CN105974992B - 一种强电磁干扰环境中pwm控制信号传输方法和装置 - Google Patents

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    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
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    • G05F1/569—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection

Abstract

本发明公开了一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输方法和装置，涉及汽车的直流电机PWM控制技术领域。技术特征表现为，在车辆主控单元ECU直接发出的PWM电压方波信号和被控电机电子控制单元的输入端之间设置场效应晶体管组成的开关电路，在场效应晶体管组成的开关电路的输入栅极端，至少并联两只不同容量的电容器，组成宽频带的滤波电路；在场效应晶体管组成的开关电路的负载端，设置输出分压及稳压电路，与被控电机电子控制单元的输入端搭接，较好地解决了对电磁杂波的滤除和抑制。本发明解决了车用直流电机PWM脉宽调制信号传输的技术难题，具有简单高效，可靠性强成本低的优点。适合在各种机动车上应用，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输方法和装置
技术领域
本发明公开了一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输方法和装置，涉及汽车的直流电机PWM控制技术领域。
背景技术
汽车的电器系统包括发电机、启动机和点火装置以及控制系统，属于多种复合强电磁干扰环境。尤其是近年来发展较快的混动汽车中，包括发动机、高压发电机以及拖动电动机等组合而成，其中至少包括两套独立的发电、供电电源系统，即驱动电源系统和控制电源系统，更具有强烈的电磁辐射。目前车用直流电机PWM控制信号由车辆主控单元ECU直接发出给被控电机电子控制单元，该PWM电压方波信号，其幅值为车载控制电源电压值，处于强电磁干扰环境中的热端，极容易受到电磁干扰，会将感应到的高电压脉冲带入系统内，影响被控电机电子控制单元正常工作，造成故障。另外，这种电压方波信号具有一定的负载驱动能力。直接把这种PWM电压方波信号接入负载控制系统，和被控电机电子控制单元构成直流回路，容易在负载控制系统出现短路等故障，可能会导致车辆主控单元ECU损坏。这些都是车用直流电机PWM控制信号传输存在的技术问题。严重制约了车用直流电机PWM控制信号传输的安全性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可以消除电磁干扰的强电磁干扰环境中PWM控制信号传输方法和装置。
本发明的技术特征表现为，在车辆主控单元ECU直接发出的PWM电压方波信号和被控电机电子控制单元的输入端之间设置场效应晶体管组成的开关电路，在场效应晶体管组成的开关电路的输入栅极端，至少并联两只不同容量的电容器，组成宽频带的滤波电路；在场效应晶体管组成的开关电路的负载端，设置输出分压及稳压电路，与被控电机电子控制单元的输入端搭接，较好地解决了对电磁杂波的滤除和抑制。
具体地讲，一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输方法，其特征包括以下步骤：
A、将由车辆主控单元ECU直接发出的车用直流电机PWM控制信号，接入至少由两只不同容量的电容器并联组成的宽频带滤波电路，对高频电磁干扰波进行滤波；
B、将经过宽频带滤波电路，对高频电磁干扰波进行滤波的车用直流电机PWM控制信号送到一个由场效应晶体管组成的开关电路进行限幅放大；
C、将经过进行限幅放大后的车用直流电机PWM控制信号进行稳压；
D、将经过稳压后的车用直流电机PWM控制信号，输送至被控电机电子控制单元的输入端。
本发明还提供了一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输装置，包括发出PWM电压方波信号的车辆主控单元ECU，以及被控电机电子控制单元的输入端之间设置的直流电机PWM控制信号的给定电路和接收电路，其特征在于：
所述的给定电路由场效应晶体管组成的开关电路构成，其漏极与所述的接收电路相联接，栅极与PWM信号调理、放大电路联接，栅极与地之间并联至少有两只不同容量的电容器组成的滤波电路，源极串联一电阻器与地相联，构成深度负反馈电路；
所述的接收电路包括被控电机电子控制单元的输入端，该输入端与地之间联接一稳压晶体管，还联接两个电阻器，其中一个与场效应晶体管组成的开关电路的漏极相联接，另一个与工作电源端联接，构成场效应晶体管开关电路的负载。
工作时，由车辆主控单元ECU直接发出的车用直流电机PWM控制信号，送到由场效应晶体管组成的开关电路，其栅极与地之间并联至少有两只不同容量的电容器组成的滤波电路，将干扰信号过滤，经源极深度负反馈电路放大，干扰信号幅度已经大量衰减，放大后的车用直流电机PWM控制信号耦合到所述的接收电路被控电机电子控制单元的输入端，经过输入端与地之间联接的稳压晶体管限幅，形成足以推动被控电机电子控制单元的纯净信号源。
