专利名称：固体式柴油发动机起动、预热继电器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于柴油发动机起动技术领域，涉及一种固体式柴油发动机 起动、预热继电器。
背景技术：
近年来我国的汽车工业取得了长足的发展，各大汽车厂家不断地推出各 种新的车型以顺应市场的需要，随着汽车性能的提高，各汽车厂家对零部件 的质量也提出了较高的要求，原先的一些零部件特别是电器件已无法适应新 型汽车的性能，各汽车厂家对较多的零部件特别是电器件的性能提出了较高 的要求。
汽车起动系统包括起动开关，起动继电器，起动机及预热辅助起动装置 等。现有技术中用于柴油机发动系统的起动继电器采用电磁继电器，它虽然 有结构简单、维修方便、成本低等优点，但会产生触点电弧火花，且触点容 易损坏，环境适应性差，特别在大电流情况下触点会出现熔接现象。起动继电 器是控制柴油发动机起动的关键部件， 一旦起动继电器发生了故障，柴油机 发动机将无法起动。
在汽车起动系统中预热辅助起动装置也很重要。汽车在低温起动时采用 预热继电器控制的预热装置对发动机进气空气进行加热，从而使发动机顺利
起动。根据国家机动车污染物排放标准第二阶段限制(简称国n)，柴油发 动机低温起动采用火焰预热装置，预热继电器控制火焰预热塞工作，通过火
焰加热方式，使发动机进气温度提高60'C 7(TC，使发动机在低温下顺利起动。
根据GB/T18325.3-2005国家机动车污染物排放标准第三阶段限制(简称 国III)，进一步降低了发动机尾气排放中硫的含量，柴油发动机低温起动 采用火焰预热装置已经不能适用，国III标准柴油发动机采用预热继电器控制 电子加热器，使电子加热器温度上升高达95(TC，直接对发动机进气空气进行 加热，从而使发动机顺利起动。目前普遍采用的也是电磁继电器，它具有结 构简单、维修方便、成本低等优点，但会产生触点电弧火花，且触点容易损 坏，特别在大电流情况下触点会出现熔接现象，环境适应性差。加热方式的改变使得预热继电器的负载电流产生了很大的变化，负载电
流从70A增高到了150A，这样对预热继电器也提出了更高的要求，要求预热继 电器能够在大功率下可靠的工作，电磁继电器由于触点容易损坏，特别在大 电流情况下触点会出现熔接现象，在大功率负载下更不能可靠的工作。 一旦预 热继电器发生了故障，将无法控制电子加热器，也就无法实现柴油机发动机 的低温起动。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种输入功率小，使用寿命长，工作可靠的固 体式柴油发动机起动、预热继电器，既可以用于直接起动柴油发动机，又可 以用于控制发动机预热装置，使柴油发动机实现低温起动。
本实用新型的目的采用如下技术方案实现本实用新型所提供的固体式 柴油发动机起动、预热继电器由输入、隔离部分及输出部分组成，其特点是 所述的输入部分采用直流输入，所述的隔离部分由双端推挽自激振荡电路、 变压器和与变压器次级相接的整流、稳压电路组成；所述输出部分由N只并联 的功率场效应管构成直流输出电路，N》1，所述隔离部分整流、稳压电路输 出的正极接N只并联的功率场效应管的栅极，在整流、稳压电路的输出与直流 输出电路间接有快速放电电路。
本实用新型所提供的固体式柴油发动机起动、预热继电器工作原理如下
采用直流输入，隔离部分主要由振荡电路、变压器和与变压器次级相接的整 流、稳压电路组成。当加上直流输入后由振荡电路将直流输入转换成交流， 采用突压器隔离，避免输出对输入的影响，振荡电路采用双端推挽自激振荡 输出，它比单端输出更能提高输入能量的转换效率。提高振荡频率，转换速 度快，与变压器次级相接的整流、稳压电路将变压器输出的交流电压整流、
稳压后为由N只并联的功率场效应管构成的直流输出电路提供稳定的栅压，使 N只并联的功率场效应管导通输出直流。当切除输入电压时，使N只并联的功 率场效应管的栅极失去电压，将N只并联的输出功率场效应管关断，切断输出。 通常情况下，由隔离变压器输出的控制电压对栅极电容充电到功率场效应管 导通所需的时间是很快的， 一般在10uS以内，在去除控制电压后，由于栅极 电容缺少放电回路，放电速度很慢，使场效应管关断时间很长，达到了几十 ms甚至几百ms，在这种情况下，开关损耗极大，对于大功率的输出负载，很容易损坏，本实用新型在整流、稳压电路与直流输出电路间接有的快速放电 电路为功率场效应管的栅极电容设置了一个快速放电的回路提高了放电速 度，使输出迅速关断，提高了场效应管的关断速度，降低了其开关损耗。
