專利名稱：一種用于汽車發動機冷卻風扇的pwm調速模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種調速裝置，具體涉及一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊。
背景技術：
冷卻風扇是汽車發動機的重要組成部分，是保障發動機持續可靠工作、充分發揮發動機性能、延長發動機使用壽命的重要部件。現有的冷卻風扇調速技術主要有機械型、液壓液力型、離合型、電磁離合型和電機驅動型多種方案，而汽車電子化控制已經成為不可逆轉發展的趨勢。目前的大部分生產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，只有少數半導體大的半導體生產廠家如ON、ST才能提供這類服務，而且定制成本昂貴，周期長，功能唯一，不利于產品的開發改進；MCU方案采用數字軟件智能化控制，功能強大，非常適合于產品的開發改進，但需要提供線性穩壓電源及較為復雜的外圍電路，成本較高，而且需要軟件編程，增加了產品開發的難度。
發明內容針對上述技術問題，本實用新型提供一種電路簡單、便于開發，制造成本低，且滿足調速要求的汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊。實現本實用新型的技術方案如下一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，包括對輸入的低頻PWM信號進行調制解調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行驅動放大的驅動放大單元，所述控制信號處理單元包括調制波生成單元、載波生成單元，驅動放大單元包括PWM生成及放大單元，調制波生成單元、載波生成單元的輸出端連接PWM生成及放大單元的輸入端。所述調速模塊還包括溫度采樣單元、電源監測單元以及對溫度采樣單元、電源監測單元獲取的信號進行濾波處理的采樣處理單元，所述溫度采樣單元、電源監測單元、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冷卻風扇電機的溫度進行實時檢測，并將檢測到的結果傳輸給控制信號處理單元，由控制信號處理單元進行處理；電源監測單元對冷卻風扇電機的電源電壓進行實時檢測，并將其檢測的結果傳送給控制信號處理單元；在溫度采樣單元、電源監測單元所采取的信號由采樣處理單元對其進行濾波處理，再傳輸給控制信號處理單元，從而給冷卻風扇電機創造一個穩定、可靠的安全運行環境，延長電機的使用壽命。所述調速模塊還包括對輸入電源進行EMI處理的輸入電源濾波器，經輸入電源濾波器處理后的輸入電源作為汽車發動機冷卻風扇電機的供電電源，另外汽車發動機冷卻風扇的電機并聯一蓄流二極管，蓄流二極管的正端與驅動放大單元的輸出端連接、負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來的各種干擾信號。所述蓄流二極管為快恢復管，旨在減少電機反電動勢的電壓沖擊影響。所述驅動放大單元的輸出端、及其與蓄流二極管連結點之間串接一 N型場效應晶體管，其場效應晶體管的漏極連接蓄流二極管的正端、柵極與驅動放大單元的輸出端連接、 源極串接一采樣電阻并接地，所述場效應晶體管的漏極與源極之間寄生了一個反并聯的蓄流二極管；場效應晶體管起到開關的作用，在場效應晶體管導通后，采樣電阻對冷卻風扇電機的電流進行檢測，同樣采樣電阻檢測的信號也要經過采樣處理單元進行調理濾波。所述調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，并經過第一運放UlA的電壓跟隨器，產生一個高輸入阻抗的VCC/2的虛地電壓基準，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的發射極與第二三極管Q2的發射極連接并引出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，反向端接調制波，從而產生一個頻率
5為f。miCT的PWM信號，其占空比隨調制波的幅值Am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信號的驅動能力， 使功率場效應晶體管的導通與關斷更加可靠。采用了上述方案，控制信號處理單元是汽車冷卻風扇PWM調速模塊的核心，其主要是對輸入的低頻PWM信號，一般為幾十Hz，進行調制解調處理，產生幾十kHz的PWM輸入信號，并通過驅動放大單元驅動功率場效應晶體管從而控制冷卻風扇驅動電機的轉速；本實用新型的優點是電路簡單、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到生產的周期非常短，其還附加了對冷卻風扇驅動電機的電流、溫度、電源電壓的實時監測功能，且無需軟件編程，降低了開發難度。
圖1為本實用新型運用的原理框圖；圖2為冷卻風扇PWM調速模塊的控制框圖；圖3為控制信號處理單元及驅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為冷卻風扇PWM調速模塊，4為冷卻風扇電機，5為控制信號處理單元，6為驅動放大單元，7為調制波生成單元，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為場效應晶體管，16為采樣電阻，17為場效應管寄生的蓄流二極管。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進一步說明。參見圖1所示，本實用新型的電源采用汽車系統的總線電源1進行供電，其為12V 的蓄電池，由汽車發動機控制器的電子控制器2以PWM低頻波的形式發送給汽車冷卻風扇 PWM調速模塊3，汽車冷卻風扇PWM調速模塊3接收到信號后，對輸入的PWM波的占空比進行調制解調處理，把PWM波形變為可以直接驅動冷卻風扇直流電機4的控制信號。