CN107313886B - 一种通用汽油机逆向启动模块电路 - Google Patents

一种通用汽油机逆向启动模块电路 Download PDF

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Abstract

一种通用汽油机逆向启动模块电路，包括第一控制器、第二控制器，第一控制器输出端与MOS管驱动电路控制端口相连，该MOS管驱动电路输出端分别与DC‑DC升压变压器输入端相连，该DC‑DC升压变压器输出端分别与整流滤波电路输入端相连，该升压变压器输出端口还与第二控制器电源端口相连；该整流滤波电路模块的输出端为三相H桥式驱动电路提供直流电压；三相H桥式驱动电路输出端经峰值电流抑制电路输出；三相H桥式驱动电路的控制端口组分别与第二控制器的控制端口组相连。实现通过控制磁电机旋转，带动启动发动机。在启动过程中，模块能够自动检测转速，自动脱离，并且能够实时监测电流电压以及温度等众多信息，在异常情况下能够及时关闭模块，防止在异常情况下造成模块损坏。

Description

一种通用汽油机逆向启动模块电路
技术领域
本发明涉及汽油机领域，具体涉及一种通用汽油机逆向启动模块电路。
背景技术
现有开架式或封闭式变频发电机的启动方法，一般采用手启动或电启动两种办法。手启动不但费力，还可能因为拉绳反弹给用户造成伤害，因此还具有一定危险性。特别是冬天冷机状态，机组更不易启动，一般需要多次拽拉牵引绳才行。
电启动分成两种，一种是用户用启动钥匙使启动电机工作，带动飞轮旋转。当转速达到几百转(＞700rpm)后自动脱开。这个启动系统结构复杂、体积大、重量大、成本高等缺陷。特别是飞轮的启动齿圈不但成本高还不宜加工，且齿的精度、粗糙度、平整度、硬度等质量得不到充分保证，极易造成驱动齿轮磨损，而更换齿圈需要专业工具，流程也比较复杂，只能是专业的维护人员才能操作，因此系统还存在维护成本高的问题。另一种是采用电子模块拖动电机，通过连接轴带动飞轮旋转的原理，但是现有的电子模块驱动原理均处于研究实验阶段，具有启动成功率低，易损坏等重大缺陷。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种通用汽油机逆向启动模块电路，具体技术方案如下：
一种通用汽油机逆向启动模块电路，其特征在于：包括第一控制器、第二控制器，所述第一控制器输入端口组分别连接有温度检测模块、阻风门控制模块、转速检测模块和熄火模块，所述第一控制器电源端口与电源模块相连；
所述第一控制器输出端与MOS管驱动电路控制端口相连，该MOS管驱动电路输出端分别与DC-DC升压变压器输入端相连，该DC-DC升压变压器输出端分别与整流滤波电路输入端相连，该升压变压器输出端口还与第二控制器电源端口相连；
该整流滤波电路模块的输出端为三相H桥式驱动电路提供直流电压；
所述三相H桥式驱动电路输出端经峰值电流抑制电路输出；
所述三相H桥式驱动电路的控制端口组分别与所述第二控制器的控制端口组相连；
所述三相H桥式驱动电路的输出端与电流检测模块的输入端相连，该电流检测模块的输出端与所述第二控制器的电流检测端口相连；
所述三相H桥式驱动电路的输出端还连接有过零转速检测电路，该过零转速检测电路的输出端口与第二控制器的第一检测端口相连。
为更好的实现本发明，可进一步为：所述电源模块包括DC电源、滤波电路和DC降压电路，所述DC电源输出端与所述滤波电路相连，所述滤波电路输出端与所述DC降压电路相连，所述DC降压电路第一输出端与所述第一控制器电源端相连，所述DC降压电路第二输出端与MOS管驱动电路的电源端相连。
