強電磁干擾環境下直流電機驅動信號的耦合方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動信號的耦合方法及裝置，涉及汽車的直流電機PWM控制技術領域。技術特征表現為：將主控單元ECU直接發出的PWM電壓方波信號經過光電耦合器件與場效應晶體管組成的開關電路進行耦合，在場效應晶體管組成的開關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，解決了偏置電路設置的問題；同時在四組MOSFET管并聯加入RC保護電路，較好地抑制了雜波信號對電機的影響。本發明解決了車用直流電機PWM脈寬調制信號傳輸耦合的技術難題，具有簡單高效，可靠性強,成本低的優點。
【專利說明】
強電磁干擾環境下直流電機驅動信號的耦合方法及裝置
技術領域
[0001]本發明公開了一種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動信號的耦合方法及裝置，涉及汽車的直流電機PffM控制技術領域。
【背景技術】
[0002]汽車用直流電機工作時需要雙向調速控制，現在多采用H型電橋驅動電路。汽車的電器系統包括發電機、啟動機和點火裝置以及控制系統，屬于多種復合強電磁干擾環境。尤其是近年來發展較快的混動汽車中，包括發動機、高壓發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電、供電電源系統，即驅動電源系統和控制電源系統，更具有強烈的電磁輻射。在這種條件下，車用直流電機PWM脈寬調制信號會受到強烈電磁輻射的干擾，將感應到的高電壓脈沖帶入系統內，影響被控電機H型電橋驅動電路正常工作，造成控制失靈。
[0003]另外，雙向調速直流電機PWM脈寬調制驅動電路的H橋電路，目前普遍采用四個N型MOS管組成H橋電路來驅動電動機，這種驅動電路有兩個不足之處:I)要驅動四個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境下工作時存在的技術問題，急需解決。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動信號的耦合方法及裝置。
[0006]實驗研究發現，造成已有技術問題的原因是，現有的車用直流電機驅動信號的耦合裝置，在強電磁干擾環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，本發明的技術特征表現為:將主控單元ECU直接發出的PffM電壓方波信號經過光電耦合器件與場效應晶體管組成的開關電路進行耦合，在場效應晶體管組成的開關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，解決了偏置電路設置的問題；同時在四組MOSFET管并聯加入RC保護電路，不僅保護了場效應晶體管，也較好地抑制了雜波信號對電機的影響。
[0007]—種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動信號的耦合方法，其特征是包括以下技術方案:
將車用雙向調速直流電機PWM脈寬調制信號和開關信號，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晶體管組成的H型電橋驅動電路的控制柵極聯接，構成信號傳輸回路，對電磁干擾信號進行隔離；
光電耦合器的輸出端口分別聯接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設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；
在四只場效應晶體管組成的H型電橋驅動電路的輸出回路中，并聯RC電路，對輸出的電磁干擾信號進行濾除。
[0008]—種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動裝置，包括由四只場效應晶體管組成的H型電橋驅動電路，其特征是:
所述的四只場效應晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉向，2個N型MOSFET管控制電機調速組成互補型H橋開關電路；
所述的四只場效應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接，光電耦合器的輸出端口分別聯接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設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脈寬調制信號和開關信號源相聯接；
所述的四只場效應晶體管的漏極回路中，分別并聯有RC濾波器。
[0009]工作時，直流電機PWM脈寬調制信號和開關信號自所述的光電親合器的輸入端輸入，經過光電隔離、濾波，驅動所述的四只場效應晶體管組成的H型電橋電路，四只場效應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，純凈的驅動信號輸送到直流電機中，完成雙向調速運行。
[0010]本發明的優點是H橋電路設計采用2個P型MOSFET管，控制電機轉向，2個N型MOSFET管控制電機調速;驅動MOSFET管柵極信號不需要經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，從而驅動MOSFET管柵極，簡化電路設計;在場效應晶體管組成的開關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隔離，最大程度地濾除了電源的干擾信號。
[0011]本發明解決了車用直流電機PWM脈寬調制信號傳輸耦合的技術難題，具有簡單高效，可靠性強、成本低的優點。適合在各種機動車上應用，具有良好的經濟和社會效益。
【附圖說明】
[0012]附圖1是本發明的電路圖。
【具體實施方式】
[0013]以下借助說明書附圖，對本發明的具體實施例作進一步披露。
[0014]實施例一
一種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動裝置，包括由四只場效應晶體管組成的H型電橋驅動電路，其特征是:
所述的四只場效應晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉向，2個N型MOSFET管控制電機調速組成互補型H橋開關電路；
所述的四只場效應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接，光電耦合器的輸出端口分別聯接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設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脈寬調制信號和開關信號源相聯接；
