專利名稱：一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的pwm調(diào)速模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種調(diào)速裝置，具體涉及一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊。
背景技術(shù)：
冷卻風(fēng)扇是汽車發(fā)動機的重要組成部分，是保障發(fā)動機持續(xù)可靠工作、充分發(fā)揮發(fā)動機性能、延長發(fā)動機使用壽命的重要部件。現(xiàn)有的冷卻風(fēng)扇調(diào)速技術(shù)主要有機械型、液壓液力型、離合型、電磁離合型和電機驅(qū)動型多種方案，而汽車電子化控制已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)發(fā)展的趨勢。目前的大部分生產(chǎn)廠家的控制方案主要采用定制ASIC與MCU的方案，ASIC方案集成度高，控制外圍電路簡單，但目前還沒有通用的集成芯片，一般需要提供定制服務(wù)，只有少數(shù)半導(dǎo)體大的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家如ON、ST才能提供這類服務(wù)，而且定制成本昂貴，周期長，功能唯一，不利于產(chǎn)品的開發(fā)改進(jìn)；MCU方案采用數(shù)字軟件智能化控制，功能強大，非常適合于產(chǎn)品的開發(fā)改進(jìn)，但需要提供線性穩(wěn)壓電源及較為復(fù)雜的外圍電路，成本較高，而且需要軟件編程，增加了產(chǎn)品開發(fā)的難度。
發(fā)明內(nèi)容針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種電路簡單、便于開發(fā)，制造成本低，且滿足調(diào)速要求的汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊。實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案如下一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，包括對輸入的低頻PWM信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理的控制信號處理單元、及對控制信號處理單元輸出的信號進(jìn)行驅(qū)動放大的驅(qū)動放大單元，所述控制信號處理單元包括調(diào)制波生成單元、載波生成單元，驅(qū)動放大單元包括PWM生成及放大單元，調(diào)制波生成單元、載波生成單元的輸出端連接PWM生成及放大單元的輸入端。所述調(diào)速模塊還包括溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元以及對溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元獲取的信號進(jìn)行濾波處理的采樣處理單元，所述溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元、采樣處理單元的輸出端分別與控制信號處理單元的第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端連接。 溫度采樣單元對汽車?yán)鋮s風(fēng)扇電機的溫度進(jìn)行實時檢測，并將檢測到的結(jié)果傳輸給控制信號處理單元，由控制信號處理單元進(jìn)行處理；電源監(jiān)測單元對冷卻風(fēng)扇電機的電源電壓進(jìn)行實時檢測，并將其檢測的結(jié)果傳送給控制信號處理單元；在溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元所采取的信號由采樣處理單元對其進(jìn)行濾波處理，再傳輸給控制信號處理單元，從而給冷卻風(fēng)扇電機創(chuàng)造一個穩(wěn)定、可靠的安全運行環(huán)境，延長電機的使用壽命。