CN1143153A

CN1143153A - 用于控制汽车冷却风扇的装置

Info

Publication number: CN1143153A
Application number: CN96104996A
Authority: CN
Inventors: 金容虎; 李英植
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: KR970011318A; KR0121950B1; CN1065315C; JPH0953450A; US5718373A; JP3836902B2

Abstract

一种用来控制汽车冷却风扇的装置，其中利用温度传感负阻元件，其电阻随温度上升而减少，随温度下降而增大。为此，若冷却水温度未超过某定值时，冷却风扇电机就不被驱动。若温度超过某定值时，冷却风扇电机以与动态温度变化成比例地被驱动。因此，可以改变冷却风扇的速度，进而提高冷却操作的效率。

Description

用于控制汽车冷却风扇的装置

本发明涉及一种用于控制汽车冷却风扇的装置，具体地说，本发明涉及这样一种用于控制汽车冷却风扇的装置，其中利用具有负阻特性的温度检测元件，使得冷却风扇的转速可以按照冷却水温度的改变进行控制。

大多数汽车使用水冷方法以防止发动机过热。如果发动机过热，就不能仅使用冷却水循环以返回到正常温度，因为冷却水温也太高。因此，需要一种装置把冷却水维持在正常温度，例如需要一冷却风扇。因而，必须提供一种通过检测冷却水温度来控制冷却风扇操作的装置。

图1说明一种控制汽车冷却风扇的常规技术，其说明了一种常规的汽车冷却风扇控制电路。

如图1所示，常规的汽车冷却风扇电路包括：冷却风扇电机M；用来限制冷却风扇电机的电流的电阻R，其用以控制冷却风扇的速度；以及控制开关SW，它由用来直接向冷却风扇电机M供电的第一端，及用电阻R与其相连接的第二端，以及切断冷却风扇电机电源的第三端构成。

上述的常规汽车冷却风扇控制电路按如下方式操作。如果冷却水温度不超过第一设定值，控制开关THM SW就处于第三端，因而不驱动冷却风扇电机。因为控制开关THM SW把冷却水温度转换成电信号以执行切换操作，所以控制开关是一种热电式(thermo)开关。

如果冷却水温度超过第一设定值，控制开关SW就检测温度，并把开关转向第二端。相应地，冷却风扇电机M以低速旋转，其电流受电阻R的限制。

如果发动机温度超过第二设定值，控制开关SW就使开关转向第一端。从而在高速下驱动冷却风扇电机M。

然而在上述的常规的冷却风扇控制装置中，冷却风扇电机的转速使用一个电阻进行控制，因此，冷却风扇电机的速度控制范围非常窄。相应地，随着时间都在改变的汽车发动机的温度不能充分地被控制，冷却风扇不能在高效率方式下运转，结果使汽车发动机的寿命被缩短。

有鉴于此，本发明的目的在于克服上述常规技术中的缺陷。

本发明的另一个目的在于提供一种在宽的转速范围内高效率地控制汽车冷却风扇的装置。

本发明的再一个目的在于提供一种通过高效率地控制冷却风扇的转速来维持汽车发动机温度的装置。

为了达到这些和其它的目的，本发明提供一种用来控制汽车冷却风扇的装置，该装置利用一种温度传感负阻器件，其电阻随温度升高而减小，随温度下降而增加。为此，如果冷却水温度不超过某定值，冷却风扇电机就不被驱动。如果温度超过某定值，冷却风扇电机就以和动态温度变化成比例也被驱动。因此，可以改变冷却风扇的速度，并因此使冷却操作成为高效率的。

本发明的上述目的和其它优点通过参考附图详细说明本发明的实施例会使其更加清楚。

附图简要说明：

图1是常规的汽车冷却风扇控制电路示意图；

图2A-2C是按照本发明的汽车冷却风扇控制装置示意图；以及

图3A-3D是图2装置的主要部分的波形示意图。

按照本发明的汽车冷却风扇控制装置示于图2。

在此装置中，冷却水温度检测部分10使用温度传感负阻器件检测冷却水温度，其把检测的温度转变成电信号，当冷却水的温度超过某个值时输出控制指令，而当冷却水的温度低于某个值时不输出控制指令。

电流指令部分20接收来自冷却水温度检测部分10的控制信号，并根据控制信号输出电流指令。电流模式判定部分30接收来自电流指令部分20的电流指令，当电流指令超过某个值时指令增加电流，从而使得利用最大电压驱动冷却风扇。脉宽比较部分40接收来自电流指令部分20的电流指令和来自电流检测部分60的电流检测信号，并比较这两组信号。输出逻辑电路部分50接收脉宽比较部分40的输出信号，并接收时钟信号，其输出控制信号，即具有某一占空比的信号。输出驱动电路部分70接收输出逻辑电路部分50的输出信号，并把接收到的信号转换为适合于驱动冷却风扇电机的信号。主电源电路部分80接收输出驱动电路部分70的驱动控制信号，从而直接地控制冷却风扇电机。电流检测部分60检测流过电机中的电流，并将其放大为适当的可控电压，然后把它输出给脉宽比较部分。

