CN106555772B - 用于汽车空调鼓风机lpm调速模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，采用运算放大器及双功率MOSFET与分立电子元器件搭建模拟电路，实现功能全面的LPM鼓风机调速模块，其中双功率MOSFET充分平贴于散热器，用于散发掉双功率MOSFET工作时自身发出热量，使其工作在一个非常安全可靠的额定工作环境温度中。本发明LPM调速模块除了无级调速鼓风机风速以外，内部还带有VB+电压开关控制以降低静默时的静态消耗电流从而防止汽车电池亏电,当LPM调速模块在零风速档时关断内部VB+电压使内部不带电，其主要功能还包括过压、过温、限流、堵转、短路保护功能，稳定可靠，制造及材料成本低，并且抗电磁干扰能力强。
Description
技术领域
本发明适用于汽车空调鼓风机控制调速技术领域，尤其涉及一种用于汽车空调鼓风机LPM调速模块。
背景技术
汽车空调系统主要是实现对驾驶室内的空气进行制冷、加热、换气和空气净化装置，目前市场上大多数中低端汽车空调系统中依然采用的还是鼓风机调速电阻，一半以上都是靠串联电阻分压的方式来调速，利用鼓风机回路中的阻值大小来调节电压，达到调节鼓风机转速高低目的。低档位串的阻值大，中档串的阻值小，高档位不串阻值。
这种方式虽然技术及结构简单，成本低，维修方便，但是鼓风机工作时相当一部分电源功率白白消耗在了电阻上，这样调速电阻自身发热量很大，必须及时散热，如果散热不及时，易引发汽车自燃。
为了及时散热调速电阻自身热量通常安装在空调箱紧挨鼓风机出风口上，利用鼓风机给调速电阻循环吹风散热，鼓风机正常工作吹风调速电阻自身温度就会稳定在一个相对安全的范围内，若鼓风机发生故障(短路、叶轮脱落、堵转、卡制)导致不出风或风量不够，则调速电阻的温度就会迅速上升最终可能会将周围的塑料件引燃。
因此，有必要设计一种新的用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，以解决上述技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于汽车空调鼓风机控制调速的LPM调速模块，旨在解决现有调速电阻、简单FET调速模块保护功能少且不稳定的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，包括鼓风机、主MOSFET、从MOSFET、VB+电压开关单元A01、输入控制信号转换单元A02、VB+与Mot-电压差分放大单元A03、主MOSFET控制驱动单元A04、过温、过压保护单元A05、堵转、限流保护单元A06、从MOSFET驱动控制单元A07、采样电阻R1、R2，通过汽车空调控制面板给定PWM控制信号输入至VB+电压开关单元A01，当VB+电压开关单元A01接收到PWM控制信号时，VB+电压开启为整个LPM调速模块内部供电；PWM控制信号经过输入控制信号转换单元A02转换为线性直流电压信号再输入到主MOSFET控制驱动单元A04，VB+与Mot-电压差分放大单元A03的VB+电压与鼓风机负极电压Mot-对比采用运算放大器做差分放大鼓风机负极电压Mot-，然后输入到主MOSFET控制驱动单元A04与PWM控制信号转换成线性电压信号，采用过温、过压保护单元A05、堵转、限流保护单元A06运算放大器做积分运算去控制驱动主MOSFET栅极电压，从而控制LPM调速模块输出电压大小来调节鼓风机风速；采样电阻R1采集主MOSFET工作电流后与差分放大鼓风机负极电压Mot-叠加，VZ基准电压与采样电阻R2采集从MOSFET工作电流叠加，同时输入到从MOSFET驱动控制单元A07利用运算放大器做积分运算输出电压控制驱动从MOSFET栅极电压，形成主MOSFET电流跟随电路分担LPM调速模块工作电流的1/2，用于提高LPM调速模块功率MOSFET的使用寿命。
在上述技术方案中，所述PWM控制信号的频率是35HZ-2000HZ。
在上述技术方案中，所述直流线性电压信号为PWM控制信号*VZ基准电压。
在上述技术方案中，所述鼓风机两端电压为PWM控制信号*VZ基准电压*A03差分放大倍数。