本实用新型由于采用了由N只并联的功率场效应管构成的直流输出电路， 功率场效应管属于电压控制的导通器件，控制电流极小，功率场效应管的额 定输出电流可以做到很大，并且内阻较小，在需要切换更大电流的负载时， 只需要采用通过将多个功率场效应管并联的方式实现输出即可，多个功率场 效应管并联又可以进一步降低内阻。这样固体式柴油发动机起动、预热继电 器输出电压降就会很低，整个产品的功耗也就很小。又由于隔离部分的振荡 电路采用双端推挽自激振荡电路，它比单端输出更能提高输入能量的转换效 率，所以该固体式柴油发动机起动、预热继电器所需的直流输入功率小，同 时，在整流、稳压电路与直流输出电路间接有的快速放电电路为功率场效应 管的栅极电容设置了一个快速放电的回路提高了放电速度，使在柴油机发动 机起动切断直流输入后，构成直流输出电路的场效应管可迅速关断，提高了 关断速度，降低了开关损耗，提高了产品的可靠性。本实用新型所提供的固 体式柴油发动机起动、预热继电器既可以用于直接起动柴油发动机，又可以 用于控制发动机预热装置，使柴油发动机实现低温起动。只需根据输出负载 的功率要求改变功率场效应^;并联的数量即可。由于该继电器是全电子电路 控制，无机械触点解决了传统技术中电磁开关继电器容易产生触点电弧火花， 且触点容易损坏，特别在大电流情况下触点会出现熔接现象的问题，具有环 境适应性强、工作可靠、寿命长等优点。
图1为本实用新型所提供固体式柴油发动机起动、预热继电器一个实施
例的电原理图2为本实用新型所提供固体式柴油发动机起动、预热继电器做预热继 电器时的接线图3为本实用新型所提供固体式柴油发动机起动、预热继电器做起动继 电器时的接线图4为本实用新型所提供固体式柴油发动机起动、预热继电器做辅助起 动中间继电器时的接线图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的实施。图1为本实用新型所提供固体式 柴油发动机起动、预热继电器一个实施例的电原理图。参见图1:该固体式柴 油发动机起动、预热继电器由输入部分、隔离部分及输出部分组成，输入部 分由直流输入电压、限流电阻R1、保护二极管VI及稳压二极管V2构成；隔
离部分采用由晶体管V3、 V4，电阻R2、 R3、电容Cl、 C2构成的双端推挽自 激振荡电路、变压器T1和由与变压器T1次级相接的两个整流二极管V5、 V6、 稳压管V7与电阻R4、 R5构成的整流、稳压电路组成；输出部分是由四只并 联的功率场效应管Vll、 V12、 V13、 V14构成的直流输出电路，整流、稳压电 路输出的正极接并联的功率场效应管的栅极。在这个实施例中在隔离部分的 整流、稳压电路与直流输出电路间接有由晶体管V8、 V9、 二极管VIO、电阻 R6构成的快速放电电路，所述整流、稳压电路输出的正极通过二极管V10接 并联功率场效应管Vll、 V12、 V13、 V14的栅极，晶体管V8的集电极与晶体 管V9基极接二极管V10的正极，晶体管V8的基极与晶体管V9集电极通过电 阻R6接地，晶体管V8的发射极接地，晶体管V9的发射极接并联功率场效应 管Vll、 V12、 V13、 V14的栅极。
工作原理为输入部分由蓄电池提供直流输入电压，稳压二极管V2向后 续电路提供稳定的直流电压，保护二极管V1的设置是避免因接线错误而导致 继电器的损坏。隔离部分由晶体管V3、 V4，电阻R2、 R3、电容Cl、 C2构成 的双端推挽自激振荡电路将输入部分的直流电压变为交流电压采用变压器Tl 耦合隔离后，通过与变压器Tl次级相接的两个整流二极管V5、 V6、稳压管 V7与电阻R2、 R3整流、稳压后为构成直流输出电路的并联功率场效应管Vll、 V12、 V13、 V14提供稳定的直流栅压，使并联的功率场效应管导通，输出直流 大电流直接起动柴油机发动机或预热电子加热器实现柴油发动机的低温起 动。柴油机发动机起动后，切除输入电压，此时，使功率场效应管Vll、 V12、 V13、 V14的栅极失去电压，将输出功率场效应管Vll、 V12、 V13、 V14关断。 通常情况下，由隔离部分输出的控制电压对栅极电容充电到功率场效应管导 通所需的时间是很快的， 一般在10uS以内，在去除控制电压后，由于栅极 电容缺少放电回路，放电速度很慢，使功率场效应管关断时间很长，达到了 几十ms甚至几百ms，在这种情况下，开关损耗极大，对于大功率的输出负载，很容易损坏。针对上述情况，在电路中由晶体管V8、 V9、 二极管VIO、电阻 R6构成的快速放电电路提高放电速度，加快了关断时间，它的工作过程是切 除输入电压后，稳压管V7两端的电压下降到比功率场效应管栅极电压低0. 7V 时，晶体管V9导通，栅极电容通过晶体管V9、 V8的be结、电阻R6放电使 晶体管V8导通，并使稳压管V7两端电压进一步下降，形成正反馈，使输出 迅速关断，提高了关断速度，降低了开关损耗。固体式柴油发动机起动、预 热继电器中加入了放电保护回路，使得负载开关迅速， 一般在50uS以内。 在这一点上电磁式柴油发动机的预热或起动继电器是无法比拟的。
