CN204030559U - 用于保护电机驱动的amt变速箱短路的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置包括电流采集电路，隔离放大电路，电机控制与保护电路；所述电流采集电路的两个输入端分别连接电路场效应管开关的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到电路场效应管开关的栅极。当电机控制与保护电路的输入信号超过设定的阈值时输出低电平信号，关断场效应管开关从而使电机停止工作，低于设定的阈值时输出高电平信号，闭合场效应管开关使电机工作，可以有效地保护短路状态下的AMT系统，提高了AMT的性能和稳定性。

Description

用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，属于汽车变速箱控制领域。

背景技术

传统的电机驱动AMT变速箱使用的直流有刷电机起动与堵转电流大，与短路难以识别，一旦短路危害较大，传统采集电流方法元器件成本较高，体积大，在工艺上与整体成本上都难以控制。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够有效地保护短路状态下的AMT系统，提高AMT的性能和稳定性的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置包括电流采集电路，隔离放大电路，电机控制与保护电路；所述电流采集电路的两个输入端分别连接电路场效应管开关T1的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到电路场效应管开关T1的栅极。

电流采集电路用于采集场效应管开关漏极与源极之间的电压，采集的电压经过隔离放大电路放大后输入到电机控制与保护电路，电机控制与保护电路对输入信号进行计算处理并与设定的阈值进行比较，超过设定的阈值时输出低电平信号，关断场效应管开关从而使电机停止工作，低于设定的阈值时输出高电平信号，闭合场效应管开关使电机工作。

所述电流采集电路包括第一分压电阻和第二分压电阻；第一分压电阻连接在场效应管开关的源极与隔离放大电路的一个输入端之间，第二分压电阻连接在场效应管开关的漏极与隔离放大电路的另一个输入端之间；其作用是使采集的电压能够在隔离放大电路可接收的范围内。

所述的电流采集电路还包括第一滤波电路和第二滤波电路；第一滤波电路连接在第一分压电阻与隔离放大电路的一个输入端之间，第二滤波电路连接在第二分压电阻与隔离放大电路的另一个输入端之间，用于对采集的电压进行平滑滤波。

所述的隔离放大电路包括第一跟随器、第一差分放大比例电阻、第二跟随器、第二差分放大比例电阻、电压放大器；第一滤波电路、第一跟随器、第一差分放大比例电阻依次连接，第二滤波电路、第二跟随器、第二差分放大比例电阻依次连接；第一差分放大比例电阻、第二差分放大比例电阻的另一端分别连接到电压放大器的正端和负端。

所述的隔离放大电路还包括第一分压电阻、第二分压电阻；第一分压电阻和第二分压电阻串接于参考直流电源与地之间，并且第一分压电阻与第二分压电阻的公共节点连接到电压放大器的正端；用于分压以提升整体电压，避免电阻出现因误差带来正端小于负端现象。

所述隔离放大电路还包括连接于电压放大器输出端与电机控制与保护电路之间的限流电阻。

所述电机控制与保护电路采用单片机，单片机的输出连接到场效应管开关的栅极。

所述电机控制与保护电路还包括温度传感器，温度传感器安装在场效应管开关的附近。

电流采集电路利用了NMOS管(或MOS管)内阻阻值较低，工艺较容易实现，成本也低。将NMOS管(或MOS管)放置在电路板电源入口处进行控制电源通断的同时采集两端电压，采集电压后进入隔离放大电路放大，由于电阻及放大器的误差是客观存在的，所以电流为0时电压不为0，电流开始增加后电压保持不变，电流到达一定数值时电压才发生变化，然后输入到单片机，单片机采集电压进行处理，对现有NMOS管(或MOS管)温度进行分析，分析结果对应出MOS管内阻，然后通过计算与标定数据得出电流，如果短时间电流过大，就认为短路进行保护，5ms关断电机，然后打开，如此反复数次，如果电流仍然过大，就关断较长时间，保证短路可以保护，起动和堵转性能不受影响。如果长期温度过高，会采用相应保护策略保护电路板。本实用新型采集NMOS管(或MOS管)两端电压进行放大处理计算电流、计算MOS结温及使用标定数据判断工艺差别来修正电流，可以有效地保护短路状态下的AMT系统，提高了AMT的性能和稳定性。

所述电机控制与保护电路还可以由积分放大电路、参考电压电路和比较器构成；所述隔离放大电路的输出端连接到积分放大电路的输入，积分放大电路的输出连接到比较器的负端，参考电压电路的输出连接到比较器的正端；比较器的输出连接到场效应管开关的栅极。隔离放大电路输出的电压经积分放大电路累加计算后输入比较器的负端，当其值大于参考电压电路输出的比较阈值时，比较器输出低电平信号断开场效应管开关，从而停止电机工作，当其值小于参考电压电路输出的比较阈值时，比较器输出高电平信号接通场效应管开关，从而使电机工作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是电机H桥控制电路原理图。

