交流异步空气压缩机30的进气口接进气过滤器40，出气口接电磁阀60的进气口，电磁阀60的输出端与排气口50通过气路相连，电磁阀60还与分子筛80通过气路双向连接，分子筛80的输出端与氧气储气罐70通过气路连接。

通过直流电源供电，由主控制板控制输出三相交流电驱动低压三相交流异步空气压缩机工作，提供稳定的压缩空气给制氧部分，无起动冲击电流，工作平稳，驱动效率高，电磁兼容性好，可在宽温度范围内工作，尤其是低于-40℃的低温时仍能工作，噪音小、成本低。

所述的低压三相交流异步空气压缩机30的电压范围是9V～30V，通过对220V单相电机改变绕组设计和优化电磁方案实现单相到三相、高压到低压的转变，从而得到低压三相交流异步空气压缩机30。

如图2所示，所述的主控制板10包括微处理器101，所述微处理器101的输出端分别与第一驱动芯片102、第二驱动芯片105、第三驱动芯片106的输入端相连，上述三个驱动芯片的输出端分别与三相全桥逆变电路103的输入端相连，三相全桥逆变电路103的母线还与直流电源20相连，三相全桥逆变电路103输出端与低压三相交流异步空气压缩机30的输入端相连，微处理器101还通过I/O接口电路113与电磁阀60相连。

直流电源20对三相全桥逆变电路103供电，微处理器101采用VVVF变频控制技术，通过第一驱动芯片102、第二驱动芯片105、第三驱动芯片106，驱动三相全桥逆变电路103，再驱动低压三相交流异步空气压缩机30工作，提供稳定的压缩空气给制氧部分。起动时从5Hz变频工作，再升频到稳定工作频率，无起动冲击电流，工作平稳。工作电流波形是正弦波，驱动效率高，电磁辐射小，噪声小。

如图2所示，所述的主控制板10还包括滤波电路104，所述滤波电路104接在直流电源20和三相全桥逆变电路103之间。如图4所示，滤波电路104包括电容C1、C2、C3、C4的并联电路，直流电源20的负极接地，该并联电路的两端接在直流电源的正极和负极之间，电感L1和电阻R4的串联电路与该并联电路并联。

滤波电路104的作用是滤去直流电源中的交流成份，使输出的直流电压更加平滑。

如图3所示，所述的三相全桥逆变电路103包括第一场效应管107、第二场效应管108、第三场效应管109、第四场效应管110、第五场效应管111、第六场效应管112，第一场效应管107和第四场效应管110的栅极分别通过电阻接第一驱动芯片102的两个输出端，第二场效应管108和第五场效应管111的栅极分别通过电阻接第二驱动芯片105的两个输出端，第三场效应管109和第六场效应管112的栅极分别通过电阻接第三驱动芯片106的两个输出端，第一场效应管107、第二场效应管108、第三场效应管109的漏极接直流电源20的正极，第一场效应管107、第二场效应管108、第三场效应管109的源极与第四场效应管110、第五场效应管111、第六场效应管112的漏极的结点分别为U、V、W，第四场效应管110、第五场效应管111、第六场效应管112的源极接直流电源20的负极，结点U、V、W分别接低压三相交流异步空气压缩机30，所述的微处理器101为DSP微处理器。

输入的直流电源20经LC电路滤波后，直接输入至三相全桥逆变电路103，由三相全桥逆变电路103输出U、V、W三相交流电输出到低压三相交流异步空气压缩机30，驱动压缩机工作，电机的接法采用三角形接法。DSP微处理器101通过VVVF控制算法调节系统输出SPWM，通过第一驱动芯片102的一个输出端驱动U相的上桥臂，另一输出端驱动U相的下桥臂；第二驱动芯片105的一个输出端驱动V相的上桥臂，另一输出端驱动V相的下桥臂；第三驱动芯片106的一个输出端驱动W相的上桥臂，另一输出端驱动W相的下桥臂，实现正弦波驱动三相异步电机，从而控制低压三相交流异步空气压缩机30变频启动。

如图3所示，所述的三相全桥逆变电路103还包括电阻R1、R2、R3，电阻R1接在U结点和直流电源20的负极之间，电阻R2接在V结点和直流电源20的负极之间，电阻R3接在W结点和直流电源20的负极之间。

在U、V、W三个结点对地各连接一个大功率低阻值的电阻，此电阻称为死负载，作用是确保电机在工作中能稳定工作，防止由于电流突变导致的抖动。

如图3所示，所述的滤波电路104包括电容C1、C2、C3、C4组成的并联电路，所述直流电源20的负极接地，该并联电路的两端接在直流电源的正极和负极之间，电感L1和电阻R4的串联电路与该并联电路并联。

所述直流电源20的电压范围为直流21V～32V，该电压易于获取，不需要电源变换，解决了对交流电网的依赖，满足车载的使用环境。适于野外不具备交流供电的场合使用。

通过对电磁阀60采用不同的开关时序，选择不同数量和容量的分子筛80，可实现制氧量为3L、5L、6L、10L的供氧装置，且供氧浓度达到93±3％，电磁阀60的开关时序可以在出厂时进行设置，以满足不同类型的制氧装置。

