CN108370232A - 用于控制电风扇的方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于控制电风扇的方法，该电风扇包括电机和用于控制电机的电子设备，该方法包括用于控制电机速度的步骤，用于控制电机功率的步骤作为用于控制速度的步骤的替代方案；用于控制功率的步骤包括用于监视由电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK的步骤和用于调节由电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK的步骤，用于调节由电动机吸收的电功率PIN；FEEDBACK的步骤包括将作为功率设置点PIIN,REF和由电机吸收的功率PIIN；FEEDBACK之间的差值的函数的变化量Δfreq施加到电机的供电频率。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制电风扇的方法，尤其涉及用于控制汽车应用中的风扇的电机的方法。
背景技术
电风扇广泛用于汽车领域，具有冷却和从辐射体移走热量的功能，也就是用于冷却热交换器，例如用于冷却电机(引擎冷却)的辐射器、用于空调的辐射器、用于冷却油(油冷却)的辐射器。
简而言之，电风扇包括电机、用于控制电机的电子设备、以及由限定整个系统或驱动的电机所驱动的风扇。
控制电子设备的显著特征还在于保护电机和电子设备免受例如由特别严苛的操作环境所确定的任何过热或过高温度，诸如高的环境温度或突然的回缩。
更具体地，在如下的风扇中过热是脆弱的，该风扇包括封闭和/或密封型的电机，其中安装有控制电子设备，其中热耗散尤为重要并且必须被显著减少。
通常，电风扇和控制电子设备的特征在于精确的温度变动，其中操作是优化且安全的，并且确保标称的性能。
如果电机中存在超过容许最大值的温度升高，即使其运行在标称值，为了保护控制电子设备尤其是电子组件免受可能的损坏，也有必要中止。
一种控制策略包括，在温度升高超过容许值的情况下，为了保护电子设备，使电机“降级”，也就是说与不再被保证的标称性能水平相比，降低效率和功率输出。
降级也被称为“热降额(thermal derating)”，其在实际上为了抵消例如外部温度的升高而降低电机的工作温度。
作为场景的部分，任何降额方法的设计要求中的一个设计要求必须确保电风扇运行在尽可能接近由所使用的组件的规格允许的极限值的情况下的最大可用性。
目前能够防止过热的最先进的控制过程接收来自驱动内的一个或多个温度传感器的反馈，对驱动本身的过热，尤其是电子板的过热做出反应，降低所控制的电机的旋转速度。
这些处理试图减低工作温度，暂时限制性能，也就是电机的旋转速度。
然而，这种降额可能是过度的，因为电机速度的直接降低不考虑吸收的电功率实际改变多少，并且这个事实几乎总是转变成驱动的过保护。
同时，一方面，类似的方法有利于保护电风扇免遭由于其组件的过度过热而造成的潜在损坏，另一方面，相关的随后的性能降低可能引发热交换器过热的问题：换言之，用户可能在电风扇被过保护时遭受损失。
通常，驱动包括微控制器和诸如MOSFET的多个电功率组件，以及其他电子组件。
已知的控制方法包括监视微控制器或者其安装在的电路板以及功率MOSFET的温度；如果MOSFET的温度到达相应的最大阈值温度，则停止电机。
参考图1A和图1B，关于该已知控制方法，考虑微控制器的温度，如果微控制器的温度Tmicro达到相应的第一阈值温度Tder，处理被激活用于以电机速度的相应减小来降级电风扇的性能，例如具有成比例误差T，从标称速度Vn的工作条件开始，达到值Vmin，超过该值电风扇继续以与标称速度相比极度减小的恒定速度进行旋转。
如果即使降级，微处理器的温度继续上升至第二阈值温度Tmax，电机停止并且速度变为0。
实际上，降级是基于温度误差由例如PI的调节设备来进行控制；在此情况下，未示出，其中在电机停止之前微控制器的温度再次降至Tder以下，速度再次升高到Vn。
这样的控制和保护方法的主要不足在于，如所述，在特定条件下，在过高温度是由经过相对短时间的瞬态时间引起的情况下，电风扇的旋转速度可能过度降低，将电风扇安装在的整个装置置于风险状态。
