CN209217895U - 一种电机电容保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电机保护电路技术领域，尤其涉及一种电机电容保护电路，包括供电模块、MCU主控芯片、温度检测电路、电机控制电路、电机和电机电容；所述供电模块与所述MCU主控芯片电性连接，给所述MCU主控芯片供电；所述MCU主控芯片、电机控制电路、电机电容和温度检测电路依次连接形成闭环控制回路；所述电机控制电路与所述电机电性连接。本实用新型的发明目的在于提供一种电机电容保护电路及方法，采用本实用新型提供的技术方案通过调控电解电容的工作温度，有效的延长电解电容的寿命，提高产品的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机保护电路技术领域，尤其涉及一种电机电容保护电路。
背景技术
目前汽车电子对环境要求起来越严格，车载鼓风机驱动电路上的电解电容，其规格书中显示工作最大温度为+105℃。
在高温等环境中，车载鼓风机进行PWM占空比控制时，鼓风机的电解电容工作在充电－放电的循环中，如果长时间工作中，电解电容的温度会上升，有可能超出规格书工作的最大温度+105℃。
驱动电路上的电解电容如果超过上述最大温度，电解电容的寿命会变减少，容易爆炸或短路，导致汽车功能失效，也容易带来行车安全方面的隐患。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于提供一种电机电容保护电路，采用本实用新型提供的技术方案通过调控电解电容的工作温度，有效的延长电解电容的寿命，提高产品的可靠性。
为了达到上述发明目的，本实用新型一方面提供一种电机电容保护电路，包括供电模块、MCU主控芯片、温度检测电路、电机控制电路、电机和电机电容；所述供电模块与所述MCU主控芯片电性连接，给所述MCU主控芯片供电；所述MCU主控芯片、电机控制电路、电机电容和温度检测电路依次连接形成闭环控制回路；所述电机控制电路与所述电机电性连接；
所述温度检测电路，用于将检测到电机电容的温度值转换为电压值，并传输至所述MCU主控芯片；
所述MCU主控芯片，用于根据所述电压值输出调制占空比后的PWM可控制信号至所述电机控制电路；
所述电机控制电路，用于根据所述PWM可控制信号输出驱动电流至所述电机；
所述电机，根据所述驱动电流调整通电时间。
优选的，所述温度检测电路包括电源U1以及一端接地，另一端通过上拉电阻R1接入电源U1的热敏电阻R2；所述上拉电阻R1与热敏电阻R2之间为接入所述MCU主控芯片的传感信号端；所述热敏电阻R2对所述电机电容C2的温度值进行检测。
优选的，所述电机控制电路包括电机控制端的驱动三极管Q1和控制电机通断的开关MOS管Q2；所述MCU主控芯片输出的PWM可控制信号通过限流电阻R5接入驱动三极管Q1的B极；所述驱动三极管Q1的B极还通过下拉电阻R4接地，C极接入开关MOS管Q2的G极，E极接地；所述开关MOS管Q2的S极接入整车供电电源，且与G极之间接入控制端上拉电阻R6，D极通过所述电机M1接地；所述开关MOS管Q2的S极还通过所述电机电容C2接地。
基于上述电机电容保护电路，本实用新型另一方面还提供一种电机电容保护方法，包括以下步骤：
S100、所述温度检测电路将检测到所述热敏电阻R2的温度值转换为电压值，并传输至所述MCU主控芯片；
S200、所述MCU主控芯片根据所述电压值输出调制占空比后的PWM可控制信号至所述电机控制电路；
S300、所述电机控制电路根据所述PWM可控制信号输出驱动电流至所述电机；
S400、所述电机根据所述驱动电流调整通电时间。
由上可知，应用本实用新型提供的技术方案可以得到以下有益效果：本实用新型对电机的电容有一个可监控和设置的保护电路，减少电解电容损坏的概率，提高产品的可靠性，同时为此增加的成本不多，大部分为实际功能需要的元件。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例车载鼓风机电解电容保护电路连接框图；
图2为本实用新型实施例温度检测电路图；
