CN106058814B - 基于pwm控制车载有刷风扇的过载保护电路及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电路过载保护技术领域，具体涉及一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路及保护方法，该保护电路包括开关控制电路、放大电路、电源电路、MOS驱动整形电路和风扇驱动电路，开关控制电路、放大电路、电源电路、MOS驱动整形电路和风扇驱动电路依次连接；所述MOS驱动整形电路用于将来自于放大电路的电压信号整形为适合风扇驱动电路的电压信号；所述风扇驱动电路用于利用来自于MOS驱动整形电路的电压信号通过MOS管来驱动风扇运行。本发明能够有效杜绝风扇堵转或短路时瞬间产生的大电流将风扇控制器的驱动MOS烧毁，从而降低风扇控制器的故障率，降低整车维修成本，提高整车安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及电路过载保护技术领域，具体涉及一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路及保护方法。
背景技术
随着城市车辆的不断增加、环境的不断恶化和传统能源的日渐枯竭,汽车节能技术成为当前行业发展的焦点。无论电机还是发动机，散热系统都很重要。传统散热系统，采用机械式风扇，能耗高，故障率低。新的散热系统，用电子控制器控制的有刷风扇，采用PWM控制实现无极变速，随温度智能控制，有效降低能耗，得以普遍推广，但由于极其恶劣的安装环境，有刷风扇的电刷很容易磨损，故障率很高，故障现象为堵转，短路，出现这两种故障时，电流瞬间增大，甚至达到几百安，会对控制器的驱动电路造成严重破坏，甚至直接致其报废，或者引起车辆火灾。所以风扇控制器加入智能过载保护显得尤为重要，可直接降低风扇控制器的故障率，降低整车维修成本，提高整车安全性能。
发明内容
本发明提供了一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路及保护方法，能够有效杜绝风扇堵转或短路时瞬间产生的大电流将风扇控制器的驱动MOS烧毁，从而降低风扇控制器的故障率，降低整车维修成本，提高整车安全性能。
综上所述，为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路，该保护电路包括开关控制电路、放大电路、电源电路、MOS驱动整形电路和风扇驱动电路，开关控制电路、放大电路、电源电路、MOS驱动整形电路和风扇驱动电路依次连接。
所述MOS驱动整形电路用于将来自于放大电路的电压信号整形为适合风扇驱动电路的电压信号；
所述风扇驱动电路用于利用来自于MOS驱动整形电路的电压信号通过MOS管来驱动风扇运行。
进一步，所述MOS管，采用的是N沟道增强型MOS管。
一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路的保护方法，包括以下步骤：
步骤一：风扇控制器电流的采集，可采用连续电流检测或峰值电流检测的方法通过MOS_AD2_AN端采集风扇控制器的电流；
步骤二：风扇控制器过载的判定，根据当前的实际风扇控制器的负载能力，也即当前风扇控制器的热功耗，可采取连续电流检测或峰值电流检测，也可以两者并存或分级保护；
步骤三：风扇控制器过载的状态转移，风扇从启动开始，实时采集其风扇控制器的电流，若风扇控制器过载，控制器即执行相应的状态转移，控制器的状态分为4种，正常态、一级过载态、二级过载态、锁定状态；
正常态，风扇可正常启动运行，每次上电，读出连续过载次数，若连续过载次数大于10次，直接进入锁定状态；若连续过载次数小于10次，则对风扇控制器进行电流采集，若连续电流检测一级故障或峰值电流检测故障发生，控制器状态由正常态切为一级过载态；若连续电流检测二级故障发生时，控制器状态由正常态切为二级过载态；若风扇正常启动，清空历史过载次数；
一级过载态，此状态下风扇禁止启动，并向仪表报警；每次控制器上电，进入此状态后，历史连续过载次数加1，若风扇需要启动，允许向正常态跳转3次重试，若超过3次依旧维持此状态不变，则跳转间隔至少15秒以上，让风扇驱动在受到大电流冲击后散热，若历史过载数大于10次，则进入锁定状态。
二级过载态，此状态下允许风扇启动，只向仪表报警；连续电流检测二级故障消失，切换到正常态；续电流检测一级故障或峰值电流检测故障发生，控制器状态切为一级过载态。
锁定状态，此状态下风扇禁止启动，并向仪表报警，经过软件解锁或硬件解锁，能够重新恢复正常态。
