一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器的制造方法
一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车空调系统，尤其指对其汽车空调系统内鼓风机进行速度控制的调速控制器。
【背景技术】
[0002]汽车空调是汽车室内空气调节的简称，用以调节车内的温度、湿度、气流速度及空气洁净度等空气参数，为乘员提供清新舒适的车内环境。空调系统主要由压缩机、鼓风机、冷凝器总成、蒸发器、加热器、制冷管、暖风水管、传感器、空调控制器(即空调ECU，ECU是Electronic Control Unit的简写)及空调控制面板等组成。
[0003]其中鼓风机是一个电机驱动的风扇，用于吸入空气并强行使其通过蒸发器或加热器，使空气制冷或者制热。在普通乘用车中较低端的采用手动调整方式，较高端汽车采用自动控制方式，通常乘用车空调用鼓风机功率在200-400W (瓦特)左右。目前鼓风机普遍采用直流电机，驱动方式主要有线性驱动方式和PWM(英文全称:Pulse Width Modulat1n，中文全称:脉冲宽度调制)驱动方式两种。
[0004]常规的汽车空调中鼓风机调速，采用线性驱动方式，利用回路中阻值的大小来调节电压，达到调节风机转速目的。空调ECU生成线性控制电压，通过功率半导体开关处于线性放大区，调节直流电机的驱动电流，电路结构简单。缺点是功率开关处于线性放大区，导通电阻大，很多电源功率白白消耗，同时需要大面积的散热片。
[0005]PWM驱动方式的特点是空调E⑶输出一个PWM信号，如图1所示，鼓风机I的一端连接至车载低压蓄电池的正端B+，另一端连接至一功率开关Ql的上端，所述功率开关Ql的下端接地；其功率开关Ql的控制端接收空调ECU发出的PWM信号，通过调节PWM信号的占空比对通过鼓风机I的平均电流进行控制，功率开关Ql工作在饱和区，导通电阻很小，整体耗能低。目前PWM驱动方式有取代线性驱动方式的趋势。然而，PWM方式驱动鼓风机I仍存在缺陷，通常乘用车鼓风机I最大电流在20A (安培)左右，驱动控制频率的高阶倍频能量仍较大，处于汽车电子器件工作区间内，其PWM驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，该电磁辐射会对车内其他电子器件造成影响。
[0006]虽然现有也有一些解决方案，比如采用降低PWM驱动信号的频率，同时驱动电路端增加滤波电路。但上述做法均存在缺陷，比如频率过低会导致鼓风机出风风量不均匀，滤波电路的增加也会导致额外的成本。
【发明内容】
[0007]为解决现有PWM方式驱动鼓风机时，大电流驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，对车内电磁器件造成电磁干扰的问题，本发明实施例提供了一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器。
[0008]本发明实施例一方面提供了一种鼓风机的调速控制器，包括处理单元和扩频驱动单元；
[0009]所述处理单元，用于接收空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号；
[0010]所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和所述频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给鼓风机的驱动开关；
[0011]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
[0012]本发明实施例公开的调速控制器，接收空调控制器输出的档位信号，根据预设数值调节PWM驱动信号的占空比，以实现对鼓风机的驱动。由于其在内部集成了扩频驱动单元，以伪随机信号调制的方式对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动,鼓风机整体的电磁噪声也随着中心频率摆动,可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。该方案易于实施，成本较低。
[0013]优选地，所述档位信号为PWM档位信号；所述调速控制器还包括一输入捕捉器，所述输入捕捉器接在所述处理单元与所述空调控制器之间，用于接收所述空调控制器发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元。采用该输入捕捉器，可以有效采集空调控制器发出的PWM档位信号的上升沿和下降沿，如此，处理单元可以从该输入捕捉器获得该PWM档位信号的对应波形的占空比。
[0014]优选地，所述处理单元包括:占空比计算模块，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空比，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元；
[0015]频率控制模块，用于获取存储的频率控制信号，并将其发送给所述扩频驱动单元。
[0016]优选地，所述调速控制器还包括一电压反馈单元；所述电压反馈单元连接在所述鼓风机的供电电源端与所述处理单元之间，用于检测所述鼓风机端实时电压；
[0017]所述处理单元还用于根据所述电压反馈单元检测的所述鼓风机的实时端电压调节所述档位控制信号。
[0018]采用该电压反馈单元，可以实时监测鼓风机的实时端电压，处理单元根据鼓风机反馈的实时端电压调节PWM驱动信号的占空比，保证在鼓风机的供电电源的电压波动的情况下，鼓风机风量输出仍能保持稳定。
[0019]优选地，所述扩频驱动单元具体包括数模转换器、DDS电路及驱动电路；
[0020]所述数模转换器，用于接收所述处理单元输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号；
[0021]所述DDS电路，用于接收所述处理单元发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号；
[0022]所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。
[0023]采用该种方式，可以通过简单的电路搭建，即获得所述占空比受所述档位控制信号控制、频率受所述频率控制信号控制并在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0024]优选地，所述驱动电路为一比较器；所述比较器的同相输入端连接至所述数模转换器，所述反相输入端连接至DDS电路，其输出端连接至所述功率开关的控制端。采用该比较器，可以有效地将DDS电路生成的频率可调的频率调制信号与所述数模转换器生成的模拟控制信号复合；形成所述占空比受所述档位控制信号控制，频率受所述频率控制信号控制、在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0025]优选地，所述DDS电路包括相位累加器、正弦查值表、数模转换器和低通滤波器；
[0026]所述DDS电路的输出频率fo由时钟信号fc和频率控制信号K共同决定，其关系如下公式:fo=fcXK/2N;其中，N为相位累加器的字长。
[0027]本发明实施例第二方面提供了一种汽车空调系统，包括空调控制器、调速控制器、鼓风机及功率开关；
[0028]所述鼓风机与功率开关串联连接在供电电源上；所述调速控制器的输入端连接至所述空调控制器，其输出端连接至所述功率开关的控制端；
[0029]所述调速控制器包括处理单元和扩频驱动单元；
[0030]所述处理单元，用于接收所述空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号；
[0031]所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述鼓风机的驱动开关；
[0032]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
[0033]采用本发明实施例提供的汽车空调系统，由于其在调速控制器内集成了一扩频驱动单元，以伪随机信号调制的方式对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。同时，保证了鼓 风机的出风风量，该方案易于实施，成本较低。