图3为本实用新型实施例电机控制电路图；
图4为本实用新型实施例鼓风机电容C2和NTC热敏电阻R2距离的示意图；
图5为本实用新型实施例鼓风机电容C2和NTC热敏电阻R2距离的对应温度系数关系图；
图6为本实用新型实施例热敏电阻R2的电阻－温度特性表。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在电机的驱动电路中，电容是一种比较重要的元器件，尤其对于车载空调的鼓风机，其驱动电路上的电解电容，若超过工作的最大温度时，会影响电解电容的使用寿命，甚至发生爆炸或短路，致使汽车功能失效，因此有必要对电机电容的温度进行实时调控。
请参见图1，为此，本实用新型提供一种电机电容保护电路，包括供电模块、MCU主控芯片、温度检测电路、电机控制电路、电机和电机电容；供电模块与MCU主控芯片电性连接，给MCU主控芯片供电；MCU主控芯片、电机控制电路、电机电容和温度检测电路依次连接形成闭环控制回路；电机控制电路与电机电性连接。
其中，温度检测电路，用于将检测到电机电容的温度值转换为电压值，并传输至MCU主控芯片；
MCU主控芯片，用于根据电压值输出调制占空比后的PWM可控制信号至电机控制电路；
电机控制电路，用于根据PWM可控制信号输出驱动电流至电机；
电机，根据驱动电流调整通电时间。
在本实用新型中，MCU主控芯片、电机控制电路、电机电容和温度检测电路形成完整闭环的控制回路，通过对电机电容的温度检测，根据检测到的温度对电机的通电时间实现控制，最终达到调控电机电容温度的效果。
因此，本实用新型提供的电机电容保护电路适用于包括汽车空调、仪表在内的任何具有电机和电机电容的电路结构中，作为优选的一种方案，本实用新型以车载鼓风机为例做详细说明。为此，本实用新型实施例中，控制对象由电机变换为鼓风机电机，保护对象由电机电容变换为鼓风机电解电容。
具体的，请参见图2，温度检测电路包括电源U1以及一端接地，另一端通过上拉电阻R1接入电源U1的热敏电阻R2，上拉电阻R1与热敏电阻R2之间为接入MCU主控芯片的传感信号端。其中热敏电阻R2靠近鼓风机电解电容C2，对电机电容C2的温度值进行检测。图中，Sensor_VCC为温度检测的电源U1，在车载鼓风机电解电容温度检测电路中，U1＝5V；MCU_AD为温度检测电路输出给到MCU主控芯片的传感信号端，温度检测电路输出至MCU主控芯片的传感信号是一个电压值V。
针对车载鼓风机电解电容的温度检测电路，上述电路中，上拉电阻R1的电阻值为2.7K，热敏电阻R2选型为EPOSB57332V5103F360，当然，热敏电阻R2选型可以选用同类参数的热敏电阻代替。
为了提高传感信号端输出至MCU主控芯片的传感信号的准确性，本实用新型还在传感信号端接入由电阻R3和电容C1组成的RC滤波电路，其中电阻R3的电阻值为10K，电容C1的电容值为10nf。
上述温度检测电路完成对鼓风机电解电容C2的温度检测后，MCU主控芯片根据检测到的参数数据进行运算处理，并输出调制占空比后的PWM可控制信号至电机控制电路，电机控制电路进而对鼓风机电机完成控制。
请参见图3，在本实用新型中，电机控制电路采用鼓风机控制端的驱动三极管Q1和控制鼓风机通断的开关MOS管Q2完成对鼓风机的控制。在电路结构中，MCU主控芯片输出的PWM可控制信号通过限流电阻R5接入驱动三极管Q1的B极；驱动三极管Q1的B极还通过下拉电阻R4接地，C极接入开关MOS管Q2的G极，E极接地；开关MOS管Q2的S极接入整车供电电源，且与G极之间接入控制端上拉电阻R6，D极通过鼓风机电机M1接地；开关MOS管Q2的S极还通过电机电容C2接地。在图中，MCU_PWM为MCU主控芯片给鼓风机控制电路发出的PWM可控制信号；KL30_Power为整车的供电电源，电压9-16V；GND为电路的地网络。
基于上述鼓风机电解电容保护电路，本实用新型另一方面还提供一种鼓风机电解电容保护方法，包括以下步骤：
S100、温度检测电路将检测到热敏电阻R2的温度值转换为电压值，并传输至MCU主控芯片。