冷却水温度检测部分10还包括：一端和参考电压V_ref相连接的电阻R11；连接在电阻R11另一端和地之间的负阻NTC13；其一端和电阻R11的另一端相连接的电阻R12；一端和电阻R12的另一端相连接的电阻R14；其正端和电阻R14另一端相连接的电容C15；其反相输入端和电阻R12的另一端相连接的OP放大器OP16，其输出端和电容C15的负端相连接；以及连接在OP放大器OP16的同相输入端和地之间的参考电压V1。

电流指令部分20还包括：OP放大器OP21，其同相输入端和OP放大器OP16的输出端相连，其反相输入端和其输出端彼此相连接；电阻R22，其一端和OP放大器OP21的输出端相连接；以及电阻23，被连接在电阻R22的另一端和地之间。

电流模式判定电路30还包括：比较器OP31，其同相输入端和比较电压Vfull相连接，其反相输入端和OP放大器OP21的输出端相连接。

脉宽比较部分40还包括；比较器OP41，其同相输入端和电阻R22的另一端相连。

输出逻辑电路部分50还包括；“与非”门NAND51，其输入端1和比较器OP41的输出端相连接；“与非”门NAND52，其输入端1和“与非”门NAND51输出端3相连接，其输入端2和时钟脉冲相连接，其输出端3和“与非”门NAND51的输入端2相连；以及“与”门AND53，其输入端1和比较器OP31的输出端相连接，其输入端2和“与非”门NAND51的输出端相连。

输出驱动电路部分70还包括：晶体管Q72，其基极和“与”门AND53的输出端相连接，其发射极接地；电阻R71连接在晶体管Q72的集电极和电源Vdc之间；晶体管Q74，其基极和晶体管Q72的集电极相连接，其集电极接地；以及晶体管Q73，其基极和晶体管Q72的集电极相连接，其发射极和晶体管Q74的发射极相连接，其集电极和电源Vdc相连接。

主电源电路部分80还包括：二极管D81，其阴极和电源Vdc相连接；电阻82，其一端和晶体管Q73的发射极相连接；晶体管Q84，其栅极和电阻Q82的另一端相连接，其漏极和二极管D81的阳极相连接；以及电阻R85，连接在晶体管Q84的源极和地之间。

电流检测部分60还包括：电阻R63，其一端和晶体管Q84的源极相连接；OP放大器OP64，其同相输入端和电阻R63的另一端相连接，其输出端和比较器OP41的反相端相连接；电阻器R61，连接在OP放大器OP64的输出端和OP放大器OP64的反相输入端之间；以及电阻R62，连接在OP放大器OP64的反相输入端和地之间。

现在说明按上述构成的本发明的装置的操作。

按照温度的变化，负阻器件NTC13其当温度上升时降低其电阻值，当温度降低时升高其电阻值。利用这种功能，冷却水温度的变化被转换成电信号。

在冷却水温度超过预定的温度值之前，如果负阻元件NTC13上的电压被设定为高于比较电压V1时，则OP放大器OP16的输出为“0”，或为一低值。与此同时，OP放大器OP21的输出变低，因此，冷却风扇电机M不工作。

当温度逐渐上升到预定值以上时，负阻器件NTC13的电阻值逐渐减小，结果使得负阻器件NTC13两端的电压逐渐减少。

在这种情况下，比较电压V1变得大于负阻器件NTC13上的电压，同时电阻R14，电容C15和OP放大器OP16进行积分运算，从而输出一个单调递增(monotone-increasing)的电压。

如果使用图2B的电阻R16代替电阻R14和电容C15，则在进行比例运算时可能发生过调(overshoot)因此使操作变得不稳定。如图2C所示，如果用电阻R18和电容C19的串联然后将其再和电容C17并联后的电路代替电阻R14和电容C15时，则在进行比例积分运算时使操作变得稳定。

从OP放大器OP16输出的信号电压被输入到电流指令部分20，结果使OP放大器OP21输出稳定的直流电压信号其和冷却水温度检测部分10检测的温度成比例。此外，它被电阻R22和R23分成合适的可控电压。当这些被分压的电压输入到比较器OP41的正输入端时，它们便和电流检测部分60的输出信号进行比较。

