CN215120127U - 一种电子水泵控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种电子水泵控制装置，包括电源电路、三相半桥驱动电路、相电流采样电路、相电压采样电路、温度保护电路,双向通信电路(兼容LIN通信和PWM调速及诊断输出功能)和单片机系统电路，其中单片机系统电路为整个电子水泵控制装置提供程序的存储及运行；三相半桥驱动电路接在电源电路的输出端上且其信号输入端与单片机系统电路连接，每相半桥驱动电路均由两个NMOS管构成，通过单片机系统电路生成互补PWM信号，使得两个NMOS管不能同时导通，每相半桥驱动电路的信号输出端接直流无刷电机；相电流采样电路和相电压采集电路用以采集直流无刷电机的单向电流信号和相电压并输入单片机系统电路；温度保护电路用以采集直流无刷电机的温度信号并输入单片机系统电路。

Description

一种电子水泵控制装置

技术领域

本实用新型涉及水泵控制技术领域，特别涉及一种电子水泵控制装置。

背景技术

随着国家对节能减排和环保的日益重视，各汽车厂针对传统发动机采用涡轮增压的方式来提高功率或是采用混合动力和纯电动驱动的方式达到节能环保的目的。伴随而来的就是涡轮增压器的冷却和电子功率器件的散热问题。为解决冷却和散热问题，目前主要采用水冷系统，由于该水冷系统需要连续运行而且系统运行的好坏直接关系到汽车上核心部件是否正常工作，因此对水冷系统的核心部件——水泵提出了更高的要求，即要求电子水泵具有低能耗、大扬程、高效率、低噪音、小体积、长寿命等特点。

传统的电子水泵一般采用直流电机与叶轮直连或是通过磁耦合器与叶轮连接的驱动方式，前者由于水封的存在使得水泵的使用寿命大大缩短，后者由于结构的复杂导致生产成本上升、体积增大等问题。

为了避免传统电子水泵的劣势，目前主要采用无刷直流电机驱动的方法，公开号为CN102297142A的中国发明专利申请《一种车用电子水泵》公开了一种汽车电子水泵，包括动力部分，涡轮，定子部分，转子部分和机壳部分，但是对核心的控制器部分并未详细说明。而目前无刷直流电机的控制器研究成果没有针对汽车电子水泵的，其可靠性难以达到汽车电子产品的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有电子水泵所存在的不足而提供一种电子水泵控制装置。

本实用新型所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种电子水泵控制装置，包括电源电路、三相半桥驱动电路、相电流采样电路、相电压采样电路、温度保护电路、双向通信电路和单片机系统电路，其中所述单片机系统电路为整个电子水泵控制装置提供程序的存储及运行；三相半桥驱动电路采用并联方式接在所述电源电路的输出端上，每相半桥驱动电路的信号输入端与所述单片机系统电路连接，每相半桥驱动电路均由两个NMOS管构成，通过单片机系统电路生成互补PWM信号，使得每相半桥驱动电路中的两个NMOS管不能同时导通，每相半桥驱动电路的信号输出端接直流无刷电机；所述相电流采样电路用以采集直流无刷电机的单向电流信号并输入所述单片机系统电路；所述相电压采集电路用以采集直流无刷电机的相电压并输入所述单片机系统电路中；所述温度保护电路用以采集所述直流无刷电机的温度信号并输入所述单片机系统电路。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述电源电路还包括一电源防反接电路，该电源防反接电路通过一个NMOS管的开关作用，当电源反接后，电源被该NMOS管隔开。

在本实用新型的优选实施例中，每相半桥驱动电路中的每一NMOS管均连接有一快速放电电路，使得NMOS管快速响应。

在本实用新型的一个优选实施实施例中，在每相半桥驱动电路的输出端设置有一半桥保护电路，所述半桥保护电路由电容和电阻构成，当每相半桥驱动电路中的NMOS管导通和关断切换过程中，相线上电压不会突变，通过该半桥保护电路将相线的能量释放吊，防止损坏NMOS管。