【附图说明】
[0034]图1是现有技术中鼓风机受功率开关驱动的PWM驱动模式的示意图；
[0035]图2是本发明【具体实施方式】中提供的一种调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0036]图3是图2基础上进一步优化的调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0037]图4是图3基础上进一步优化的调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0038]图5是图4基础上进一步优化的调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0039]图6是扩频调制后的噪声与原始噪声的比较示意图；
[0040]图7是DDS电路原理框图；
[0041]图8是扩频驱动单元中生成占空比和频率可变的驱动信号波形图。
[0042]其中，1、鼓风机；2、调速控制器；3、空调控制器；21、处理单元；22、扩频驱动单元；23、输入捕捉器；24、电压反馈单元；25、晶振；26、外部存储单元；27、适配电源；28、复位电路；29、看门狗电路；211、占空比计算模块；212、频率控制模块；241、模数转换器；242、分压电路;221、DDS电路；222、数模转换器；223、比较器；261、Flash ；262, RAM ;Q1、功率开关。
【具体实施方式】
[0043]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0044]实施例1
[0045]本例将对本发明提供的鼓风机的调速控制器进行具体解释说明。如图2所示，本例提供的鼓风机I的调速控制器2，包括如下单元:处理单元21和扩频驱动单元22 ；
[0046]所述处理单元21，用于接收空调控制器3发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元22 ;并向所述扩频驱动单元22发送频率控制信号;
[0047]所述扩频驱动单元22，用于根据所述档位控制信号和所述频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给鼓风机I的驱动开关Ql ；
[0048]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
[0049]鼓风机I的供电电源一般直接采用车载低压蓄电池，本例中即直接采用车载低压蓄电池，如图2中所示，将车载低压蓄电池的正端B+接至鼓风机I的上端，鼓风机I的下端接功率开关Q1，功率开关Ql的下端接地，即相当于接到车载低压蓄电池的负端，构成电流回路，实现供电电源对鼓风机I的供电。当然，也可以另行设置直流电源。
[0050]在【背景技术】中已提过，现有空调控制器3输出一 PWM信号，通过调节PWM信号占空比对通过鼓风机I的平均电流进行控制。本例中空调控制器3将发出档位信号(或称风量信号，因其最终决定输出风量的大小)，其档位信号通过信号的占空比的大小来表征档位(或称风量)的高低，空调控制器3根据驾驶员设置、汽车内外温、光照量等输入综合计算鼓风机I风量，并将鼓风机I对应风量的档位信号发送至调速控制器2 (或称调速模块)。调速控制器2负责将空调控制器3发出的档位信号转换为实际的鼓风机I的PWM驱动信号。如图2中可知，本例中的驱动信号将控制功率开关Ql的通断，以实现对鼓风机I风量的控制。
[0051]关于空调控制器3发出的档位信号，如果其为处理单元21可以直接识别的信号，则可以直接连接至处理单元21的输入引脚。当其为处理单元21不能直接识别的信号时，一般还设置一输入捕捉器23，来实现其档位信号的输入，比如以所述档位信号为PWM档位信号为例；如图3所示，所述调速控制器2还可以包括一输入捕捉器23，所述输入捕捉器23接在所述处理单元21与所述空调控制器3之间，用于接收所述空调控制器3发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元21。采用该输入捕捉器23，可以有效采集空调控制器3发出的PWM档位信号的上升沿和下降沿，如此，处理单元21从该输入捕捉器23获得该PWM档位信号的对应波形的占空比。
[0052]本例中的处理单元21在接收上述空调控制器3发来的PWM档位信号后，一方面，进行内部处理，获得PWM档位信号的占空比，以向后续的扩频驱动单元22输出PWM档位控制信号，同时，另一方面，其处理单元21发出频率控制信号。该PWM档位控制信号是经处理单元21处理后向扩频驱动单元22输出的信号。该PWM档位控制信号将与频率控制信号在后续的扩频驱动单元22中被转化为PWM驱动信号输出，以控制后续驱动开关Ql的通断。为此，为实现上述功能，如图3、图4所示，该处理单元21至少需要包括以下模块:占空比计算模块211和频率控制模块212 ；
[0053]占空比计算模块211，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空比，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元22 ；
[0054]频率控制模块212，用于获取存储的频率控制信号，并将其发送给所述扩频驱动单元22。
[0055]具体的，该占空比计算模块211的输入端连接至所述输入捕捉器23的输出端；占空比计算模块211的输出端连接至扩频驱动单元22。该频率控制模块212的输出端也连接至该扩频驱动单元22。
[0056]处理单元21可以为具有输出、输出并可进行一定逻辑运算的处理器。一般处理器内还集成有内部存储单元，比如RAM (英文全称:Random Access Memory,中文全称:随机存储器)、R0M (英文全称:ReadOnly Memory,中文全称:只读存储器)等,其可以采用电学领域中常用的处理器，本例中并不对其构造和软件等进行改造，而仅利用常见处理器实现本例中需要的处理功能。
[0057]如图5所示，当处理单元21无内部存储模块时，所述调速控制器2还包括外部存储单元26,所述外部存储单元26与所述处理单元21相连。通过外接的外部存储单元26,实现配置数据和故障信息的存储。上述频率控制信号也可以存储在该外部存储单元中。当然，该频率控制信号也可存储在调速控制器的内部存储模块中。
[0058]优选地,所述外部存储单元26可包括一 Flash (英文全称:Flash Memory,中文简称:闪存)261和RAM262。一般将配置数据和故障信息等数据存储在Flash中，当需要调用时，通过RAM调用相关数据。
[0059]如此，该扩频驱动单元22 —方面可以根据档位控制信号，控制输出的PWM驱动信号的占空比受档位控制信号，同时，还根据频率控制信号进行扩频调制，即将原有单一频率的控制信号调制为在一定频谱范围内变动的控制信号，使该PWM驱动信号的频率受频率控制信号控制，在中心频率附近摆动。输出(必要时需经放大)的PWM驱动信号可以直接驱动功率开关Ql动作。如图6所示，未经扩频调制的驱动信号，其原始噪声的强度较高，对控制信号进行扩频调制后，其PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机I整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声。即动态调节鼓风机I的PWM驱动信号的频率，使其功率谱密度分散一定频段内，降低对汽车内电子器件的噪声影响。
[0060]采用上述方案，其扩频驱动单元22输出的PWM驱动信号的占空比取决于档位信号，处理单元21将根据预设数值调节鼓风机I的PWM驱动信号占空比，当档位信号恒定时，将输出恒定占空比的PWM驱动信号。这时，存在较小的缺陷，汽车在实际运行过程中，为鼓风机I供电的供电电源一般为车载低压蓄电池，比如图1-图5中的鼓风机I上端即连接到车载低压蓄电池的正端B+,车载低压蓄电池的输出电量一般为12伏或者24伏,其输出电压易受各种低压用电部件的影响，鼓风机实时端电压即相当于供电电源的实时输出电压，或者可看作是供电电源的正极相对于地的电压。因此鼓风机的实时端电压易随着整车电气负载变化而波动，如此，将影响鼓风机I的输出风量。