本发明采用了看似简单的电路结构，其高明在于达到了既滤除了强电磁干扰，又满足了传输匹配的要求。奥妙之处一是采用场效应晶体管的栅极很好地隔离和衰减了电磁干扰的传送，加上放大电路深刻的负反馈作用，最大限度的抑制了电磁干扰对下游设备的影响；二是设置了负载分压电路和稳压晶体管搭接的复合交联回路，使得直流耦合电位恰到好处。避免了车辆主控单元ECU直接发出的具有一定的负载驱动能力的电压方波信号，接入负载控制系统与被控电机电子控制单元构成直流回路，容易在负载控制系统出现短路等故障，可能会导致车辆主控单元ECU损坏。
本发明解决了车用直流电机PWM控制信号传输的技术难题，具有简单高效，可靠性强成本低的优点。适合在各种机动车上应用，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
说明书附图1是本发明给定和接收单元的电路图。
说明书附图2是本发明给定电路的电路图。
说明书附图3是本发明接收电路的电路图。
具体实施方式
以下借助说明书附图，对本发明的具体实施例作进一步披露。
实施例一
如图1-3所示，一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输装置，包括发出PWM电压方波信号的车辆主控单元ECU，以及被控电机电子控制单元的输入端之间设置的直流电机PWM控制信号的给定电路和接收电路，其特征在于：
所述的给定电路由场效应晶体管组成的开关电路构成，其漏极与所述的接收电路相联接，栅极与PWM信号调理、放大电路联接，栅极与地之间并联至少有两只不同容量的电容器组成的滤波电路，源极串联一电阻器与地相联，构成深度负反馈电路；
所述的接收电路包括被控电机电子控制单元的输入端，该输入端与地之间联接一稳压晶体管，该输入端还联接两个电阻器，其中一个与场效应晶体管组成的开关电路的漏极相联接，另一个与工作电源端联接，构成场效应晶体管开关电路的负载。
所述的场效应晶体管为MOSFET管，型号为IRL 2203N。
所述的稳压晶体管稳压值为5.5V。
所述的两只不同容量的电容器分别为C1206X7R103K500CT和C1206X7R100K500CT。
本实施例设计一种无源PWM 信号给定电路，该电路仅提供开关无源信号，PWM高低电平状态有被控电机电子控制回路决定。避免由于负载控制系统出现短路等故障，导致车辆主控单元ECU损坏可能。
当车辆主控单元ECU端的PWM电压方波控制信号为高电平时，该PWM电压方波幅值为车载电源幅值12V-15V直流，并加载在MOSFET管Q1N栅极G， 此时MOSFET管Q1N管导通，负载端电源VCC通过上拉电阻R1和电阻R2、MOSFET管漏极D、源极S、电阻R3接地GND构成回路。由于上拉电阻R1的值一般为3.9-4.9千欧姆，远大于电阻R2与R3阻值之和，因此输入到MCU控制器U1的DI端口为低电平；当车辆主控单元ECU端的PWM电压方波控制信号为低电平时，加载在MOSFET管Q1N栅极G， 此时MOSFET管Q1N管截止，负载端电源VCC通过上拉电阻R1、稳压晶体管Q2和接地GND构成回路，由于稳压晶体管Q2处于反向导通，把电压嵌在5.5V，此时稳压晶体管Q2的作用使得U1的DI端口稳定在高电平状态。
电路组成
所述的给定电路由场效应晶体管组成的开关电路构成，PWM采样信号端并联滤波电容C1、C2后与MOSFET管Q1N漏极D相联，其漏极与所述的接收电路相联接，PWM控制信号与MOSFET管Q1N栅极G相联,栅极与地之间并联至少有两只不同容量的电容器组成的滤波电路，MOSFET管Q1N源极S串联电阻R3后接地，构成深度负反馈电路；
所述的接收电路包括被控电机电子控制单元DI的输入端，该输入端与地之间联接一稳压晶体管Q2，还联接两个电阻器R2和R1，其中R2与场效应晶体管组成的开关电路的漏极相联接，R1与工作电源端联接，构成场效应晶体管开关电路的负载。
具体的联接是车载段主控单元ECU端PWM控制信号给定电路中，PWM采样信号端并联滤波电容C1、C2后与MOSFET管Q1N漏极D串联；PWM控制信号并联滤波电容C3、C4后与MOSFET管Q1N栅极G串联, MOSFET管Q1N源极S串联电阻R3后接地；电路由MOSFET管的漏极D引线与负载电机电子控制端PWM接收电路中电阻R2串联。电阻R2、电阻R1，稳压晶体管Q2和MCU控制器U1的DI端口并联与一起，其中：电阻R2和电阻R1串联后接车载电源VCC（12-15VDC），电阻R2与稳压晶体管Q2的N极串联后，在稳压晶体管Q2的P极端接地，稳压晶体管稳压在5.5V；电阻R2、电阻R1和稳压晶体管Q2的N极并联后，接入MCU控制器的DI输入端。
实施例二
一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输装置，其特征是包括车用直流电机PWM控制信号的给定电路和接收电路，所述的给定电路由场效应晶体管组成的开关电路构成，其漏极与所述的接收电路相联接，栅极与PWM信号调理、放大电路联接，栅极与地之间并联至少有两只不同容量的电容器组成的滤波电路，源极串联一电阻器与地相联，构成深度负反馈电路；
所述的接收电路包括被控电机电子控制单元的输入端，该输入端与地之间联接一下偏置电阻器，该输入端还联接两个电阻器，其中一个与场效应晶体管组成的开关电路的漏极相联接，另一个与工作电源端联接，构成场效应晶体管开关电路的负载。
本实施例与实施例一不同之处在于采用下偏置电阻器代替了稳压晶体管Q2，下偏置电阻器与电阻器R1构成分压电路，限定被控电机电子控制单元DI输入端的电位处于理想值。可靠性更高造价相对更低，受环境温度影响小。
所述的下偏置电阻器的阻值与电阻器R1的阻值相近。