參見圖2，汽車冷卻風扇PWM調速模塊3，包括對輸入的低頻PWM信號進行調制解調處理的控制信號處理單元5、及對控制信號處理單元5輸出的信號進行驅動放大的驅動放大單元6，控制信號處理單元5包括調制波生成單元7、載波生成單元8，驅動放大單元6 包括PWM生成及放大單元9，調制波生成單元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對汽車冷卻風扇電機的溫度進行實時檢測，并將檢測到的結果傳輸給控制信號處理單元5，由控制信號處理單元進行處理；電源監測單元11對冷卻風扇電機的電源電壓進行實時檢測，并將其檢測的結果傳送給控制信號處理單元5;在溫度采樣單元、電源監測單元所采取的信號由采樣處理單元12對其進行濾波處理，再傳輸給控制信號處理單元5，從而給冷卻風扇電機創造一個穩定、可靠的安全運行環境，延長電機的使用壽命。調速模塊還包括對輸入電源進行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，經輸入電源濾波器處理后的輸入電源作為汽車發動機冷卻風扇電機4的供電電源，另外汽車發動機冷卻風扇的電機并聯蓄流二極管14，蓄流二極管14的正端與驅動放大單元6的輸出端連接、負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。在驅動放大單元6的輸出端、及其與蓄流二極管14連結點之間串接一 N型場效應晶體管15，其場效應晶體管15的漏極連接蓄流二極管14的正端、柵極與驅動放大單元6的輸出端連接、源極串接一采樣電阻16并接地，場效應晶體管的漏極與源極之間寄生了一個反并聯的蓄流二極管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，從而使功率場效應晶體管的導通與關斷。參見圖3，調制波生成單元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的發射極與第二三極管Q2的發射極連接并引出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。
權利要求1.一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，其特征在于其包括對輸入的低頻 PWM信號進行調制解調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行驅動放大的驅動放大單元，所述控制信號處理單元包括調制波生成單元、載波生成單元，驅動放大單元包括PWM生成及放大單元，調制波生成單元、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.根據權利要求1所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，其特征在于 所述調速模塊還包括溫度采樣單元、電源監測單元以及對溫度采樣單元、電源監測單元獲取的信號進行濾波處理的采樣處理單元，所述溫度采樣單元、電源監測單元、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.根據權利要求1所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，其特征在于 所述調速模塊還包括對輸入電源進行EMI處理的輸入電源濾波器，經輸入電源濾波器處理后的輸入電源作為汽車發動機冷卻風扇電機的供電電源，另外汽車發動機冷卻風扇的電機并聯一蓄流二極管，蓄流二極管的正端與驅動放大單元的輸出端連接、負端與輸入電源濾波器的輸出端連接。
4.根據權利要求3所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，其特征在于 所述蓄流二極管為減少汽車發動機冷卻風扇電機反電動勢電壓沖擊的快恢復管。
5.根據權利要求3所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，其特征在于 所述驅動放大單元的輸出端、及其與蓄流二極管連結點之間串接一 N型場效應晶體管，其場效應晶體管的漏極連接蓄流二極管的正端、柵極與驅動放大單元的輸出端連接、源極串接一采樣電阻并接地，所述場效應晶體管的漏極與源極之間寄生了一個反并聯的蓄流二極管。
6.根據權利要求1所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，其特征在于 所述調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) 構成一階RC濾波器。
7.根據權利要求1所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，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.根據權利要求7所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，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.根據權利要求8所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，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.根據權利要求1所述的一種用于汽車發動機冷卻風扇的PWM調速模塊，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)的發射極與第二三極管的發射極連接并引出 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動機冷卻風扇的PWM調速模塊，包括對輸入的低頻PWM信號進行調制解調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行驅動放大的驅動放大單元，所述控制信號處理單元包括調制波生成單元、載波生成單元，驅動放大單元包括PWM生成及放大單元，調制波生成單元、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到生產的周期非常短，其還附加了對冷卻風扇驅動電機的電流、溫度、電源電壓的實時監測功能，且無需軟件編程，降低了開發難度。
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 優先權日2011年4月14日
發明者伍春生, 朱建方, 王秋明 申請人:江蘇浩峰汽車附件有限公司