该实施例中隔离变压器1T磁芯是本电路的一个关键器件，直接关系到电 路的特性与转换效率。根据材料特性与本电路的特点，采用了 Mn-Zn高磁导 率铁氧沐材料作为变压器磁芯。在选择铁氧体材料时要考虑如下几个方面
(1) 磁导率和饱和磁通密度要高，可减少线圈匝数，减小内阻，减小磁 环的体积；
(2) 矫顽力要小，减少磁滞损耗；
(3) 电阻率要高，减少涡流损耗；
(4) 合理选择居里温度，提高磁环的综合性能。 本实用新型所提供的固体式柴油发动机起动、预热继电器的直流输出电路
中功率输出器件选用多只功率场效应管并联，可以根据输出负载确定功率场 效应管并联的数量，也可以采用功率场效应管芯片。图l所示的实施例中固 体式柴油发动机起动、预热继电器用做预热继电器输出负载电流为150A，输 出采用4只SUP75N06-08的V-M0S功率场效应管并联方式实现。如将输出部 分的直流输出电路改为用6只相同的功率场效应管并联，输出负载电流可达 200A可用来做起动继电器，直接起动柴油发动机，输出功率器件也可以不使 用同类型成品管，直接使用场效应管芯片， 一种是使用IXFD170N10-9X芯片， 需要两个；另一种是使用IXFD340N07-9Y需要一个芯片。使用芯片的好处主 要是利于散热，减小产品体积。本实用新型所提供的固体式柴油发动机起动、 预热继电器用来做预热继电器时接线方框图如图2所示，固体式柴油发动机 预热继电器通过控制发动机预热装置，使柴油发动机实现低温起动。本实用 新型所提供的固体式柴油发动机起动、预热继电器用来做起动继电器时接线 方框图如图3所示，固体式柴油发动机起动继电器安装在柴油发动机的起动机控制电路中，由起动继电器的通断控制起动机电磁开关电路的通断，起动 机再起动柴油发动机。
本实用新型所提供的固体式柴油发动机起动、预热继电器还可用来做辅 助起动的中间继电器，接线图如图4所示。由于电磁起动继电器的输入功率 相对较大，而现有的中央控制单元ECU所能提供的输出功率满足不了电磁式 起动继电器的输入功率，这里由中间继电器起到转换的作用，中央控制单元
ECU可以直接控制中间继电器的输入，中间继电器输出电流完全可以满足电磁
起动继电器的功率要求。中间继电器电路原理和预热继电器相同，可根据输 出负载的功率选择所使用场效应管的型号与数量。
权利要求1、一种固体式柴油发动机起动、预热继电器，由输入、隔离部分及输出部分组成，其特征在于所述的输入部分采用直流输入，所述的隔离部分由双端推挽自激振荡电路、变压器和与变压器次级相接的整流、稳压电路组成；所述输出部分由N只并联的功率场效应管构成直流输出电路，N≥1，所述隔离部分整流、稳压电路输出的正极接N只并联的功率场效应管的栅极，在整流、稳压电路的输出与直流输出电路间接有快速放电电路。
2、 根据权利要求l所述的固体式柴油发动机起动、预热继电器，其特征 在于所述隔离部分的双端推挽自激振荡电路由晶体管(V3、 V4)，电阻(R2、 R3)、电容(Cl、 C2)构成，双端推挽自激振荡电路的输出接变压器(Tl) 的初级。
3、 根据权利要求1或2所述的固体式柴油发动机起动、预热继电器，其特 征在于在所述的整流、稳压电路与直流输出电路间接有的快速放电电路由晶 体管(V8、 V9) 、 二极管(V10)、电阻(R6)构成，所述整流、稳压电路输 出的正极通过二极管(V10)接N只并联功率场效应管的栅极，晶体管(V8) 的集电极与晶体管(V9)基极接二极管(V10)的正极，晶体管(V8)的基极 与晶体管(V9)集电极通过电阻(R6)接地，晶体管(V8)的发射极接地， 晶体管(V9)的发射极接N只并联功率场效应管的栅极。
专利摘要本实用新型属于柴油发动机起动技术领域，涉及一种固体式柴油发动机起动、预热继电器。它由输入、隔离部分及输出部分组成，其特点是采用直流输入，所述的隔离部分由双端推挽自激振荡电路、变压器和与变压器次级相接的整流、稳压电路组成；所述输出部分由N只并联的功率场效应管构成直流输出电路，其中N≥1，整流、稳压电路输出的正极接N只并联的功率场效应管的栅极，在整流、稳压电路与直流输出电路间接有快速放电电路。该固体式柴油发动机起动、预热继电器无运动零部件，并且具有输入功率小，寿命长，工作可靠等优点。
文档编号F02M31/02GK201314267SQ200820224929
公开日2009年9月23日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者刘秀梅, 刚 吴, 奎 徐 申请人:信息产业部电子第四十研究所华成高新技术公司