图2是本实用新型的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置结构框图。

图3是电流采集电路和隔离放大电路原理图。

图4是NMOS内阻图；

图5是实施例2的电机保护与控制电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，电机H桥控制电路包括四个呈H型布置的四个场效应管T2、T3、T4、T5，以及场效应管开关T1。

如图2所示，本实用新型的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置包括电流采集电路，隔离放大电路，电机控制与保护电路；所述电流采集电路的两个输入端分别连接场效应管开关T1的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到场效应管开关T1的栅极。

实施例1

如图3所示，所述电流采集装置包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第一滤波电路RC1、第二滤波电路RC2。隔离放大电路包括第一跟随器AMP1、第一差分放大比例电阻R7、第二跟随器AMP2、第二差分放大比例电阻R8、电压放大器AMP3、第一分压电阻R9、第二分压电阻R10、限流电阻R12；第一分压电阻R1连接在场效应管开关T1的源极与第一滤波电路RC1输入端之间，第一滤波电路RC1的输出连接到第一跟随器AMP1的输入；第一分压电阻R9和第二分压电阻R10串接于参考直流电源与地之间，第一跟随器AMP1的输出通过第一差分放大比例电阻R7连接到第一分压电阻R9与第二分压电阻R10的公共节点，该节点同时连接到电压放大器AMP3的正端。第二分压电阻R2连接在场效应管开关T1的漏极与第二滤波电路RC2输入端之间，第二滤波电路RC2的输出连接到第二跟随器AMP2的输入；第二跟随器AMP2的输出通过第二差分放大比例电阻R8连接到电压放大器AMP3的负端。电压放大器AMP3的输出通过限流电阻R12连接到电机控制与保护电路的输入。电机控制与保护电路的输出连接到场效应管开关T1的栅极。

电流采集电路:将电流通过NMOS管的内阻转换成电压信号。

隔离放大电路：通过隔离电路防止串扰，放大电路同比例提高电压。

所述电机控制与保护电路采用单片机，单片机的输出连接到场效应管开关T1的栅极。

所述单片机可以将隔离放大电路输出的电压进行积分放大，累加计算后与设定的阈值进行比较，当大于设定的阈值时输出低电平信号断开场效应管开关，从而停止电机工作，当其值小于设定的阈值时输出高电平信号接通场效应管开关，从而使电机工作。

单片机还可以使用上一次计算的温度值得出内阻，通过内阻得出电流。

流过NMOS管T1的电流会在其两端产生一个压差，为保证在蓄电池14V下电机可以正常工作，T1的内阻要控制在10mΩ以内，由于压差过小，需要对其进行隔离放大，否则单片机无法识别，隔离放大以后，由于电阻误差及运算放大器误差使在电流较小时放大器负端比正端电压更高，所以系统使用图3中第一分压电阻R9、第二分压电阻R10抬高了正端电压，但是同时也带来一定的误差，单片机通过热阻及前一次计算出的电流进行温度累计，环境温度传感器采集MOS周边温度，通过计算温升得出NMOS管结温，和标定数据一起计算得出电流采集电路的内阻，最终得出流经NMOS的电流，然后标定计算出的电流进行对比修正电流值，最终的结果设置电流台阶，电流超过某一台阶就对电机采取不同时间的保护，这样在起动和堵转时虽有短暂的保护但仍能保证实现其性能，保护多次后加长保护时间，这样就器件寿命就有了保障。通过温度累计如得出温度过高将控制电机低速运行，使系统逐渐降温。

在图5中，给出了理想状况下的MOS管内阻，除温度外，还受工艺影响。使用标定数据进行修正，才能得出更准确的内阻图。

本实用新型带来的优点是只利用NMOS管的压差做采样电阻，因为NMOS管是电路必须有，用来控制电源通断的，所以不增加成本。比起采样电阻，对生产工艺要求也更低。

单片机具体计算处理过程如下：

初始时，采用式(1)计算初始时刻NMOS内阻R₀；

V₀’/k＝I₀×R₀   (1)

式中V₀’为电压放大器AMP3输出端电压初始值，k为电压放大器AMP3的放大倍数，I₀为电压放大器AMP3输出端电流初始值。由于电阻及放大器的误差是客观存在的，所以电流为0时电压不为0，电流开始增加后电压保持不变，电流到达一定数值时电压才发生变化。因此此处的V₀’和I₀采用经验估计值，V₀’一般为400mV～900mV，I₀一般为200mA～400mA。

当电压放大器AMP3输出端电压达到设定值Vs时开始采样(设定值Vs预先标定，一般为400mV～900mV，第i+1个时间片流经NMOS的电流I_i+1通过式(2)计算，i＝0，1，2……。

V_i+1’-V₀’/k＝(I_i+1-I₀)×R_i   (2)

