強電磁干擾環(huán)境下直流電機驅(qū)動信號的耦合方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動信號的耦合方法及裝置，涉及汽車的直流電機PWM控制技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)特征表現(xiàn)為：將主控單元ECU直接發(fā)出的PWM電壓方波信號經(jīng)過光電耦合器件與場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)電路進行耦合，在場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)電路的柵極回路上采用雙電容器和雙電感去耦電路進行模數(shù)隔離；采用兩只P型MOSFET管和兩只N型MOSFET管搭接成互補的H型電橋的兩臂，解決了偏置電路設(shè)置的問題；同時在四組MOSFET管并聯(lián)加入RC保護電路，較好地抑制了雜波信號對電機的影響。本發(fā)明解決了車用直流電機PWM脈寬調(diào)制信號傳輸耦合的技術(shù)難題，具有簡單高效，可靠性強,成本低的優(yōu)點。
【專利說明】
強電磁干擾環(huán)境下直流電機驅(qū)動信號的耦合方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動信號的耦合方法及裝置，涉及汽車的直流電機PffM控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車用直流電機工作時需要雙向調(diào)速控制，現(xiàn)在多采用H型電橋驅(qū)動電路。汽車的電器系統(tǒng)包括發(fā)電機、啟動機和點火裝置以及控制系統(tǒng)，屬于多種復合強電磁干擾環(huán)境。尤其是近年來發(fā)展較快的混動汽車中，包括發(fā)動機、高壓發(fā)電機以及拖動電動機等組合而成，其中至少包括兩套獨立的發(fā)電、供電電源系統(tǒng)，即驅(qū)動電源系統(tǒng)和控制電源系統(tǒng)，更具有強烈的電磁輻射。在這種條件下，車用直流電機PWM脈寬調(diào)制信號會受到強烈電磁輻射的干擾，將感應(yīng)到的高電壓脈沖帶入系統(tǒng)內(nèi)，影響被控電機H型電橋驅(qū)動電路正常工作，造成控制失靈。
[0003]另外，雙向調(diào)速直流電機PWM脈寬調(diào)制驅(qū)動電路的H橋電路，目前普遍采用四個N型MOS管組成H橋電路來驅(qū)動電動機，這種驅(qū)動電路有兩個不足之處:I)要驅(qū)動四個N型MOS管中的一組，上MOS管Ql的柵極G電壓必須達到12VDC以上，要使MOS管Ql打開徹底則必須達到20V以上，而實際車輛上只有一個12?14VDC的電源，這樣必須在MOS管Ql，Q3處加自舉電路提高電壓，造成電路復雜故障率高，可靠性差;2)受到復合強電磁干擾的PWM方波電壓直接加在電機上，電機的電流波動大，高頻噪聲較大，運行不穩(wěn)定。
[0004]這些都是車用車用直流電機H橋電路在強電磁干擾環(huán)境下工作時存在的技術(shù)問題，急需解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動信號的耦合方法及裝置。
[0006]實驗研究發(fā)現(xiàn)，造成已有技術(shù)問題的原因是，現(xiàn)有的車用直流電機驅(qū)動信號的耦合裝置，在強電磁干擾環(huán)境下不能有效濾除和抑制干擾信號，以至于放大干擾信號的強度。針對于此，本發(fā)明的技術(shù)特征表現(xiàn)為:將主控單元ECU直接發(fā)出的PffM電壓方波信號經(jīng)過光電耦合器件與場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)電路進行耦合，在場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)電路的柵極回路上采用雙電容器和雙電感去耦電路進行模數(shù)隔離，最大程度地濾除了電源的干擾信號;采用兩只P型MOSFET管和兩只N型MOSFET管搭接成互補的H型電橋的兩臂，解決了偏置電路設(shè)置的問題；同時在四組MOSFET管并聯(lián)加入RC保護電路，不僅保護了場效應(yīng)晶體管，也較好地抑制了雜波信號對電機的影響。
[0007]—種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動信號的耦合方法，其特征是包括以下技術(shù)方案:
將車用雙向調(diào)速直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號，分別送入4路光電耦合器的輸入端，光電耦合器的輸出端口分別與由四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路的控制柵極聯(lián)接，構(gòu)成信號傳輸回路，對電磁干擾信號進行隔離；
光電耦合器的輸出端口分別聯(lián)接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，光電耦合器的輸出端口的公共端與電源之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，對電磁干擾信號進行濾除和抑制；
在四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路的輸出回路中，并聯(lián)RC電路，對輸出的電磁干擾信號進行濾除。
[0008]—種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動裝置，包括由四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路，其特征是:
所述的四只場效應(yīng)晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉(zhuǎn)向，2個N型MOSFET管控制電機調(diào)速組成互補型H橋開關(guān)電路；