由于采用了如上的技术方案，本实用新型的电子水泵控制装置具有如下特点：

1.采用电源防反接电路并利用其中的Nmos管的开关作用，当电源接反后，电源被Nmos管隔开，无法进入系统内部，从而保护整个系统。

2.每相半桥驱动电路是由两个Nmos管构成，通过单片机生成互补pwm信号，使得两个mos管不能同时导通，从而实现三相电机其中一相的电平得以切换，三个半桥接三相直流无刷电机，从而实现换向功能

3.每相半桥驱动电路中均采用一半桥保护电路进行保护，半桥保护电路通过电容和电阻构成，当mos管导通和关断切换过程中，相线上电压不会突变，通过电阻电容电路将相线的能量释放掉，防止损坏MOS管。

4.双向通信电路通过三极管切换输入输出功能,实现LIN双向通信功能及诊断输出功能,也可做PWM输入实现调速功能。

附图说明

图1为本实用新型电子水泵控制装置的电原理示意图(除单片机系统电路)。

图2为本实用新型电子水泵控制装置的单片机系统电路的电原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本实用新型。

一种电子水泵控制装置，包括电源电路、三相半桥驱动电路、相电流采样电路、相电压采样电路、温度保护电路和单片机系统电路，其中：

电源电路包括一个接线端子C0N2,该接线端子C0N2的端子1和端子3作为电源接入端子，接入电源KL30和KL31。端子2作为PWM信号引入端子。电源电路中的电容C3和C16串联后形成第一电容电路，电容C1和C15串联后形成第二电容电路，电容C3和C17串联后形成第三电容电路，第一电容电路、第二电容电路、第三电容电路、电容C11、C12的两端均分别连接在接线端子C0N2的端子1和端子3上；

电源电路还包括一电源防反接电路，该电源防反接电路包括电感L1、二极管D1、D2、电阻R1、R3、三级管Q1和NMOS管T1,电感L1的一端接入电源KL30，另一端分别接二极管D1的负极和NMOS管T1的源极S，二极管D1的正极分别接二极管D1的正极和三级管Q1的发射极，二极管D1的负极分别接三级管Q1的基极和电阻R3的一端，三级管Q1的集电极分别接NMOS管T1的栅极G和电阻R1的一端，电阻R3的另一端和电源KL31接地。该电源防反接电路通过一个NMOS管T1的开关作用，当电源反接后，电源被该NMOS管隔开。

电源电路中的电容C8和C9的一端接NMOS管T1的漏极D，电容C8和C9的另一端接地。

电源电路中的电容C10和C13串联后形成第四电容电路，第四电容电路的一端接NMOS管T1的漏极D，另一端接地。

电源电路中的电容C14和C7串联后形成第五电容电路，第五电容电路的一端接NMOS管T1的漏极D，另一端接地。

相电流采样电路包括电阻R28、R29、R30、R31、R32、R34、R35、电容C28和运算模块U1,电阻R28串联在电源电路的输出端中并与直流无刷电机连接，用以采取直流无刷电机的单相电流。电阻R32和R34的一端分别与电阻R28两端连接，电阻R32和R34的另一端分别连接在运算模块U1的两个输入端。电阻R29的一端接电平VCC，另一端分别与电阻R30、R31的一端连接，电阻R30的另一端接地，电阻R30的另一端接运算模块U1的一个输入端。电阻R35和电容C28并联后，其一端接在运算模块U1的另一个输入端，另一端接在运算模块U1的输出端。

