CN104295478A - 一种车载空调电动压缩机的低功耗控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种车载空调电动压缩机的低功耗控制系统及方法，涉及永磁电机控制技术领域，包括单片机，分别与单片机相连的驱动单元、检测单元和低功耗电路，驱动单元和检测单元分别连接电动压缩机，检测单元用于实时检测电动压缩机的工作状态，单片机用于接收外部的启动指令和检测单元反馈的状态信息，控制驱动单元和低功耗电路；低功耗电路还包括切换电路和唤醒电路，切换电路与输入电源连接，用于正常模式和低功耗模式之间的切换；唤醒电路用于接收外部的唤醒指令，用于由低功耗模式到正常模式转换前的处理。本发明采用低功耗的形式，节省电源，延迟电池续航时间，保证有效的制冷效果。

Description

一种车载空调电动压缩机的低功耗控制系统及方法

技术领域

本发明涉及永磁电机控制技术领域，具体来讲涉及一种车载空调电动压缩机的低功耗控制系统及方法。

背景技术

近年来，环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，在当前汽车经济中找到更加节能环保的发展方式是世界共同关心的问题。且随着汽车数量的增加，道路建设的滞后引发“堵车”现象愈发严重，燃油动力汽车在低速行驶和驻车时，尾气排放量更是达到正常高速行驶的2.5-5倍，城市汽车尾气的排放中70％来自于怠速时的排放，因此大中城市的大气污染治理，汽车尾气首当其冲。

当前的传统燃油汽车，车上人员在长时间驻车休息时，无法在关闭燃油发动机后正常使用空调，发动机带动空调时负荷加大，会产生尾气加重的现象，造成的大气污染。

为了响应节能环保、低碳出行，解决当前汽车污染严重的问题，中国乃至世界都在主推新能源动力汽车，以有效减少尾气排放。中国预计到2020年电动汽车将占到国内汽车总量的15％-20％。

当前的传统燃油汽车可以加装电动空调系统，避免发动机带动空调时负荷加大，尾气加重的现象，在减少尾气造成的大气污染方面起到积极作用。

对于纯电动车、燃料电池车等新能源动力汽车，其车载空调系统采用电动压缩机，在低能耗和环保方面能够发挥更大的作用，但是由于蓄电池存储的能源有限，普通的空调系统耗电量较大，例如大巴车的电动空调功率为2kw左右，如果不进行节能控制，蓄电池的电力消耗很快，不能够一直保持有效的制冷效果，同时也不利于节约能源。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种车载空调电动压缩机的低功耗控制系统及方法，采用低功耗的形式，节省电源，延迟电池续航时间，保证有效的制冷效果。

为达到以上目的，本发明提供一种车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，包括单片机，分别与单片机相连的驱动单元、检测单元和低功耗电路，驱动单元和检测单元分别连接电动压缩机，检测单元用于实时检测电动压缩机的工作状态，单片机用于接收外部的启动指令和检测单元反馈的状态信息，控制驱动单元和低功耗电路；低功耗电路还包括切换电路和唤醒电路，切换电路与输入电源连接，用于正常模式和低功耗模式之间的切换；唤醒电路用于接收外部的唤醒指令，进行由低功耗模式到正常模式转换前的处理。

在上述技术方案的基础上，所述切换电路包括功率放大电路和开关电路，功率放大电路分别与单片机和开关电路相连，用于将单片机的信号放大后传给开关电路，开关电路与输入电源连接。

在上述技术方案的基础上，所述输入电源和开关电路之间设有二极管，用于防止输入电源反接。

在上述技术方案的基础上，所述开关电路包括达林顿晶体管和电阻。

在上述技术方案的基础上，所述唤醒电路包括PWM转换电路、回差设置环路和反相滤波回路，PWM转换电路用于将接收的唤醒指令转换为PWM信号；回差设置环路用于设置唤醒指令工作点的回差，及进行PWM信号的一级滤波；反相滤波回路用于将收到的PWM信号反相并转换为模拟信号。

在上述技术方案的基础上，所述驱动单元包括信号调理电路和功率电路，信号调理电路用于接收单片机的驱动信号，并对驱动信号进行调理；功率电路用于根据驱动信号控制电动压缩机。

本发明还提供一种车载空调电动压缩机的低功耗控制方法，包括：当单片机在固定时间内未接收到启动指令，则预留一个输入端口和一个输出端口，关闭其余的输入端口和输出端口，通过切换电路将输入电源与单片机切断，进而使驱动单元断开，系统进入低功耗模式；当唤醒电路接收到外部的唤醒指令，将唤醒指令转换为模拟信号后，通过预留的输入端口传给单片机，单片机通过预留的输出端口控制切换电路与输入电源导通，进而导通驱动单元，系统由低功耗模式切换到正常模式。