在该背景下，本发明的主要目的是克服上述不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高整个装置的安全性的用于控制电风扇的方法，避免电风扇的降级或者甚至太突然的关闭。
本发明的另一目的是提供一种控制方法，该控制方法在实际上没有使用过度保护的情况下，允许电风扇在与所使用的组件的物理极限兼容的温度下提供最大性能。
所示的技术目的和至少所指定的目的本质上通过根据权利要求1所述的控制方法来实现。
附图说明
本发明另外的特征和优势在下面参考如附图中示意性示出的电风扇的控制方法的优选、非限制性实施例进行的详细描述中更加清楚，其中：
-图1A示出已知类型的控制方法中作为时间的函数的微控制器的温度曲线图的示例；
-图1B示出与已知类型的控制方法的图1A的曲线图相关的作为时间的函数的电机旋转速度的曲线图；
-图2示出描述根据本发明的控制方法的完成状态机；
-图3示出本发明的优选实施例中用于调整驱动中的温度的系统调节器的示意图。
-图4示出作为图3的曲线图中读取时间的函数的参考量的趋势的示例。
具体实施方式
参考图2，数字1表示完成状态机，基于其概括地描述用于控制电风扇的方法。
根据本方法优选控制的基本上已知类型且未示出的电风扇简言之包括电机、由电机驱动的风扇、以及用于驱动和控制电机的电子板。
电子板优选容纳在电机内，而电机优选是密封类型。
更具体地，以非限制示例的方式，以下参考包括电子系统的致动器，该电子系统命令并且控制带有永磁体的三相无刷正弦电机，该三相无刷正弦电机进而驱动目的在于冷却汽车应用中的热交换器群组的通风单元(风扇和传送器)。
电子板包括微控制器和用于控制电机并向其供电的电子功率单元，电子功率单元例如且优选地包括将进行明确参考的MOSFET。
微控制器具有相关温度TD，MOSFET具有相关温度TM。
参考图2，在基于状态的逻辑方面，该方法包括电扇的三个工作状态。
在第一状态，称为正常(NORMAL)并且由数字10来表示，电风扇在标称工作条件下工作直至：
T≤(T1+δ1)
其中：
T是电子板上测量到的温度。
T例如是都被监视的微控制器的温度或者MOSFET的温度，也就是T＝TD或TM；
T1是电子板的最大标称工作温度。
T1例如是微控制器的最大标称工作温度或者MOSFET的最大标称工作温度。
δ1是最大标称工作温度的滞后，超出该最大标称工作温度，它将变为热降额。
如果只是接近阈值T1的温度振荡，或者例如测量T受到测量噪声的影响，为了不会不必要地激活下面详细描述的控制方法，需要这样的滞后。
当T>(T1+δ1)变为第二状态，称为降额并且由数字20表示。
在降额状态，驱动的电功率被控制为降低温度并且将其调整到上面所示的值T1，如下面详细所述。
降额状态实际上限定了用于调节控制电子设备的温度的步骤。
实际上，在电子板上测量到的温度的误差决定由电风扇尤其是电机吸收的电功率的调节。
降额状态保持到T1≤T<T2。
T2是电子板的阈值工作温度。
T2例如是微控制器的最大允许温度或者MOSFET的最大允许温度。
T明显感知电风扇工作所在的环境温度的影响。
从降额状态开始，如果例如由于环境温度降低，在电子板上测量的温度降至最大标称工作温度以下，也就是T<T1，电风扇优选以下面所述的方式逐渐返回到标称操作——正常状态。
从降额状态开始，如果另一方面由于过度过热，在电子板上测量的温度超过电子板的工作阈值，也就是T≥T2，变到称为超过最大(OVER_MAX)并且标记30的第三状态。
该状态中断电风扇的运行直至T≥T1。
当该条件变为负(即，T<T1)，所述系统返回到正常状态并且电风扇能够再次正常运行。
优选地，在正常运行条件下，以基本已知的方式，由速度(速度控制)通过适合的速度设置点来控制电风扇。
未描述的适当的命令向驱动通知转到上述功率控制的需要。该命令例如由电风扇安装所在的装置的控制单元来通知。例如，当电风扇在标称条件下停止工作时，发生对于功率控制的改变。
参考图3，数字100表示用于通过控制电机吸收的功率来调节电子板的温度T的系统调节器。
在所示示例实施例中，系统100包括由数字101表示的第一比例积分调节器PIPOWER。
调节器101用于将电机吸收的功率控制到预定值，产生电机的供电功率的随后变化量Δfreq。
