具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器,由隔离变压器（T1）、电阻（R）、电容（C）、三极管（S）、整流二极管（V）、稳压管（D）、场效应管（Q）构成，本发明有益效果为：主动安全保护使大功率直流控制器不易损坏，而被动安全保护则使大功率直流控制器不惧损坏，实现最高的安全级别，从而使其具有环境适应性强、工作可靠性高、使用寿命长等突出优点。
【专利说明】具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于柴油发动机辅助起动领域(汽车节能环保领域)的采用全电子电路技术设计的功率控制部件。
【背景技术】
[0002]近年来我国的汽车工业在技术水平和装配质量上都有了较大的提高，各大整车厂家为顺应市场的发展不断推出高技术、高品质的新型车型以满足整车技术进步需要，随着汽车性能的提高，各大汽车厂家都对零部件的质量提出了较高的要求，原先的一些零部件特别是电器件已不能很好的满足新型汽车的要求，因此电器件的技术提升势在必行。
[0003]汽车柴油发动机辅助起动系统在汽车起动系统中处于重要地位。汽车柴油发动机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II，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60V?70°C，使发动机在低温下顺利起动。
[0004]根据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空气加热器，使空气加热器温度在20s?30s时间内上升至950°C，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。
[0005]进气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，这样对预热继电器在大功率下可靠的工作提出了更高的要求，而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，将无法控制空气加热器，也就无法实现柴油发动机的低温起动，同时还会对其它系统造成损坏，安全性较差。
[0006]在大功率负载的条件下，早期的大功率直流控制器解决了无触点无熔接现象，但大功率直流控制器的电子器件受损致使功率场效应管短路失效，这种情况出现使输入控制电压无法控制功率场效应管的通断，功率场效应管始终保持短路状态使输出端始终接通，整个辅助起动装置将持续工作；这样就要求在大功率直流控制器中加入对外界干扰信号的处理电路，减少外界干扰信号对大功率直流控制器的影响；因此，在输入端加入滤波电路和限压保护电路，输出端加入过压保护电路和快速过热保护电路。快速过热保护部分能够使功率场效应管在短路失效状态发生时及时断开电路保护整个辅助起动系统及其它相关系统，从而使大功率直流控制器出现短路失效模式时不会影响整个辅助起动系统和其它相关系统。
【发明内容】
[0007]本发明提供的是一种具有环境适应性强、工作可靠性高、使用寿命长的具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器。
[0008]本发明主要特点在于:由隔离变压器、电阻、电容、三极管、整流二极管、稳压管、场效应管、控制继电器构成，隔离变压器的输出部分设置四个整流二极管V3、V4、V5、V6，四个整流二极管V3、V4、V5、V6外串联一电阻R13后并联一稳压管D4、一电阻R14、一电容C6、三个场效应管，其三个场效应管Ql、Q2、Q3之间相互并联，三个场效应管外并联过压保护部分，串联快速过热保护部分；隔离变压器输入部分设置三极管S2、三极管S3、电阻R11、电阻Rl2、电容C4、电容C5，其三极管S3的B、E端串联一电容C4、一电阻R11，其电容C4与电阻Rll并联，其三极管S2的C、E端并联限压保护部分、一电阻R5、一电阻R3、一电容C2、一电容Cl、一整流二极管V2、一电阻R1，其整流二极管V2两端并联一控制继电器Kl的线包端，其三极管S2的C、E端串联一电阻R2、一电阻R4、一稳压管Dl、一整流二极管VI，其三极管S2的B、E端串联一电阻R12、一电容C5，其电阻R12与电容C5并联。