Claims (5)

1.一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输方法，其特征包括以下步骤：
A、将由车辆主控单元ECU直接发出的车用直流电机PWM控制信号，接入至少由两只不同容量的电容器并联组成的宽频带滤波电路，对高频电磁干扰波进行滤波；
B、将经过宽频带滤波电路，对高频电磁干扰波进行滤波的车用直流电机PWM控制信号送到一个由场效应晶体管组成的开关电路进行限幅放大；
C、将经过进行限幅放大后的车用直流电机PWM控制信号进行稳压；
D、将经过稳压后的车用直流电机PWM控制信号，输送至被控电机电子控制单元的输入端。
2.一种强电磁干扰环境中PWM控制信号传输装置，包括发出PWM电压方波信号的车辆主控单元ECU，以及被控电机电子控制单元的输入端之间设置的直流电机PWM控制信号的给定电路和接收电路，其特征在于：
所述的给定电路由场效应晶体管组成的开关电路构成，其漏极与所述的接收电路相联接，栅极与PWM信号调理、放大电路联接，栅极与地之间并联至少有两只不同容量的电容器组成的滤波电路，源极串联一电阻器与地相联，构成深度负反馈电路；
所述的接收电路包括被控电机电子控制单元的输入端，该输入端与地之间联接一稳压晶体管，该输入端还联接两个电阻器，其中一个与场效应晶体管组成的开关电路的漏极相联接，另一个与工作电源端联接，构成场效应晶体管开关电路的负载。
3.根据权利要求2所述的强电磁干扰环境中PWM控制信号传输装置，其特征是所述的场效应晶体管为MOSFET管。
4.根据权利要求2所述的强电磁干扰环境中PWM控制信号传输装置，其特征是所述的稳压晶体管稳压值为5.5V。
5.根据权利要求2所述的强电磁干扰环境中PWM控制信号传输装置，其特征是所述的两只不同容量的电容器分别为C1206X7R103K500CT和C1206X7R100K500CT。
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