在该步骤中，仅通过MCU主控芯片对热敏电阻R2的电压值进行检测即可，为此，MCU主控芯片需具备16位及以上检测能力的AD端口，以及PWM输出端口功能。
S200、MCU主控芯片根据电压值输出调制占空比后的PWM可控制信号至电机控制电路。
该步骤为本实用新型控制方法的关键步骤，MCU主控芯片接收电压值后，计算得到电机电容C2的温度值TC2，根据计算得到的温度值TC2输出调制占空比后的PWM可控制信号。具体采用以下步骤完成PWM可控制信号的占空比的调整：
S201、根据接收到的电压值计算得到热敏电阻R2的电阻值。
通过以下公式计算得到热敏电阻R2的电阻值：R2＝V2/(U1*R1)-R1，其中V2为MCU主控芯片接收到的电压值，U1为供电模块的供电电压值，R1为上拉电阻的电阻值。
当检测到的电压值V2为2.545V时，经计算得到热敏电阻R2的电阻值为2.8K；当检测到的电压值V2为2.5V时，经计算得到热敏电阻R2的电阻值为2.7K；当检测到的电压值V2为2.453V时，经计算得到热敏电阻R2的电阻值为2.6K。
S202、根据热敏电阻R2的电阻值查阅与热敏电阻R2对应的电阻－温度特性表，得到热敏电阻R2的温度值T。
请参见图6，当热敏电阻R2的电阻值为2.8K时，其温度T为85℃；当热敏电阻R2的电阻值为2.7K时，其温度T为90℃；当热敏电阻R2的电阻值为2.6K时，其温度T为95℃。
S203、根据热敏电阻R2的温度值T以及电机电容C2与热敏电阻R2距离L对应的温度系数K，计算得到电机电容C2的温度值TC2。
请参见图4，由于NTC热敏电阻R2没法特别靠近电解电容C2的实体表面，导致NTC热敏电阻R2表面的温度和电解电容C2的实体表面温度有一定差距，为了解决该问题，把两种距离设置为L，随着L增加，温度差距逐步变大，请参见图5，为此模拟设计出一个温度系数关系图，鼓风机电解电容C2和NTC热敏电阻R2距离的对应温度系数K随L变大而变小。在此需要说明的是，在该步骤中，引入温度系数K，只是一种减小鼓风机电解电容C2和热敏电阻R2的温度检测差异的方法，其中K等数值可根据不同产品及空间环境而调整修正参数。
因此，通过以下公式计算得到电机电容C2的温度值TC2：TC2＝T+K*(10-L)/10；其中L为电机电容C2与热敏电阻R2之间的距离；K为电机电容C2与热敏电阻R2距离L对应的温度系数，通过模拟设计得到。
目前设计L为5mm，经测试验证温度相应衰减约5℃，K＝10，即当步骤202中NTC热敏电阻R2的温度检测为T＝+85℃时，鼓风机电解电容C2的表面温度TC1＝T+K*(10-L)/10＝90+10*(10-5)/10＝+90℃；当步骤202中NTC热敏电阻R2的温度检测为T＝+90℃时，鼓风机电解电容C2的表面温度TC2＝T+K*(10-L)/10＝95+10*(10-5)/10＝+95℃。
S204、温度值TC2与PWM可控制信号的占空比成反比，且温度值TC2大于或等于电容设定最高温度时，占空比为0。
S300、电机控制电路根据PWM可控制信号输出驱动电流至电机。
S400、电机根据驱动电流调整通电时间。
根据上述鼓风机电解电容保护方法，以下具体列举三种温度状况对电解电容的保护措施作简要说明：
实施例1
当MCU主控芯片端口检测到电压为V2＝2.545V，经计算以及对热敏电阻R2对应的电阻－温度特性表的搜索对比，得到NTC热敏电阻R2的表面温度为+85℃，通过引用温度系数K计算得到鼓风机电解电容C2的表面温度为+90℃，MCU控制鼓风机的PWM占空比降为原来的80％，鼓风机的驱动电流将会减少，电解电容的温度将得到一定的控制和缓解。
实施例2
当电解电容C2的温度还继续上升，MCU主控芯片端口检测到电压为V2为2.500V，经计算以及对热敏电阻R2对应的电阻－温度特性表的搜索对比，得到NTC热敏电阻R2的表面温度为+90℃，通过引用温度系数K计算得到鼓风机电解电容C2的表面温度为+95℃，MCU控制鼓风机的PWM占空比降为原来的50％，鼓风机的驱动电流将会进一步减少，电解电容的温度将得到进一步的控制和缓解。
实施例3