三相半桥驱动电路采用并联方式接在所述电源电路的输出端上，其中U相半桥驱动电路包括两个NMOS管T2A、T2B、两条快速放电电路和两条半桥保护电路以及电阻R10、R22、R15、R25。NMOS管T2A的源极S与NMOS管T2A的漏极D连接形成U相控制信号的输出；电阻R10、R22、R15、R25的一端分别与两个NMOS管T2A、T2B的栅极D连接，电阻R15、R25的另一端分别与NMOS管T2A、T2B的源极S连接，NMOS管T2B的源极S接地，NMOS管T2A的漏极D与NMOS管T1的漏极D连接。

一条快速放电电路由二极管D3和电阻R4组成，其中二极管D3的负极与电阻R10的另一端连接并构成U相控制信号GH-U的输入端，二极管D3的正极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与NMOS管T2A的栅极D连接。

另一条快速放电电路由二极管D6和电阻R16组成，其中二极管D6的负极与电阻R16的另一端连接并构成U相控制信号GL-U的输入端,二极管D6的正极与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与NMOS管T2B的栅极D连接。

一条半桥保护电路由电阻R7和电容C4组成,电阻R7的一端与NMOS管T2A的漏极D连接，电阻R7的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与NMOS管T2A的源极S连接。

另一条半桥保护电路由电阻R19和电容C18组成,电阻R19的一端与NMOS管T2B的漏极D连接，电阻R19的另一端与电容C18的一端连接，电容C18的另一端与NMOS管T2B的源极S连接。

V相半桥驱动电路包括两个NMOS管T3A、T3B、两条快速放电电路和两条半桥保护电路以及电阻R11、R23、R13、R26。NMOS管T3A的源极S与NMOS管T3A的漏极D连接形成V相控制信号的输出；电阻R11、R23、R13、R26的一端分别与两个NMOS管T3A、T3B的栅极D连接，电阻R13、R26的另一端分别与NMOS管T3A、T3B的源极S连接，NMOS管T3B的源极S接地，NMOS管T3A的漏极D与NMOS管T1的漏极D连接。

一条快速放电电路由二极管D4和电阻R5组成，其中二极管D4的负极与电阻R11的另一端连接并构成V相控制信号GH-V的输入端，二极管D4的正极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与NMOS管T3A的栅极D连接。

另一条快速放电电路由二极管D7和电阻R17组成，其中二极管D7的负极与电阻R23的另一端连接并构成V相控制信号GL-V的输入端,二极管D7的正极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端与NMOS管T3B的栅极D连接。

一条半桥保护电路由电阻R8和电容C5组成,电阻R8的一端与NMOS管T3A的漏极D连接，电阻R8的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与NMOS管T3A的源极S连接。

另一条半桥保护电路由电阻R20和电容C19组成,电阻R20的一端与NMOS管T3B的漏极D连接，电阻R20的另一端与电容C19的一端连接，电容C19的另一端与NMOS管T3B的源极S连接。

W相半桥驱动电路包括两个NMOS管T4A、T4B、两条快速放电电路和两条半桥保护电路以及电阻R12、R24、R14、R27。NMOS管T4A的源极S与NMOS管T4A的漏极D连接形成W相控制信号的输出；电阻R12、R24、R14、R27的一端分别与两个NMOS管T4A、T4B的栅极D连接，电阻R14、R27的另一端分别与NMOS管T4A、T4B的源极S连接，NMOS管T4B的源极S接地，NMOS管T4A的漏极D与NMOS管T1的漏极D连接。

一条快速放电电路由二极管D5和电阻R6组成，其中二极管D5的负极与电阻R12的另一端连接并构成W相控制信号GH-W的输入端，二极管D5的正极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与NMOS管T4A的栅极D连接。

另一条快速放电电路由二极管D8和电阻R18组成，其中二极管D8的负极与电阻R24的另一端连接并构成W相控制信号GL-W的输入端,二极管D8的正极与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与NMOS管T4B的栅极D连接。

一条半桥保护电路由电阻R9和电容C6组成,电阻R9的一端与NMOS管T4A的漏极D连接，电阻R9的另一端与电容C6的一端连接，电容C6的另一端与NMOS管T4A的源极S连接。

