采用步进电机简化汽车供暖通风空调系统自动空气再循环
从完全闭合的瓣位置开始精确标记新位置。通过采取这种方式,即便是最小的开瓣(flap-opening)也可以精确维持,且可重复实现,产生真正的比例控制。显而易见,这种工作模式比利用基于步统计的开环绝对定位的传统方法相比更有优势。由于要确保在参考运行(referencingrun)中到达终点止动,这些方法要求驱动步进电机到达预估终点止动位置后还多运转几步。这导致电机运转阻断,出现相关可听噪声以机械和磁性元件老化问题。这样一来,能在一个完整步内检测终点止动的器件就可以避免在停转状态下出现噪声和震动问题。单个完整步内的停转检测还使转子和定子磁场保持同步。这就避免由于定子交流磁场导致的转子退磁滋生任何磁性元器件老化问题,并帮助维持寿命周期内稳定的促动器转矩。
在瓣需要尽快地闭合的情况,如外部传感器检测到存在外部污染空气时关闭再循环瓣,高速度要求的(speed-critical)定位至关重要。BEMF信号让步进电机有可能通过专用自适应速度电机驱动算法实现高速度要求的运行。这使步进电机能够挑战有刷直流电机促动器的其中一项主要优势,也就是能够在供电电压和负载允许的情况下尽快地旋转。步进电机以可能最快的速度运行,根据促动器和瓣特性(如负载)自动调配速度。在此自适应速度运行期间,无传感器停转检测可发挥作用,确保无误差的定位。这些算法支持的速度高达每秒1000个完整步。
瓣促动器技术小结
表1综合了我们讨论的瓣促动器技术的"适用性"。有刷直流电机和单极步进电机都有它们的优势,但有也弱点。新的双极步进电机技术看上去结合了前两种技术之长,并符合所有提到的要求。
总结完促动器技术,就轮到一流HVAC系统制造商来调配所有这些功能的恰当权重了。我们的观察结论是:这三类促动器的系统级成本相若,但如果仅顾及电机驱动器本身的采购成本,可能最后汽车制造商要选择次优的方案了。
新的再循环瓣驱动器IC
驱动配备上述技术的双极步进电机的集成电路现已上市。图2显示的是这类IC的典型框图。此IC置于ECU内,两个全H桥驱动双极步进电机的两相。ECU的微控制器(MCU)与IC借SPI接口及一套专用信号来通信。
驱动器中嵌入的电流转换表为绕组施加恰当的电流。仅在SPI寄存器定义绕组电流峰值、微步模式及预设运转方向时才需要设定微控制器。此后,微控制器能够通过仅发送"下一步"信号给IC,就可以依照电流转换表步进。然后,电机驱动器承担完全责任,产生全步、半步或正弦微步动作所要求的电流波形。发送"下一步"脉冲的速度确定了电机运转的速度。
能够通过SPI总线的方式可以执行和激活简单又很有效的停转检测算法。这芯片还支持自适应速度控制功能,用于在最高速度时闭合再循环瓣。这芯片还执行了恰当的诊断功能,用于检测所有相关误差状况,防止系统及IC受损。这IC包含中断输出引脚,用于在出现误差时警示微控制器。
结论
本文讨论了现有再循环瓣促动器技术,分析了这类再循环阀的工作要求。有刷直流电机促动器和单极步进电机促动器都不符合某些技术要求。而结合了新颖驱动器的双极步进电机阀提供可能是最优的技术方案,符合未来空气再循环阀的高质量运行要求。
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