[0009]本发明主要特点在于:限压保护部分由电压比较器、电阻、三极管、稳压管、电容、双向抑制二极管构成，电压比较器与双向抑制二极管Yi并联，其电压比较器的输入端负端设置一电阻R6、一电阻R7,电压比较器的输入端正端设置一稳压管D2、一电阻R8、一电容C3，电压比较器的输出端依次设置电阻R9、稳压管D3、电阻R10、三极管SI。
[0010]本发明主要特点在于:输出端过压保护部分由电容C7、电阻R15和双向抑制二极管Y2构成，其电容C7与电阻R15串联后并联双向抑制二极管Y2。
[0011]本发明主要特点在于:快速过热保护部分由温度热保护器、电阻R16、控制继电器Kl构成，其温度热保护器与电阻R16并联，其控制继电器Kl的输出端与电阻R16串联。
[0012]本发明的有益效果在于:本发明输入控制电流小，带有抗电磁脉冲干扰的滤波电路，限定输入电压工作范围的限压保护电路避免开关损耗和高压干扰损伤大功率直流控制器，输出端为功率场效应管没有触点，不产生电弧火花，并且在输出部分设置了过压保护电路防止尖峰脉冲干扰损坏输出功率场效应管，快速过热保护电路在功率场效应管短路失效时及时提供保护，断开电路，实现大功率直流控制器非短路失效模式；这些保护电路就构成了大功率直流控制器的主动安全保护部分和被动安全保护部分，主动安全保护使大功率直流控制器不易损坏，而被动安全保护则使大功率直流控制器不惧损坏，实现最高的安全级另O，从而使其具有环境适应性强、工作可靠性高、使用寿命长等突出优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明限压保护电路原理图 图2为本发明输出端过压保护电路原理图 图3为本发明快速过热保护电路原理图 图4为本发明装置总电路原理图
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明
如图4所示:具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器，由隔离变压器Tl、电阻R、电容C、三极管S、整流二极管V、稳压管D、场效应管Q、控制继电器Kl构成，隔离变压器Tl的输出部分设置四个整流二极管V3、V4、V5、V6，四个整流二极管V3、V4、V5、V6外串联一电阻R13后并联一稳压管D4、一电阻R14、一电容C6、三个场效应管Q，其三个场效应管Q1、Q2、Q3之间相互并联，三个场效应管Q外并联过压保护部分2，串联快速过热保护部分3 ;隔离变压器Tl输入部分设置三极管S2、三极管S3、电阻R11、电阻R12、电容C4、电容C5，其三极管S3的B、E端串联一电容C4、一电阻Rl I，其电容C4与电阻Rl I并联，其三极管S2的C、E端并联限压保护部分1、一电阻R5、一电阻R3、一电容C2、一电容Cl、一整流二极管V2、一电阻Rl，其整流二极管V2两端并联一控制继电器Kl的线包端，其三极管S2的C、E端串联一电阻R2、一电阻R4、一稳压管D1、一整流二极管VI,其三极管S2的B、E端串联一电阻R12、一电容C5，其电阻R12与电容C5并联，限压保护部分I由电压比较器L1、电阻R、三极管S、稳压管D、电容C、双向抑制二极管Y构成，电压比较器LI与双向抑制二极管Yl并联，其电压比较器LI的输入端负端设置一电阻R6、一电阻R7,电压比较器LI的输入端正端设置一稳压管D2、一电阻R8、一电容C3,电压比较器LI的输出端依次设置电阻R9、稳压管D3、电阻R10、三极管SI，输出端过压保护部分2由电容C7、电阻R15和双向抑制二极管Y2构成，其电容C7与电阻R15串联后并联双向抑制二极管Y2，快速过热保护部分3由温度热保护器BXl、电阻R16、控制继电器Kl构成，其温度热保护器BXl与电阻R16并联，其控制继电器Kl的输出端与电阻R16串联。