V_i+1’为第i+1个时间片采集的电压放大器AMP3输出端电压，R_i为第i个时间片计算出的NMOS内阻。

第i+1个时间片NMOS管结温T_{j_(i+1)}通过式(3)计算；

T_{j_(i+1)}＝T_{c_(i+1)}+I_i+1×I_i+1×R_i×Rth   (3)

T_{c_(i+1)}通过温度传感器采集，较为准确。Rth为NMOS管的热阻，其值为定值。通过式(4)计算第i个时间片NMOS内阻修正值R_i’；

R_i’＝k1×T_{j_(i+1)}+b1   (4)

k1、b1为NMOS管的参数。k1＝3/160，b1＝27/8(公式(4)由图4简化给出，每一个MOS管都有结温与电阻的对应图，即图4所示，按图4曲线把它简化为线性关系，通过简化后的线性关系可以算出k1和b1)

将第i个时间片NMOS内阻修正值R_i’带入式(5)，得到第i+1个时间片流经NMOS的电流修正值I_i+1’；

T_{j_(i+1)}＝T_{c_(i+1)}+I_i+1’×I_i+1’×R_i’×Rth   (5)

将第i+1个时间片流经NMOS的电流修正值I_i+1’与设定的电流台阶进行比较，当超过不同的电流台阶时，对电机采取不同时间的保护。这样在起动和堵转时虽有短暂的保护但仍能保证实现其性能，保护多次后加长保护时间，这样就器件寿命就有了保障。通过温度累计如得出NMOS管的结温过高将控制电机低速运行，使系统逐渐降温。

可通过停止电机后关断NMOS利用寄生二极管导通压降与结温呈线性关系来计算一个较为准确的结温以标定结温与功率关系。

实施例2

所述电流采集电路和隔离放大电路结构与实施例1相同。

所述电机控制与保护电路由积分放大电路AMP4、参考电压电路(由电阻R14、R15构成)和比较器U1E构成；所述隔离放大电路的输出端连接到积分放大电路AMP4的输入，积分放大电路AMP4的输出连接到比较器U1E的负端，参考电压电路的输出连接到比较器U1E的正端；比较器U1E的输出连接到场效应管开关T1的栅极。

Claims (9)

1.一种用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于包括电流采集电路，隔离放大电路，电机控制与保护电路；所述电流采集电路的两个输入端分别连接电路场效应管开关(T1)的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到电路场效应管开关(T1)的栅极。

2.根据权利要求1所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述电流采集电路包括第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)；第一分压电阻(R1)连接在场效应管开关的源极与隔离放大电路的一个输入端之间，第二分压电阻(R2)连接在场效应管开关(T1)的漏极与隔离放大电路的另一个输入端之间。

3.根据权利要求2所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述的电流采集电路还包括第一滤波电路(RC1)和第二滤波电路(RC2)；第一滤波电路(RC1)连接在第一分压电阻(R1)与隔离放大电路的一个输入端之间，第二滤波电路(RC2)连接在第二分压电阻(R2)与隔离放大电路的另一个输入端之间。

4.根据权利要求1所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述的隔离放大电路包括第一跟随器(AMP1)、第一差分放大比例电阻(R7)、第二跟随器(AMP2)、第二差分放大比例电阻(R8)、电压放大器(AMP3)；第一滤波电路(RC1)、第一跟随器(AMP1)、第一差分放大比例电阻(R7)依次连接，第二滤波电路(RC2)、第二跟随器(AMP2)、第二差分放大比例电阻(R8)依次连接；第一差分放大比例电阻(R7)、第二差分放大比例电阻(R8)的另一端分别连接到电压放大器(AMP3)的正端和负端。

5.根据权利要求4所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述的隔离放大电路还包括第一分压电阻(R9)、第二分压电阻(R10)；第一分压电阻(R9)和第二分压电阻(R10)串接于参考直流电源与地之间，并且第一分压电阻(R9)与第二分压电阻(R10)的公共节点连接到电压放大器(AMP3)的正端。

6.根据权利要求5所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述隔离放大电路还包括连接于电压放大器(AMP3)输出端与电机控制与保护电路之间的限流电阻(R12)。

7.根据权利要求1所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述电机控制与保护电路采用单片机，单片机的输出连接到场效应管开关的栅极。

8.根据权利要求7所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述电机控制与保护电路还包括温度传感器，温度传感器安装在场效应管开关(T1)的附近。

9.根据权利要求1所述的用于保护电机驱动的AMT变速箱短路的控制装置，其特征在于所述电机控制与保护电路由积分放大电路、参考电压电路和比较器构成；所述隔离放大电路的输出端连接到积分放大电路的输入，积分放大电路的输出连接到比较器的负端，参考电压电路的输出连接到比较器的正端；比较器的输出连接到场效应管开关的栅极。