CN102163518A - 一种电动汽车继电器线圈控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车继电器线圈控制电路，包括整车电压检测电路、PWM脉冲波生成模块、驱动电路和继电器线圈，整车电压检测电路的输出接入PWM脉冲波生成模块，PWM脉冲波生成模块的输出通过驱动电路推动继电器线圈以控制继电器的开合，其中，PWM脉冲波生成模块根据所述继电器线圈侧的电磁吸力确定所述继电器线圈电流、阻抗和耐压，依据PI调节器和抗饱和调节器结合整车电压得到控制侧PWM输出频率。实现被控继电器的快速吸合和稳态功耗的最低。达到节约能源提高产品可靠性的目的。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车继电器线圈控制电路。
背景技术
电动汽车的研发已经成为全世界新能源汽车技术发展的重要方向，与之相配套的电动车继电器产品的市场潜力正在显现。然而，由于电动汽车用继电器的工作电压范围为12V-900V，控制电流从10A到500A不等，触点工作容量之大可见一斑。和工业用直流接触器相比，电动车用继电器的工作环境和可靠性要求更高。如在震动和冲击实验中，继电器需要承受持续10ms以上，加速度峰值为200m/s2的考验，同时保证触点不能脱开。为了增强产品的可靠性，我们会增大线圈的安匝数，使衔铁吸合的过程能够快速完成，又能在振动和冲击环境下牢靠的吸合。这里需要持续的电能消耗，有一部分是可以节省的。根据经验公式，安匝数等于线圈匝数与线圈通过的电流的乘积，安匝数越大，产生的磁场越强。在理想情况下，要克服机械反力使触点吸合，而且更为快速的吸合，对减小触点粘连和提高触点寿命是有一定的作用的。如果通过增加线圈绕线匝数，来提高安匝数，会出现直流电阻随着匝数的增加而增大，所以需要换用截面积更大的漆包线，考虑到安匝饱和，找到静态工作的点是最为理想的结果。在触点吸合的过程中，触点行程内的气隙会减弱磁力。设计中往往会出现触点间隙大，需要很大的电磁里来吸引衔铁。
在现有技术中，有一种所谓双线圈模式可以部分解决这个问题。如图1所示，传统继电器为单线圈的控制方式。在线圈通以直流电（以下用HC+及HC-来表示），在电势达到继电器本身吸动电压的要求时，继电器吸合。在小于最小保持电压时，触点断开。传统12V继电器的线圈电阻在70Ω -100Ω之间，24V继电器在150Ω-200Ω之间。考虑触点间隙的问题，电动汽车用继电器，在触点吸合的过程中需要更大的电磁力，应用了双线圈设计，如图2所示。在继电器吸合时，要求两个线圈（以下用HC+及HC-和TC+及TC-来表示）同时工作且产磁场强度方向必须一致，在维持过程中，只有单一的一个线圈（HC+及HC-）在工作。这就达到了满足继电器吸和时线圈能有较大的电磁吸力，又不会在工作状态下使线圈发热成为问题，同时达到了节约能量的目的。
目前车用继电器的线圈控制端多为85、86双线控制。在考虑产品可靠和价格成本下，在产品中增加PCBA，继电器线圈吸合的控制信号从Power+（接86端子）和Power-（接85端子）进入，HC+及HC-接长通线圈，TC+及TC-接瞬通线圈。采用低边控制，使用性价比高的增强型N沟道MOSFET。在TC端，应用微分电路，调整电阻和电容值，控制TC侧线圈的工作时间约100ms。同时增加相应的抑制电路。整体电路能满足线圈在吸合时，线圈有足够大的电磁力，而保持时又有足够的保持力。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车继电器线圈控制电路，以解决电动汽车继电器工作参数要求高的问题。
本发明的技术方案是，一种电动汽车继电器线圈控制电路，包括整车电压检测电路、PWM脉冲波生成模块、MOSFET驱动电路和继电器线圈，整车电压检测电路的输出接入PWM脉冲波生成模块，PWM脉冲波生成模块的输出通过MOSFET驱动电路推动继电器线圈以控制继电器的开合，其中，PWM脉冲波生成模块根据所述继电器线圈侧的电磁吸力确定所述继电器线圈电流、 阻抗和耐压，依据PI调节器和抗饱和调节器结合整车电压得到控制侧PWM输出频率。