所述的四只場效應晶體管的漏極回路中，分別并聯有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構成強電磁干擾的低阻陷波器。
[0020]具體電路構成如圖1所示，車載電源+12?14VDC分為兩路，一路直接接到并聯兩個P型MOSFET管Q1P，Q3P的源極S，另一路電源通過電感L2，經過并聯電容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輸出開關信號對實現光電耦合器U的TI和T3控制，光電耦合器U的TI和T3通過光電效應，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的導通或關閉，促使直流電機M正反轉通電或斷電；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麗調速信號對實現，光電耦合器U的T2和T4通過光電效應，把PWM調制信號輸出到N型MOSFET管Q2、Q4的柵極G，實現N型MOSFET管Q2、Q4脈寬調制，促使直流電機M正反轉調速。
[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。P型MOSFET管QlP、Q3P的柵極G并聯電阻R5，R3后與電感LI串聯接地;N型MOSFET管Q2、Q4的柵極G并聯電阻R4，R2后與電感LI串聯接地。P型MOSFET管Q1P、Q3P和N型Q2、Q4搭建H橋驅動電路，同時在四組MOSFET管并聯加入RC電路。
[0023]模擬電源與數字電源采用電感LI，L2進行模數隔離;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強電和弱電的隔離，另一方面用于驅動四個MOSFET管，電機的P麗控制信號和方向控制信號都是經光耦后加載到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關斷時，對應的Q1P、Q4就導通，Q2、Q3關斷，電機電流經QIP、MOTOR、Q4流向地，此時電機正轉。電機反轉時，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
一種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動裝置，包括由四只場效應晶體管組成的H型電橋驅動電路，其特征是: 所述的四只場效應晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉向，2個N型MOSFET管控制電機調速組成互補型H橋開關電路；
所述的四只場效應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接，光電耦合器的輸出端口分別聯接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設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脈寬調制信號和開關信號源相聯接；
所述的四只場效應晶體管的漏極回路中，分別并聯有LC串聯諧振濾波器。
[0026]所述的LC串聯諧振濾波器與RC濾波器相比，具有更優良的頻率響應，可以提高濾波效果。尤其是針對某一頻段的電磁干擾。但應注意避開PWM脈寬調制信號的頻段。
[0027]本實施例的優點在于可針對性的濾除抑制已知的強電磁干擾源。
【主權項】
1.一種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動信號的耦合方法，其特征包括以下技術方案: 將車用雙向調速直流電機PWM脈寬調制信號和開關信號，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晶體管組成的H型電橋驅動電路的控制柵極聯接，構成信號傳輸回路，對電磁干擾信號進行隔離； 光電耦合器的輸出端口分別聯接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設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； 在四只場效應晶體管組成的H型電橋驅動電路的輸出回路中，并聯RC電路，對輸出的電磁干擾信號進行濾除。2.—種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動裝置，包括由四只場效應晶體管組成的H型電橋驅動電路，其特征是: 所述的四只場效應晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉向，2個N型MOSFET管控制電機調速組成互補型H橋開關電路； 所述的四只場效應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接，光電耦合器的輸出端口分別聯接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設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脈寬調制信號和開關信號源相聯接； 所述的四只場效應晶體管的漏極回路中，分別并聯有RC濾波器。3.根據權利要求2所述的強電磁干擾環境下車用直流電機驅動裝置，其特征是所述的RC濾波器中的電阻為1K Ω，電容為0.0I uF，構成強電磁干擾的低阻濾波器。4.根據權利要求2所述的強電磁干擾環境下車用直流電機驅動裝置，其特征是所述的陷波器中的電感為I OuH，電容為33uF和0.33uF構成強電磁干擾的低阻陷波器。5.—種強電磁干擾環境下車用直流電機驅動裝置，包括由四只場效應晶體管組成的H型電橋驅動電路，其特征是: 所述的四只場效應晶體管中，采用2個P型MOSFET管，控制電機轉向，2個N型MOSFET管控制電機調速組成互補型H橋開關電路； 所述的四只場效應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接，光電耦合器的輸出端口分別聯接偏置電阻器，偏置電阻器的公共端與地之間設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脈寬調制信號和開關信號源相聯接； 所述的四只場效應晶體管的漏極回路中，分別并聯有LC串聯諧振濾波器。
【文檔編號】H02P7/29GK105978420SQ201610385397
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】楊平
【申請人】沙洲職業工學院