[0061]为防止该种情况发生，本例中对调速控制器2作了进一步改进。如图4所示，所述调速控 制器2还包括一电压反馈单元24 ;所述电压反馈单元24连接在所述鼓风机I的供电电源端与所述处理单元21之间，用于检测所述鼓风机I的实时端电压；
[0062]所述处理单元21还用于根据所述电压反馈单元24检测的所述鼓风机的实时端电压，实时调节所述档位控制信号。
[0063]采用该电压反馈单元24，可以实时监测鼓风机的实时端电压，处理单元21根据鼓风机I反馈的实时端电压调节PWM驱动信号的占空比，保证在鼓风机I供电电源的电压波动的情况下，鼓风机I风量仍能保持稳定。比如，当鼓风机实时端电压(为实时电压)降低时，其占空比做小幅度上调，以实现其最终的有效输出电压保持稳定。
[0064]下面进行具体的原理解释，鼓风机I输出风量大小可以描述为由驱动信号等效电压Veff决定。而该驱动信号的等效电压Veff=VB*duty。其中,VB为鼓风机I端电压,duty为PWM驱动信号的占空比。不同档位信号对应PWM驱动信号的等效电压Veff可以通过先验数据获得，存储在Flash中。由于实际工况中，发动机启动与否、电气负载的变化原因，等效电压VB会在一定范围波动。采用该电压反馈单元24将检测鼓风机的实时端电压，并根据上述公式对PWM驱动信号的占空比duty进行调整。即比如，当其鼓风机的实时端电压降低时，为保证输出等效电压Veff恒定，需提高其占空比。当鼓风机的实时端电压升高时，为保证输出等效电压Veff恒定，需降低其占空比。
[0065]作为一种具体实施的方式，如图5所示，所述电压反馈单元24包括分压电路242及模数转换器241 (英文全称:Analog-to-Digital Converter,英文简称:ADC);
[0066]所述分压电路242接在所述鼓风机I的供电电源的正极端和地之间，所述模数转换器241的输入端接在所述分压电路242上，输出端连接至所述处理单元21。具体的，如图5中所示，其分压电路242的一端接在车载低压蓄电池的正端B+上。一般处理单元21的电源电压为5伏，如果直接以车载低压蓄电池为电源，将超出处理单元21的承载范围。该分压电路242最主要的目的是防止其车载低压蓄电池的正端的电压远高于处理单元21能接收的电压，导致超出处理单元21的输入引脚的承载范围。本例中，如图5所示，所述分压电路242包括两个串联的电阻；所述模数转换器241的输入端接在所述两个串联的电阻之间。即图5中所示包括第一电阻Rl和第二电阻R2，该模数转换器241接在所述第一电阻Rl和第二电阻R2之间。本例中，采用模数转换器241对鼓风机端电压VB进行实时检测，根据VB变化调制驱动信号的占空比duty，保持所述等效电压Veff —定，保证了鼓风机I风量的一定。
[0067]作为一种具体实施的方式，上面已经提到，一般处理单元21不能直接采用车载低压蓄电池作为电源，因此，如图5所示，本例提供的所述调速控制器2还包括一适配电源27，所述适配电源27的输入端连接至所述车载低压蓄电池，输出端连接至所述处理单元21。具体电路连接如图5所示，其适配电源27接在车载低压蓄电池的正端B+和地之间，转换后输出合适的电压给处理单元21。采用该种方式，为处理单元21提供了合适的电源。
[0068]下面对扩频驱动单元22给出了一种具体的示例,如图5所示,所述扩频驱动单元22具体包括数模转换器222 (英文全称:Digital-to_Analog Converter,英文简称:DAC)、DDS (英文全称:Direct Digital Frequency Synthesis,中文全称:直接数字频率合成技术；即DDFS，一般简称DDS)电路及驱动电路；
[0069]所述数模转换器222，用于接收所述处理单元21输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号；
[0070]所述DDS电路221，用于接收所述处理单元21发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号；
[0071]所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号；并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。
[0072]采用该种方式，可以通过简单的电路搭建，即获得所述占空比受所述档位控制信号控制、频率受所述频率控制信号控制并在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0073]其中，如图5所示，所述驱动电路为一比较器223 ;所述比较器223的同相输入端连接至所述数模转换器222，所述反相输入端连接至DDS电路221，其输出端连接至驱动鼓风机I的功率开关Q1。采用该比较器223，可以有效地将DDS电路221生成的频率可调的频率调制信号与所述数模转换器生成的模拟控制信号复合，形成所述占空比受所述档位控制信号控制，频率受所述频率控制信号控制、并在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0074]一般处理单元21内集成有晶振，若无晶振，也可外接一晶振，如图5所示，所述调速控制器2还包括一晶振25，所述晶振25分别连接至所述DDS电路221和所述处理单元21，为所述DDS电路221和所述处理单元21提供统一的时钟。
[0075]所谓的DDS指直接数字频率合成技术，是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。DDS电路221即利用直接数字频率合成技术的一种电路。其为本领域技术人员所公知，近年来，技术和器件水平不断发展，这使DDS合成技术也得到了飞速的发展，它在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等一系列性能指标方面已远远超过了传统的频率合成技术所能达到的水平，是目前运用最广泛的频率合成技术。其原理如图7所示，其结构由相位累加器、正弦查值表、DAC (数模转换器)和低通滤波器组成。其中fc为时钟频率，K为频率控制信号，N为相位累加器的字长，m为ROM地址线位数，η为ROM的数据线宽度(一般也为DAC的位数)，fo为输出频率，输出频率fo由fc和K共同决定，其关系如下公式:fo=fcXK/2N。在本方案中，频率控制信号K由处理单元21输出，作为基准的时钟频率fc则由晶振25提供。即如上述已经所说的，由处理单元21内设定一频率控制信号K (预先存储在存储单元内)，该频率控制信号K决定了 DDS电路221输出的频率范围。
[0076]采用上述扩频调制技术，即鼓风机I驱动PWM信号频率不固定，可以采用伪随机信号进行调制。扩频幅度可以表达为Δ f=(fmax-fmin)/fO。其中fmax表征扩频调制的最大频率，fmin表征扩频调制的最小频率。采用该种扩频调制技术，相当于驱动信号的能量散布在一个频带范围内，有效降低了峰值电磁辐射水平。伪随机信号由一个长度为nbit (位)的线性反馈位移寄存器生成。伪随机信号重复频率为CPU运算频率的2的η次幂倍，η越大，随机性越好，信号频谱分布越均匀。
[0077]如图8所示，DDS电路221输出三角波(也可为其他波形，如方波等)，其信号幅度固定为调速控制器2内部适配电源27的输出电压VCC，周期为处理单元21所控制。同时处理单元21根据Veff计算出上述数模转换器222的输出电压Vcomp,即Vcomp=VCOduty。如图8中所示，其中，波形a为数模转换器222输出的模拟控制信号的波形，即其输出电压Vcomp的波形，其在占空比一定的情况下，输出为一电压恒定的模拟控制信号，图中显不为一条直线。波形b为DDS电路221输出的频率调制信号，其图中显示的波形为三角波。经数模转换器222后的模拟控制信号与DDS电路221输出的频率调制信号经过上述比较器223后，输出一 PWM驱动信号，其PWM驱动信号的波形为波形c所示的方波，该方波作为PWM驱动信号将直接驱动功率开关Ql动作。
[0078]为更好地防止调速控制器2出现异常，本例中，所述调速控制器2还包括复位电路28和看门狗电路29。当上电或者电路出现异常时，将电路回复至初始状态。当处理单元21的程序进入死循环时，通过看门狗电路29跳出死循环。
