一种直流车载压缩机的控制电路的制作方法

本发明涉及一种压缩机的控制电路，特别是涉及一种直流车载压缩机的控制电路。

背景技术：

随着永磁直流无刷电机及控制技术的发展，其应用的领域越来越广，特别是在直流低压领域，正逐渐替代传统的交流电机和直流有刷电机，车载直流压缩机正是无刷直流电机最好的应用例子。目前车载冰箱的压缩机都是采用直流无刷电机为主要的动力源，供电电源常规是小车为直流12v，卡车及大客车为直流24v的蓄电池，为了满足12v和24v通用的目的，直流压缩机的电机就分为12v电机及24v电机2种方式，由于压缩机空间和温度的限制，电机部分省掉了3个位置传感器，就要求控制电路能够识别电机永磁体的位置，使电机能够按正常的相位启动和运行，即所谓的直流无刷电机无位置传感器的控制。相比较2种压缩机电机的控制模式，后面的控制模式除了无刷电机的无传感器控制外，增加了升压电路对输入电压进行升压控制，使压缩机的适用性更好，效率更高。

目前，市场上的直流车载压缩机都是采用这2种电机模式，对于12v的电机模式，一般采用脉宽控制模式(pwm)来对压缩机进行速度调节；对于24v压缩机电机而言，有2种模式控制，一种是控制电路将输入电压升压至固定的48v，再通过脉宽调节(pwm)来控制压缩机的转速，如广州的某品牌直流压缩机控制模式；另一种方式是通过可变升压，通过调节电压的幅值(pam)来控制压缩机的转速，这种方式可以使电机的效率得到最大的发挥。如果不采用升压技术，对12v和24v兼容的情况下，必须将压缩机电机的最高转速下的设计电压设计在12v以下，才能在12v电源的情况下达到压缩机的使用性能，这样就面临着在24v电源系统下的启动和运转中要同时兼顾不同电压的情况，使得软件或硬件的设计复杂化，特别是启动过程参数的设计范围变宽，存在启动困难和不同负载下运转失步的隐患；同时当电源电压超出12v时，必须采用脉宽调制方式(pwm)来控制压缩机的转速，增加了压缩机电机的铜损和开关损耗，控制器的功耗也大大增加，使得整个压缩机的效率大为降低。和固定升压至某个高压相比，虽然解决的直流母线电压的宽范围启动、运转和压缩机电机高电压效率高的问题，但同样存在对换向功率管的脉宽调制(pwm)问题，使得控制器存在高频开关损耗，压缩机电机的效率也没有得到充分的发挥。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种直流车载压缩机的控制电路，其没有高频的开关损耗，使损耗达到最小，加在三相电机线上的电压即为直流母线电压，电机效率得到最大的发挥。

本发明通告以下技术方案解决上述技术问题的：一种直流车载压缩机的控制电路，其特征在于，其包括电源控制电路、压缩机电机位置检测电路、电机驱动及功率换向电路、升压控制电路、微控制单元、电源控制电路、压缩机电机位置检测电路、电机驱动及功率换向电路、升压控制电路都与微控制单元连接。

优选地，所述电源控制电路包括第七集成开关电源芯片、第九稳压芯片、第十稳压芯片、第十三电阻、第四十六电阻、第七十四电阻、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六集成比较器芯片，第七集成开关电源芯片与第十稳压芯片连接，第十三电阻、第四十六电阻、第七十四电阻都与第六集成比较芯片连接，第七集成开关电源、第九稳压芯片都与第四三极管连接，第四三极管与第二三极管连接，第七集成开关电源芯片、第三三极管都与第五三极管连接。

优选地，所述升压控制电路由第二电感、功率管、肖特基二极管、第五十五电容和升压控制芯片组成，第二电感与功率管连接，肖特基二极管、升压控制芯片都与功率连接，第五十五电容与肖特基二极管连接。

本发明的积极进步效果在于：由于升压的占空比小于75％，在整个压缩机的调速范围内升压效率都能够达到90％以上，后级换向功率管只根据电机位置的变化来开通或关断，其没有高频的开关损耗，使损耗达到最小，加在三相电机线上的电压即为直流母线电压，电机效率得到最大的发挥。

附图说明

为了清楚说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明直流车载压缩机的控制电路的原理图。

图2为本发明中电源控制电路的示意图。

图3为本发明中压缩机电机位置检测电路的示意图。

图4为本发明中升压控制电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明直流车载压缩机的控制电路包括电源控制电路、压缩机电机位置检测电路、电机驱动及功率换向电路、升压控制电路、微控制单元(mcu)，电源控制电路、压缩机电机位置检测电路、电机驱动及功率换向电路、升压控制电路都与微控制单元(mcu)连接。

如图2所示，电源控制电路包括第七集成开关电源芯片u7、集成开关电源芯片u8、第九稳压芯片u9、第十稳压芯片u10、第十三电阻r13、第十六电阻r16、第四十六电阻r46、第七十四电阻r74、第二三极管q2、第三三极管q3、第四三极管q4、第五三极管q5、第六集成比较芯片u6，第七集成开关电源芯片与第十稳压芯片连接，第十三电阻、第四十六电阻、第七十四电阻都与第六集成比较芯片连接，第七集成开关电源、第九稳压芯片都与第四三极管连接，第四三极管与第二三极管连接，第七集成开关电源芯片、第三三极管都与第五三极管连接。