所述調(diào)速模塊還包括對輸入電源進(jìn)行EMI處理的輸入電源濾波器，經(jīng)輸入電源濾波器處理后的輸入電源作為汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇電機的供電電源，另外汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的電機并聯(lián)一蓄流二極管，蓄流二極管的正端與驅(qū)動放大單元的輸出端連接、負(fù)端與輸入電源濾波器的輸出端連接，輸入電源濾波器能夠濾除由輸入電源中進(jìn)來的各種干擾信號。所述蓄流二極管為快恢復(fù)管，旨在減少電機反電動勢的電壓沖擊影響。所述驅(qū)動放大單元的輸出端、及其與蓄流二極管連結(jié)點之間串接一 N型場效應(yīng)晶體管，其場效應(yīng)晶體管的漏極連接蓄流二極管的正端、柵極與驅(qū)動放大單元的輸出端連接、 源極串接一采樣電阻并接地，所述場效應(yīng)晶體管的漏極與源極之間寄生了一個反并聯(lián)的蓄流二極管；場效應(yīng)晶體管起到開關(guān)的作用，在場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通后，采樣電阻對冷卻風(fēng)扇電機的電流進(jìn)行檢測，同樣采樣電阻檢測的信號也要經(jīng)過采樣處理單元進(jìn)行調(diào)理濾波。所述調(diào)制波生成單元包括串接在低頻PWM信號輸入端的第一電阻R1、并接在低頻 PWM信號輸入端的第一電容Cl，其第一電容的另一端接地，所述第一電阻R1、第一電容Cl構(gòu)成一階RC濾波器，一階RC濾波器將輸入的低頻PWM信號解耦成比較穩(wěn)定直流信號，其幅值 Am由輸入信號占空比Din及其電平Ain決定其關(guān)系為=Am = Ain · Din。所述載波生成單元包括第一運放U1A、第二運放U1B、第三運放U1D，第一運放UlA 的同相輸入端連接有分壓器，第一運放UlA的反相輸入端、輸出端連接第二運放UlB的反相輸入端，第二運放UlB的反相輸入端與第三運放UlD的正相輸入端連接，第二運放UlB的正相輸入端串接有第五電阻R5、第三電阻R3并與第三運放UlD的反相輸入端連接，第二運放 UlB的正相輸入端還并接有第六電阻R6、第二電容C2并與第三運放UlD的反相輸入端連接，第二運放UlB的輸出端連接在第五電阻R5、第三電阻R3之間，第三運放UlD的輸出端連接PWM生成及放大單元的輸入端。所述分壓器包括并接在第一運放UlA正相輸入端的第七電阻R7、第八電阻R8，第七電阻R7的另一端接地，第八電阻R8的另一端接高電平。其中第七電阻R7、第八電阻R8 為相同阻值的電阻。通過第七電阻R7、第八電阻R8的分壓，并經(jīng)過第一運放UlA的電壓跟隨器，產(chǎn)生一個高輸入阻抗的VCC/2的虛地電壓基準(zhǔn)，而第三電阻R3、第五電阻R5、第六電阻R6、第二電容C2及第二運放U1B、第三UlD組成高精度三角波生成振蕩器，并輸出載波頻率f。a iCT，其有第三電阻R3，第五電阻R5，第六電阻R6，第二電容C2確定如下
Jca脈 ^R3C2 R5其生成的載波頻率范圍為0. IHz到100kHz，而一般直流電機的驅(qū)動頻率為15kHz 至50kHz，從而生成的載波頻率完全滿足直流電機驅(qū)動頻率的要求。所述PWM生成及放大單元包括第四運放U1C、第一三極管Ql、第二三極管Q2，第四運放UlC的反相輸入端與調(diào)制波生成單元的輸出端連接、正相輸入端與載波生成單元的輸出端連接，所述第一三極管Q1、第二三極管Q2的基極串接在一起并與第四運放UlC的輸出端連接，第一三極管Ql的發(fā)射極與第二三極管Q2的發(fā)射極連接并引出PWM信號輸出線，第一三極管Ql的集電極連接第四運放UlC的電源輸入端，第二三極管Q2的集電極連接第四運放UlC的接地端，所述PWM信號輸出線并接有第二電阻R2、第四電阻R4，第二電阻R2的另一端與第四運放UlC的電源輸入端連接，第四電阻R4的另一端與第四運放UlC的接地端連接。其中第四運放UlC為比較器，其同向端接載波，反向端接調(diào)制波，從而產(chǎn)生一個頻率
5為f。miCT的PWM信號，其占空比隨調(diào)制波的幅值A(chǔ)m成線性變化，從而使輸出的PWM信號跟隨輸入的PWM信號成反線性變化。若使輸出PWM信號與輸入PWM信號成正線性變化，只要將同向端調(diào)制波，反向端接載波即可。而第一三極管Q1、第二三極管Q2與第二電阻R2、第四電阻R4構(gòu)成推挽功率放大電路，用來增加第四運放UlC比較器輸出PWM信號的驅(qū)動能力， 使功率場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷更加可靠。