[0079]综上，本例公开的调速控制器2，接收空调控制器3输出的档位信号，根据预设数值调节鼓风机I的PWM驱动信号占空比，以实现对鼓风机I 的驱动。由于其在内部集成了扩频驱动单元22，对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机I整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。同时，保证了鼓风机I的出风风量，该方案易于实施，成本较低。
[0080]实施例2
[0081]本例将对本发明提供的汽车空调系统进行具体解释说明。
[0082]如图5所示，本例给出了一种具体的汽车空调系统，包括空调控制器3、调速控制器2、鼓风机I及功率开关Ql ；
[0083]所述鼓风机I与功率开关Ql串联连接在供电电源上；所述调速控制器2的输入端连接至所述空调控制器3，其输出端连接至所述功率开关Ql的控制端；其中，所述调速控制器2为上述实施例1提到的所述调速控制器2。
[0084]当然，汽车空调系统还可以包括压缩机、冷凝器总成、蒸发器、加热器、制冷管、暖风水管、传感器、空调控制面板等等，其均为本领域技术人员所公知的技术，且与本发明的发明点关联度不大，因此，不再赘述。调速控制器2已经在实施例1中作了具体介绍，所以也不再进行重复说明。
[0085]采用例提供的汽车空调系统，由于其在调速控制器2内集成了一扩频驱动单元22，对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机I整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。同时，保证了鼓风机I的出风风量，该方案易于实施，成本较低。
[0086]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种鼓风机的调速控制器，其特征在于，包括处理单元和扩频驱动单元； 所述处理单元，用于接收空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号； 所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和所述频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给鼓风机的驱动开关； 其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。2.根据权利要求1所述的调速控制器，其特征在于，所述档位信号为PWM档位信号；所述调速控制器还包括一输入捕捉器，所述输入捕捉器接在所述处理单元与所述空调控制器之间，用于接收所述空调控制器发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元。3.根据权利要求2所述的调速控制器，其特征在于，所述处理单元包括: 占空比计算模块，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空t匕，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元； 频率控制模块，用于获取存储的频率控制信号，并将所述频率控制信号发送给所述扩频驱动单元。4.根据权利要求1至3中任一项所述的调速控制器，其特征在于，所述调速控制器还包括一电压反馈单元；所述电压反馈单元连接在所述鼓风机的供电电源端与所述处理单元之间，用于检测所述鼓风机的实时端电压； 所述处理单元还用于根据所述电压反馈单元检测的所述鼓风机的实时端电压调整所述档位控制信号。5.根据权利要求4所述的调速控制器，其特征在于，所述扩频驱动单元具体包括数模转换器、DDS电路及驱动电路； 所述数模转换器，用于接收所述处理单元输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号； 所述DDS电路，用于接收所述处理单元发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号； 所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。6.根据权利要求5所述的调速控制器，其特征在于，所述驱动电路为一比较器； 所述比较器的同相输入端连接至所述数模转换器，所述反相输入端连接至DDS电路，其输出端连接至所述功率开关的控制端。7.根据权利要求6所述的调速控制器，其特征在于，所述DDS电路包括相位累加器、正弦查值表、数模转换器和低通滤波器； 所述DDS电路的输出频率fo由时钟信号fc和频率控制信号K共同决定，其关系如下公式:fo=fcXK/2N ;其中，N为相位累加器的字长。8.一种汽车空调系统，包括空调控制器、调速控制器、鼓风机及功率开关； 所述鼓风机与所述功率开关串联连接在供电电源上；所述调速控制器的输入端连接至所述空调控制器，其输出端连接至所述功率开关的控制端； 其特征在于，所述调速控制器包括处理单元和扩频驱动单元； 所述处理单元，用于接收所述空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号； 所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述鼓风机的驱动开关； 其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。9.根据权利要求8所述的汽车空调系统，其特征在于，所述档位信号为PWM档位信号； 所述调速控制器还包括一输入捕捉器，所述输入捕捉器接在所述处理单元与所述空调控制器之间，用于接收所述空调控制器发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元。10.根据权利要求9所述的汽车空调系统，其特征在于，所述处理单元包括: 占空比计算模块，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空t匕，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元； 频率控制模块，用于获取存储的频率控制信号，并将其发送给所述扩频驱动单元。11.根据权利要求8-10中任意一项所述的汽车空调系统，其特征在于，所述调速控制器还包括一电压反馈单元；所述电压反馈单元连接在所述鼓风机的供电电源端与所述处理单元之间，用于检测所述鼓风机的实时端电压； 所述处理单元还用于根据所述电压反馈单元检测的所述鼓风机的实时端电压调整所述档位控制信号。12.根据权利要求11所述的汽车空调系统，其特征在于，所述扩频驱动单元具体包括数模转换器、DDS电路及驱动电路； 所述数模转换器，用于接收所述处理单元输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号； 所述DDS电路，用于接收所述处理单元发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号； 所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。
【专利摘要】为解决现有PWM方式驱动鼓风机时，大电流驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，对车内电子器件造成电磁干扰的问题，本发明提供了一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器。其中调速控制器包括如下单元：所述处理单元，用于接收空调控制器发出的档位信号，根据档位信号生成档位控制信号发送给扩频驱动单元；并向扩频驱动单元发送频率控制信号；扩频驱动单元，用于根据档位控制信号和频率控制信号生成PWM驱动信号，并将PWM驱动信号发送给鼓风机的驱动开关；其中，PWM驱动信号的占空比受档位控制信号控制，频率受频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
【IPC分类】H02P27/08, H02M1/44
【公开号】CN104901605
【申请号】CN201410077721
【发明人】王明明, 辛聪, 杨波, 彭飞, 梁卓贤, 刘勇, 黄少堂