进一步地：所述DC降压电路包括第一三极管(G1)和第二三极管(G9)，第一三极管(G1)的基极经第二电阻(R2)与控制器的K1端口相连，三极管发射极接地，第一三极管(G1)的基极与发射极之间分别跨接有第三电容(C3)和第四电阻(R4)，第一三极管(G1)集电极与第一电阻(R1)的第一端相连，该第一电阻(R1)的第二端经第六电阻(R6)与电源的正极相连；
该第一电阻(R1)的第二端还分别与控制器的K0控制端口和MOS管的栅极相连，该MOS管的漏极与电源正极相连，源极为第二电压输出端口；
第二三极管(G9)的基极依次经第七电阻(R77)和第八电阻(R82)分别与控制器的K2端口和第一三极管(G1)的基极相连，第九三极管(G9)集电极经第五电阻(R64)与第四MOS管(T4)的栅极相连，该第四MOS管(T4)源级与电源正极相连，该第四MOS管(T4)漏级为第二输出端，在电源正极与第九三极管(G9)集电极之间跨接有第九电阻(R83)。
进一步地：所述峰值电流抑制电路包括第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)三相H桥式驱动电路三个输出端口分别与第四电感(L4)、第三电感(L3)和第五电感(L5)的第一端相连，所述第四电感(L4)、第三电感(L3)和第五电感(L5)的第二段分别为输出端。
进一步地：述第二控制器的电流采集端口与电流检测模块的输出端口相连，该电流检测模块对流经三相H桥式驱动电路的电流进行监测。
进一步地：所述峰值电流抑制电路还包括继电器(K1)和第一三极管(G13)，在第五电感(L5)和第三电感(L3)的第二端分别与继电器(K1)的常开开关触点相连，继电器(K1)的电磁线圈一端与电源相连，该电磁线圈另一端与第一三极管(G13)的集电极相连，该第一三极管(G13)发射极接地，该第一三极管(G13)的基极经第一电阻(R106)与控制器的控制端口R相连，在第一三极管(G13)基极与发射极之间还分别跨接有第十电容(C72)与第十电阻(R107)。
本发明的有益效果为：第一，实现通过控制磁电机旋转，带动启动发动机。在启动过程中，启动模块能够自动检测转速，自动停止驱动，并且能够实时监测电流电压以及温度等众多信息，在异常情况下能够及时关闭启动模块，防止在异常情况下造成启动模块损坏。
第二，发动机启动模块整体重量轻，成本更低，体积更小，还省去了启动继电器、启动马达、启动齿圈，使整机的结构也得到了简化，使机组更方便携带，运输成本也更低。同时即便是在低温(零下-25℃)情况下，启动成功率也无限接近100％，成功解决了现有逆向启动技术存在的易损坏、扭矩低、低温不易启动、启动成功率低等问题，也解决手动启动系统的系列缺陷。
第三，本发明用电子模块的结构取代传统马达的方式启动机组，既可以降低成本减轻整机重量，同时也解决了逆向启动技术现有的问题。在同等电池条件下，本发明的连续启动次数比传统的启动方式提高一倍以上，且启动成功率接近100％，完全可以取代现有技术。本发明还实现了长时间上电待机功能，为后续整机的智能化管控和用户远程控制机组的实现奠定了基础。且在通用汽油机以及摩托车领域中，所有通过磁电机逆向启动动力的应用都可以使用此方案的原理。
附图说明
图1为本发明220V系统电路结构图；
图2为本发明100V至120V系统电路结构图；
图3为DC降压电路结构图；
图4为MOS管驱动电路和DC-DC升压变压器结构图；
图5为三相H桥式驱动电路和峰值电流抑制电路结构图；
图6为第一控制器分别与转速检测电路和熄火电路的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1、图3至图6所示为第一实施例：一种通用汽油机逆向启动模块电路，包括第一控制器、第二控制器和电源模块，该第一控制器为第一单片机，该第二控制器为第二单片机，第一控制器输入端口组分别连接有温度检测模块、阻风门控制模块、转速检测模块和熄火模块。