采用了上述方案，控制信號處理單元是汽車?yán)鋮s風(fēng)扇PWM調(diào)速模塊的核心，其主要是對輸入的低頻PWM信號，一般為幾十Hz，進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理，產(chǎn)生幾十kHz的PWM輸入信號，并通過驅(qū)動放大單元驅(qū)動功率場效應(yīng)晶體管從而控制冷卻風(fēng)扇驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速；本實用新型的優(yōu)點是電路簡單、成本低，整個控制信號處理單元只有4個運放、2個三極管、2 個電容及8個電阻組成，且整個電路采用單電源供電。本實用新型的制造成本低、由于電路簡單其從研發(fā)到生產(chǎn)的周期非常短，其還附加了對冷卻風(fēng)扇驅(qū)動電機的電流、溫度、電源電壓的實時監(jiān)測功能，且無需軟件編程，降低了開發(fā)難度。

圖1為本實用新型運用的原理框圖；圖2為冷卻風(fēng)扇PWM調(diào)速模塊的控制框圖；圖3為控制信號處理單元及驅(qū)動放大單元的電路原理圖；圖中，1為總線電源，2為電子控制器，3為冷卻風(fēng)扇PWM調(diào)速模塊，4為冷卻風(fēng)扇電機，5為控制信號處理單元，6為驅(qū)動放大單元，7為調(diào)制波生成單元，8為載波生成單元，9為 PWM生成及放大單元，10為溫度采樣單元，11為電源監(jiān)測單元，12為采樣處理單元，13為輸入電源濾波器，14為蓄流二極管，15為場效應(yīng)晶體管，16為采樣電阻，17為場效應(yīng)管寄生的蓄流二極管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。參見圖1所示，本實用新型的電源采用汽車系統(tǒng)的總線電源1進(jìn)行供電，其為12V 的蓄電池，由汽車發(fā)動機控制器的電子控制器2以PWM低頻波的形式發(fā)送給汽車?yán)鋮s風(fēng)扇 PWM調(diào)速模塊3，汽車?yán)鋮s風(fēng)扇PWM調(diào)速模塊3接收到信號后，對輸入的PWM波的占空比進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理，把PWM波形變?yōu)榭梢灾苯域?qū)動冷卻風(fēng)扇直流電機4的控制信號。參見圖2，汽車?yán)鋮s風(fēng)扇PWM調(diào)速模塊3，包括對輸入的低頻PWM信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理的控制信號處理單元5、及對控制信號處理單元5輸出的信號進(jìn)行驅(qū)動放大的驅(qū)動放大單元6，控制信號處理單元5包括調(diào)制波生成單元7、載波生成單元8，驅(qū)動放大單元6 包括PWM生成及放大單元9，調(diào)制波生成單元7、載波生成單元8的輸出端連接PWM生成及放大單元9的輸入端。溫度采樣單元10、電源監(jiān)測單元11、采樣處理單元12的輸出端分別與控制信號處理單元5的第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端連接。溫度采樣單元10對汽車?yán)鋮s風(fēng)扇電機的溫度進(jìn)行實時檢測，并將檢測到的結(jié)果傳輸給控制信號處理單元5，由控制信號處理單元進(jìn)行處理；電源監(jiān)測單元11對冷卻風(fēng)扇電機的電源電壓進(jìn)行實時檢測，并將其檢測的結(jié)果傳送給控制信號處理單元5;在溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元所采取的信號由采樣處理單元12對其進(jìn)行濾波處理，再傳輸給控制信號處理單元5，從而給冷卻風(fēng)扇電機創(chuàng)造一個穩(wěn)定、可靠的安全運行環(huán)境，延長電機的使用壽命。調(diào)速模塊還包括對輸入電源進(jìn)行EMI處理的輸入電源濾波器13，輸入電源濾波器 13的輸入端與汽車總線電源1相連接，經(jīng)輸入電源濾波器處理后的輸入電源作為汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇電機4的供電電源，另外汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的電機并聯(lián)蓄流二極管14，蓄流二極管14的正端與驅(qū)動放大單元6的輸出端連接、負(fù)端與輸入電源濾波器13的輸出端連接。