集成开关电源u7将输入电压vcc降为+12vs提供给集成第六比较器u6和第十稳压芯片u10，产生基准电压+5v1通过第四十六电阻r46、第七十四电阻r74分压输入到第六比较器u6b的正输入5脚，外接启动和速度调节信号j8端的电压值通过第十三电阻r13输入到第六比较器u6的6脚，当第六比较器u6b的6脚信号小于5脚比较电位时，第六比较器u6b输出高电平信号sw将第二三极管q2、第四三极管q4导通，使第九稳压芯片u9输出+5v用于主控制电源(由于车载使用，因此对控制器的待机功耗要求较高，所以待机时将主控制电源关闭)；微控制单元u1启动压缩机电机时将输出信号12sw将第三三极管q3、第五三极管q5导通，提供升压控制芯片u11和第二电机驱动芯片u2、第三电机驱动芯片u3、第四电机驱动芯片u4的电源+12v。同时微控制单元u1输出信号fout启动集成开关电源芯片u8输出+12vf提供给j3(f+)和j4(f-)外接12v直流风扇提供给系统用。

如图3所示，压缩机电机位置检测电路包括第八十五电阻r85、第六十电阻r60、第十六电容c16、第八十七电阻r87、第五十九电阻r59、第一电容c1、第八十八电阻r88、第五十八电阻r58、第二电容c2、第八十九电阻r89、第五十七电阻r57、第三电容c3，由第八十五电阻r85、第六十电阻r60、第十六电容c16组成的直流母线电压分压网络将升压后的母线电压信号v2输入到微控制单元的模拟a/d输入口23脚(an6)；同时将压缩机电机的3相j11(motorout)分别通过分压网络(由第八十七电阻r87、第五十九电阻r59、第一电容c1、第八十八电阻r88、第五十八电阻r58、第二电容c2、第八十九电阻r89、第五十七电阻r57、第三电容c3)得到v、w、u信号分别输入到微控制单元的模拟a/d输入口16脚(an1)、17脚(an2)、15脚(an0)，微控制单元通过各采样值来计算确定压缩机的电机的实际位置值，输出正确的信号来开通或关闭功率部分。

电机驱动及功率换向电路包括相互并联的第二自举驱动电路u2、第三自举驱动电路u3、第四自举驱动电路u4，微控制单元通过32～37脚(p3.0～p3.5)输出6路驱动信号分别至第二自举驱动电路u2、第三自举驱动电路u3、第四自举驱动电路u4的信号输入脚，来控制换向功率管m1～m6的导通和关闭，使压缩机电机启动和运转。

如图4所示，升压控制电路由第二电感l2、功率管m7、肖特基二极管d8、第五十五电容c55和升压控制芯片u11组成，第二电感l2与功率管m7连接，肖特基二极管d8、升压控制芯片u11都与功率管m7连接，第五十五电容c55与肖特基二极管d8连接。升压控制芯片u11控制功率管m7的脉宽(pwm)来控制输出的直流母线电压值+vo。vref是升压控制芯片u11内部的一个基准电压源，通过升压控制芯片u11内部的比较器电路使输出脚10和16输出pwm信号；第七十电阻r70、第二十七电阻r27、第十二电容c12组成的分压网络将输出直流母线电压+vo分压后输入到升压控制芯片u11的内部比较器的正端(1脚)和基准vref通过第三十六电阻r36、第四十八电阻r48的分压值进行比较，控制最高的输出电压；第七十五电阻r75、第三十八电阻r38的分压值输入到升压控制芯片u11的4脚(dtc)控制pwm的占空比不大于75％；第六十六电阻r66、第十一电容c11组成振荡锯齿波，用来确定pwm的频率；微控制单元u1通过一个pwm输出口(p3.7)输出的可变电压通过第十四电阻r14、第四十二电容c42、第五二极管d5、第十五电阻r15接入升压控制芯片u1的1脚，来调节实际需要的直流母线(+vo)电压。

微控制单元采用英飞凌公司的xc866(xc836)型产品，微控制单元检测各输入信号，来调节升压的电压值并对压缩机电机进行及时换向，控制压缩机的启动和运转换向，处理各种故障并输出故障信号。

本发明中，可变升压是采用升压控制芯片u11控制、微控制单元辅助调整的方案，相比于某国际品牌公司(secop)公司生产的同类型的直流压缩机控制器，升压部分完全利用微控制单元来直接控制，虽然在控制的硬件上减少了器件，但由于升压需要较高的开关频率才能将升压电感元件的体积减小，因此对微控制单元的运算性能有较高的要求，其次输出电压的动态调整率没有硬件的速度快，因此在负载变化时会带来压缩机的运转不稳，造成压缩机噪音增加等缺点，相对比于此品牌的直流压缩机，采用本方案控制的直流压缩机在负载启动(抗压差启动)方面具有更好的适应性和启动成功率。同时由于采用微控制单元直接控制升压，为了提高启动力矩，启动时必须将电压升压至最高值，造成压缩机启动时速度有过冲点，减少了压缩机的机械寿命和增加了对电池的电流冲击。采用本方案控制的压缩机控制系统通过微控制单元的软件控制，可实现速度的软启动，解决了上面的启动方式的缺点。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。