所述的四只場效應(yīng)晶體管的控制柵極分別與4路光電耦合器的輸出端口相聯(lián)接，光電耦合器的輸出端口分別聯(lián)接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，光電耦合器的輸出端口的公共端與電源之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，所述的光電耦合器的輸入端，分別與直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號源相聯(lián)接；
所述的四只場效應(yīng)晶體管的漏極回路中，分別并聯(lián)有RC濾波器。
[0009]工作時，直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號自所述的光電親合器的輸入端輸入，經(jīng)過光電隔離、濾波，驅(qū)動所述的四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋電路，四只場效應(yīng)晶體管的漏極回路的RC濾波器對電磁干擾信號進行二次濾除，純凈的驅(qū)動信號輸送到直流電機中，完成雙向調(diào)速運行。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是H橋電路設(shè)計采用2個P型MOSFET管，控制電機轉(zhuǎn)向，2個N型MOSFET管控制電機調(diào)速;驅(qū)動MOSFET管柵極信號不需要經(jīng)過放大電路和自舉電路，有MCU輸出端口直接通過光電耦合器，從而驅(qū)動MOSFET管柵極，簡化電路設(shè)計;在場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)電路的柵極回路上采用雙電容器和雙電感去耦電路進行模數(shù)隔離，最大程度地濾除了電源的干擾信號。
[0011]本發(fā)明解決了車用直流電機PWM脈寬調(diào)制信號傳輸耦合的技術(shù)難題，具有簡單高效，可靠性強、成本低的優(yōu)點。適合在各種機動車上應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
【附圖說明】
[0012]附圖1是本發(fā)明的電路圖。
【具體實施方式】
[0013]以下借助說明書附圖，對本發(fā)明的具體實施例作進一步披露。
[0014]實施例一
一種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動裝置，包括由四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路，其特征是:
所述的四只場效應(yīng)晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉(zhuǎn)向，2個N型MOSFET管控制電機調(diào)速組成互補型H橋開關(guān)電路；
所述的四只場效應(yīng)晶體管的控制柵極分別與4路光電耦合器的輸出端口相聯(lián)接，光電耦合器的輸出端口分別聯(lián)接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，光電耦合器的輸出端口的公共端與電源之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，所述的光電耦合器的輸入端，分別與直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號源相聯(lián)接；
所述的四只場效應(yīng)晶體管的漏極回路中，分別并聯(lián)有RC濾波器。
[0015]所述的2個P型MOSFET管的型號為IRF4905。
[0016]所述的2個N型MOSFET管的型號為IRF1607。
[0017]所述的4路光電耦合器的型號為TLP521-4。
[0018]所述的RC濾波器中的電阻為1K Ω，電容為0.0luF，構(gòu)成強電磁干擾的低阻濾波器。
[0019]所述的陷波器中的電感為1uH，電容為33uF和0.33uF構(gòu)成強電磁干擾的低阻陷波器。
[0020]具體電路構(gòu)成如圖1所示，車載電源+12?14VDC分為兩路，一路直接接到并聯(lián)兩個P型MOSFET管Q1P，Q3P的源極S，另一路電源通過電感L2，經(jīng)過并聯(lián)電容C5、C6和電感LI濾波電路，連接到光電耦合器U的4路輸出端口。
[0021 ] 光電耦合器U輸入端T1、T2、T3、T4接四路控制信號，其中Tl和T3接控制器M⑶的輸出端，通過控制器MCU輸出開關(guān)信號對實現(xiàn)光電耦合器U的TI和T3控制，光電耦合器U的TI和T3通過光電效應(yīng)，把控制信號輸出到P型MOSFET管Q1P、Q3P的柵極G，從而控制P型MOSFET管QlP、Q3P的導通或關(guān)閉，促使直流電機M正反轉(zhuǎn)通電或斷電；第二路和第四路接控制器MCU的輸出端，通過控制器MCU輸出P麗調(diào)速信號對實現(xiàn)，光電耦合器U的T2和T4通過光電效應(yīng)，把PWM調(diào)制信號輸出到N型MOSFET管Q2、Q4的柵極G，實現(xiàn)N型MOSFET管Q2、Q4脈寬調(diào)制，促使直流電機M正反轉(zhuǎn)調(diào)速。
[0022]光電耦合器U的Tl、T2、T3、T4分別通過四個電阻R8，R9，R10，R11與信號地串聯(lián)。P型MOSFET管QlP、Q3P的柵極G并聯(lián)電阻R5，R3后與電感LI串聯(lián)接地;N型MOSFET管Q2、Q4的柵極G并聯(lián)電阻R4，R2后與電感LI串聯(lián)接地。P型MOSFET管Q1P、Q3P和N型Q2、Q4搭建H橋驅(qū)動電路，同時在四組MOSFET管并聯(lián)加入RC電路。
[0023]模擬電源與數(shù)字電源采用電感LI，L2進行模數(shù)隔離;控制信號端采用光耦器件U，它包括四路光電耦合器件T1、T2、T3、T4，光耦一方面用于系統(tǒng)強電和弱電的隔離，另一方面用于驅(qū)動四個MOSFET管，電機的P麗控制信號和方向控制信號都是經(jīng)光耦后加載到MOSFET管柵極G引腳。Tl控制MOSFET管QlP的通斷，Τ2控制MOSFET管Q2的通斷，Τ3控制MOSFET管Q3P的通斷，Τ4控制MOSFET管Q4的通斷。當Tl和Τ4導通、Τ2和Τ3關(guān)斷時，對應(yīng)的Q1P、Q4就導通，Q2、Q3關(guān)斷，電機電流經(jīng)QIP、MOTOR、Q4流向地，此時電機正轉(zhuǎn)。電機反轉(zhuǎn)時，器件的通斷情況正好相反。