在上述技术方案的基础上，系统开始后，首先判断是否有故障产生，若有，进行故障显示并停机。

在上述技术方案的基础上，若单片机在固定时间内接收到启动指令，则压缩机闭环运行，并转到系统判断是否有故障产生。

在上述技术方案的基础上，所述唤醒电路包括PWM转换电路、回差设置环路和反相滤波回路，唤醒指令通过PWM转换电路形成PWM信号，PWM信号经过回差设置环路进行一级滤波后，进入反相滤波进行再次滤波，转换为模拟信号。

本发明的有益效果在于：采用低功耗设计，分别设置切换电路和唤醒电路，在压缩机空闲状态时，单片机控制切换电路，使系统进入低功耗模式，此时输入电源与驱动单元切断，母线电流小于1mA，节省电源，延迟电池续航时间。另外，在外部接收到唤醒指令时，唤醒电路能够将唤醒指令的数字信号转换为模拟信号，并通过单片机传给切换电路，从低功耗模式切换到正常模式，保证有效的制冷效果。

附图说明

图1为本发明车载空调电动压缩机的低功耗控制系统框图；

图2为图1中驱动单元和检测单元的详细连接电路图；

图3为图1中切换电路的结构示意图；

图4为图1中唤醒电路的结构示意图；

图5为本发明实施例车载空调电动压缩机的低功耗控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，包括单片机，分别与单片机相连的驱动单元、检测单元和低功耗电路，低功耗电路与输入电源连接，驱动单元和检测单元分别连接电动压缩机。检测单元用于实时检测电动压缩机的工作状态，如电压、电流、反电势采样；单片机用于接收外部的启动指令和检测单元反馈的状态信息，并根据这些判断系统应当进入哪种工作模式；驱动单元为响应机构，根据单片机的控制信号，实现电动压缩机的运行。系统的工作模式分为正常模式和低功耗模式两种，低功耗电路包括切换电路和唤醒电路，切换电路用于正常模式和低功耗模式之间的切换；唤醒电路用于接收外部的唤醒指令，进行由低功耗模式到正常模式转换前的处理。

如图2所示，为驱动单元和检测单元的详细连接电路图，驱动单元包括信号调理电路和功率电路，信号调理电路与单片机连接，用于接收单片机的驱动信号，并对驱动信号进行调理，信号调理电路还能够及时应对功率部分过流过压等故障，保护整个系统；功率电路为执行机构，用于根据调理后的驱动信号控制电动压缩机。

如图3所示，切换电路包括功率放大电路和开关电路，功率放大电路分别与单片机和开关电路相连，用于将单片机的信号放大后传给开关电路。开关电路与输入电源BAT+连接，输入电源BAT+与开关电路之间设有二极管D1，这样连接能够防止输入电源反接，保护系统。具体的，功率放大电路由三极管Q13和电阻Q13R1、Q13R2组成，开关电路包括达林顿晶体管Q12和电阻Q13R3。

如图4所示，唤醒电路包括PWM转换电路、回差设置环路和反相滤波回路，具体的，电阻Q10R1、Q10R2、Q10R3以及三极管Q10和Q3组成对称PWM转换电路，用于将接收的唤醒指令转换为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号；三极管Q10和Q3交替导通，减小系统损耗，同时提高了电路的频率带宽(可工作在100Hz-20kHz)。电阻Q3R1和电容Q3C1组成回差设置环路，通过调整电阻Q3R1和电容Q3C1可以设置唤醒指令工作点的回差，同时还具有对PWM信号的一级滤波作用。三极管Q16、电阻Q16R3和电容Q16C1构成了反相滤波回路，进行第二次滤波，把接收到的PWM信号反相，同时把接收到的PWM信号转换成模拟信号。

如图5所示，本发明车载空调电动压缩机的低功耗控制方法，具体包括如下步骤：

S1.系统开始工作后，首先判断是否有故障，若是，进入S2；若否，进入S3。

S2.进行故障显示并停机，重新开始，进入S1。

S3.判断在系统预先设置的规定时间内，单片机是否接收到启动指令，若是，进入S4；若否，进入S5。

S4.压缩机闭环运行，转入S1。

S5.设置低功耗控制方式，即，单片机预留一个输入端口和一个输出端口，关闭单片机其余的输入端口和输出端口。

S6.通过单片机输出的控制信号(CON1信号)进行工作模式的切换。如图2所示，单片机通过预留的输出端口给出指令的CON1信号，CON1信号变为低电平，开关电路中的达林顿晶体管Q12截止，输入电源BAT+与单片机切断，驱动单元处于断电状态，系统进入低功耗模式，达到节能目的。