具體實施時，蓄流二極管14選用快恢復(fù)管，減少電機反電動勢的電壓沖擊影響；輸入電源濾波器13能夠濾除輸入電源中的各種干擾信號。在驅(qū)動放大單元6的輸出端、及其與蓄流二極管14連結(jié)點之間串接一 N型場效應(yīng)晶體管15，其場效應(yīng)晶體管15的漏極連接蓄流二極管14的正端、柵極與驅(qū)動放大單元6的輸出端連接、源極串接一采樣電阻16并接地，場效應(yīng)晶體管的漏極與源極之間寄生了一個反并聯(lián)的蓄流二極管17。由第一三極管Q1、第二三極管Q2與第二電阻R2、第四電阻R4構(gòu)成的推挽功率放大電路來增加第四運放UlC比較器輸出的PWM信號，從而使功率場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷。參見圖3，調(diào)制波生成單元7包括串接在低頻PWM信號輸入端的第一電阻R1、并接在低頻PWM信號輸入端的第一電容Cl，其第一電容的另一端接地，第一電阻R1、第一電容Cl 構(gòu)成一階RC濾波器。其中，載波生成單元8包括第一運放U1A、第二運放U1B、第三運放U1D，第一運放 UlA的正相輸入端連接有分壓器，第一運放UlA的反相輸入端、輸出端連接第二運放UlB的反相輸入端，第二運放UlB的反相輸入端與第三運放UlD的正相輸入端連接，第二運放UlB 的正相輸入端串接有第五電阻R5、第三電阻R3并與第三運放UlD的反相輸入端連接，第二運放UlB的正相輸入端還并接有第六電阻R6、第二電容C2并與第三運放UlD的反相輸入端連接，第二運放UlB的輸出端連接在第五電阻R5、第三電阻R3之間，第三運放UlD的輸出端連接第四運放UlC的正向輸入端。其中分壓器包括并接在第一運放UlA正相輸入端的第七電阻R7、第八電阻R8，第七電阻R7的另一端接地，第八電阻R8的另一端接高電平。第七電阻R7、第八電阻R8為相同阻值的電阻。PWM生成及放大單元9包括第四運放U1C、第一三極管Q1、第二三極管Q2，第四運放UlC的反相輸入端與調(diào)制波生成單元的輸出端連接、正相輸入端與載波生成單元的輸出端連接，第一三極管Q1、第二三極管Q2的基極串接在一起并與第四運放UlC的輸出端連接， 第一三極管Ql的發(fā)射極與第二三極管Q2的發(fā)射極連接并引出PWM信號輸出線，第一三極管Ql的集電極連接第四運放UlC的電源輸入端，第二三極管Q2的集電極連接第四運放UlC 的接地端，PWM信號輸出線并接有第二電阻R2、第四電阻R4，第二電阻R2的另一端與第四運放UlC的電源輸入端連接，第四電阻R4的另一端與第四運放UlC的接地端連接。
權(quán)利要求1.一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于其包括對輸入的低頻 PWM信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理的控制信號處理單元、及對控制信號處理單元輸出的信號進(jìn)行驅(qū)動放大的驅(qū)動放大單元，所述控制信號處理單元包括調(diào)制波生成單元、載波生成單元，驅(qū)動放大單元包括PWM生成及放大單元，調(diào)制波生成單元、載波生成單元的輸出端連接PWM生成及放大單元的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述調(diào)速模塊還包括溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元以及對溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元獲取的信號進(jìn)行濾波處理的采樣處理單元，所述溫度采樣單元、電源監(jiān)測單元、采樣處理單元的輸出端分別與控制信號處理單元的第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述調(diào)速模塊還包括對輸入電源進(jìn)行EMI處理的輸入電源濾波器，經(jīng)輸入電源濾波器處理后的輸入電源作為汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇電機的供電電源，另外汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的電機并聯(lián)一蓄流二極管，蓄流二極管的正端與驅(qū)動放大單元的輸出端連接、負(fù)端與輸入電源濾波器的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述蓄流二極管為減少汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇電機反電動勢電壓沖擊的快恢復(fù)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述驅(qū)動放大單元的輸出端、及其與蓄流二極管連結(jié)點之間串接一 