專利名稱：汽車空調鼓風機無極調速系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種調速系統，更具體的說，本發明主要涉及一種汽車空調鼓風機無極調速系統。
背景技術：
車空調系統是實現對駕駛室內空氣進行制冷、加熱、換氣和空氣凈化的裝置。目前，常規的汽車空調中鼓風機調速，大多數都是靠串電阻的方式來調速，利用電機回路中阻值的大小來調節電壓，達到調節風機轉速的目的。低擋位串的阻值大，中擋位串的阻值小，高擋位不串阻值。這種方式雖然結構簡單，零部件成本也低，維修方便，但是風機工作時相當一部分電源功率白白消耗在電阻上，調速電阻發熱量很大，需及時散熱。若散熱不及時，易引發汽車自燃。為了及時散熱，調速電阻通常放在暖風機的出風口上，利用暖風機給調速電阻吹風散熱。暖風機正常吹風，調速電阻的溫度就會穩定在一個相對安全的范圍內。若暖風電機發生故障，因電機堵轉、風機葉片脫落、電機短路等原因導致不出風，則調速電阻的溫度就會迅速上升，最終可能將周圍的塑料件等引燃。新型的汽車空調中鼓風機調速多采用調速模塊，通過微機產生PWM信號控制功率場效應管來調速，這種調速方法具有開關頻率高、低速運行穩定、動態性能優良、效率高等優點，很容易在 單片機控制系統中實現。目前國內外的汽車空調控制系統中，對電控單元的設計幾乎都沒有考慮低功耗的問題。實際上，一年四季，駕駛人員對空調的使用有限，但汽車一點火后，空調控制單元就開機，在整個開車的過程中不管使用或未使用空調都會白白的消耗掉一部分電能，這與當今世界提倡“節能環保”相違背。
發明內容
考慮到現有技術的上述問題，根據本發明公開的一個方面，本發明采用以下技術方案:一種汽車空調鼓風機無極調速系統，包括用于設置于汽車空調內向外鼓風的鼓風機和對汽車空調風速進行調節的調速開關，所述調速系統還包括通過電路調控風速的無極調速模塊，調速開關通過導電連接有無極調速模塊，調速開關并對無極調速模塊進行調節控制，無極調速模塊再連接鼓風機。更進一步技術方案是:所述無極調速模塊包括穩壓電源單元、驅動單元、輸入處理單元、控制單元和過流保護單元，穩壓電源單元將降壓后的電源傳遞給與之連接的控制單元，輸入處理單元的輸入端連接穩壓電源單元，輸出端連接控制單元，驅動單元一端與控制單元連接，另一端與過流保護單元連接，過流保護單元再與鼓風機連接；更進一步技術方案是:所述在無極調速模塊上還設置有由散熱板組成的散熱部件;更進一步技術方案是:所所述驅動單元和過流保護單元都設置有開關電路，由控制單元進行開關控制；與現有技術相比，本發明的有益效果之一是:本發明采用在系統中設計了無極調速模塊，再加之對模塊設置了散熱部件，該模塊實現無級調速功能，具有過流保護，散熱效果明顯，低功耗的特點。高效節能，抗電磁干擾能力強，產品質量穩定，可靠性高。
圖1為本發明結構示意圖；圖2為本發明無極調速模塊單元部件圖；圖3為本發明電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步闡述。考慮到現有技術的上述問題，根據本發明公開的一個方面，本發明采用以下技術方案:如圖1所示，一種汽車空調鼓風機無極調速系統，包括鼓風機103和調速開關102，調速系統還包括無極調速模塊101，調速開關102連接有無極調速模塊101，根據本發明的實施例，例如調速開關102和無極調速模塊101的連接可以是通過導線連接，也可以是通過集成電路線路連接；無極調速模塊101再連接鼓風機103，系統主要由鼓風機無級調速模塊101、調速開關102、鼓風機103等組成，由調速開關102選擇風量擋位，調速模塊101據此改變風量。