本发明产生的有益效果如下：
本发明在MOS管的栅极和源极之间并联了一个稳压二极管，限制栅极电压在稳压二极管的稳压值以下，保护栅极不被击穿。在MOS管的栅极和源极之间还并联了一个电阻和二极管组合电路，需要关断MOS管时，能够尽快释放栅极电荷，将MOS管尽快截止；漏极并联两个二极管，能够在风扇关闭时保护漏极不受到瞬间感应脉冲电压的危害，并且起到了续流散热的作用。本发明能够有效杜绝风扇堵转或短路时瞬间产生的大电流将风扇控制器的驱动MOS烧毁，从而降低风扇控制器的故障率，降低整车维修成本，提高整车安全性能。
附图说明
图1为本发明的控制逻辑图；
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来详细的说明本发明，以便更好的理解本发明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图2所示，一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路，该保护电路包括开关控制电路1、放大电路2、电源电路3、MOS驱动整形电路4和风扇驱动电路5。PWM信号从PWM_B_OUT单片机输出并作为有刷风扇控制器的驱动电路的输入，PWM_B_OUT作为开关控制电路1的输入端，输入端记为节点TP8，节点TP8连接电阻R8，电阻R8通过电阻R10接地，电阻R8和电阻R10连接的节点为TP9，节点TP9连接三极管Q2的基极，三极管Q2的射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R3连接电源，三极管Q2的集电极和电阻R3的连接点记为节点TP7，节点TP7通过电阻R5接地，节点TP7作为开关控制电路1的输出节点。开关控制电路1的输出节点TP7作为放大电路2的输入节点，节点TP7连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的射极接地，三极管Q1的集电极通过电阻R1连接电源，三极管Q1的集电极与电阻R1的连接点记为节点TP3，节点TP3作为放大电路2的输出节点。放大电路2的输出节点TP3作为MOS驱动整形电路4的输入节点，节点TP3分别连接控制芯片U1的管脚2和管脚5，控制芯片U1的管脚1连接电源，电源通过去耦电容C1接地，去耦电容C1和电源组成电源电路3，用于电源滤波，稳定控制芯片U1的输入电压；控制芯片U1的管脚3接地，管脚4连接电阻R2的一端，连接节点记为TP1；电阻R2的另一端连接二极管D1的正极，连接节点记为TP2，二极管D1的负极通过电阻R4连接控制芯片U1的管脚6，并且管脚4和管脚6直接短接；控制芯片U1、电阻R2、电阻R4和二极管D1组成了MOS驱动整形电路4，MOS管驱动整形电路4用于将来自于放大电路的电压信号整形为适合风扇驱动电路5的电压信号。节点TP2作为风扇驱动电路5的输入端连接场效应管MOS1的栅极，场效应管MOS1的栅极分别连接稳压二极管DZ1的负极和电阻R6的一端，场效应管MOS1的源极分别连接电阻R7的一端和电容C2的一端，稳压二极管DZ1的正极、电阻R6的另一端、电阻R7的另一端以及电容C2的另一端相连并接地,场效应管MOS1的源极和电容C2连接的节点记为TP6，节点TP6即为MOS_AD2_AN端，通过MOS_AD2_AN端采集电阻R7两端的电压，可以计算出流过电阻R7的电流；两个同向二极管并联组成二极管并联电路B1，场效应管MOS1的漏极与二极管并联电路B1的正极相连，连接点作为Fan_B_CON端口，Fan_B_CON为有刷风扇的负控端；二极管并联电路B1的负极作为输出端口BAT+B，BAT+B为续流线，也即有刷风扇控制器的续流线；稳压二极管DZ1、电阻R6、电阻R7、电容C2、场效应管MOS1和二极管并联电路B1组成风扇驱动电路5，风扇驱动电路5用于将来自于MOS驱动整形电路4的电压信号驱动MOS管控制有刷风扇运行。由于流过电阻R7的电流与流过Fan_B_CON电流相等，也即输出端口BAT+B的电流即为有刷风扇电流，输出端口BAT+B的电流等于流过电阻R7的电流，故监测电阻R7的电流即可计算有刷风扇控制器的热功耗，以热功耗来判定风扇控制器是否过载。若过载使有刷风扇的负控端Fan_B_CON的电平无效，从而关闭有刷风扇；否则，有刷风扇按正常逻辑启动。
如图1所示，一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路的保护方法，包括以下步骤：