S7.判断唤醒电路是否接收到唤醒指令ACTIVE，若是，说明系统需要由低功耗模式切换至正常模式，进入S8；若否，重新进行判断。

S8.唤醒电路接收到唤醒指令ACTIVE后，首先转换为PWM信号，通过回差设置环路进行一次滤波，再经过反相滤波回路进行第二次滤波，即，把接收到的PWM信号反相，同时把接收到的PWM信号转换成模拟信号。如图3中，三极管Q10、Q16打开，将唤醒指令转换为模拟信号送入单片机。

S9.单片机通过预留的输入端口接收所述模拟信号，根据送来的ACTIVE信号，计算输出CON1信号，通过预留的输出端口发送给开关电路。

S10.此时CON1信号变为高电平，开关电路中的达林顿晶体管Q12导通，输入电源BAT+与单片机导通，单片机打开其余的输入端口和输出端口，驱动单元恢复上电状态，接收单片机发送的驱动信号，进而驱动电动压缩机运转，系统由低功耗模式进入正常模式。同时，驱动单元还具有过流欠压保护功能，对整个系统进行保护。

上述步骤可以为一个循环过程，使电动压缩机在两种不同的工作模式下进行转换。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，其特征在于：包括单片机，分别与单片机相连的驱动单元、检测单元和低功耗电路，驱动单元和检测单元分别连接电动压缩机，检测单元用于实时检测电动压缩机的工作状态，单片机用于接收外部的启动指令和检测单元反馈的状态信息，控制驱动单元和低功耗电路；低功耗电路还包括切换电路和唤醒电路，切换电路与输入电源连接，用于正常模式和低功耗模式之间的切换；唤醒电路用于接收外部的唤醒指令，进行由低功耗模式到正常模式转换前的处理。

2.如权利要求1所述的车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，其特征在于：所述切换电路包括功率放大电路和开关电路，功率放大电路分别与单片机和开关电路相连，用于将单片机的信号放大后传给开关电路，开关电路与输入电源连接。

3.如权利要求2所述的车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，其特征在于：所述输入电源和开关电路之间设有二极管，用于防止输入电源反接。

4.如权利要求2所述的车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，其特征在于：所述开关电路包括达林顿晶体管和电阻。

5.如权利要求1所述的车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，其特征在于：所述唤醒电路包括PWM转换电路、回差设置环路和反相滤波回路，PWM转换电路用于将接收的唤醒指令转换为PWM信号；回差设置环路用于设置唤醒指令工作点的回差，及进行PWM信号的一级滤波；反相滤波回路用于将收到的PWM信号反相并转换为模拟信号。

6.如权利要求1所述的车载空调电动压缩机的低功耗控制系统，其特征在于：所述驱动单元包括信号调理电路和功率电路，信号调理电路与单片机连接，用于接收单片机的驱动信号，并对驱动信号进行调理；功率电路用于根据调理后的驱动信号控制电动压缩机。

7.一种基于权利要求1所述系统的车载空调电动压缩机的低功耗控制方法，其特征在于，包括：

当单片机在固定时间内未接收到启动指令，则预留一个输入端口和一个输出端口，关闭其余的输入端口和输出端口，通过切换电路将输入电源与单片机切断，进而使驱动单元断开，系统进入低功耗模式；

当唤醒电路接收到外部的唤醒指令，将唤醒指令转换为模拟信号后，通过预留的输入端口传给单片机，单片机通过预留的输出端口控制切换电路与输入电源导通，进而导通驱动单元，系统由低功耗模式切换到正常模式。

8.如权利要求7所述车载空调电动压缩机的低功耗控制方法，其特征在于：系统开始后，首先判断是否有故障产生，若有，进行故障显示并停机。

9.如权利要求8所述车载空调电动压缩机的低功耗控制方法，其特征在于：若单片机在固定时间内接收到启动指令，则压缩机闭环运行，并转到系统判断是否有故障产生。

10.如权利要求7述车载空调电动压缩机的低功耗控制方法，其特征在于：所述唤醒电路包括PWM转换电路、回差设置环路和反相滤波回路，唤醒指令通过PWM转换电路形成PWM信号，PWM信号经过回差设置环路进行一级滤波后，进入反相滤波进行再次滤波，转换为模拟信号。