該汽車空調鼓風機無級調速模塊101的基本思路是:采用定頻調寬法使單片機產生17.8KHz± IKHz的PWM信號，經過驅動電路來驅動2個并聯的MOSFET主開關元件，用通過改變占空比的方式改變鼓風機電樞兩端的平均電壓，從而達到調速的目的。為實現過流保護，在主開關元件的接地端串入取樣電阻絲，利用串聯的電流相等原理，取樣電流小信號通過由運算放大器構成的過流保護電路的放大、比較后，單片機便可檢測通過主開關元件的電流狀況。為使主開關元件及快速響應二極管及時散熱，安裝一散熱器，通過螺釘連接使其緊貼散熱器，達到散熱目的。低功耗的設計則是通過電源芯片的選擇、可控電源及軟件定時喚醒可待機的單片機等方式來實現。根據本發明的另一個優選實施例，如圖2所示，所述無極調速模塊101包括穩壓電源單元201、驅動單元204、輸入處理單元202、控制單元203和過流保護單元205，穩壓電源單元201將降壓后的電源傳遞給與之連接的控制單元203，輸入處理單元202的輸入端連接穩壓電源單元，輸出端連接控制單元203，驅動單元204 —端與控制單元203連接，另一端與過流保護單元205連接，過流保護單元205再與鼓風機103連接。穩壓電源單元201，模塊內的電源需求兩級，一級是驅動電路電源，要求12V。另一級是單片機及輸入電路等要求的5V電源。由于要考慮低功耗及汽車電源的惡劣情況，初級穩壓到12V的電源芯片選擇開關型穩壓模塊，LM2575T-12.0,以實現高輸入電壓下的低功耗輸出，外接穩壓二極管V3、電感L2及濾波電容C7、C6、C8就構成穩壓電路。次級穩壓到5V的電源芯片選擇ON公司的NCV4274ADS50R4G，該器件功耗:150uA每ImA負載，且具有過流、過壓、過溫保護的功能，外圍器件極少。為保證單片機有良好的電源環境，避免干擾，在5V電源的輸出端還加上瞬變電壓抑制器V4，即使有干擾也會消除掉。輸入處理單元202，輸入處理電路由電阻Rl、R2、電容Cl及二極管V1、V2組成，實現開關信號的采集，鼓風機調速開關內部為可變電阻，該輸入電路中的R2與其夠成分壓電路，將風量擋位變換成電壓信號，Rl、Cl為RC濾波電路，Vl、V2為限伏電路，防止過高的尖峰電壓進入單片機的2腳，其帶AD 口。單片機完成AD轉換后，就可判定調速開關擋位的變化了。當然，為了采樣的可靠性，軟件上采取采樣N次取平均值的軟件濾波方法來消除誤差。控制單元203，控制單元203使用單片機，單片機選擇FREESCALE單片機MC68HC908系列，其性能好、功能強、速度高、是性價比很高的8位微控制器。具有安全保護特性，包括看門狗監視復位、低電壓極限檢測復位、非法指令檢測復位和非法地址檢復位。考慮到該調速模塊實現功能僅需6個I/O 口引腳，選擇具有8個引腳的單片機MC68HC908QT2，因其可使用內部振蕩電路，無需外接晶振電路，大大提高可靠型。QT2單片機在運行模式時耗電6mA，待機模式時耗電1mA，利用這一特性，可省電。具體方法是，在軟件設計時，當需要鼓風機工作的情況下，讓單片機處于運行模式，而在其它時候則處于待機模式。實現方法是，利用定時喚醒的方法，編程單片機內部的一個定時器，IOmS中斷一次，定時0.1S，既在中斷程序中判定是否到10次中斷，若沒到，中斷返回后繼續處于待機模式，若至IJ，檢測一次是否有調速開關的擋位變化(實際上檢測的是電壓的大小)，若沒有，進入待機模式，同時關掉驅動電路及過流保護電路的電源。若有，退出待機模式，進入運行模式，同時打開驅動電路及過流保護電路的電源。這樣，調速模塊在閑暇時，95%的時間都處于待機模式，達到省電的目的。驅動單元204，驅動電路由開關電路(電阻R5、R6、R7及三極管Ql)驅動斯密特反向器HEF40106BT，其內部有6個反向器，采用并聯驅動方式，這樣驅動能力強，PWM波形完整。