在上述技术方案中，所述VB+电压开关单元A01内部还带有VB+电压开关控制以降低静默时的静态消耗电流从而防止汽车电池亏电，当汽车空调控制面板关闭时，零风速档，LPM调速模块接到空调控制面板此指令信号时关闭内部VB+电压从而使LPM调速模块内部全部断电以达到行业内静态电流≤0.15mA。
在上述技术方案中，所述过温、过压保护单元A05内部带有过压保护功能，当汽车电池电压异常超高时LPM调速模块内部过压保护部分电路动作使运算放大器翻转输出端口从高电平变为低电平从而完全拉低主功率MOSFET栅极控制电压来达到停止LPM调速模块输出，实现过压保护功能。
在上述技术方案中，所述过温、过压保护单元A05内部带有过温保护功能，LPM调速模块内部过温保护部分电路动作使运算放大器翻转输出端口从高电平变为低电平从而完全拉低主功率MOSFET栅极控制电压来达到停止LPM调速模块输出，实现温度保护功能。
在上述技术方案中，所述堵转、限流保护单元A06内部带有限流、堵转、短路保护功能，LPM调速模块内部利用采样电阻R1、R2时，采集工作电流然后形成U＝I*R，输入到运算放大器反向输入端，运算放大器同相输入端通过基准电压VZ与鼓风机负反馈电压叠加，形成积分电路，当通过采样电阻R1、R2采集到工作电流比设计的工作电流大时运算放大器反向输入端电压变高，此时运算放大器翻转输出端从高电平变为低电平从而拉低主功率MOSFET栅极控制电压来降低LPM调速模块输出电压，实现限流、堵转、短路保护功能。
本发明用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，通过采用运算放大器及双功率MOSFET与分立电子元器件搭建模拟电路，实现功能全面的LPM鼓风机调速模块，其中双功率MOSFET充分平贴于散热器，用于散发掉双功率MOSFET工作时自身发出热量，使其工作在一个非常安全可靠的额定工作环境温度中。本发明LPM调速模块除了无级调速鼓风机风速以外，内部还带有VB+电压开关控制以降低静默时的静态消耗电流从而防止汽车电池亏电,当LPM调速模块在零风速档时关断内部VB+电压使内部不带电，其主要功能还包括过压、过温、限流、堵转、短路保护功能，稳定可靠，制造及材料成本低，并且抗电磁干扰能力强。
附图说明
图1为本发明系统原理框图；
图2为图1中各单元电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明所述的一种用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，包括鼓风机M；主MOSFET；从MOSFET；VB+电压开关单元A01，作用是控制内部供电；输入控制信号转换单元A02，作用是将PWM转为线性电压；VB+与Mot-电压差分放大单元A03，作用是使VB+与Mot-电压成倍数关系；主MOSFET控制驱动单元A04，作用是担任主要输出调节鼓风机风速功能；过温、过压保护单元A05，作用是当环境温度或散热器温度过高时停止输出实现保护、电池电压过高时停止输出实现保护；堵转、限流保护单元A06，作用是当鼓风机堵转或负载突变增大时降低输出限制电流保护鼓风机不被大电流烧坏；从MOSFET驱动控制单元A07，作用是形成主MOSFET电流跟随电路分担LPM调速模块工作电流的1/2；采样电阻R1、R2。
其中，VB+电压开关单元A01内部还带有VB+电压开关控制以降低静默时的静态消耗电流从而防止汽车电池亏电，当汽车空调控制面板关闭时，零风速档，LPM调速模块接到空调控制面板此指令信号时关闭内部VB+电压从而使LPM调速模块内部全部断电以达到行业内静态电流≤0.15mA。
所述过温、过压保护单元A05内部带有过压保护功能，当汽车电池电压异常超高时LPM调速模块内部过压保护部分电路动作使运算放大器翻转输出端口从高电平变为低电平从而完全拉低主功率MOSFET栅极控制电压来达到停止LPM调速模块输出，实现过压保护功能。
所述过温、过压保护单元A05内部带有过温保护功能，LPM调速模块内部过温保护部分电路动作使运算放大器翻转输出端口从高电平变为低电平从而完全拉低主功率MOSFET栅极控制电压来达到停止LPM调速模块输出，实现温度保护功能。
