【48812】一种电动轿车空调体系PTC加热器操控器规划

  作者：王晓辉 （奇瑞新动力轿车股份有限公司，安徽 芜湖 241000）

  ：依据电动轿车空调体系PTC加热器特性规划操控器，选用PWM方法操控功率开关器材通断完结PTC加热器功率的线性调理。操控电路在高压侧，选用反激电源为辅佐电源，通讯电路选用阻隔CAN电路。具有下电坚持功用进行毛病处理，过压、欠压和过流都具有硬件和软件两层维护功用。功率电路均分为两路，提高了功率器材的可靠性和减小瞬态冲击电流。经过整车搭载验证，在空调体系完结平等制热作用的条件下具有显着的节能作用。

  开展电动轿车是国家应对国际环境和动力危机的重要决议计划，我国全力开展电动轿车并获得明显技术成果，欧美各国从国家高度到企业层面，也已敏捷调整开展的战略，将轿车电动化作为未来的开展方向。

  传统燃油车空调体系运用发动机热量制热，电动轿车电驱体系功率能够高达90% 以上，损耗发生的热量远不足以供应空调体系制热，所以电动轿车空调体系制热运用PTC（正温度系数）加热器发生热量。现在比较遍及的计划是运用继电器操控PTC 加热器电源通断，经过风门开度操控冷热风的风量来操控温度，此类计划动力糟蹋较大。

  选用PWM（脉宽调制）方法操控功率开关器材通断PTC 加热器电源，完结PTC 加热器输出功率的线性操控。本规划中PTC 加热器峰值功率5.2 kW，输入电压规模260~410 V。考虑开关器材的散热需求，将功率电路均分为两路2.6 kW。考虑规划裕量，单路最大电流按10 A 规划，一起也有助于减小开关器材注册瞬间的峰值电流。

  整体硬件计划原理框图如图1 所示。操控电路、驱动和信号采样处理电路在高压侧，辅佐电源、下电坚持操控和CAN 通讯电路都为阻隔电路，高低压电路之间满意AC 2 000 V rms 耐压1 min 绝缘要求。

  如图2 所示，KL30 为低压蓄电池12 V 常电，Z1吸收瞬态浪涌，D1 和D6 为防反接二极管，L1、C3 和C4 组成EMC 滤波器。整车上电后KL15 为高电平，Q3和Q1 导通，操控器被唤醒作业。整车下电后KL15 为低电平，为确保操控器进行毛病诊断处理，操控电路坚持KL15-KEEP 信号为高电平，高低压之间经过阻隔光耦进行信号传输，Q1 依然导通，程序处理完结KL15-KEEP 信号为低电平，Q1 截止，操控器输入电源断开进入休眠，静态电流为微安等级。

  辅佐电源选用反激拓扑， 选用轿车级芯片LM3478Q-Q1。输入电压规模6~16 V，主路输出电压为5 V，为操控电路供电。辅路输出为15 V，为功率开关器材供给栅极驱动电源。变压器磁芯挑选EE13，绕制参数如表1 所示。

  操控芯片契合AEC-Q100 规范，内置两个具有边缘对齐功用的专用PWM 信号输出模块，输出的PWM信号作为驱动电路的输入。包含6 路A/D 采样，两路PTC 散热器电流采样，一路高压电压采样，三路温度采样。CAN 通讯电路选用TI 公司的阻隔型CAN 芯片ISO1050。

  PWM 信号频率低，功率操控精度会较低，高频率能大大的提高功率操控精度，可是一起也会添加功率器材的开关损耗。PTC 加热器自身的寄生电容导致开关管注册瞬间会有很大的冲击电流。除了经过调理驱动电路操控开关速度外，两路开关管不一起注册，能减小注册瞬态电流。

  驱动芯片选用UCC27524A1-Q1，具有两个独立的栅极驱动通道，ENA 和ENB 管脚拉低能立刻关断驱动输出，进行电路维护（如图3）。

  高压经过火压电路和运放跟从电路处理后送至单片机A/D 管脚。电压低于260 V 或许高于410 V，且持续1 s 则封闭驱动信号，电压康复到正常规模内则持续作业。电流采样电阻电压信号经扩大电路到单片机的A/D管脚。

  硬件过流维护电路如图4 所示。正常作业时，VIS1＜ Vref，比较器输出高电平。呈现过流时VIS1＞ Vref，比较器输出变低电平，驱动芯片的ENA 和ENB 管脚被拉低，中止输出驱动电压。一起操控芯片检测到低电平，中止输出PWM 信号并上报毛病。

  操控战略如图5 所示。操控器唤醒自检后进入待机形式，接收到空调加热指令首要进行毛病判别，假如检测到毛病则进行维护，一起上传毛病状况并贮存毛病码。

  假如无毛病则依据驾驶室温度动态调理PWM 信号占空比，开端阶段占空比选用逐渐变大的软启动计划，终究坚持车内温度稳定。

  PTC 加热器电流和功率器材Vce 电压如图6 所示，上电瞬间冲击电流持续约10 μs。

  操控器搭载整车分别在环境和温度0、-10、-15和-20 ℃下来测验，空调制热温度设定32.5 ℃，主动制热战略为先敞开5 min 大功率制热，之后下降功率保温。车速80 km/h，测验数据如表2。

  PTC 加热器操控器能轻松完结整车空调体系制热功率的准确操控，在到达平等制热作用的条件下降热功耗，从而添加续航路程。一起能将PTC 加热器作业状况上传至整车通讯网络并供给各种维护。

  [1] 王兆安,刘进军.电力电子技术[M].5版.北京:机械工业出版社,2009.