CN107167694A - 一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路 - Google Patents

一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车电子系统技术领域，具体公开了一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，设有正极端连接供电电源的防反压二极管，MCU的转化信号输入端连接所述防反压二极管的负极端，将所述供电电源转化成PWM控制信号后从连接电磁阀的PWM控制信号输入端的PWM输出控制端输出，还设有升压子电路和分压稳压子电路。实施本发明提供的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，对电磁阀的PWM控制信号进行放大、分压及稳压滤波得到检测电压，MCU仅通过判断该检测电压的大小就能够准确区分该电压下对应的电磁阀是工作状态还是对地短路，并且完全不受供电电源的电压波动(9‑16V)及与之同步的PWM输出信号占空比的波动(10％‑100％)的影响。

Description

一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路
技术领域
本发明涉及汽车电子系统技术领域，尤其涉及一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路。
背景技术
在汽车电子系统中，由于在节省能耗方面具有优势，外控式变排量压缩机的运用越来越普遍。为了保证外控式变排量压缩机的正常使用，需要设置控制诊断电路来驱动及检测其电磁阀的工作状态以便及时维护，设计者也越来越重视状态诊断电路的设计。
电磁阀由High Side(高端驱动)电路输出的PWM控制信号控制，其输出信号的对地短路诊断电路与传统输出电平信号进行控制的诊断电路不同。High Side供电电源来源于车载电池，车载电池的电压变化范围为9-16V。因此，在输出PWM控制信号的情况下实行对地短路检测主要有以下两个难点问题：
1、当供电电源在9-16V变化时，电磁阀的PWM控制信号是否对地短路，需要被判断出来；
2、当电磁阀的PWM控制信号输出占空比为最小10％时，容易与对地短路情况混淆，需要将两者区分开来。
针对以上两点，采用分压检测电阻及滤波稳压等元件搭建的分压检测电路可以实现区分，但此时由于供电电源的波动及输出占空比的变化，MCU检测到对地短路时和正常工作时的电压值相差较小，加上实际电路中存在的地偏移现象，将无法判断检测到的不为零的电压是工作状态下的电压还是对地短路及地偏移共同作用下的电压，因此则需要作进一步的判别。
发明内容
本发明提供一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，解决了设定升压子电路及分压稳压子电路来对电磁阀的PWM控制信号进行放大、分压及稳压滤波得到检测电压，以通过判断该检测电压的大小就能够准确区分该电压下对应的电磁阀是工作状态还是对地短路的技术问题。
为解决以上技术问题，本发明提供一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，设有正极端连接供电电源的防反压二极管，MCU的转化信号输入端连接所述防反压二极管的负极端，将所述供电电源转化成PWM控制信号后从连接电磁阀的PWM控制信号输入端的PWM输出控制端输出，还设有升压子电路和分压稳压子电路；所述升压子电路的升压输入端连接所述PWM输出控制端、升压输出端连接所述分压稳压子电路的分压输入端、接地端接地，所述分压稳压子电路的稳压输出端连接所述MCU的电压检测端、接地端接地。
优选地，所述升压子电路设有二极管、第一电容和第二电容；所述二极管的正极端连接/即为所述升压子电路的升压输入端、负极端连接所述第一电容的一端和所述升压子电路的升压输出端，所述第一电容的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接/即为所述升压子电路的接地端。
优选地，所述分压稳压子电路设有第一分压检测电阻、第二分压检测电阻、滤波电容和稳压二极管；所述第一分压检测电阻的一端连接/即为所述分压稳压子电路的分压输入端，所述第一分压检测电阻的另一端、所述第二分压检测电阻的一端、所述滤波电容的一端、所述稳压二极管的负极端连接所述MCU的电压检测端，所述第二分压检测电阻的另一端、滤波电容的另一端、稳压二极管的负极端连接/即为所述分压稳压子电路的接地端。
具体地，所述供电电源的电压变化范围为9-16V。
具体地，所述PWM控制信号的占空比为10％-100％。
具体地，在不考虑地偏移现象时，当所述PWM输出控制端对地短路，所述MCU的电压检测端的电压为0V。
具体地，在考虑地偏移现象时，当所述PWM输出控制端对地短路，所述MCU的电压检测端的电压为地偏移电压。
具体地，所述地偏移电压的变化范围为0-3V。
本发明提供的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，对电磁阀的PWM控制信号进行放大、分压及稳压滤波得到检测电压，MCU仅通过判断该检测电压的大小就能够准确区分该电压下对应的电磁阀是工作状态还是对地短路，并且完全不受供电电源的电压波动(9-16V)及与之同步的PWM输出信号占空比的波动(10％-100％)的影响，能够精准地检测出PWM控制输出端对地短路的状态；对现有电路结构影响极小，仅仅采用二极管、电容、电阻等廉价元器件，所用成本极低，经济效益较高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的惯常(对地偏移忽略不计)的电磁阀对地短路检测电路的结构原理图；
图2是本发明实施例提供的图1电路中的MCU的电压检测端的电压余量偏小的列表说明图；
图3是本发明实施例提供的在图1基础上改进(对地偏移不容忽略)的电磁阀对地短路检测电路的结构原理图；
图4是本发明实施例提供的图3中的二极管D3的伏安特性图；
图5是本发明实施例提供的图3中的电平检测点A、B、C三点的电平波形图。
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。以下元器件的选型及取值大小仅为较佳实施例，不构成对本发明保护范围的限制。