[0024]電阻R29?R32和電容C19?C22用于限制MOS管極間電容充放電時的峰值電流，主要考慮元件關(guān)斷時的浪涌電壓限制，電阻大小選擇為1K Ω左右，電容大小選擇為0.0luF左右。
[0025]實施例二
一種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動裝置，包括由四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路，其特征是: 所述的四只場效應(yīng)晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉(zhuǎn)向，2個N型MOSFET管控制電機調(diào)速組成互補型H橋開關(guān)電路；
所述的四只場效應(yīng)晶體管的控制柵極分別與4路光電耦合器的輸出端口相聯(lián)接，光電耦合器的輸出端口分別聯(lián)接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，光電耦合器的輸出端口的公共端與電源之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，所述的光電耦合器的輸入端，分別與直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號源相聯(lián)接；
所述的四只場效應(yīng)晶體管的漏極回路中，分別并聯(lián)有LC串聯(lián)諧振濾波器。
[0026]所述的LC串聯(lián)諧振濾波器與RC濾波器相比，具有更優(yōu)良的頻率響應(yīng)，可以提高濾波效果。尤其是針對某一頻段的電磁干擾。但應(yīng)注意避開PWM脈寬調(diào)制信號的頻段。
[0027]本實施例的優(yōu)點在于可針對性的濾除抑制已知的強電磁干擾源。
【主權(quán)項】
1.一種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動信號的耦合方法，其特征包括以下技術(shù)方案: 將車用雙向調(diào)速直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號，分別送入4路光電耦合器的輸入端，光電耦合器的輸出端口分別與由四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路的控制柵極聯(lián)接，構(gòu)成信號傳輸回路，對電磁干擾信號進行隔離； 光電耦合器的輸出端口分別聯(lián)接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，光電耦合器的輸出端口的公共端與電源之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，對電磁干擾信號進行濾除和抑制； 在四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路的輸出回路中，并聯(lián)RC電路，對輸出的電磁干擾信號進行濾除。2.—種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動裝置，包括由四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路，其特征是: 所述的四只場效應(yīng)晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉(zhuǎn)向，2個N型MOSFET管控制電機調(diào)速組成互補型H橋開關(guān)電路； 所述的四只場效應(yīng)晶體管的控制柵極分別與4路光電耦合器的輸出端口相聯(lián)接，光電耦合器的輸出端口分別聯(lián)接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，光電耦合器的輸出端口的公共端與電源之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，所述的光電耦合器的輸入端，分別與直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號源相聯(lián)接； 所述的四只場效應(yīng)晶體管的漏極回路中，分別并聯(lián)有RC濾波器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動裝置，其特征是所述的RC濾波器中的電阻為1K Ω，電容為0.0I uF，構(gòu)成強電磁干擾的低阻濾波器。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動裝置，其特征是所述的陷波器中的電感為I OuH，電容為33uF和0.33uF構(gòu)成強電磁干擾的低阻陷波器。5.—種強電磁干擾環(huán)境下車用直流電機驅(qū)動裝置，包括由四只場效應(yīng)晶體管組成的H型電橋驅(qū)動電路，其特征是: 所述的四只場效應(yīng)晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉(zhuǎn)向，2個N型MOSFET管控制電機調(diào)速組成互補型H橋開關(guān)電路； 所述的四只場效應(yīng)晶體管的控制柵極分別與4路光電耦合器的輸出端口相聯(lián)接，光電耦合器的輸出端口分別聯(lián)接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，光電耦合器的輸出端口的公共端與電源之間設(shè)置濾波電感和電容器組成的陷波器，所述的光電耦合器的輸入端，分別與直流電機PWM脈寬調(diào)制信號和開關(guān)信號源相聯(lián)接； 所述的四只場效應(yīng)晶體管的漏極回路中，分別并聯(lián)有LC串聯(lián)諧振濾波器。
【文檔編號】H02P7/29GK105978420SQ201610385397
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】楊平
【申請人】沙洲職業(yè)工學院