一种电动汽车继电器线圈控制方法，PWM脉冲波生成模块首先检测整车电源电压，经过PI计算，驱动MOSFET驱动电路给继电器线圈加电，如检测到整车电源电压13.5V则输出90%的占空比，保证继电器的快速吸合，约50us后，再次检测整车电源电压13.5V，输出40%的占空比，来保证继电器触点的稳态吸合，当检测整车电源电压波动时，输出的占空比跟随整车电压波动变化。
本发明通过控制继电器线圈在触点吸合时的吸合电流来达到快速吸合，而减小保持过程中保持电流，以减小线圈的发热，实现被控继电器的快速吸合和稳态功耗的最低，达到节约能源提高产品可靠性的目的。
附图说明
图1 是传统继电器为单线圈的控制方式示意图
图2 是继电器双线圈模式控制示意图
图3 是本发明PWM继电器线圈控制电路组成示意图
具体实施方式
如图3所示，本发明的电动汽车继电器线圈控制电路，包括整车电压检测电路、PWM脉冲波生成模块、驱动电路和继电器线圈，整车电压检测电路的输出接入PWM脉冲波生成模块，PWM脉冲波生成模块的输出通过驱动电路推动继电器线圈以控制继电器的开合，其中，PWM脉冲波生成模块根据所述继电器线圈侧的电磁吸力确定所述继电器线圈电流、 阻抗和耐压，依据PI调节器和抗饱和调节器结合整车电压得到控制侧PWM输出频率。具体是通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-100％变化、从而改变负载的电磁力。利用脉宽调制(PWM)方式的优点是使电源的能量功率得到充分利用、电路的效率高。例如：当输出为50％的方波时，脉宽调制(PWM)电路输出能量功率也为50％，即几乎所有的能量都转换给负载。而采用常见的电阻降压调节时，要使负载获得电源最大50％的功率，电源必须提供71％以上的输出功率，这其中21％消耗在电阻的压降及热耗上。大部分能量在电阻上被消耗掉，剩下才是输出的能量，转换效率非常低。从产品体积上考虑PWM控制器也有能量密度高的优点。此外因其采用开关方式，热耗几乎不存在。继电器的线圈仍然使用单线圈的方式，只需增加PCBA。
工作电压到60V，工作温度-55~125°C,输出电流2.3A，自带智能保护功能。输出频率和延时时间可调。对86端的电压进行闭环控制，使产品具备在外界电压波动时，继电器线圈两端的维持电流保持不变，可以减小线圈发热和达到节约能量的目的。
采用单片机做控制芯片和MOSFET驱动电路，控制器本身采用电压监控闭环控制，能够及时响应整车电压波动对线圈侧的影响，应用MCU控制，除了上文提到的控制有点外，MCU通过查表或PI控制，能够精度更高的控制继电器线圈两端的维持电流保持不变。同时，可以提高PWM的频率，在安培力固定的条件下，可以节约一定的漆包线用量，以达到减小产品体积的和降低产品功耗的目的。MCU可以采用PIC12F683单片机，批量产品也可选用对应的OTP型号，以提高产品的可靠性。
电动车需要接通85、86端子的时候，控制器首先检测电源电压，由控制器经过PI计算，驱动MOSFET给控制线圈加电，如检测到电源电压13.5V则输出90%的占空比，保证继电器的快速吸合，约50us后，再次检测电源电压13.5V，输出40%的占空比，来保证继电器触点的稳态吸合，当检测电源电压波动时，输出的占空比会跟随电压波动变化。从而实现上述功能。
Claims (2)
1.一种电动汽车继电器线圈控制电路，其特征在于，包括整车电压检测电路、PWM脉冲波生成模块、MOSFET驱动电路和继电器线圈，整车电压检测电路的输出接入PWM脉冲波生成模块，PWM脉冲波生成模块的输出通过MOSFET驱动电路推动继电器线圈以控制继电器的开合，其中，PWM脉冲波生成模块根据所述继电器线圈侧的电磁吸力确定所述继电器线圈电流、 阻抗和耐压，依据PI调节器和抗饱和调节器结合整车电压得到控制侧PWM输出频率。
2.一种电动汽车继电器线圈控制方法，其特征在于，PWM脉冲波生成模块首先检测整车电源电压，经过PI计算，驱动MOSFET驱动电路给继电器线圈加电，如检测到整车电源电压13.5V则输出90%的占空比，保证继电器的快速吸合，约50us后，再次检测整车电源电压13.5V，输出40%的占空比，来保证继电器触点的稳态吸合，当检测整车电源电压波动时，输出的占空比跟随整车电压波动变化。
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