另一条半桥保护电路由电阻R21和电容C20组成,电阻R21的一端与NMOS管T4B的漏极D连接，电阻R21的另一端与电容C20的一端连接，电容C20的另一端与NMOS管T4B的源极S连接。

U相控制信号、V相控制信号、W相控制信号通过接线端子CON1输出。NMOS管T2A的漏极D、NMOS管T3A的漏极D、NMOS管T4A的漏极D还接电压信号VB-H，NMOS管T2B的源极S、NMOS管T3B的源极S、NMOS管T4B的源极S还接电压信号VB-L。

这样每相半桥驱动电路中的每一NMOS管均连接有一快速放电电路，使得NMOS管快速响应。另外在每相半桥驱动电路的输出端设置有一半桥保护电路，当每相半桥驱动电路中的NMOS管导通和关断切换过程中，相线上电压不会突变，通过该半桥保护电路将相线的能量释放吊，防止孙损坏NMOS管。

单片机系统电路为整个电子水泵控制装置提供程序的存储及运行；参见图2，该单片机系统电路包括一单片机IC1。

单片机IC1的PB6、PB7脚输入TX信号和RX信号并分别电阻R46、R47与电平VCC连接(连接TP2和TP3)，单片机IC1的PB6、PB7脚还与接线端子CON4的3脚、2脚连接，接线端子CON4的1脚接地；

单片机IC1的PCO脚通过电阻R40连接电平VCC和TP1并直接连接TP4；单片机IC1的PCO脚还与接线端子CON3的5脚连接。

单片机IC1的PC1脚通过电阻R41连接电平VCC和TP1并直接连接TP5；单片机IC1的PC1脚还与接线端子CON3的2脚连接。

单片机IC1的PC2脚与电阻R52和R54的公共连接端连接，电阻R52的另一端连接电平VCC,电阻R54的另一端接地。

单片机IC1的PC3脚与电阻R49和R55的公共连接端连接，电阻R49的另一端与直流无刷电机的U相连接，用以采集直流无刷电机的U相电压,电阻R55的另一端接地。

单片机IC1的VPP脚接地；

单片机IC1的PC4脚与电阻R50和R56的公共连接端连接，电阻R50的另一端与直流无刷电机的V相连接，用以采集直流无刷电机的V相电压,电阻R56的另一端接地。

单片机IC1的PC5脚与电阻R51和R57的公共连接端连接，电阻R51的另一端与直流无刷电机的W相连接，用以采集直流无刷电机的W相电压,电阻R57的另一端接地。

单片机IC1的PC6脚与电阻R43的一端连接，电阻R43的另一端与三极管T9的基极连接，电阻R44的一端与三极管T9的基极连接，电阻R44的另一端接地；三极管T9的集电极与单片机IC1的bus脚连接，三极管T9的发射极接地；三极管T9的集电极还同时与电阻R37、R36、R39、电容C31的一端连接，电阻R37、R36的另一端与单片机IC1的vbat脚连接，电容C31的另一端接地，电阻R39的另一端、电容C30的一端和D12的一端与PWM信号连接，电容C30的另一端和D12的另一端接地。单片机IC1的PC7脚与电阻R53的一端、电容C35的一端连接，电阻R53的另一端与单片机IC1的AUTO脚连接，电容C35的另一端接地。

单片机IC1的TM脚一方面连接TP7，另一方面通过电阻R45接地，单片机IC1的EP脚接地。单片机IC1的TM脚还与接线端子CON3的3脚连接，

单片机IC1的NRST脚一方面通过电阻R42连接电平VCC并连接TP7，另一方面通过电阻R50与单片机IC1的NRES脚连接。单片机IC1的NRST脚还与接线端子CON3的4脚连接。