比较器OP41的负输入端按下述方式接收信号。

如果电源Vdc被提供给电机，则由于电机的感抗成分使电机两端的电压相应于电流随时间变化。因此，电机两端的电压以某一梯度(gradient)增加。该电压被电阻R85检测，并通过电阻R63输入到OP放大器OP64的同相输入端。

被输入到放大器OP64的同相输入端的电阻R85两端的电压被放大到这样的大小，即使得它可以合适地和输入到脉宽比较部分40正端的电流指令进行比较。其放大后的电压然后被输入到脉宽比较部分40的比较器OP41的负端。

接收上述两组信号的比较器OP41按如下方式操作。如果电流指令COM高于电流检测部分60的输出电压，则比较器OP41输出高电平。另一方面，如果电流指令COM低于电流检测部分60的输出电压，则比较器OP41输出低电平。

电流指令COM是一个于当前冷却水温度成比例的直流电压，而电流检测部分60的输出电压是一个增加到某个电平的单调递增电压。开始时，电流指令COM高于电流检测部分60的输出电压。因此，比较器OP41的输出具有高电平电位。

同时，电流检测部分60的输出电压是一个单调递增电压信号，如图3D所示，其中正沿部分的电位是低的，而负沿部分的电位是高的。电流检测部分60的电压达到电流指令COM时的点叫做比较点，比较器OP41的输出在比较点变为低电平。因此，电流指令COM的电位越低(lower)(即冷却水温度越低)，则达到比较点越快(sooner)，比较器的输出变换为低电平也越快。

如图3B所示的脉宽比较部分40的输出信号被输入到输出逻辑部分50的“与非”门NAND51的输入端1，而具有例如图3A所示的大的占空比的时钟信号被输入到“与非”门NAND52的输入端2。

“与非”门NAND51和NAND52是一种执行RS触发器功能的逻辑组合电路。即，如果“与非”门NAND51的输入端1的输入是“1”或是高电平，并如果“与非”门NAND52输入端2的输入是“0”或低电平时，“与非”门NAND51的输出端则输出“0”或低电平。如果“与非”门NAND51的输入端1的输入为“0”或低电平，并如果“与非”门NAND52的输入端2的输入是“1”或高电平，则“与非”门NAND51的输出端3输出为“1”或高电平。

通过上述的操作，“与非”门NAND51的输出端输出如图3C所示的控制信号。

该控制信号被输入到“与”门AND53的输入端2，同时电流模式判定部分30的输出信号被输入到“与”门AND53的输入端1。只要冷却水温度不超过预设的值，电流模式判定部分30的输出就为逻辑“高”电平，从而使NAND51的输出，决定从输出逻辑部分50输出的控制信号。

电流模式判定部分30接收由其正输入端输入的比较电压Vfull，并通过其负输入端接收电流指令。如果冷却水温度连续地上升，则冷却水温度检测部分10的输出电压就连续地增加，因此电流指令的电压也增加。

当电流指令的电压超过比较电压Vfull时，比较器OP31输出低电位，而该低电位被输入到“与”门AND53的输入端1。换句话说，如果冷却水温度升高到预设值之上，电流模式判定部分30就给出用最大电压驱动电动机的指令(order)，从而使冷却水的温度冷却下降到正常值。

从输出逻辑电路部分50输出的控制信号按下述方式操作。即，如果控制信号为高，则在输出驱动部分70的晶体管Q72的基极和发射极端加上偏置电位，结果使晶体管Q72导通，电源Vdc的电流经晶体管Q72和电阻R72流到地。

因为晶体管Q73的基极电位为低，晶体管Q73截止。同时，电阻R71的电位给晶体管Q74的基极和发射极上加上偏置电位。因而，晶体管Q74的电位变为低，并晶体管Q84的栅极电位变为低，结果，晶体管Q84截止，从而阻止电机被驱动。

另一方面，如果控制信号为低，晶体管Q72就截止，在晶体管Q72的集电极和发射极端上产生的电位给晶体管Q73的基极和发射极提供一偏置电位，结果使晶体管Q73导通。此外，晶体管Q74被截止，这样，如果电源Vdc的电流通过电阻R82输入到晶体管Q84的栅极，那么晶体管Q84就导通，结果，使电机被驱动。

随着冷却水温度逐渐升高，输出逻辑部分的输出具有图3C所示的波形，它使电机被交替地驱动和去驱动(deactivating)。冷却风扇的转速由驱动和去驱动脉冲的相对宽度决定。这些宽度又被脉宽比较部分40依次决定。结果，冷却风扇的转速就和冷却水温度成比例。

同时，当电流模式判定部分30的电流指令超过比较电压Vfull时(即当冷却水温度超过预设的值时)，该比较器输出低电位，以便把它输入到“与”门AND53。然后，从逻辑组合电路产生的控制信号被禁止，从而使“与”门AND53输出连续为低的电位。然后，由于上述的输出驱动电路的操作，使电机用最大电压被驱动。