N型場效應(yīng)晶體管，其場效應(yīng)晶體管的漏極連接蓄流二極管的正端、柵極與驅(qū)動放大單元的輸出端連接、源極串接一采樣電阻并接地，所述場效應(yīng)晶體管的漏極與源極之間寄生了一個反并聯(lián)的蓄流二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述調(diào)制波生成單元包括串接在低頻PWM信號輸入端的第一電阻(Rl)、并接在低頻PWM信號輸入端的第一電容(Cl)，其第一電容的另一端接地，所述第一電阻(Rl)、第一電容(Cl) 構(gòu)成一階RC濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述載波生成單元包括第一運放(UlA)、第二運放(UlB)、第三運放(UlD)，第一運放(UlA) 的同相輸入端連接有分壓器，第一運放(UlA)的反相輸入端、輸出端連接第二運放(UlB)的反相輸入端，第二運放(UlB)的反相輸入端與第三運放(UlD)的正相輸入端連接，第二運放 (UlB)的正相輸入端串接有第五電阻(R5)、第三電阻(R3)并與第三運放(UlD)的反相輸入端連接，第二運放(UlB)的正相輸入端還并接有第六電阻(R6)、第二電容(C2)并與第三運放(UlD)的反相輸入端連接，第二運放(UlB)的輸出端連接在第五電阻(R5)、第三電阻 (R3)之間，第三運放(UlD)的輸出端連接PWM生成及放大單元的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述分壓器包括并接在第一運放(UlA)正相輸入端的第七電阻(R7)、第八電阻(R8)，第七電阻(R7)的另一端接地，第八電阻(R8)的另一端接高電平。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于 所述第七電阻(R7)、第八電阻(R8)為相同阻值的電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，其特征在于所述PWM生成及放大單元包括第四運放(U1C)、第一三極管(Q1)、第二三極管(Q2)，第四運放(UlC)的反相輸入端與調(diào)制波生成單元的輸出端連接、正相輸入端與載波生成單元的輸出端連接，所述第一三極管(Ql)、第二三極管的基極串接在一起并與第四運放 (UlC)的輸出端連接，第一三極管Oil)的發(fā)射極與第二三極管的發(fā)射極連接并引出 PWM信號輸出線，第一三極管Oil)的集電極連接第四運放(UlC)的電源輸入端，第二三極管 (Q2)的集電極連接第四運放(UlC)的接地端，所述PWM信號輸出線并接有第二電阻(R2)、 第四電阻(R4)，第二電阻(R2)的另一端與第四運放(UlC)的電源輸入端連接，第四電阻 (R4)的另一端與第四運放(UlC)的接地端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用于汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇的PWM調(diào)速模塊，包括對輸入的低頻PWM信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理的控制信號處理單元、及對控制信號處理單元輸出的信號進(jìn)行驅(qū)動放大的驅(qū)動放大單元，所述控制信號處理單元包括調(diào)制波生成單元、載波生成單元，驅(qū)動放大單元包括PWM生成及放大單元，調(diào)制波生成單元、載波生成單元的輸出端連接PWM生成及放大單元的輸入端。本實用新型的制造成本低、由于電路簡單其從研發(fā)到生產(chǎn)的周期非常短，其還附加了對冷卻風(fēng)扇驅(qū)動電機的電流、溫度、電源電壓的實時監(jiān)測功能，且無需軟件編程，降低了開發(fā)難度。
文檔編號H02P7/29GK202012492SQ20112010893
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者伍春生, 朱建方, 王秋明 申請人:江蘇浩峰汽車附件有限公司