【申请人】广州汽车集团股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月4日
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车空调系统，尤其指对其汽车空调系统内鼓风机进行速度控制的调速控制器。
【背景技术】
[0002]汽车空调是汽车室内空气调节的简称，用以调节车内的温度、湿度、气流速度及空气洁净度等空气参数，为乘员提供清新舒适的车内环境。空调系统主要由压缩机、鼓风机、冷凝器总成、蒸发器、加热器、制冷管、暖风水管、传感器、空调控制器(即空调ECU，ECU是Electronic Control Unit的简写)及空调控制面板等组成。
[0003]其中鼓风机是一个电机驱动的风扇，用于吸入空气并强行使其通过蒸发器或加热器，使空气制冷或者制热。在普通乘用车中较低端的采用手动调整方式，较高端汽车采用自动控制方式，通常乘用车空调用鼓风机功率在200-400W (瓦特)左右。目前鼓风机普遍采用直流电机，驱动方式主要有线性驱动方式和PWM(英文全称:Pulse Width Modulat1n，中文全称:脉冲宽度调制)驱动方式两种。
[0004]常规的汽车空调中鼓风机调速，采用线性驱动方式，利用回路中阻值的大小来调节电压，达到调节风机转速目的。空调ECU生成线性控制电压，通过功率半导体开关处于线性放大区，调节直流电机的驱动电流，电路结构简单。缺点是功率开关处于线性放大区，导通电阻大，很多电源功率白白消耗，同时需要大面积的散热片。
[0005]PWM驱动方式的特点是空调E⑶输出一个PWM信号，如图1所示，鼓风机I的一端连接至车载低压蓄电池的正端B+，另一端连接至一功率开关Ql的上端，所述功率开关Ql的下端接地；其功率开关Ql的控制端接收空调ECU发出的PWM信号，通过调节PWM信号的占空比对通过鼓风机I的平均电流进行控制，功率开关Ql工作在饱和区，导通电阻很小，整体耗能低。目前PWM驱动方式有取代线性驱动方式的趋势。然而，PWM方式驱动鼓风机I仍存在缺陷，通常乘用车鼓风机I最大电流在20A (安培)左右，驱动控制频率的高阶倍频能量仍较大，处于汽车电子器件工作区间内，其PWM驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，该电磁辐射会对车内其他电子器件造成影响。
[0006]虽然现有也有一些解决方案，比如采用降低PWM驱动信号的频率，同时驱动电路端增加滤波电路。但上述做法均存在缺陷，比如频率过低会导致鼓风机出风风量不均匀，滤波电路的增加也会导致额外的成本。
【发明内容】
[0007]为解决现有PWM方式驱动鼓风机时，大电流驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，对车内电磁器件造成电磁干扰的问题，本发明实施例提供了一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器。
[0008]本发明实施例一方面提供了一种鼓风机的调速控制器，包括处理单元和扩频驱动单元；
[0009]所述处理单元，用于接收空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号；
[0010]所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和所述频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给鼓风机的驱动开关；
[0011]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
[0012]本发明实施例公开的调速控制器，接收空调控制器输出的档位信号，根据预设数值调节PWM驱动信号的占空比，以实现对鼓风机的驱动。由于其在内部集成了扩频驱动单元，以伪随机信号调制的方式对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动,鼓风机整体的电磁噪声也随着中心频率摆动,可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。该方案易于实施，成本较低。
[0013]优选地，所述档位信号为PWM档位信号；所述调速控制器还包括一输入捕捉器，所述输入捕捉器接在所述处理单元与所述空调控制器之间，用于接收所述空调控制器发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元。采用该输入捕捉器，可以有效采集空调控制器发出的PWM档位信号的上升沿和下降沿，如此，处理单元可以从该输入捕捉器获得该PWM档位信号的对应波形的占空比。
[0014]优选地，所述处理单元包括:占空比计算模块，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空比，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元；
[0015]频率控制模块，用于获取存储的频率控制信号，并将其发送给所述扩频驱动单元。
[0016]优选地，所述调速控制器还包括一电压反馈单元；所述电压反馈单元连接在所述鼓风机的供电电源端与所述处理单元之间，用于检测所述鼓风机端实时电压；
[0017]所述处理单元还用于根据所述电压反馈单元检测的所述鼓风机的实时端电压调节所述档位控制信号。
[0018]采用该电压反馈单元，可以实时监测鼓风机的实时端电压，处理单元根据鼓风机反馈的实时端电压调节PWM驱动信号的占空比，保证在鼓风机的供电电源的电压波动的情况下，鼓风机风量输出仍能保持稳定。
[0019]优选地，所述扩频驱动单元具体包括数模转换器、DDS电路及驱动电路；
[0020]所述数模转换器，用于接收所述处理单元输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号；
[0021]所述DDS电路，用于接收所述处理单元发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号；
[0022]所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。
[0023]采用该种方式，可以通过简单的电路搭建，即获得所述占空比受所述档位控制信号控制、频率受所述频率控制信号控制并在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0024]优选地，所述驱动电路为一比较器；所述比较器的同相输入端连接至所述数模转换器，所述反相输入端连接至DDS电路，其输出端连接至所述功率开关的控制端。采用该比较器，可以有效地将DDS电路生成的频率可调的频率调制信号与所述数模转换器生成的模拟控制信号复合；形成所述占空比受所述档位控制信号控制，频率受所述频率控制信号控制、在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0025]优选地，所述DDS电路包括相位累加器、正弦查值表、数模转换器和低通滤波器；
[0026]所述DDS电路的输出频率fo由时钟信号fc和频率控制信号K共同决定，其关系如下公式:fo=fcXK/2N;其中，N为相位累加器的字长。
[0027]本发明实施例第二方面提供了一种汽车空调系统，包括空调控制器、调速控制器、鼓风机及功率开关；
[0028]所述鼓风机与功率开关串联连接在供电电源上；所述调速控制器的输入端连接至所述空调控制器，其输出端连接至所述功率开关的控制端；
[0029]所述调速控制器包括处理单元和扩频驱动单元；
[0030]所述处理单元，用于接收所述空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号；
[0031]所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述鼓风机的驱动开关；
[0032]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
