一种汽车空调系统PTC加热器的制作方法

本发明涉及的是一种汽车空调系统ptc加热器，属于汽车空调系统技术领域。

背景技术：

ptc（正温度系数）加热器用于汽车空调系统，安装在鼓风机和空调出风口之间，当空调系统有制热需求时，通过汽车总线将需求指令发送给ptc加热器，ptc加热器根据需求指令及当前状态，控制ptc芯体将车载动力电源的电能转化为热能，并在鼓风机的作用下送至空调出风口。

现有的ptc加热器，对ptc芯体进行了若干分组，每组由一个继电器控制通断，根据空调系统需求指令投入不同的芯体组合进行制热；其缺点是，ptc芯体分为有限的几组，每组导通或关断时，导致制热功率的较大波动，驾乘人员体验较差，以及缺少功率计量模块，无法使制热功率有效满足指令需求，导致能量浪费或制热效果差。

技术实现要素：

本发明提出的是一种汽车空调系统ptc加热器，其目的在于克服现有技术中制热功率控制不完善，通过设计具有脉冲宽度调制功能的驱动模块及增加功率计量模块，避免制热功率的较大波动以及偏离需求指令，从而提高了驾乘人员的体验并具有明显的节能效果。

本发明的技术解决方案：一种汽车空调系统ptc加热器，其结构包括ptc芯体1、高压连接器2、低压连接器3、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、两个大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器13；其中，电源转换器5输入端连接低压连接器3的正、负极引脚，电源转换器5的输出端连接各用电模块；通信转换器4输入端连接低压连接器3的通信引脚，通信转换器4的输出端连接微控制器6；模拟-数字转换器11输入端连接电流采样电路9和电压采样电路10，模拟-数字转换器11输出端连接比例-积分调节器13；脉冲宽度调制器12输入端连接比例-积分调节器13，脉冲宽度调制器12输出端连接专用驱动芯片7；专用驱动芯片7输出端连接两个大功率开关管8的驱动引脚；两个大功率开关管8将ptc芯体1连接至高压连接器2的正、负极引脚。

本发明的优点：电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11组合形成的功率计量模块能够计量ptc芯体1当前的制热功率，与空调系统需求指令对比产生偏差控制信号，通过比例-积分调节器13，计算出需要施加到ptc芯体1上的控制信号，并由具有脉冲宽度调制功能的驱动模块执行该指令，使ptc加热器制热功率均匀、缓变，并能准确跟随空调系统需求指令，避免了制热功率的较大波动以及偏离需求指令，从而提高了驾乘人员的体验并具有明显的节能效果。

附图说明

附图1是一种汽车空调系统ptc加热器原理示意图。

附图2是一种ptc芯体结构示意图。

附图3是电流采样电路9的结构示意图。

附图4是电压采样电路10的结构示意图。

附图5是比例-积分调节器13的结构示意图。

附图中1是ptc芯体、2是高压连接器、3是低压连接器、4是通信转换器、5是电源转换器、6是微控制器、7是专用驱动芯片、8是两个大功率开关管、9是电流采样电路、10是电压采样电路、11是模拟-数字转换器、12是脉冲宽度调制器、13是比例-积分调节器。

具体实施方式

对照附图1，一种汽车空调系统ptc加热器，其结构包括ptc芯体1、高压连接器2、低压连接器3、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、两个大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器13；其中，电源转换器5输入端连接低压连接器3的正、负极引脚，电源转换器5的输出端连接各用电模块；通信转换器4输入端连接低压连接器3的通信引脚，通信转换器4的输出端连接微控制器6；模拟-数字转换器11输入端连接电流采样电路9和电压采样电路10，模拟-数字转换器11输出端连接比例-积分调节器13；脉冲宽度调制器12输入端连接比例-积分调节器13，脉冲宽度调制器12输出端连接专用驱动芯片7；专用驱动芯片7输出端连接两个大功率开关管8的驱动引脚；两个大功率开关管8将ptc芯体1连接至高压连接器2的正、负极引脚。

所述脉冲宽度调制器12、专用驱动芯片7、大功率开关管8组合形成具有脉冲宽度调制功能的驱动模块。

所述电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11组合形成功率计量模块。

所述的高压连接器2与车载动力电源连接，用于为工作回路供电；低压连接3与车载控制电源及汽车总线连接，用于为控制回路供电及通信。

所述的电源转换器5将车载控制电源转换为相应的规格，为其他各个模块供电；通信转换器4将汽车总线信号转换为与微控制器6相应的规格，供微控制器6接收和识别。

所述的具有脉冲宽度调制功能的驱动模块将比例-积分调节器13的计算结果转化为ptc芯体1的工作状态，工作状态能够从0%~100%连续调节；功率计量模块可获取ptc芯体1的当前制热功率，传递给比例-积分调节器13。