最后驅動兩個并聯的場效應管IRF540N。之所以用兩個，是為了降低管子的內阻，降低發熱量。而一般國內的配套商為了降低成本，往往只用一個，但這樣的結果是大量的三包件被退回。電路中還有一個快速響應二極管V7 (MUR1560)，其作用是消除電機的反向電動勢，保護場效應管不會被過高的反向電動勢擊穿，由于持續工作，其也會產生較高的熱量，電容C8的作用是為了使PWM信號平滑，防止高低電平變化時產生尖峰電壓。當然，這些措施還不足以確保場效應管的安全，還必須散熱，散熱結構的設計在后面論述。考慮到低功耗的設計，驅動電路所所的12V電源可控，由三極管Q3及R19組成的開關電路控制，在需要鼓風機工作的情況下，單片機才使其通電。過流保護單元205，在并聯場效應管的漏級公共接地端串入取樣電阻絲RS，利用串聯的電流相等原理，RS上的電壓隨著電機負載的電流變化而變化，電流大，RS兩端的電壓也高。電阻絲的阻值很小，還不到0.1歐。因此，取樣電阻上的電壓信號很小，通過由運算放大器構成的同相放大電路、比較電路的處理后，單片機便可檢測通過主開關元件的電流狀況。考慮到汽車應用，運放選擇LM2902，寬溫度范圍，-40°C 125°C。為了低功耗設計，運放及上拉電阻R17的供電由三極管Q2及R18組成的開關電源控制。在需要鼓風機工作的情況下，單片機才使其通電。在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結合該實施例描述的具體特征、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特征、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特征、結構或者特點也落在本發明的范圍內。盡管這里參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權利要求
1.一種汽車空調鼓風機無極調速系統，包括用于設置于汽車空調內向外鼓風的鼓風機和對汽車空調風速進行調節的調速開關，其特征在于:所述調速系統還包括通過電路調控風速的無極調速模塊，調速開關連接有無極調速模塊，調速開關并對無極調速模塊進行調節控制，無極調速模塊再連接鼓風機。
2.根據權利要求1所述汽車空調鼓風機無極調速系統，其特征在于:所述無極調速模塊包括穩壓電源單元、驅動單元、輸入處理單元、控制單元和過流保護單元，穩壓電源單元將降壓后的電源傳遞給與之連接的控制單元，輸入處理單元的輸入端連接穩壓電源單元，輸出端連接控制單元，驅動單元一端與控制單元連接，另一端與過流保護單元連接，過流保護單元再與鼓風機連接。
3.根據權利要求1所述汽車空調鼓風機無極調速系統，其特征在于:所述在無極調速模塊上還設置有由散熱板組成的散熱部件。
4.根據權利要求2所述汽車空調鼓風機無極調速系統，其特征在于:所述驅動單元和過流保護單元都設置有開關電路，由控制單元進行開關控制。
全文摘要
本發明提供一種汽車空調鼓風機無極調速系統，包括鼓風機和調速開關，調速系統還包括無極調速模塊，調速開關連接有無極調速模塊，無極調速模塊再連接鼓風機，本發明采用在系統中設計了無極調速模塊，再加之對模塊設置了散熱部件，該模塊實現無級調速功能，具有過流保護，散熱效果明顯，低功耗的特點，高效節能，抗電磁干擾能力強，產品質量穩定，可靠性高。
文檔編號F04D27/00GK103089683SQ201310058038
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月22日 優先權日2013年2月22日
發明者李國軍 申請人:四川泛華電器有限責任公司