调节器101在输入处具有功率设置点PIN,REF和由电机吸收的功率的直接读数PIIN,FEEDBACK，并且通过Δfreq提供贡献。
功率设置点PIN,REF和值PIIN,FEEDBACK在加法器节点102中代数相加，在加法器节点102的输出处可以获取功率误差：
PIN,REF-PIIN,FEEDBACK
在标称条件下，也就是上述正常状态中，也就是如图3所示的降额关闭，该调节器101的设置点来自附图标记103表示的参考生成器PIN,REF。
为了从当前功率值PIN(tPMAX,ON)变为期望值PMAX，生成器103提供参考信号。
当控制单元命令从速度控制改变至功率控制时，驱动考虑从PIN(tPMAX,ON)开始的斜坡。
电风扇实际上被控制在恒定功率工作模式；电机吸收的电功率是被调整的量，而电机旋转速度的变化实际上是结果。
调节器101优选具有限制至下面的极限值的输出：
-LIMPOWER,HIGH：最大输出值，默认设置为功率控制中的最大调节频率PMAX,EIFreqMAX与速度控制中的最大频率EIFreqNEN之间的差值；
-LIMPOWER,LOW；最小输出值，默认设置为0；如此，当在功率控制中时，PIPower通过在EIFreqMAX和EIFreqNEN之间改变电频率，也就是通过“Δ频率”，将电机的功率保持在PMAX：
0≤Δfreq≤(EIFreqMAX-EIFreqNEN)
实际上:
-LIMPOWER,HIGH＝EIFreqMAX-EIFreqNEN；
-LIMPOWER,LOW＝0，如果降额关闭；
-LIMPOWER,LOW＝-(EIFreqMAX-EIFreqMIN)，如果降额开启。
直至PIIN,FEEDBACK保持小于PIN,REF，Δfreq为正，确定电机的加速。
当PIIN,FEEDBACK＝PIN,REF，调节器停止加速电机。
在热降额的情况下，降额开启，参考图3，为了实际上对Δfreq具有负贡献并且减小由电机吸收的功率从而减低其旋转速度，调节器101由附图标记104所表示的比例积分调节器PITEMP来控制。
调节器104优选与调节器101基本相似。
调节器104相对动态地降低从初始降额值PIN(tDERATING)开始的功率设置点PIIN,REF。
调节器104通过加法器节点105在输入处具有温度误差TDERATING,REF-TFEEDBACK，其中：
-TDERATING,REF是降额步骤期间的参考温度。
-TFEEDBACK是与上述T对应的在电子板中测量的温度。
当触发降额时，TFEEDBACK大于T1+δ1。
随着该启动，它在反馈大于等于T1的整个时间内保持在降额状态。
调节器104的输出是在加法器节点106中被增加到降额PIN(tDERATING)开始时所记录的电功率值的功率设置值，降额PIN(tDERATING)由对应的框107表示。
加法器节点106确定例如图4中所示的电功率的设置点PIN,REF降低到值PIN,STEADY-STATE。
在降额开启的情况下，在加法器节点102，在输入处提供该设置点。
当PITEMP的输出停止演化时，也就是温度误差(TDERATING,REF–TFEEDBACK)＝0时，PIN,REF将停留在稳态值。
在降额期间，LIMPOWER,LOW＝-(EIFreqMAX–EIFreqMIN)也就是最大电频率与最小电频率之间的差值允许所讨论的启动。
减号允许与Δfreq<0一起使用，因此获取链接到由PITEMP管理的功率减小的减速。
如果测量温度是TFEEDBACK<TDERATING,REF，PITEMP将再次升高，升高PIPOWER的设置点，并且产生加速度直至将系统返回到标称工作条件，也就是正常状态。
本发明实现重要的优点。
控制方法或算法能够保护电气和电子设备免受驱动单元的运行期间可能发生的过高温度。
该方法实际上是基于最关键的组件所允许的最高温度的直接控制的“温度降额”过程，通过持续控制使其始终保持在最大允许极限，通过这种方式向用户保证最大可能的热性能。
上述控制算法作用于电机内的过高温度的“直接随机”因素，也就是说与电机本身吸收的功率直接相关的功率损耗，而不是包括电机速度的“非直接”因素，该“非直接”因素另一方面感受不到由诸如装置的速度动力、由于温度和纬度造成的空气密度变化的现象引起的吸收因而耗散的功率变化。