[0033]采用本发明实施例提供的汽车空调系统，由于其在调速控制器内集成了一扩频驱动单元，以伪随机信号调制的方式对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。同时，保证了鼓 风机的出风风量，该方案易于实施，成本较低。
【附图说明】
[0034]图1是现有技术中鼓风机受功率开关驱动的PWM驱动模式的示意图；
[0035]图2是本发明【具体实施方式】中提供的一种调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0036]图3是图2基础上进一步优化的调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0037]图4是图3基础上进一步优化的调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0038]图5是图4基础上进一步优化的调速控制器驱动鼓风机模块示意图；
[0039]图6是扩频调制后的噪声与原始噪声的比较示意图；
[0040]图7是DDS电路原理框图；
[0041]图8是扩频驱动单元中生成占空比和频率可变的驱动信号波形图。
[0042]其中，1、鼓风机；2、调速控制器；3、空调控制器；21、处理单元；22、扩频驱动单元；23、输入捕捉器；24、电压反馈单元；25、晶振；26、外部存储单元；27、适配电源；28、复位电路；29、看门狗电路；211、占空比计算模块；212、频率控制模块；241、模数转换器；242、分压电路;221、DDS电路；222、数模转换器；223、比较器；261、Flash ；262, RAM ;Q1、功率开关。
【具体实施方式】
[0043]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0044]实施例1
[0045]本例将对本发明提供的鼓风机的调速控制器进行具体解释说明。如图2所示，本例提供的鼓风机I的调速控制器2，包括如下单元:处理单元21和扩频驱动单元22 ；
[0046]所述处理单元21，用于接收空调控制器3发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元22 ;并向所述扩频驱动单元22发送频率控制信号;
[0047]所述扩频驱动单元22，用于根据所述档位控制信号和所述频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给鼓风机I的驱动开关Ql ；
[0048]其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
[0049]鼓风机I的供电电源一般直接采用车载低压蓄电池，本例中即直接采用车载低压蓄电池，如图2中所示，将车载低压蓄电池的正端B+接至鼓风机I的上端，鼓风机I的下端接功率开关Q1，功率开关Ql的下端接地，即相当于接到车载低压蓄电池的负端，构成电流回路，实现供电电源对鼓风机I的供电。当然，也可以另行设置直流电源。
[0050]在【背景技术】中已提过，现有空调控制器3输出一 PWM信号，通过调节PWM信号占空比对通过鼓风机I的平均电流进行控制。本例中空调控制器3将发出档位信号(或称风量信号，因其最终决定输出风量的大小)，其档位信号通过信号的占空比的大小来表征档位(或称风量)的高低，空调控制器3根据驾驶员设置、汽车内外温、光照量等输入综合计算鼓风机I风量，并将鼓风机I对应风量的档位信号发送至调速控制器2 (或称调速模块)。调速控制器2负责将空调控制器3发出的档位信号转换为实际的鼓风机I的PWM驱动信号。如图2中可知，本例中的驱动信号将控制功率开关Ql的通断，以实现对鼓风机I风量的控制。
[0051]关于空调控制器3发出的档位信号，如果其为处理单元21可以直接识别的信号，则可以直接连接至处理单元21的输入引脚。当其为处理单元21不能直接识别的信号时，一般还设置一输入捕捉器23，来实现其档位信号的输入，比如以所述档位信号为PWM档位信号为例；如图3所示，所述调速控制器2还可以包括一输入捕捉器23，所述输入捕捉器23接在所述处理单元21与所述空调控制器3之间，用于接收所述空调控制器3发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元21。采用该输入捕捉器23，可以有效采集空调控制器3发出的PWM档位信号的上升沿和下降沿，如此，处理单元21从该输入捕捉器23获得该PWM档位信号的对应波形的占空比。
[0052]本例中的处理单元21在接收上述空调控制器3发来的PWM档位信号后，一方面，进行内部处理，获得PWM档位信号的占空比，以向后续的扩频驱动单元22输出PWM档位控制信号，同时，另一方面，其处理单元21发出频率控制信号。该PWM档位控制信号是经处理单元21处理后向扩频驱动单元22输出的信号。该PWM档位控制信号将与频率控制信号在后续的扩频驱动单元22中被转化为PWM驱动信号输出，以控制后续驱动开关Ql的通断。为此，为实现上述功能，如图3、图4所示，该处理单元21至少需要包括以下模块:占空比计算模块211和频率控制模块212 ；
[0053]占空比计算模块211，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空比，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元22 ；
[0054]频率控制模块212，用于获取存储的频率控制信号，并将其发送给所述扩频驱动单元22。
[0055]具体的，该占空比计算模块211的输入端连接至所述输入捕捉器23的输出端；占空比计算模块211的输出端连接至扩频驱动单元22。该频率控制模块212的输出端也连接至该扩频驱动单元22。
[0056]处理单元21可以为具有输出、输出并可进行一定逻辑运算的处理器。一般处理器内还集成有内部存储单元，比如RAM (英文全称:Random Access Memory,中文全称:随机存储器)、R0M (英文全称:ReadOnly Memory,中文全称:只读存储器)等,其可以采用电学领域中常用的处理器，本例中并不对其构造和软件等进行改造，而仅利用常见处理器实现本例中需要的处理功能。
[0057]如图5所示，当处理单元21无内部存储模块时，所述调速控制器2还包括外部存储单元26,所述外部存储单元26与所述处理单元21相连。通过外接的外部存储单元26,实现配置数据和故障信息的存储。上述频率控制信号也可以存储在该外部存储单元中。当然，该频率控制信号也可存储在调速控制器的内部存储模块中。
[0058]优选地,所述外部存储单元26可包括一 Flash (英文全称:Flash Memory,中文简称:闪存)261和RAM262。一般将配置数据和故障信息等数据存储在Flash中，当需要调用时，通过RAM调用相关数据。
[0059]如此，该扩频驱动单元22 —方面可以根据档位控制信号，控制输出的PWM驱动信号的占空比受档位控制信号，同时，还根据频率控制信号进行扩频调制，即将原有单一频率的控制信号调制为在一定频谱范围内变动的控制信号，使该PWM驱动信号的频率受频率控制信号控制，在中心频率附近摆动。输出(必要时需经放大)的PWM驱动信号可以直接驱动功率开关Ql动作。如图6所示，未经扩频调制的驱动信号，其原始噪声的强度较高，对控制信号进行扩频调制后，其PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机I整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声。即动态调节鼓风机I的PWM驱动信号的频率，使其功率谱密度分散一定频段内，降低对汽车内电子器件的噪声影响。
[0060]采用上述方案，其扩频驱动单元22输出的PWM驱动信号的占空比取决于档位信号，处理单元21将根据预设数值调节鼓风机I的PWM驱动信号占空比，当档位信号恒定时，将输出恒定占空比的PWM驱动信号。这时，存在较小的缺陷，汽车在实际运行过程中，为鼓风机I供电的供电电源一般为车载低压蓄电池，比如图1-图5中的鼓风机I上端即连接到车载低压蓄电池的正端B+,车载低压蓄电池的输出电量一般为12伏或者24伏,其输出电压易受各种低压用电部件的影响，鼓风机实时端电压即相当于供电电源的实时输出电压，或者可看作是供电电源的正极相对于地的电压。因此鼓风机的实时端电压易随着整车电气负载变化而波动，如此，将影响鼓风机I的输出风量。