当电解电容C2的温度还继续进一步上升，MCU主控芯片端口检测到电压为V2为2.453V，经计算以及对热敏电阻R2对应的电阻－温度特性表的搜索对比，得到NTC热敏电阻R2的表面温度为+95℃，通过引用温度系数K计算得到鼓风机电解电容C2的表面温度为+100℃，MCU控制鼓风机的PWM占空比降为0，关闭鼓风机，避免鼓风机的电解电容的温度超出规格而爆炸或短路。
在以上实施例中，热敏电阻R2的采样电压、保护温度点值等参数可根据实际产品和环境设置，根据客户的要求可设定为+85℃、+90℃、+95℃、+100℃、+105℃等，实车的调试进行进一步的调整，一方面满足客户乘车要求，一方面可以提高产品的可靠性。
综上所述，本实用新型实施例提供的保护电路和方法，对鼓风机的电解电容有一个可监控和设置的保护电路，减少电解电容损坏的概率，提高产品的可靠性，同时为此增加的成本不多，大部分为实际功能需要的元件。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电机电容保护电路，其特征在于：包括供电模块、MCU主控芯片、温度检测电路、电机控制电路、电机和电机电容；所述供电模块与所述MCU主控芯片电性连接，给所述MCU主控芯片供电；所述MCU主控芯片、电机控制电路、电机电容和温度检测电路依次连接形成闭环控制回路；所述电机控制电路与所述电机电性连接；
所述温度检测电路，用于将检测到电机电容的温度值转换为电压值，并传输至所述MCU主控芯片；
所述MCU主控芯片，用于根据所述电压值输出调制占空比后的PWM可控制信号至所述电机控制电路；
所述电机控制电路，用于根据所述PWM可控制信号输出驱动电流至所述电机；
所述电机，根据所述驱动电流调整通电时间。
2.根据权利要求1所述的电机电容保护电路，其特征在于：所述温度检测电路包括电源U1以及一端接地，另一端通过上拉电阻R1接入电源U1的热敏电阻R2；所述上拉电阻R1与热敏电阻R2之间为接入所述MCU主控芯片的传感信号端；所述热敏电阻R2对所述电机电容C2的温度值进行检测。
3.根据权利要求2所述的电机电容保护电路，其特征在于：所述电机控制电路包括电机控制端的驱动三极管Q1和控制电机通断的开关MOS管Q2；所述MCU主控芯片输出的PWM可控制信号通过限流电阻R5接入驱动三极管Q1的B极；所述驱动三极管Q1的B极还通过下拉电阻R4接地，C极接入开关MOS管Q2的G极，E极接地；所述开关MOS管Q2的S极接入整车供电电源，且与G极之间接入控制端上拉电阻R6，D极通过所述电机M1接地；所述开关MOS管Q2的S极还通过所述电机电容C2接地。
4.根据权利要求3所述的电机电容保护电路，其特征在于：在所述温度检测电路的传感信号端还接入由电阻R3和电容C1组成的RC滤波电路。
5.根据权利要求4所述的电机电容保护电路，其特征在于：在所述温度检测电路中，电源U1的电压值为5V，上拉电阻R1的电阻值为2.7K，电阻R3的电阻值为10K，电容C1的电容值为10nf。
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| CN201822164708.7U CN209217895U (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 一种电机电容保护电路 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109546809A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-29 | 惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司 | 一种电机电容保护电路及方法 |
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2018
- 2018-12-21 CN CN201822164708.7U patent/CN209217895U/zh active Active
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