[0015]1、输入部分 :所述的输入部分采用直流输入电压，经过稳压二极管(D1)、限流电阻(R2)向后续电路提供稳定的直流工作电流，反向保护二极管(Vl)避免输入端正负极反接导致大功率直流控制器损坏。
[0016]2、隔尚部分:所述的隔尚部分由三极管(S2、S3)、电阻(1?11、1?12)、电容(C4、C5)及隔离变压器Tl构成的双向推挽自激振荡电路将输入直流电压信号转变为交流电压信号，采用隔离变压器耦合隔离后，通过与变压器次级相连的四个整流二极管(V3、V4、V5、V6)、限流电阻(R13)、稳压管(D4)为执行电路提供合理稳定的直流工作电压。
[0017]3、执行部分:所述的执行部分由三个并联功率场效应管(Q1、Q2、Q3)组成，当隔离电路提供合理稳定的直流电压时，功率场效应管接通；当隔离电路不提供直流电压时，功率场效应管关断。在输出部分与隔尚部分之间加入RC放电回路(R14、C6)对功率场效应管进行放电，避免场效应管的G极(栅极)由于积累电荷对大功率直流控制器的输出电路产生损伤，保证功率场效应管正常工作。
[0018]本发明最主要的组成部分为:主动安全保护部分和被动安全保护部分。
[0019]主动安全保护部分
滤波部分:所述的滤波部分采用RC滤波电路实现，大功率直流控制器工作的直流电压通过限流电阻(R4)进一步限流后向后传递；输入部分传递过来脉冲干扰信号通过滤波电容(Cl、C2)吸收，避免脉冲干扰信号向后传递损伤大功率直流控制器。
[0020]限压保护电路的输入端由双向抑制二极管(Yl)将高电压干扰信号抑制在合理低电压值内，同时通过分压电阻(R6、R7)对输入信号进行分压，分压信号作为基准信号输入电压比较器(LI)的端；输入信号经过稳压二极管(D2)、限流电阻(R8)、延时电容(C3)后的电压作为采样电压输入电压比较器(LI)的“ + ”端。当采样电压值“ + ”低于基准电压值
时，电压比较器(LI)不工作，输出端为低电平信号，输出三极管(SI)处于关断状态；当采样电压值“ + ”高于基准电压值时，电压比较器(LI)输出高电平信号，通过稳压管(D3)降压、限流电阻(RlO)限流后，接通输出三极管(SI)，从而接通大功率直流控制器。
[0021]通过限压保护电路，将接通大功率直流控制器的输入电压控制在一定电压值范围内，可有效保护大功率直流控制器不会因开关损耗和高压干扰脉冲而损坏。
[0022]过压保护电路通过双向抑制二极管(Y2)将大功率直流控制器输出场效应管两端的电压稳定在设定值范围内，当出现尖峰脉冲干扰电压时，高出双向抑制二极管(Y2)设定值的干扰电压通过大容量高耐压电容(C7)进行吸收，大容量高耐压电容(C7)累积的电荷通过电阻(Rl5 )进行放电，保持电路的稳定。
[0023]被动安全保护部分:
快速过热保护部分通过控制继电器(Kl)对大功率直流控制器的状态进行实时监测，当大功率直流控制器不工作或者是正常工作时，MCH高温陶瓷加热片电阻(R16)不工作；当大功率直流控制器损坏时，由于输出端的功率场效应管的失效模式多为短路失效，而发生功率场效应管短路失效时，输入控制电路不能关断大功率直流控制器的输出部分，输出部分始终保持导通或半导通状态，整个辅助起动系统将持续工作，由于系统负载功率大(2.2kw)会使发动机及其它相关系统存在安全隐患。快速过热保护电路在监测到大功率直流控制器输出端短路损坏时，通过控制继电器(Kl)，控制MCH高温陶瓷加热片电阻(R16)发热(MCH高温陶瓷加热片在30S内表面温度可达650°C并持续保持)，与已损坏的输出功率场效应管产生的热量共同传导至温度热保护器(BX1)，当温度热保护器(BXl)的温度达到123°C时，温度热保护器(BXl)自动熔断，整个回路物理断开，切断大功率直流控制器的输出回路，避免在功率场效应管短路失效情况下整个辅助起动系统持续工作造成的安全隐患。