[0061]为防止该种情况发生，本例中对调速控制器2作了进一步改进。如图4所示，所述调速控 制器2还包括一电压反馈单元24 ;所述电压反馈单元24连接在所述鼓风机I的供电电源端与所述处理单元21之间，用于检测所述鼓风机I的实时端电压；
[0062]所述处理单元21还用于根据所述电压反馈单元24检测的所述鼓风机的实时端电压，实时调节所述档位控制信号。
[0063]采用该电压反馈单元24，可以实时监测鼓风机的实时端电压，处理单元21根据鼓风机I反馈的实时端电压调节PWM驱动信号的占空比，保证在鼓风机I供电电源的电压波动的情况下，鼓风机I风量仍能保持稳定。比如，当鼓风机实时端电压(为实时电压)降低时，其占空比做小幅度上调，以实现其最终的有效输出电压保持稳定。
[0064]下面进行具体的原理解释，鼓风机I输出风量大小可以描述为由驱动信号等效电压Veff决定。而该驱动信号的等效电压Veff=VB*duty。其中,VB为鼓风机I端电压,duty为PWM驱动信号的占空比。不同档位信号对应PWM驱动信号的等效电压Veff可以通过先验数据获得，存储在Flash中。由于实际工况中，发动机启动与否、电气负载的变化原因，等效电压VB会在一定范围波动。采用该电压反馈单元24将检测鼓风机的实时端电压，并根据上述公式对PWM驱动信号的占空比duty进行调整。即比如，当其鼓风机的实时端电压降低时，为保证输出等效电压Veff恒定，需提高其占空比。当鼓风机的实时端电压升高时，为保证输出等效电压Veff恒定，需降低其占空比。
[0065]作为一种具体实施的方式，如图5所示，所述电压反馈单元24包括分压电路242及模数转换器241 (英文全称:Analog-to-Digital Converter,英文简称:ADC);
[0066]所述分压电路242接在所述鼓风机I的供电电源的正极端和地之间，所述模数转换器241的输入端接在所述分压电路242上，输出端连接至所述处理单元21。具体的，如图5中所示，其分压电路242的一端接在车载低压蓄电池的正端B+上。一般处理单元21的电源电压为5伏，如果直接以车载低压蓄电池为电源，将超出处理单元21的承载范围。该分压电路242最主要的目的是防止其车载低压蓄电池的正端的电压远高于处理单元21能接收的电压，导致超出处理单元21的输入引脚的承载范围。本例中，如图5所示，所述分压电路242包括两个串联的电阻；所述模数转换器241的输入端接在所述两个串联的电阻之间。即图5中所示包括第一电阻Rl和第二电阻R2，该模数转换器241接在所述第一电阻Rl和第二电阻R2之间。本例中，采用模数转换器241对鼓风机端电压VB进行实时检测，根据VB变化调制驱动信号的占空比duty，保持所述等效电压Veff —定，保证了鼓风机I风量的一定。
[0067]作为一种具体实施的方式，上面已经提到，一般处理单元21不能直接采用车载低压蓄电池作为电源，因此，如图5所示，本例提供的所述调速控制器2还包括一适配电源27，所述适配电源27的输入端连接至所述车载低压蓄电池，输出端连接至所述处理单元21。具体电路连接如图5所示，其适配电源27接在车载低压蓄电池的正端B+和地之间，转换后输出合适的电压给处理单元21。采用该种方式，为处理单元21提供了合适的电源。
[0068]下面对扩频驱动单元22给出了一种具体的示例,如图5所示,所述扩频驱动单元22具体包括数模转换器222 (英文全称:Digital-to_Analog Converter,英文简称:DAC)、DDS (英文全称:Direct Digital Frequency Synthesis,中文全称:直接数字频率合成技术；即DDFS，一般简称DDS)电路及驱动电路；
[0069]所述数模转换器222，用于接收所述处理单元21输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号；
[0070]所述DDS电路221，用于接收所述处理单元21发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号；
[0071]所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号；并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。
[0072]采用该种方式，可以通过简单的电路搭建，即获得所述占空比受所述档位控制信号控制、频率受所述频率控制信号控制并在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0073]其中，如图5所示，所述驱动电路为一比较器223 ;所述比较器223的同相输入端连接至所述数模转换器222，所述反相输入端连接至DDS电路221，其输出端连接至驱动鼓风机I的功率开关Q1。采用该比较器223，可以有效地将DDS电路221生成的频率可调的频率调制信号与所述数模转换器生成的模拟控制信号复合，形成所述占空比受所述档位控制信号控制，频率受所述频率控制信号控制、并在某一中心频率附近摆动的PWM驱动信号。
[0074]一般处理单元21内集成有晶振，若无晶振，也可外接一晶振，如图5所示，所述调速控制器2还包括一晶振25，所述晶振25分别连接至所述DDS电路221和所述处理单元21，为所述DDS电路221和所述处理单元21提供统一的时钟。
[0075]所谓的DDS指直接数字频率合成技术，是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。DDS电路221即利用直接数字频率合成技术的一种电路。其为本领域技术人员所公知，近年来，技术和器件水平不断发展，这使DDS合成技术也得到了飞速的发展，它在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等一系列性能指标方面已远远超过了传统的频率合成技术所能达到的水平，是目前运用最广泛的频率合成技术。其原理如图7所示，其结构由相位累加器、正弦查值表、DAC (数模转换器)和低通滤波器组成。其中fc为时钟频率，K为频率控制信号，N为相位累加器的字长，m为ROM地址线位数，η为ROM的数据线宽度(一般也为DAC的位数)，fo为输出频率，输出频率fo由fc和K共同决定，其关系如下公式:fo=fcXK/2N。在本方案中，频率控制信号K由处理单元21输出，作为基准的时钟频率fc则由晶振25提供。即如上述已经所说的，由处理单元21内设定一频率控制信号K (预先存储在存储单元内)，该频率控制信号K决定了 DDS电路221输出的频率范围。
[0076]采用上述扩频调制技术，即鼓风机I驱动PWM信号频率不固定，可以采用伪随机信号进行调制。扩频幅度可以表达为Δ f=(fmax-fmin)/fO。其中fmax表征扩频调制的最大频率，fmin表征扩频调制的最小频率。采用该种扩频调制技术，相当于驱动信号的能量散布在一个频带范围内，有效降低了峰值电磁辐射水平。伪随机信号由一个长度为nbit (位)的线性反馈位移寄存器生成。伪随机信号重复频率为CPU运算频率的2的η次幂倍，η越大，随机性越好，信号频谱分布越均匀。
[0077]如图8所示，DDS电路221输出三角波(也可为其他波形，如方波等)，其信号幅度固定为调速控制器2内部适配电源27的输出电压VCC，周期为处理单元21所控制。同时处理单元21根据Veff计算出上述数模转换器222的输出电压Vcomp,即Vcomp=VCOduty。如图8中所示，其中，波形a为数模转换器222输出的模拟控制信号的波形，即其输出电压Vcomp的波形，其在占空比一定的情况下，输出为一电压恒定的模拟控制信号，图中显不为一条直线。波形b为DDS电路221输出的频率调制信号，其图中显示的波形为三角波。经数模转换器222后的模拟控制信号与DDS电路221输出的频率调制信号经过上述比较器223后，输出一 PWM驱动信号，其PWM驱动信号的波形为波形c所示的方波，该方波作为PWM驱动信号将直接驱动功率开关Ql动作。
[0078]为更好地防止调速控制器2出现异常，本例中，所述调速控制器2还包括复位电路28和看门狗电路29。当上电或者电路出现异常时，将电路回复至初始状态。当处理单元21的程序进入死循环时，通过看门狗电路29跳出死循环。
