CN102213151A - 无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器 - Google Patents

Abstract

一种无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器。提供稳定可靠的运行控制，它包括微处理器、电源模块、输入模块、驱动模块和无刷直流电机；系统电压采集模块、电流及反电动势采集模块；A、B、C三相驱动模块。通过测量A、B、C三相反电动势负过零点，计算三相的换相时机，进行无位置传感器直流无刷电动燃油泵的换相控制，同时可以实现系统的电压保护、电流保护和温度保护功能，保障系统安全可靠的运行。

Description

无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器

技术领域

本发明属于汽车电子技术领域，涉及汽车用无位置传感器直流无刷电动燃油泵控制器。

背景技术

电动燃油泵是汽车燃油供给系统重要的组成部分，它的作用是把燃油从油箱内泵出，并通过喷油器供给发动机各气缸。电动燃油泵质量的好坏，直接影响到整车的性能。

一直以来，电动燃油泵用有刷直流电机来作为其动力装置，虽然有刷直流电动机具有运行效率高和调速性能好等优点，但是由于采用电刷-换向器结构，以机械方式进行换向，就不可避免地存在噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点，再加上制造成本高、维修困难等缺点，大大限制了它的应用范围。

本新型电动燃油泵采用无位置传感器的直流无刷电动机，转子为永磁体结构。采用该类结构具有如下优点：首先直流无刷电动机使用电子换向装置代替了有刷直流电动机的机械换向装置，在完全保留了普通直流电动机的良好调速性能的基础上，无电刷磨损，可靠性高，运行寿命大大延长，无机械换向火花及由此产生的电磁噪声与干扰，大大降低维护成本，而且不需电励磁，效率相对较高，因此这类电动机用作汽车电动燃油泵时，较有刷直流电机具有无可比拟的优势；其次，对于某些采用代用燃料的汽车（甲醇汽油），代用燃料严重腐蚀碳刷，大大缩短有刷燃油泵的寿命，客观上要求采用无刷结构；再次，无刷燃油泵相对有刷油泵节能，在相同出口参数条件下，无刷燃油泵的耗能更低；由于采用无刷结构，因而避免了碳刷摩擦产生的碳粉对燃油的污染；最后，霍尔传感器属于易损件，采用无霍尔形式，油泵的可靠性高，不需要维护。针对如上所述新型无位置传感器的直流无刷电动燃油泵设计控制器，控制该燃油泵稳定可靠工作。

发明内容

本发明的目的是实现汽车无刷电喷燃油泵良好的换相控制，并且在其运行时进行温度、电流和电压的实时保护，提出一种无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器。

实现的技术方案为：本发明汽车无刷电动燃油泵控制器，它包括输入模块，微处理器中的MCU和输出驱动电路，所述输入模块其中包括电压采集模块，电流和反电动势采集模块；所述的MCU使用C8051F330,内部执行电压保护，电流保护，温度采集和保护，反电动势过零点判断，并含有看门狗；所述的驱动电路模块包括A,B,C相上下桥驱动执行电路，上桥使用P沟道MOS管AO4407，下桥使用N沟道MOS管AO4406。

本发明汽车无刷电动燃油泵控制器使用反电动势负过零点的方式进行换相控制。具体原理为：A,B,C三相绕组线圈的连接点设为中性点，当不导通相（设为C相）的反电动势负过零点时，中性点的电压为电源电压的1/2。

所述的直流无刷电动机转子为永磁体构成。

所述汽车无刷电动燃油泵控制器处理程序，该程序按如下功能编制：MCU的初始化，打开定时器中断，启动前的耐压保护，启动状态控制（开环拖动），主循环清零看门狗。定时器中断函数中完成计数加1，正常启动后根据计数值换算成的电角度判断执行的内容，主要包括换相和测反电动势负过零点，并且针对不同的电角度进行不同的保护（电压保护，电流保护，温度保护）。

采用上述技术方案的有益效果是：

1、本发明通过测量A,B,C三相电动反电动势负过零点，可以准确的控制三相的换相时机，进行精确的控制；

2、本发明可以实现高压和低压电压保护，并且电压测量时机避开了因续流导致的电压尖峰，可实现保护的一致性；

3、本发明使用C8051F330内置的温度传感器，节省了外部电路空间，增强了集成性，同时减小了因为硬件电路所带来的模数转换误差，实现了精确控制。

4、本发明下桥MOS管采用低压开启的N沟道AO4406,电阻受温度影响较小，发热较小，使得电流保护更加精确，温度较低。

5、本发明中断程序经过优化，控制在40us以内。中断周期为40us，使得计数值增加，换相控制和反电动势负过零点的测量更加精确。

6、本发明保留了普通直流电机的良好调速性，无电刷磨损，可靠性高，运行寿命延长，不产生火花引起的电磁噪声与干扰，降低了成本不需电压力磁，效率较高，采用无霍尔形式，油泵可靠性高。