参见图1，是本发明实施例提供的惯常(对地偏移忽略不计)的电磁阀对地短路检测电路的结构原理图。在不存在对地偏移或对地偏移忽略不计的情况下，可以采用如图1的电磁阀对地短路检测电路，设有正极端连接供电电源IG的防反压二极管D1，MCU的转化信号输入端P1连接所述防反压二极管D1的负极端，将所述供电电源IG转化成PWM控制信号后从连接电磁阀的PWM控制信号输入端P的PWM输出控制端P2输出，还设有分压稳压子电路1；所述分压稳压子电路1设有第一分压检测电阻R1、第二分压检测电阻R2、滤波电容C和稳压二极管D2；所述第一分压检测电阻R1的一端即为所述分压稳压子电路1的分压输入端，所述第一分压检测电阻R1的另一端、所述第二分压检测电阻R2的一端、所述滤波电容C的一端、所述稳压二极管D2的负极端连接所述MCU的电压检测端PWM_DET，所述第二分压检测电阻R2的另一端、滤波电容C的另一端、稳压二极管D2的负极端即为所述分压稳压子电路1的接地端。
其中，供电电源IG为点火线，供电电压会从9-16V变化。所述防反压二极管D1压降为0.8V。通过MCU控制，由High side将供电电源IG转化为所述PWM控制信号。在PWM输出控制端P2设置的所述第一分压检测电阻R1(47KΩ)，第二分压检测电阻R2(100KΩ)与滤波电容C(100nF)，将所述PWM控制信号滤波为9-16V的电平信号，再通过所述稳压二极管D2，将该电平信号转化为小于5V电压，供5V系统的MCU进行检测，如此MCU能够检测出对地短路和正常工作这两种状态。在考虑地偏移现象时，但是该电路中仍然会出现地偏移现象，因为当所述PWM输出控制端对地短路，所述MCU的电压检测端的电压为地偏移电压，MCU将无法判断检测到的不为零的电压是工作状态下的电压还是对地短路及地偏移共同作用下的电压。
下面以图2中的列表数据进行举例说明：
由图2可知，当供电电源IG为9V，且输出的PWM控制信号的占空比为10％时，这时PWM控制信号通过分压滤波，到MCU的电压检测端PWM_DET的电压U1约为0.26V。而当所述PWM输出控制端P2对地短路时，电压U2为0V，如果忽略地偏移，MCU通过比较电压值的大小即可判定电压值为0V即为对地短路、不为0V时即为正常工作，但是假如这时候产生大于0.3V的地偏移电压(所述地偏移电压的变化范围为0-3V)，MCU无法判断检测到0.26V的电压是工作状态下的电压还是对地短路及地偏移共同作用下的电压，那么就无法区分所述PWM输出控制端P2是处于正常工作状态还是对地短路状态。
所以，通过以上分析，在存在地偏移时，不能实现对地短路的检测的关键点在于，检测到的对地短路时与正常工作时之间的电压余量δU(电压差值)太小，那么增大正常时的PWM输出控制端P2的电压，就是解决该问题的关键。虽然增大下拉电阻R2阻值、同时减少R1阻值的做法能减弱地偏移对判别结果的影响，但是不能根本消除地偏移造成的误判隐患。
那么，需要对图1的电路结构进行改进，如图3，是本发明实施例提供的在图1基础上改进(对地偏移不容忽略)的电磁阀对地短路检测电路的结构原理图。在图1的PWM输出控制端P2与所述分压稳压子电路1的分压输入端之间连接了升压子电路2；所述升压子电路2设有二极管D、第一电容C1和第二电容C2；所述二极管D的正极端即为所述升压子电路2的升压输入端、负极端连接所述第一电容C1的一端和所述升压子电路2的升压输出端，所述第一电容C1的另一端连接所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端即为所述升压子电路2的接地端。
其中，增加的二极管D，型号为1SS355，其伏安特性参考图3；所述第一电容C1和第二电容C2的电容值均为470nF。
该方案的原理是：在所述PWM输出控制端P2正常输出时，电平检测点A的PWM控制信号利用所述二极管D给所述第一电容C1和第二电容C2充电。由图3可知，由于该支路电流小于0.1mA，所述二极管D压降约为0.6V，即充电阻抗约为6KΩ(0.6/0.1*103)。而由于所述二极管D的反向保护作用，放电路径只能通过所述第一分压检测电阻R1(47KΩ)、第二分压检测电阻R2(100KΩ)，其放电阻抗为147KΩ(100+47)，则充电速度比放电速度快24.5(147/6)倍。因此电平检测点A的PWM控制信号流经到电平检测点B时即形成接近于电平信号的锯齿波。再通过所述第一分压检测电阻R1(47KΩ)、第二分压检测电阻R2(100KΩ)的分压，经过滤波电容C(100nF)的滤波和稳压二极管D2(5.1V)的稳压，在电平检测点C(MCU的电压检测端PWM_DET)检测到平稳的电压值。
使用该电路设计，不管供电电压是从9V到16V如何变化，抑或是所述PWM输出控制端P2输出的PWM控制信号的占空比从10％到100％对应地如何变化，都可以保证电路在正常工作时，所述MCU的电压检测端PWM_DET检测到正常工作下的电压，即电平检测点C的电压是5.1V，如图4为使用该实际电路进行测试所得。小菱形“◇”所标出的线表示的是A点波形，为占空比10％、最高电压9V的PWM控制信号；小正方形“□”所标出的线表示的B点波形，为锯齿波形；小三角形“△”所标出的线表示的是C点波形，为跟随时间开始充电而电压上升并归于5.1V的电平信号，其中电平信号得到5.1V电压需要大概10ms的充电时间。总体上，该测试结果与理论分析基本一致。
从以上分析可知，当PWM输出控制端P2正常输出时，所述MCU的电压检测端PWM_DET检测到的电压为5.1V，而当所述PWM输出控制端P2对地短路时，所述MCU的电压检测端PWM_DET检测到的电压为0V。基于，在考虑地偏移现象时，当所述PWM输出控制端P2对地短路，所述MCU的电压检测端PWM_DET的电压为地偏移电压，且所述地偏移电压的变化范围为0-3V，则我们规定，当所述MCU的电压检测端PWM_DET检测到的电压大于3V时，判定为正常工作(不管考不考虑地偏移都可以如此判定)；由于考虑地偏移情况和充放电时间等造成的延时，当所述MCU的电压检测端PWM_DET检测到的电压小于3V且持续时间超过5s时，判定为对地短路。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，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。