[0079]综上，本例公开的调速控制器2，接收空调控制器3输出的档位信号，根据预设数值调节鼓风机I的PWM驱动信号占空比，以实现对鼓风机I 的驱动。由于其在内部集成了扩频驱动单元22，对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机I整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。同时，保证了鼓风机I的出风风量，该方案易于实施，成本较低。
[0080]实施例2
[0081]本例将对本发明提供的汽车空调系统进行具体解释说明。
[0082]如图5所示，本例给出了一种具体的汽车空调系统，包括空调控制器3、调速控制器2、鼓风机I及功率开关Ql ；
[0083]所述鼓风机I与功率开关Ql串联连接在供电电源上；所述调速控制器2的输入端连接至所述空调控制器3，其输出端连接至所述功率开关Ql的控制端；其中，所述调速控制器2为上述实施例1提到的所述调速控制器2。
[0084]当然，汽车空调系统还可以包括压缩机、冷凝器总成、蒸发器、加热器、制冷管、暖风水管、传感器、空调控制面板等等，其均为本领域技术人员所公知的技术，且与本发明的发明点关联度不大，因此，不再赘述。调速控制器2已经在实施例1中作了具体介绍，所以也不再进行重复说明。
[0085]采用例提供的汽车空调系统，由于其在调速控制器2内集成了一扩频驱动单元22，对控制信号进行扩频调制，使扩频调制后的PWM驱动信号的频率在中心频率附近一定范围内摆动，鼓风机I整体的电磁噪声也随着中心频率摆动，可以有效降低平均噪声，减少对车内其他电子器件的电磁干扰。同时，保证了鼓风机I的出风风量，该方案易于实施，成本较低。
[0086]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种鼓风机的调速控制器，其特征在于，包括处理单元和扩频驱动单元； 所述处理单元，用于接收空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号； 所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和所述频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给鼓风机的驱动开关； 其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。2.根据权利要求1所述的调速控制器，其特征在于，所述档位信号为PWM档位信号；所述调速控制器还包括一输入捕捉器，所述输入捕捉器接在所述处理单元与所述空调控制器之间，用于接收所述空调控制器发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元。3.根据权利要求2所述的调速控制器，其特征在于，所述处理单元包括: 占空比计算模块，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空t匕，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元； 频率控制模块，用于获取存储的频率控制信号，并将所述频率控制信号发送给所述扩频驱动单元。4.根据权利要求1至3中任一项所述的调速控制器，其特征在于，所述调速控制器还包括一电压反馈单元；所述电压反馈单元连接在所述鼓风机的供电电源端与所述处理单元之间，用于检测所述鼓风机的实时端电压； 所述处理单元还用于根据所述电压反馈单元检测的所述鼓风机的实时端电压调整所述档位控制信号。5.根据权利要求4所述的调速控制器，其特征在于，所述扩频驱动单元具体包括数模转换器、DDS电路及驱动电路； 所述数模转换器，用于接收所述处理单元输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号； 所述DDS电路，用于接收所述处理单元发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号； 所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。6.根据权利要求5所述的调速控制器，其特征在于，所述驱动电路为一比较器； 所述比较器的同相输入端连接至所述数模转换器，所述反相输入端连接至DDS电路，其输出端连接至所述功率开关的控制端。7.根据权利要求6所述的调速控制器，其特征在于，所述DDS电路包括相位累加器、正弦查值表、数模转换器和低通滤波器； 所述DDS电路的输出频率fo由时钟信号fc和频率控制信号K共同决定，其关系如下公式:fo=fcXK/2N ;其中，N为相位累加器的字长。8.一种汽车空调系统，包括空调控制器、调速控制器、鼓风机及功率开关； 所述鼓风机与所述功率开关串联连接在供电电源上；所述调速控制器的输入端连接至所述空调控制器，其输出端连接至所述功率开关的控制端； 其特征在于，所述调速控制器包括处理单元和扩频驱动单元； 所述处理单元，用于接收所述空调控制器发出的档位信号，根据所述档位信号生成档位控制信号发送给所述扩频驱动单元；并向所述扩频驱动单元发送频率控制信号； 所述扩频驱动单元，用于根据所述档位控制信号和频率控制信号生成PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述鼓风机的驱动开关； 其中，所述PWM驱动信号的占空比受所述档位控制信号控制，所述PWM驱动信号的频率受所述频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。9.根据权利要求8所述的汽车空调系统，其特征在于，所述档位信号为PWM档位信号； 所述调速控制器还包括一输入捕捉器，所述输入捕捉器接在所述处理单元与所述空调控制器之间，用于接收所述空调控制器发出的PWM档位信号，采集所述PWM档位信号的上升沿和下降沿，并将所述上升沿和下降沿发送给所述处理单元。10.根据权利要求9所述的汽车空调系统，其特征在于，所述处理单元包括: 占空比计算模块，用于根据所述上升沿和下降沿，计算获得所述PWM档位信号的占空t匕，并根据所述占空比，生成PWM档位控制信号，发送给所述扩频驱动单元； 频率控制模块，用于获取存储的频率控制信号，并将其发送给所述扩频驱动单元。11.根据权利要求8-10中任意一项所述的汽车空调系统，其特征在于，所述调速控制器还包括一电压反馈单元；所述电压反馈单元连接在所述鼓风机的供电电源端与所述处理单元之间，用于检测所述鼓风机的实时端电压； 所述处理单元还用于根据所述电压反馈单元检测的所述鼓风机的实时端电压调整所述档位控制信号。12.根据权利要求11所述的汽车空调系统，其特征在于，所述扩频驱动单元具体包括数模转换器、DDS电路及驱动电路； 所述数模转换器，用于接收所述处理单元输出的档位控制信号，并对所述档位控制信号进行数模转换获得模拟控制信号； 所述DDS电路，用于接收所述处理单元发出的频率控制信号，通过伪随机信号调制获得受所述频率控制信号控制并在中心频率附近摆动的频率调制信号； 所述驱动电路，用于根据所述模拟控制信号及所述频率调制信号，将所述模拟控制信号及所述频率调制信号复合，获得占空比受所述档位控制信号控制、频率在中心频率附近摆动的PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给所述驱动开关。
【专利摘要】为解决现有PWM方式驱动鼓风机时，大电流驱动信号频繁通断会引起电磁辐射，对车内电子器件造成电磁干扰的问题，本发明提供了一种汽车空调系统及其鼓风机的调速控制器。其中调速控制器包括如下单元：所述处理单元，用于接收空调控制器发出的档位信号，根据档位信号生成档位控制信号发送给扩频驱动单元；并向扩频驱动单元发送频率控制信号；扩频驱动单元，用于根据档位控制信号和频率控制信号生成PWM驱动信号，并将PWM驱动信号发送给鼓风机的驱动开关；其中，PWM驱动信号的占空比受档位控制信号控制，频率受频率控制信号控制，并以伪随机信号调制的方式在中心频率附近摆动。
【IPC分类】H02P27/08, H02M1/44
【公开号】CN104901605
【申请号】CN201410077721
【发明人】王明明, 辛聪, 杨波, 彭飞, 梁卓贤, 刘勇, 黄少堂
【申请人】广州汽车集团股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月4日
最新回复(0)