所述的低压三相交流异步空气压缩机30为低压三相交流异步无油空气压缩机。

所述第一驱动芯片、第二驱动芯片、第三驱动芯片为驱动芯片IR2181S。

下面结合图1至图3说明本实用新型的优选实施例的工作原理，空气经进气过滤器40进入空气压缩机，直流电源20通过LC滤波电路104滤除交流成份后输入至三相全桥逆变电路103，DSP微处理器101通过VVVF控制算法调节系统输出SPWM，通过第一驱动芯片102的一个输出端驱动U相的上桥臂，另一输出端驱动U相的下桥臂；第二驱动芯片105的一个输出端驱动V相的上桥臂，另一输出端驱动V相的下桥臂；第三驱动芯片106的一个输出端驱动W相的上桥臂，另一输出端驱动W相的下桥臂，实现正弦波驱动三相异步电机，从而控制低压三相交流异步空气压缩机30变频运行，低压三相交流异步空气压缩机30产生压缩空气后进入电磁阀60，然后进入分子筛80中，由分子筛80对氮气等进行吸附，而氧气分子能直接通过分子筛80进入氧气储气罐70中，由电磁阀60通过一定的时序进行过程控制，实现制氧和排氮不断交替工作，实现连续制氧。

本装置不需要任何辅助设备和制氧材料进行制氧，使用方便，经济实用，电机成本低、可靠性高、噪音低。与单相交流异步电机相比，经绕组重新设计和电磁方案优化设计，电机的效率提高了1.3倍；与直流无刷电机相比，电机成本下降1倍，电机驱动电流下降20％，电机工作平稳，噪声降低5dB。

Claims (7)

1.一种车载供氧装置，其特征在于：该装置包括主控制板(10)，主控制板(10)的输入端接直流电源(20)，输出端分别接低压三相交流异步空气压缩机(30)和电磁阀(60)，低压三相交流异步空气压缩机(30)的进气口接进气过滤器(40)，出气口接电磁阀(60)的进气口，电磁阀(60)的输出端与排气口(50)通过气路相连，电磁阀(60)还与分子筛(80)通过气路双向连接，分子筛(80)的输出端与氧气储气罐(70)通过气路连接，所述的主控制板(10)包括微处理器(101)，所述微处理器(101)的输出端分别与第一驱动芯片(102)、第二驱动芯片(105)、第三驱动芯片(106)的输入端相连，上述三个驱动芯片的输出端分别与三相全桥逆变电路(103)的驱动输入端相连，上述三个驱动芯片驱动三相全桥逆变电路(103)产生三相交流电，三相全桥逆变电路(103)的母线与直流电源(20)相连，三相全桥逆变电路(103)输出端与低压三相交流异步空气压缩机(30)的输入端相连，微处理器(101)还通过I/O接口电路(113)与电磁阀(60)相连，所述的主控制板(10)还包括滤波电路(104)，所述滤波电路(104)接在直流电源(20)和三相全桥逆变电路(103)之间。

2.根据权利要求1所述的车载供氧装置，其特征在于：所述的低压三相交流异步空气压缩机(30)的电压范围是9V～30V。

3.根据权利要求1所述的车载供氧装置，其特征在于：所述直流电源(20)的电压范围为21V～32V。

4.根据权利要求1所述的车载供氧装置，其特征在于：所述的三相全桥逆变电路(103)包括第一场效应管(107)、第二场效应管(108)、第三场效应管(109)、第四场效应管(110)、第五场效应管(111)、第六场效应管(112)，第一场效应管(107)和第四场效应管(110)的栅极分别通过电阻接第一驱动芯片(102)的两个输出端，第二场效应管(108)和第五场效应管(111)的栅极分别通过电阻接第二驱动芯片(105)的两个输出端，第三场效应管(109)和第六场效应管(112)的栅极分别通过电阻接第三驱动芯片(106)的两个输出端，第一场效应管(107)、第二场效应管(108)、第三场效应管(109)的漏极接直流电源(20)的正极，第一场效应管(107)、第二场效应管(108)、第三场效应管(109)的源极与第四场效应管(110)、第五场效应管(111)、第六场效应管(112)的漏极的结点分别为U、V、W，第四场效应管(110)、第五场效应管(111)、第六场效应管(112)的源极接直流电源(20)的负极，结点U、V、W分别接低压三相交流异步空气压缩机(30)。

5.根据权利要求1所述的车载供氧装置，其特征在于：所述的微处理器(101)为DSP微处理器。

6.根据权利要求5所述的车载供氧装置，其特征在于：所述的三相全桥逆变电路(103)还包括电阻R1、R2、R3，电阻R1接在U结点和直流电源(20)的负极之间，电阻R2接在V结点和直流电源(20)的负极之间，电阻R3接在W结点和直流电源(20)的负极之间，

7.根据权利要求1或5所述的车载供氧装置，其特征在于：所述第一驱动芯片(102)、第二驱动芯片(105)、第三驱动芯片(106)为驱动芯片IR2181S。

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