单片机IC1的VDDC脚、VDDIO脚分别通过电容C36、C37接地，单片机IC1的VSSC脚、VSSA脚接地。

单片机IC1的BUS脚还一方面通过电容C34接地，另一方面还通过？L2接PWM信号。

单片机IC1的BUSGND脚接地。

单片机IC1的VBAT脚通过电阻R2与NMOS管T1的漏极D连接，单片机IC1的PGND2脚接地，单片机IC1的S脚与NMOS管T1的漏极D连接。

单片机IC1的D3脚与电容C33的一端、二极管D15的负极、二极管D9的正极连接，电容C33的另一端与单片机IC1的M3脚连接；

单片机IC1的D3脚与电容C32的一端、二极管D14的负极、二极管D11的正极连接，电容C32的另一端与单片机IC1的M2脚连接；

单片机IC1的D1脚与电容C29的一端、二极管D13的负极、二极管D10的正极连接，电容C29的另一端与单片机IC1的M1脚连接；

单片机IC1的GH3脚、GL3脚、GH2脚、GL2脚、GH1脚、GL1脚分别输出W相控制信号GH-W、GL-W、V相控制信号GH-V、GL-V、U相控制信号GH-U、GL-U。

二极管D15的正极、二极管D14的正极、二极管D13的正极并接后，通过电阻R38与单片机IC1的VG脚连接。

二极管D15的极、二极管D14的负极、二极管D13的负极并接后与电阻R1的另一端连接。

单片机IC1的PGND1脚接地，电容C27、电容C26的一端与单片机IC1的VG脚连接，电容C27、电容C26的另一端接地。

单片机IC1的VBATM脚、VBDT脚与MOS管T1的漏极D连接，另外单片机IC1的VBDT脚还通过电容C22接地。

单片机IC1的VDDR脚通过电容C25接地，单片机IC1的VCCP脚、VCC脚并接后通过并联的电容C24、C23接地，单片机IC1的IP脚和IM脚分别与相电流采样电路中的运算模块U1的两个输入端连接，单片机IC1的IO脚、PB5脚与运算模块U1的输出端连接，单片机IC1的GND脚接地。

接线端子CON3的1脚接电平VCC,6脚接地。

Claims (4)

1.一种电子水泵控制装置，其特征在于，包括电源电路、三相半桥驱动电路、相电流采样电路、相电压采样电路、温度保护电路和单片机系统电路，其中所述单片机系统电路为整个电子水泵控制装置提供程序的存储及运行；三相半桥驱动电路采用并联方式接在所述电源电路的输出端上，每相半桥驱动电路的信号输入端与所述单片机系统电路连接，每相半桥驱动电路均由两个NMOS管构成，通过单片机系统电路生成互补PWM信号，使得每相半桥驱动电路中的两个NMOS管不能同时导通，每相半桥驱动电路的信号输出端接直流无刷电机；所述相电流采样电路用以采集直流无刷电机的单向电流信号并输入所述单片机系统电路；所述相电压采集电路用以采集直流无刷电机的相电压并输入所述单片机系统电路中；所述温度保护电路用以采集所述直流无刷电机的温度信号并输入所述单片机系统电路。

2.如权利要求1所述的一种电子水泵控制装置，其特征在于，所述电源电路还包括一电源防反接电路，该电源防反接电路通过一个NMOS管的开关作用，当电源反接后，电源被该NMOS管隔开。

3.如权利要求1所述的一种电子水泵控制装置，其特征在于，每相半桥驱动电路中的每一NMOS管均连接有一快速放电电路，使得NMOS管快速响应。

4.如权利要求1所述的一种电子水泵控制装置，其特征在于，在每相半桥驱动电路的输出端设置有一半桥保护电路，所述半桥保护电路由电容和电阻构成，当每相半桥驱动电路中的NMOS管导通和关断切换过程中，相线上电压不会突变，通过该半桥保护电路将相线的能量释放吊，防止孙损坏NMOS管。

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