快速过热保护部分由温度热保护器(BX1)、控制继电器(K1)、MCH高温陶瓷加热片电阻(R16)组成，其中温度热保护器(BXl)的保护温度为123°C，当温度达到123°C时温度热保护器(BXl)自动熔断，实现整个回路物理断开，而MCH高温陶瓷加热片电阻(R16)表面温度能够在30S内达到650°C并持续保持；其工作状态是温度热保护器(BXl)与功率场效应管串联接入输出部分，控制继电器(Kl)控制MCH高温陶瓷加热片电阻(R16)是否处于加热状态。当功率场效应管短路失效时，已损坏的功率场效应管发热量增大，同时输入控制信号关闭后功率场效应管始终处于导通状态，这时控制继电器(Kl)接通，使温度热保护器(BXl )、MCH高温陶瓷加热片电阻(R16)与地(蓄电池负极)形成回路。当已损坏的功率场效应管与MCH高温陶瓷加热片电阻(R16)发出的热量共同持续传导至温度热保护器(BXl)时，温度热保护器(BXl)能够在3min内自动熔断，实现整个回路物理断开，使大功率直流控制器的输出端断开，有效的保护整个辅助起动系统及其它相关系统，从而实现将大功率直流控制器的短路失效模式转化为非短路失效模式的目的。
【权利要求】
1.具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器，由隔离变压器(Tl)、电阻(R)、电容(C)、三极管(S)、整流二极管(V)、稳压管(D)、场效应管(Q)、控制继电器(Kl)构成，其特征在于:隔离变压器(Tl)的输出部分设置四个整流二极管(V3、V4、V5、V6)，四个整流二极管(V3、V4、V5、V6)外串联一电阻(R13)后并联一稳压管(D4)、一电阻(R14)、一电容(C6)、三个场效应管(Q)，其三个场效应管(Q1、Q2、Q3)之间相互并联，三个场效应管(Q)外并联过压保护部分(2)，串联快速过热保护部分(3);隔离变压器(Tl)输入部分设置三极管(S2)、三极管(S3)、电阻(R11)、电阻(R12)、电容(C4)、电容(C5)，其三极管(S3)的B、E端串联一电容(C4)、一电阻(R11)，其电容(C4)与电阻(Rll)并联，其三极管(S2)的C、E端并联限压保护部分(I)、一电阻(R5)、一电阻(R3)、一电容(C2)、一电容(Cl)、一整流二极管(V2)、一电阻(R1)，其整流二极管(V2)两端并联一控制继电器(Kl)的线包端，其三极管(S2)的C、E端串联一电阻(R2 )、一电阻(R4)、一稳压管(DI)、一整流二极管(Vl)，其三极管(S2 )的B、E端串联一电阻(R12)、一电容(C5)，其电阻(R12)与电容(C5)并联。
2.根据权利要求1所述的具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器，其特征在于:限压保护部分(I)由电压比较器(LI)、电阻(R)、三极管(S)、稳压管(D)、电容(C)、双向抑制二极管(Y)构成，电压比较器(LI)与双向抑制二极管(Yl)并联，其电压比较器(LI)的输入端负端设置一电阻(R6)、一电阻(R7),电压比较器(LI)的输入端正端设置一稳压管(D2)、一电阻(R8)、一电容(C3)，电压比较器(LI)的输出端依次设置电阻(R9)、稳压管(D3)、电阻(R10)、三极管(SI)。
3.根据权利要求1所述的具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器，其特征在于:输出端过压保护部分(2)由电容(C7)、电阻(R15)和双向抑制二极管(Y2)构成，其电容(C7)与电阻(R15)串联后并联双向抑制二极管(Y2)。
4.根据权利要求1所述的具有主、被动安全保护功能的大功率直流控制器，其特征在于:快速过热保护部分(3)由温度热保护器(BX1)、电阻(R16)、控制继电器(Kl)构成，其温度热保护器(BXl)与电阻(R16)并联，其控制继电器(Kl)的输出端与电阻(R16)串联。
【文档编号】H02H5/04GK103746559SQ201210480579
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】王智军, 戴世纯, 郭云琴, 郭婧婧 申请人:安徽省智纯动力科技有限公司