步骤一：风扇控制器电流的采集，可采用连续电流检测或峰值电流检测的方法通过MOS_AD2_AN端采集风扇控制器的电流。当然此电流在PWM控制下，MOS_AD2_AN端的电流不稳，需要经过软硬件滤波处理。
步骤二：驱动过载的判定，根据当前的实际风扇控制器的负载能力，也即当前风扇控制器的热功耗，用流过的电流和时间积分的极限来表示，可采取连续电流检测，即时间较长，电流值较小；或峰值电流检测，即时间较短，电流值较大；也可以两者并存或分级保护，分级保护的概念为连续电流检测，定两级阀值，达到二级告警阀值时告警，达到一级告警阀值时关断并告警。
步骤三：驱动过载的状态转移，风扇从启动开始，实时采集其风扇控制器的电流，若驱动过载，控制器即执行相应的状态转移，控制器的状态分为4种，正常态、一级过载态、二级过载态、锁定状态。
正常态，风扇可正常启动运行，每次上电，读出连续过载次数，若连续过载次数大于10次，直接进入锁定状态；若连续过载次数小于10次，则对风扇控制器进行电流采集，若连续电流检测一级故障或峰值电流检测故障发生，控制器状态由正常态切为一级过载态；若连续电流检测二级故障发生时，控制器状态由正常态切为二级过载态；若风扇正常启动，清空历史过载次数；
一级过载态，此状态下风扇禁止启动，并向仪表报警；每次控制器上电，进入此状态后，历史连续过载次数加1，若风扇需要启动，允许向正常态跳转3次重试，若超过3次依旧维持此状态不变，则跳转间隔至少15秒以上，让风扇驱动在受到大电流冲击后散热，若历史过载数大于10次，则进入锁定状态。
二级过载态，此状态下允许风扇启动，只向仪表报警；连续电流检测二级故障消失，切换到正常态；续电流检测一级故障或峰值电流检测故障发生，控制器状态切为一级过载态。
锁定状态，此状态下风扇禁止启动，并向仪表报警，经过软件解锁或硬件解锁，能够重新恢复正常态。
风扇损坏后，最终进入锁定状态，风扇控制器会向仪表报警提示更换风扇，更换风扇后，可通过解锁使控制器恢复正常状态，解锁方式为软件解锁或硬件解锁。
要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。
Claims (2)
1.一种基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路的保护方法，所述过载保护电路包括依次连接的开关控制电路、放大电路、电源电路、MOS驱动整形电路和风扇驱动电路；所述MOS驱动整形电路用于将来自于放大电路的电压信号整形为适合风扇驱动电路的电压信号；所述风扇驱动电路用于利用来自于MOS驱动整形电路的电压信号通过MOS管来驱动风扇运行；其特征在于，该保护方法包括以下步骤：
步骤一：风扇控制器电流的采集，可采用连续电流检测或峰值电流检测的方法通过电流采样端采集风扇控制器的电流，所述电流采样端为所述风扇驱动电路中场效应管的源极；
步骤二：风扇控制器过载的判定，根据当前的实际风扇控制器的负载能力，也即当前风扇控制器的热功耗，可采取连续电流检测或峰值电流检测，也可以两者并存或分级保护；
步骤三：风扇控制器过载的状态转移，风扇从启动开始，实时采集其风扇控制器的电流，若风扇控制器过载，控制器即执行相应的状态转移，控制器的状态分为4种，正常态、一级过载态、二级过载态、锁定状态；
正常态，风扇可正常启动运行，每次上电，读出连续过载次数，若连续过载次数大于10次，直接进入锁定状态；若连续过载次数小于10次，则对风扇控制器进行电流采集，若连续电流检测一级故障或峰值电流检测故障发生，控制器状态由正常态切为一级过载态；若连续电流检测二级故障发生时，控制器状态由正常态切为二级过载态；若风扇正常启动，清空历史过载次数；
一级过载态，此状态下风扇禁止启动，并向仪表报警；每次控制器上电，进入此状态后，历史连续过载次数加1，若风扇需要启动，允许向正常态跳转3次重试，若超过3次依旧维持此状态不变，则跳转间隔至少15秒以上，让风扇驱动在受到大电流冲击后散热，若历史过载数大于10次，则进入锁定状态；
二级过载态，此状态下允许风扇启动，只向仪表报警；连续电流检测二级故障消失，切换到正常态；连续电流检测一级故障或峰值电流检测故障发生，控制器状态切为一级过载态；
锁定状态，此状态下风扇禁止启动，并向仪表报警，经过软件解锁或硬件解锁，能够重新恢复正常态。
2.根据权利要求1所述的基于PWM控制车载有刷风扇的过载保护电路的保护方法，其特征在于，所述MOS管采用的是N沟道增强型MOS管。
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