附图说明

图1为本发明无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器的结构框图；

图2为本发明无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器处理程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器具体控制方式作进一步详细的说明。

图1给出了本发明无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器的结构框图。本发明无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器，它包括输入模块，MCU和驱动电路，所述输入模块包括电压采集模块，电流和反电动势采集模块；

所述的MCU使用C8051F330,内部执行电压保护，电流保护，温度采集和保护，反电动势过零点判断，并含有看门狗；所述的驱动电路包括A,B,C相上下桥驱动执行电路，上桥使用P沟道MOS管AO4407，下桥使用N沟道MOS管AO4406。

以A相反电动势采集为例，具体实施方案为：在电源和地之间连入两个精密电阻得到电源分压，在A相下桥MOS管AO4406旁边并联两个相同阻值的精密电阻得到同比例的A相下桥分压。每进入一次中断，都将A相下桥分压与电源分压后的一半作比较，如果A相下桥分压所得电压小于电源分压后的一半，则为检测得到了A相的负过零点，此时计算得出30°，60°，90°电角度所对应的计数值，并且将计数值清零。再过30°电角度，就是该相换相点；经过60°电角度，此时由于没有任何相在换相，因此系统电压不受续流尖峰的影响，因而进行系统电压采集，并且进行电压保护判断；经过30°和90°电角度，分别进行相应的换相。

本控制器的保护可以分为三类，分别是：①电流保护、②电压保护、③温度保护。以下为保护内容和具体实施方案。

①电流保护，电流保护上限值设为10A,主要是在电机堵转或者电路短路时能够迅速判断并做出动作，关断控制信号输出，保护控制器元器件和电机。以A相电流保护为例，具体实施方案为：在A相下桥打开时，通过下桥MOS管AO4406旁边并联的两个精密电阻得到A相下桥分压，比例计算得出A相下桥MOS管AO4406所得的分压，根据AO4406的电阻计算可得其上流经的电流，即为系统电流；

②电压保护，通过电源和地之间的精密电阻分压，比例计算可得系统电压，如果超出允许范围，则关断信号输出，防止元器件受到损害；

③温度保护，使用C8051F330内置的温度传感器，进行内部的模数转换，在过温时关断信号输出，防止元器件受到损害。

为了节省中断的时间，在不同的电角度时进行不同的保护内容。由于堵转或者电机的某两相短路时，另一相没有电流流经但控制器和电机同样会有烧毁的可能性，因此电流必须要做实时保护。因此除去换相点外，每一次进入中断都要进行电流检测与保护。电压保护和温度保护的敏感度不如电流高，电机每转一周，进行一次保护，这样可以大大的缩短中断的时间，使得计数值增多，换相更加准确。

Claims (6)

1.一种无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器，其特征是：它包括微处理器、电源模块、输入模块、驱动模块和无刷直流电机，微处理器中的MCU采用C8051F330，输入模块中包括电压采集模块、电流及反电动势采集模块；驱动模块包括A、B、C相上下桥驱动执行电路，分别对应与无刷直流电机A、B、C三相线圈连接。

2.根据权利要求1所述的无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器，其特征是：采用微处理器中的MCU，它的内部有执行电压保护、电流保护、反电动势过零点判断电路，并含有看门狗和内置温度传感器。

3.根据权利要求1所述的无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器，其特征是：通过所设置的电压采集模块，采集系统的供电电压，实现电压保护。

4.根据权利要求1 所述的无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器，其特征是：所述的驱动模块的驱动电路包括A、B、C相上、下桥驱动控制电路，上桥采用P沟道MOS管A04407，下桥采用N沟道MOS管A04406，它的下桥驱动器件开启时的内阻检测电流大小，实现电流保护。

5.根据权利要求1 所述的无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器，其特征是：所述的下桥MOS管采用低压开启的N沟道A04406，旁边并联两个相同阻值的精密电阻，得到同比例的各相下桥分压；在电源和地之间连入两个精密电阻，得到电源分压。

6.根据权利要求1所述的无位置传感器直流无刷汽车电动燃油泵控制器，其特征是：所述的无刷直流电机转子为永磁体构成。

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