按照上述的本发明，冷却风扇电机的转速与冷却水温度的增加或减少成比例地被控制。在紧急情况下，冷却风扇电机以最大转速被驱动，使得汽车的冷却水的温度为最佳值，借以致善能量消耗率。本发明的这一特点可以应用于汽车的冷却水控制电路中。

虽然结合最佳实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员容易理解，在不脱离本发明权利要求的范围和构思的情况下可以做出各种修改和替换。

Claims

1、一种用于控制汽车冷却风扇电机的装置，所述电机使冷却风扇在一转速下进行旋转，从而控制冷却水温度，所述装置包括：

控制脉冲发生电路，用来接收温度信号并按照所述温度信号形成控制脉冲信号；以及

风扇电机控制电路，用来接收所述控制脉冲信号并控制所述冷却风扇电机，使所述冷却风扇的转速在一个预定温度范围内与所述冷却水温度成比例。

2、如权利要求1所述的装置，其中，还包括冷却水温度检测器，用来输出相应于所述冷却水温度的所述温度信号。

3、如权利要求2所述的装置，其中，所述控制脉冲发生电路包括：

电流指令发生器，用来接收所述温度信号，并输出具有基于所述温度信号的值的电流指令；

电机检测器，用来检测所述冷却风扇电机的操作，并输出具有基于所述冷却风扇电机操作值的电机电流信号用以将其与所述电流指令进行比较；

脉宽比较器，用来接收并比较所述电流指令和所述电机电流信号并根据比较结果输出脉宽值；以及

输出逻辑电路，用来接收来自所述脉宽比较器的所述脉宽值并接收时钟信号，根据所述脉宽值输出具有一占空比的控制脉冲信号。

4、如权利要求2所述的装置，其中，所述风扇电机控制电路包括：

输出驱动电路，它接收来自所述控制脉冲信号发生器的所述控制脉冲信号，并形成驱动控制信号用来驱动所述冷却风扇电机；以及

主电源电路，它接收所述驱动控制信号并按照所述驱动控制信号向所述冷却风扇电机提供功率。

5、如权利要求2所述的装置，其中，还包括：

电流模式判定电路，它接收所述温度信号，并当所述冷却水温度超过预定值时输出最大转速指令，所述风扇电机控制电路接收所述最大转速指令并响应这一指令控制所述冷却风扇电机以最大转速驱动所述冷却风扇。

6、如权利要求3所述的装置，其中，所述控制脉冲发生电路还包括：

电流模式判定电路，它接收所述温度信号并当所述冷却水温度超过预定值时输出最大转速指令，所述输出逻辑电路接收所述最大转速指令并响应该指令输出具有恒定值的所述控制脉冲，从而使所述冷却风扇在最大转速下旋转。

7、如权利要求6所述的装置，其中，所述输出逻辑电路包括：

第一“与非”门，它具有和所述脉宽比较器的输出端相连接的第一输入端；

第二“与非”门，它具有和所述第一“与非”门的输出端相连接的第一输入端，并具有接收所述时钟信号的第二输入端，还具有和所述第一“与非”门的第二输入端相连接的输出端。

8、如权利要求3所述的装置，其中，所述输出驱动电路包括：

第一晶体管，其基极和所述输出逻辑电路的控制信号端相连接，其发射极接地；

第一电阻，连接在所述第一晶体管的集电极和电源之间；

第二晶体管，其基极和所述第一晶体管的集电极相连接，其集电极接地；以及

第三晶体管，其基极和所述第一晶体管的集电极相连接，其发射极和所述第二晶体管的发射极相连接，其集电极和所述电源相连接。

9、如权利要求2所述的装置，其中，所述冷却水温度检测器包括：

负阻器件，连接在第一电源和地电位之间，所述负阻器件具有和所述冷却水温度成反比例的电阻值，所述负阻器件两端的电压被输出到第一接点：

运算放大器，其反相输入端和所述第一接点相连接，其同相输入端和第一参考电压相连接；以及

反馈电路，连接在所述运算放大器的输出端和所述反相输入端之间。

10、如权利要求9所述的装置，其中，所述反馈电路是由电阻与电容器串联构成的。

11、如权利要求9所述的装置，其中，所述反馈电路是由电阻构成的。

12、如权利要求9所述的装置，其中，所述反馈电路是由第一电容和由一电阻与第二电容构成的串联电路并联构成的。

13、如权利要求1所述的装置，其中，所述风扇电机控制电路控制所述冷却风扇电机，使得所述冷却风扇当所述冷却水温度低于所述预定温度范围时不旋转。