电源模块包括DC电源、滤波电路和DC降压电路，DC电源输出端与滤波电路相连，滤波电路输出端与DC降压电路相连，DC降压电路第一输出端与第一控制器电源端相连，DC降压电路第二输出端与MOS管驱动电路的电源端相连。
第一控制器输出端与MOS管驱动电路控制端口相连，该MOS管驱动电路输出端分别与DC-DC升压变压器输入端相连，该DC-DC升压变压器输出端分别与整流滤波电路输入端相连，该升压变压器输出端口还与第二控制器电源端口相连；
该整流滤波电路模块的输出端为三相H桥式驱动电路提供直流电压；
三相H桥式驱动电路输出端经峰值电流抑制电路输出；
三相H桥式驱动电路的控制端口组分别与第二控制器的控制端口组相连；
三相H桥式驱动电路的输出端与电流检测模块的输入端相连，该电流检测模块的输出端与第二控制器的电流检测端口相连；
三相H桥式驱动电路的输出端还连接有过零转速检测电路，该过零转速检测电路的输出端口与第二控制器的第一检测端口相连。
如图3所示为DC降压电路：DC降压电路包括第一三极管G1和第二三极管G9，第一三极管G1的基极经第二电阻R2与K1端口相连，三极管发射极接地，第一三极管G1的基极与发射极之间分别跨接有第三电容C3和第四电阻R4，第一三极管G1集电极与第一电阻R1的第一端相连，该第一电阻R1的第二端经第六电阻R6与电源的正极相连；
该第一电阻R1的第二端还分别与K0控制端口和MOS管的栅极相连，该MOS管的漏极与电源正极相连，源级为第二电压输出端口；
第二三极管G9的基极依次经第七电阻R77和第八电阻R82分别与控制端口K2和第一三极管G1的基极相连，第九三极管G9集电极经第六电阻R64与第四MOS管T4的栅极相连，该第四MOS管T4源级与电源正极相连，该第四MOS管T4漏级为第二输出端，在电源正极与第九三极管G9集电极之间跨接有第九电阻R83。
DC降压电路的输入是连接DC电源，该DC电源为电池，除了开关变压器外的其他用电电路均是在输出端M1和输出端M3之后。而在DC电源工作前，开关变压器的两颗MOS管T3和第四MOS管T4是截止的，因此变压器一直是开路状态，回路只存在MOS的DS的漏电流，该电流是nA级，完全可以忽略不计。
因此整个模块在待机时，只有电容C2、C4和E1、E2、E3以及第一三极管G1、G9的漏电流，这些电流之和小于10uA。以1AH的电池为例，如果排除电池自身的损耗，本模块可以连续待机11年。
如图4所示：包括三极管G7和三极管G6组成的推挽电路，控制端口P1B与第一控制器的控制端口相连，三极管G7和三极管G6的公共端控制MOS管T1的开关，三极管G4和三极管G3组成的推挽电路，控制端口P1A与第一控制器的控制端口相连，三极管G4和三极管G3的公共端控制MOS管T2的开关，MOS管T1和MOS管T2在分别在对应的推挽电路作用下快速开断，使得电感B1上的电压升高，电感B1通过互感使得对应的线圈电压升高，再经过稳压滤波输出。
如图5所示：三相H桥式驱动电路包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，第一桥臂包括MOS管V1和MOS管V2，DXHO端和DRLO端分别为第一桥臂控制端，DXSO为第一桥臂输出端，第二桥臂包括MOS管V3和MOS管V4，DXH1端和DRL1端分别为第二桥臂控制端，DXS1为第二桥臂输出端，第三桥臂包括MOS管V5和MOS管V6，DXH2和DRL2分别为第三桥臂控制端，DXS2为第三桥臂输出端，该第一桥臂控制端、第二桥臂控制端和第三桥臂控制端与第二控制器的控制端组相连。DXS0、DXS1和DXS2三个输出端与峰值电流抑制电路输入端相连，该峰值电流抑制电路输出端与电机相连。第二控制器通过第一桥臂控制端、第二桥臂控制端和第三桥臂控制端分别来调节六个晶体管V1、V2、V3、V4、V5和V6的导通顺序和导通时间来调整电机旋转方向和转速。