所述堵转、限流保护单元A06内部带有限流、堵转、短路保护功能，LPM调速模块内部利用采样电阻R1、R2时，采集工作电流然后形成U＝I*R，输入到运算放大器反向输入端，运算放大器同相输入端通过基准电压VZ与鼓风机M负反馈电压叠加，形成积分电路，当通过采样电阻R1、R2采集到工作电流比设计的工作电流大时运算放大器反向输入端电压变高，此时运算放大器翻转输出端从高电平变为低电平从而拉低主功率MOSFET栅极控制电压来降低LPM调速模块输出电压，实现限流、堵转、短路保护功能。
具体的，通过汽车空调控制面板给定频率为35HZ-2000HZ的PWM控制信号输入至VB+电压开关单元A01，当VB+电压开关单元A01接收到PWM控制信号时，VB+电压开启为整个LPM调速模块内部供电；PWM控制信号经过输入控制信号转换单元A02转换为线性直流电压信号再输入到主MOSFET控制驱动单元A04，这里的直流线性电压信号为PWM控制信号*VZ基准电压。
VB+与Mot-电压差分放大单元A03的VB+电压与鼓风机负极电压Mot-对比采用运算放大器做差分放大鼓风机负极电压Mot-，然后输入到主MOSFET控制驱动单元A04与PWM控制信号转换成线性电压信号，采用过温、过压保护单元A05，堵转、限流保护单元A06运算放大器做积分运算去控制驱动主MOSFET栅极电压，从而控制LPM调速模块输出电压大小来调节鼓风机风速。所述鼓风机两端电压为PWM控制信号*VZ基准电压*A03差分放大倍数。
采样电阻R1采集主MOSFET工作电流后与差分放大鼓风机负极电压Mot-叠加，VZ基准电压与采样电阻R2采集从MOSFET工作电流叠加，同时输入到从MOSFET驱动控制单元A07，利用运算放大器做积分运算输出电压控制驱动从MOSFET栅极电压，形成主MOSFET电流跟随电路分担LPM调速模块工作电流的1/2，用于提高LPM调速模块功率MOSFET的使用寿命。
本发明用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，通过采用运算放大器及双功率MOSFET与分立电子元器件搭建模拟电路，实现功能全面的LPM鼓风机调速模块，其中双功率MOSFET充分平贴于散热器，用于散发掉双功率MOSFET工作时自身发出热量，使其工作在一个非常安全可靠的额定工作环境温度中。本发明LPM调速模块除了无级调速鼓风机风速以外，内部还带有VB+电压开关控制以降低静默时的静态消耗电流从而防止汽车电池亏电,当LPM调速模块在零风速档时关断内部VB+电压使内部不带电，其主要功能还包括过压、过温、限流、堵转、短路保护功能，稳定可靠，制造及材料成本低，并且抗电磁干扰能力强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，其特征在于：包括鼓风机、主MOSFET、从MOSFET、VB+电压开关单元A01、输入控制信号转换单元A02、VB+与Mot-电压差分放大单元A03、主MOSFET控制驱动单元A04、过温、过压保护单元A05、堵转、限流保护单元A06、从MOSFET驱动控制单元A07、采样电阻R1’、R2’，通过汽车空调控制面板给定PWM控制信号输入至VB+电压开关单元A01，当VB+电压开关单元A01接收到PWM控制信号时，VB+电压开启为整个LPM调速模块内部供电；PWM控制信号经过输入控制信号转换单元A02转换为线性直流电压信号再输入到主MOSFET控制驱动单元A04，VB+与Mot-电压差分放大单元A03的VB+电压与鼓风机负极电压Mot-对比采用运算放大器做差分放大鼓风机负极电压Mot-，然后输入到主MOSFET控制驱动单元A04与PWM控制信号转换成线性电压信号，采用过温、过压保护单元A05、堵转、限流保护单元A06运算放大器做积分运算去控制驱动主MOSFET栅极电压，从而控制LPM调速模块输出电压大小来调节鼓风机风速；采样电阻R1’采集主MOSFET工作电流后与差分放大鼓风机负极电压Mot-叠加，VZ基准电压与采样电阻R2’采集从MOSFET工作电流叠加，同时输入到从MOSFET驱动控制单元A07利用运算放大器做积分运算输出电压控制驱动从MOSFET