Claims (8)

1.一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，设有正极端连接供电电源的防反压二极管，MCU的转化信号输入端连接所述防反压二极管的负极端，将所述供电电源转化成PWM控制信号后从连接电磁阀的PWM控制信号输入端的PWM输出控制端输出，其特征在于，还设有升压子电路和分压稳压子电路；所述升压子电路的升压输入端连接所述PWM输出控制端、升压输出端连接所述分压稳压子电路的分压输入端、接地端接地，所述分压稳压子电路的稳压输出端连接所述MCU的电压检测端、接地端接地。
2.如权利要求1所述的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，其特征在于：所述升压子电路设有二极管、第一电容和第二电容；所述二极管的正极端连接/即为所述升压子电路的升压输入端、负极端连接所述第一电容的一端和所述升压子电路的升压输出端，所述第一电容的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接/即为所述升压子电路的接地端。
3.如权利要求1所述的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，其特征在于：所述分压稳压子电路设有第一分压检测电阻、第二分压检测电阻、滤波电容和稳压二极管；所述第一分压检测电阻的一端连接/即为所述分压稳压子电路的分压输入端，所述第一分压检测电阻的另一端、所述第二分压检测电阻的一端、所述滤波电容的一端、所述稳压二极管的负极端连接所述MCU的电压检测端，所述第二分压检测电阻的另一端、滤波电容的另一端、稳压二极管的负极端连接/即为所述分压稳压子电路的接地端。
4.如权利要求1所述的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，其特征在于：所述供电电源的电压变化范围为9-16V。
5.如权利要求1所述的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，其特征在于：所述PWM控制信号的占空比为10％-100％。
6.如权利要求1所述的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，其特征在于：在不考虑地偏移现象时，当所述PWM输出控制端对地短路，所述MCU的电压检测端的电压为0V。
7.如权利要求1所述的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，其特征在于：在考虑地偏移现象时，当所述PWM输出控制端对地短路，所述MCU的电压检测端的电压为地偏移电压。
8.如权利要求7所述的一种汽车外控式变排量压缩机的电磁阀对地短路检测电路，其特征在于：所述地偏移电压的变化范围为0-3V。
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