峰值电流抑制电路包括第四电感L4、第三电感L3、第五电感L5、继电器K1和第一三极管G13，三相H桥式驱动电路三个输出端口分别与第四电感L4、第三电感L3和第五电感L5的一端相连，在第五电感L5和第三电感L3的另一端分别与继电器K1的常开开关触点相连，继电器K1的电磁线圈一端与电源相连，该电磁线圈另一端与第一三极管G13的集电极相连，该第一三极管G13发射极接地，该第一三极管G13的基极经第一电阻R106与控制端口R相连，在第一三极管G13基极与发射极之间还分别跨接有电容C72与第一电阻R107。
设置的第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5，目的是遏制启动过程中的峰值电流，防止模块因峰值电流过大导致错误识别为过流状态而关闭模块。
第二控制器控制继电器K1，在模块不工作期间，K1保持断开，当第二控制器执行启动机器指令时，继电器K1保持连接。在整个启动过程中，继电器K1通过端口P8连接系统的电机，当机组启动后继电器K1立即断开连接。当模块检测到机组已经启动或成功启动后，就切断继电器让模块内的其他电子元器件同整个磁电机脱离，继电器不用完全切断三根驱动线，只需切断驱动输出的任意两相即可。
如图6所示：当模块上电后，第一控制器首先采集机组转速信号，若有转速则控制可控硅SCR1将触发信号或其他控制点火器点火的信号短路，使机组熄火不工作。反之，则根据温度情况，通过集成电路U3或者分离器件替代U3亦可，驱动步进电机完成对阻风门的调整。当机组完成启动，以及光藕OP1传递来故障信号时，第一控制器通过K2关闭DC降压电源，从而关闭整个模块，尽可能的节省电池电量。
本实施例工作原理：DC电源为12V蓄电池或10.8V锂电池，经过滤波电路滤波后，第一支路经DC-DC升压器后将电压升至150V至250V，该DC-DC升压器直接用于三相直流电机全桥驱动电路以用来驱动永磁电机。
第二支路经DC降压电源电路分别给MOS管驱动电路和第一控制器供电。该DC降压电路是本发明实现长时间上电待机的关键。
当启动模块电路上电后，第一控制器首先通过转速检测电路采集机组转速信号，若有转速则控制可控硅SCR1将通过熄火电路触发信号短路，使机组熄火不工作。反之，第一控制器通过温度检测电路，得到的温度情况，通过集成电路U3完成对阻风门的调整。当机组完成启动，以及光耦OP1传递来故障信号时，第一控制器通过连接点K2关闭DC降压电源，从而关闭整个模块，尽可能的节省电池电量。
第二控制器通过与过零转速检测电路和电流检测电路相连，完成多种信号的采集，同时，第二控制器自带H桥驱动，具有直接驱动三相H桥的能力，第二控制器输出驱动信号经处理后驱动三相H桥式驱动电路的功率管。该功率管可以由IGBT或MOSFET功率管等6只组成，根据不同永磁电机的电机参数可以更换不同的驱动和驱动功率管。
在三相H桥式驱动电路输出端经峰值电流抑制电路输出，该峰值电流抑制电路包括L3、L4、L5三只电感，目的是遏制启动过程中的峰值电流，防止启动模块因峰值电流过大导致错误识别为过流状态而关闭模块。设置的继电器K1，当启动模块检测到机组已经启动后，就切断继电器K1让启动模块内的其他电子元器件同整个磁电机脱离，继电器K1不用完全切断三根驱动线，只需切断驱动输出的任意两相即可。
如图2、图3至图6所示为第二实施例：对于100V～120V电网系统，在跟实施例1其他结构相同的情况下，可以省去继电器K1及其控制电路，只保留第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5，也可实现功能。

Claims (6)