栅极电压，形成主MOSFET电流跟随电路分担LPM调速模块工作电流的1/2，用于提高LPM调速模块功率MOSFET的使用寿命；所述过温、过压保护单元A05内部带有过温保护功能，LPM调速模块内部过温保护部分电路动作使运算放大器翻转输出端口从高电平变为低电平从而完全拉低主MOSFET栅极控制电压来达到停止LPM调速模块输出，实现温度保护功能；所述主MOSFET控制驱动单元A04包括运算放大器IC3B、MOSFETQ10、电阻RP6、电阻RP7-4、电阻RP6-1、电阻RP5、电阻RP5-1、电阻RP1、电容C10、电容C14、电容C1，所述运算放大器IC3B的同向输入端通过电阻RP7-4与输入控制信号转换单元连接，并通过电容C10接地，其反向输入端与电阻RP6-1和电容C14的一端连接，所述电阻RP6-1另一端通过电阻RP6接地，所述电容C14的另一端与所述运算放大器IC3B的输出端连接，所述MOSFETQ10的源极通过电阻RP1接地，其栅极依次通过电阻RP5-1和电阻RP5与运算放大器IC3B的输出端连接，且其栅极通过电容C1接地；所述从MOSFET驱动控制单元A07包括运算放大器IC1B、MOSFETQ9、电阻RP3-1、电阻RP4、电阻RP3、电阻RP4-1、电阻RS2、电容C3、电容C11，运算放大器IC1B的同向输入端与电阻RP4-1一端连接，电阻RP4-1另一端通过电阻RP3与Mot-电压差分放大单元A03连接，运算放大器IC1B的反向输入端依次通过电阻RP4、电阻R2与MOSFETQ9的源极连接，且其反向输入端通过电容C3与其输出端连接，MOSFETQ9的源极通过电阻RS2接地，其栅极通过电阻R1与运算放大器IC1B的输出端连接，且其栅极通过电容C11接地。
2.根据权利要求1所述的用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，其特征在于：所述PWM控制信号的频率是35HZ-2000HZ。
3.根据权利要求1所述的用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，其特征在于：所述线性直流电压信号为PWM控制信号*VZ基准电压。
4.根据权利要求1所述的用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，其特征在于：所述鼓风机两端电压为PWM控制信号*VZ基准电压*A03差分放大倍数。
5.根据权利要求1所述的用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，其特征在于：所述VB+电压开关单元A01内部还带有VB+电压开关控制以降低静默时的静态消耗电流从而防止汽车电池亏电，当汽车空调控制面板关闭时，零风速档，LPM调速模块接到空调控制面板此指令信号时关闭内部VB+电压从而使LPM调速模块内部全部断电以达到行业内静态电流≤0.15mA。
6.根据权利要求1所述的用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，其特征在于：所述过温、过压保护单元A05内部带有过压保护功能，当汽车电池电压异常超高时LPM调速模块内部过压保护部分电路动作使运算放大器翻转输出端口从高电平变为低电平从而完全拉低主MOSFET栅极控制电压来达到停止LPM调速模块输出，实现过压保护功能。
7.根据权利要求1所述的用于汽车空调鼓风机LPM调速模块，其特征在于：所述堵转、限流保护单元A06内部带有限流、堵转、短路保护功能，LPM调速模块内部利用采样电阻R1’、R2’时，采集工作电流然后形成U＝I*R，输入到运算放大器反向输入端，运算放大器同相输入端通过基准电压VZ与鼓风机负反馈电压叠加，形成积分电路，当通过采样电阻R1’、R2’采集到工作电流比设计的工作电流大时运算放大器反向输入端电压变高，此时运算放大器翻转输出端从高电平变为低电平从而拉低主MOSFET栅极控制电压来降低LPM调速模块输出电压，实现限流、堵转、短路保护功能。
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