该控制方法通过对于电机所吸收的功率的持续控制，以直接且准确的方式来调整最大可能工作温度，电机吸收的功率优选地通过处理电压和电流反馈信号是可测量的。
而且，控制方法能够静态和动态响应，总结而言以完全独立的方式，不像包括整个驱动控制系统的其他处理。
这不同于仅通过速度进行控制的系统，其中驱动无论输入功率如何都接收电频率设置点以进行选择。
Claims (5)
1.一种用于控制电风扇的方法，所述电风扇包括电机和用于控制所述电机的电子设备，所述方法包括：
控制所述电机的速度的步骤，
所述方法的特征在于：其包括
替代速度控制步骤的功率控制所述电机的步骤，功率控制步骤包括：
-监视由所述电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK的步骤；
-调节由所述电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK的步骤，包括；
-作为功率设置点PIIN,REF和由所述电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK之间的差值的函数，将变化量Δfreq施加到所述电机的供电频率的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述电风扇的第一工作状态，所述功率设置点PIIN,REF来自参考生成器(103)，所述参考生成器(103)向PIPower调节器(101)提供参考信号，所述参考信号用于将所述电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK从吸收功率的测量值PIN(tPMAX,ON)改变到预定值PMAX。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述调节器PIPower(101)被限制在在如下两值之间的输出
-最大值LIMPOWER,HIGH，其被默认设置为与在所述功率控制期间所述电机所吸收的最大功率对应的最大频率EIFreqMAX和所述速度控制期间允许的最大频率EIFreqNEN的差值，以及
-最小值LIMPOWER,LOW，其被默认设置为0；通过这种方式，当在功率控制中，所述PIPower调节器(101)将电频率在EIFreqNEN与EIFreqMAX之间变化，将所述电机的功率保持到所述预定值PMAX。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述功率设置点PIIN,REF由第二调节器PITEMP(104)控制，所述第二调节器PITEMP(104)减小从初始值PIN(tDERATING)开始的所述功率设置点PIIN,REF。
5.根据权利要求4所述的方法，包括：
-用于设置所述控制电子设备的最大标称工作温度T1的步骤；
-用于设置所述最大标称工作温度的滞后δ1的步骤；
-用于监视所述控制电子设备的温度T的步骤；
-用于使用所述调节由所述电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK的步骤，来调节所述控制电子设备的温度T的步骤，调节所述控制电子设备的温度T的步骤开始于所述控制电子设备的温度T超过T1+δ1，
其中所述第二调节器PITEMP(104)通过加法器节点(105)在输入处具有温度误差TDERATING,REF-TFEEDBACK，其中：
-TDERATING,REF是在调节所述温度T的步骤期间的参考温度；
-TFEEDBACK是在所述控制电子设备中测量的与所述温度T对应的温度，TFEEDBACK在调节所述温度T的步骤期间大于或等于T1，所述第二调节器PITEMP(104)的输出是功率设置点，该功率设置点在第二加法器节点(106)中被增加到当所述调节由所述电机吸收的电功率PIN；FEEDBACK的步骤开始时所记录的电功率值PIN(tDERATING)。
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