1.一种通用汽油机逆向启动模块电路，其特征在于：包括第一控制器、第二控制器，所述第一控制器输入端口组分别连接有温度检测模块、阻风门控制模块、转速检测模块和熄火模块，所述第一控制器电源端口与电源模块相连；
所述第一控制器输出端与MOS管驱动电路控制端口相连，该MOS管驱动电路输出端分别与DC-DC升压变压器输入端相连，该DC-DC升压变压器输出端分别与整流滤波电路输入端相连，该升压变压器输出端口还与第二控制器电源端口相连；
该整流滤波电路模块的输出端为三相H桥式驱动电路提供直流电压；
所述三相H桥式驱动电路输出端经峰值电流抑制电路输出；
所述三相H桥式驱动电路的控制端口组分别与所述第二控制器的控制端口组相连；
所述三相H桥式驱动电路的输出端与电流检测模块的输入端相连，该电流检测模块的输出端与所述第二控制器的电流检测端口相连；
所述三相H桥式驱动电路的输出端还连接有过零转速检测电路，该过零转速检测电路的输出端口与第二控制器的第一检测端口相连。
2.根据权利要求1所述一种通用汽油机逆向启动模块电路，其特征在于：所述电源模块包括DC电源、滤波电路和DC降压电路，所述DC电源输出端与所述滤波电路相连，所述滤波电路输出端与所述DC降压电路相连，所述DC降压电路第一输出端与所述第一控制器电源端相连，所述DC降压电路第二输出端与MOS管驱动电路的电源端相连。
3.根据权利要求2所述一种通用汽油机逆向启动模块电路，其特征在于：所述DC降压电路包括第一三极管(G1)和第二三极管(G9)，第一三极管(G1)的基极经第二电阻(R2)与控制器的K1端口相连，三极管发射极接地，第一三极管(G1)的基极与发射极之间分别跨接有第三电容(C3)和第四电阻(R4)，第一三极管(G1)集电极与第一电阻(R1)的第一端相连，该第一电阻(R1)的第二端经第六电阻(R6)与电源的正极相连；
该第一电阻(R1)的第二端还分别与控制器的K0控制端口和MOS管的栅极相连，该MOS管的漏极与电源正极相连，源极为第二电压输出端口；
第二三极管(G9)的基极依次经第七电阻(R77)和第八电阻(R82)分别与控制器的K2端口和第一三极管(G1)的基极相连，第九三极管(G9)集电极经第五电阻(R64)与第四MOS管(T4)的栅极相连，该第四MOS管(T4)源级与电源正极相连，该第四MOS管(T4)漏级为第二输出端，在电源正极与第九三极管(G9)集电极之间跨接有第九电阻(R83)。
4.根据权利要求1所述一种通用汽油机逆向启动模块电路，其特征在于：所述峰值电流抑制电路包括第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)三相H桥式驱动电路三个输出端口分别与第四电感(L4)、第三电感(L3)和第五电感(L5)的第一端相连，所述第四电感(L4)、第三电感(L3)和第五电感(L5)的第二段分别为输出端。
5.根据权利要求1所述一种通用汽油机逆向启动模块电路，其特征在于：所述第二控制器的电流采集端口与电流检测模块的输出端口相连，该电流检测模块对流经三相H桥式驱动电路的电流进行监测。
6.根据权利要求4所述一种通用汽油机逆向启动模块电路，其特征在于：所述峰值电流抑制电路还包括继电器(K1)和第一三极管(G13)，在第五电感(L5)和第三电感(L3)的第二端分别与继电器(K1)的常开开关触点相连，继电器(K1)的电磁线圈一端与电源相连，该电磁线圈另一端与第一三极管(G13)的集电极相连，该第一三极管(G13)发射极接地，该第一三极管(G13)的基极经第一电阻(R106)与控制器的控制端口R相连，在第一三极管(G13)基极与发射极之间还分别跨接有第十电容(C72)与第十电阻(R107)。
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