所述的比例-积分调节器13将需求制热功率和ptc芯体1的当前制热功率转化为所需控制信号。

所述各用电模块包括ptc芯体1、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、两个大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器13。

工作时包括如下步骤：微控制器6对通信转换器4提供的信号进行解码，获取空调系统制热功率需求，并传递给比例-积分调节器13；微控制器6对电流采样电路9和电压采样电路10的信号进行计算，得到ptc加热器当前的制热功率，并传递给比例-积分调节器13；比例-积分调节器13对比空调系统制热功率需求信息和ptc加热器当前制热功率信息，获得偏差信号，通过预先整定的比例系数及积分系数，计算出所需控制信号，并交由具有脉冲宽度调制功能的驱动模块执行，控制ptc芯体1以适当的制热功率运行，由于整个过程形成了负反馈，ptc加热器实时调整自身的制热功率，与空调系统的制热功率需求相符合。

实施例

一种汽车空调系统ptc加热器，其结构包括ptc芯体1、高压连接器2、低压连接器3、通信转换器4、电源转换器5、微控制器6、专用驱动芯片7、大功率开关管8、电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11、脉冲宽度调制器12、比例-积分调节器13；其中，电源转换器5输入端连接低压连接器3的正、负极引脚，输出端连接各用电模块；通信转换器4输入端连接低压连接器3的通信引脚，输出端连接微控制器6；模拟-数字转换器11输入端连接电流采样电路9和电压采样电路10，输出端连接比例-积分调节器13；脉冲宽度调制器12输入端连接比例-积分调节器13，输出端连接专用驱动芯片7；专用驱动芯片7输出端连接大功率开关管8的驱动引脚；大功率开关管8将ptc芯体1连接至高压连接器2的正、负极引脚。

所述脉冲宽度调制器12、专用驱动芯片7、大功率开关管8组合形成具有脉冲宽度调制功能的驱动模块；其中，微控制器6型号为s9keazn64，脉冲宽度调制器12为微控制器6的内置模块，型号为s9keazn64-ftm2；专用驱动芯片7型号为ir21271s；大功率开关管8型号为auirgp4062。

所述电流采样电路9、电压采样电路10、模拟-数字转换器11组合形成功率计量模块；其中，模拟-数字转换器11为微控制器6的内置模块，型号为s9keazn64-adc；电流采样电路9包含一个采样电阻rs、一个运算放大器u1，以及电阻r1，r2和电容c1，连接方式如附图3所示；电压采样电路10包含两个分压电阻r3和r4，以及电阻r5和电容c2，c3，连接方式如附图4所示。

对照附图2，所述一种ptc芯体，其结构包括ptc单元21、散热翅带22、电极片23、复合端子24；其中，复合端子24通过铆接与电极片23结合；ptc单元21、散热翅带22和电极片23通过导热硅胶粘接结合。

所述的高压连接器2与车载动力电源连接，用于为工作回路供电；低压连接3与车载控制电源及汽车总线连接，用于为控制回路供电及通信；其中，高压连接器2型号为delphi13753471；低压连接器3型号为molex31100-0040。

所述的电源转换器5将车载控制电源转换为相应的规格，为其他各个模块供电；通信转换器4将汽车总线信号转换为与微控制器6相应的规格，供微控制器6接收和识别；其中，电源转换器5型号为tps57060；通信转换器4型号为tja1021t。

所述的具有脉冲宽度调制功能的驱动模块可将比例-积分调节器13的计算结果转化为ptc芯体1的工作状态，工作状态可以从0%~100%连续调节；功率计量模块可获取ptc芯体1工作的电压和电流信号，通过信号调理后传递给微控制器6。

所述的比例-积分调节器13将需求制热功率和ptc芯体1的当前制热功率转化为所需控制信号；其中，比例-积分调节器13，其结构包括电阻r6，r7，r8，电容c4，运算放大器u2，连接方式如附图5所示。

工作时：微控制器6对通信转换器4提供的信号进行解码，获取空调系统制热功率需求，并传递给比例-积分调节器13；微控制器6对电流采样电路9和电压采样电路10的信号进行计算，得到ptc加热器当前的制热功率，并传递给比例-积分调节器13；比例-积分调节器13对比空调系统制热功率需求信息和ptc加热器当前制热功率信息，获得偏差信号，通过预先整定的比例系数及积分系数，计算出所需控制信号，并交由具有脉冲宽度调制功能的驱动模块执行，控制ptc芯体1以适当的制热功率运行，由于整个过程形成了负反馈，ptc加热器实时调整自身的制热功率，与空调系统的制热功率需求相符合。