汽車電工電子基礎(chǔ)（第3版） 課件 5.1占空比控制電磁閥電路實(shí)驗(yàn)

5.1占空比控制電磁閥電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五:占空比控制及應(yīng)用占空比的作用與特點(diǎn)占空比及變頻控制技術(shù)（PWM）占空比控制在新能源汽車上的應(yīng)用實(shí)施項(xiàng)目12341.占空比的作用與特點(diǎn)

在汽車電子電路中，通常要求控制的負(fù)載功率要變化，即是要改變加在負(fù)載兩端的電壓和流經(jīng)負(fù)載的電流要變化，以滿足不同的工況。要實(shí)現(xiàn)這種控制方式有兩種方法，改變電路電阻（在電路中串聯(lián)電阻）或控制占空比的方法來實(shí)現(xiàn)。

我們根據(jù)歐姆定律可知，在電路中串聯(lián)入電阻可以改變負(fù)載的電壓和電流，從而改變了負(fù)載的功率，但此時(shí)電阻會(huì)產(chǎn)生分壓，流過的電流肯定會(huì)有很大的功率損耗，早期汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)的控制方式就是采用這種串電阻的方式。（1）占空比的作用

通過控制占空比可在無功率損失的情況下對(duì)電流進(jìn)行控制。占空比信號(hào)類似轉(zhuǎn)向燈的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)向燈每次點(diǎn)亮約半秒鐘，然后熄滅約半秒鐘，這稱作一個(gè)周期。轉(zhuǎn)向燈控制信號(hào)和占空比信號(hào)的不同在于：

信號(hào)頻率，即電壓切換的速率：占空比信號(hào)的頻率比轉(zhuǎn)向燈控制信號(hào)的頻率高很多。

電流通、斷時(shí)間的比例：占空比信號(hào)的通、斷（高、底）時(shí)間可變。（2）占空比的特點(diǎn)占空比電路模型所示，占空比信號(hào)由電子電路快速控制電流而產(chǎn)生，分正極端控制與負(fù)極端控制，兩者只是控制波形相反。在實(shí)際應(yīng)用中多采用負(fù)極端控制方式。2.占空比及變頻控制技術(shù)（PWM）如果在一個(gè)周期為10ms的占空比信號(hào)內(nèi)，通電時(shí)間為4ms，斷點(diǎn)時(shí)間為6ms，那么該信號(hào)的占空比就是40%。如果要增加燈泡的亮度可以將通電時(shí)間調(diào)整為8ms，斷點(diǎn)時(shí)間調(diào)整為2ms。此時(shí)燈泡的功率將是其全功率的80%。圖5-1占空比控制電路模型

占空比，在一串理想的脈沖周期序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。例如：脈沖寬度1μs，信號(hào)周期4μs的脈沖序列占空比為0.25。在成語中有句話：三天打漁，兩天曬網(wǎng)，如果以五天為一個(gè)周期，“打漁“的占空比則為0.6。圖5-2占空比波形變頻控制技術(shù)也叫脈沖寬度調(diào)制PWM(PulseWidthModulation)，是占空比電路應(yīng)用的進(jìn)一步升華。它通過對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率，其廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通信、功率控制與變換等許多領(lǐng)域。變頻空調(diào)，汽車逆變器(12V直流轉(zhuǎn)220V50Hz交流)都采用了上述技術(shù)的原理。準(zhǔn)確地說，占空比控制應(yīng)該稱為電控脈寬調(diào)制技術(shù)，它是通過電子控制裝置對(duì)加在工作執(zhí)行元件上一定頻率的電壓信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度的調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所控制的執(zhí)行元件工作狀態(tài)精確、連續(xù)的控制。占空比控制周期的選擇主要考慮控制對(duì)象的慣性,比如對(duì)于發(fā)熱發(fā)光體的控制,因?yàn)闊崃坎粫?huì)立即消失和升高,所以在幾十個(gè)毫秒周期內(nèi)調(diào)節(jié)占空比即可滿足,頻率太高會(huì)產(chǎn)生功率元件的開關(guān)發(fā)熱損失。3.占空比控制在新能源汽車上的應(yīng)用新能源汽車電氣設(shè)備增多,對(duì)于需要進(jìn)行多級(jí)或無級(jí)調(diào)節(jié)的電器基本都使用占空比控制。比如驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速,空調(diào)風(fēng)扇無級(jí)調(diào)速,刮水器電機(jī)的調(diào)速燈光亮度調(diào)節(jié)等。我們以燈光亮度調(diào)節(jié)為例理解選擇占空比控制而不是串聯(lián)可變電阻控制,一般電器設(shè)計(jì)時(shí)在額定電壓下工作效率最高,對(duì)燈泡來說發(fā)光效率最高。占空比調(diào)節(jié)燈光,燈泡要么工作在額定電壓發(fā)光,要么不發(fā)光,通過占空比控制發(fā)光時(shí)間與不發(fā)光的比例就調(diào)節(jié)了亮度。而反觀串聯(lián)可變電阻的方案相當(dāng)于通過分壓改變燈泡實(shí)際工作電壓來改變亮度,燈泡沒有工作在額定電壓.所以效率低,一部分能量消耗在了電阻上,變成熱量損失了。占空比控制燈光亮度電路,按照?qǐng)D所示搭接電路進(jìn)行仿真,了解占空比控制原理和實(shí)現(xiàn)方法。本例中使用場(chǎng)效應(yīng)管作為開關(guān),可以實(shí)現(xiàn)快速和較大電流電路控制。因?yàn)槔^電器是機(jī)械元件,工作頻率不高,所以不能用于占空比控制。下圖中電源電壓12V、燈泡額定電壓12V.場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)為默認(rèn)值,占空比信號(hào)源設(shè)置信號(hào)上升、下降占1%,周期1ms,幅值10V,占空比數(shù)值可調(diào)。占空比控制原理仿真電路4.項(xiàng)目實(shí)施1）占空比調(diào)光電路實(shí)訓(xùn)。2）模擬電磁閥工作原理。3）占空比控制電磁閥。（1）任務(wù)布置積木連線實(shí)訓(xùn)板萬用表可調(diào)鋰電池模塊負(fù)載積木板示波表占空比可調(diào)信號(hào)板電磁閥板連接導(dǎo)線（2）任務(wù)準(zhǔn)備

需要準(zhǔn)備以下器材。步驟圖示工作頁1讀識(shí)電路原理圖，占空比信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)占空比信號(hào)，相當(dāng)于開關(guān)連續(xù)閉合、斷開頻率很快，發(fā)生器輸出已帶驅(qū)動(dòng)放大，可直接接入負(fù)載。2用連接導(dǎo)線按照積木連接示意圖連接成完整電路，注意連接前先關(guān)閉電源開關(guān)。3檢查無誤后接通電源，從左至右調(diào)節(jié)電位器，觀察燈泡亮度變化，同時(shí)觀察示波表波形，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

1）占空比調(diào)光電路實(shí)訓(xùn)。（3）任務(wù)步驟步驟圖示工作頁4調(diào)節(jié)示波表幅值和時(shí)基，占空比波形的特點(diǎn)：_____________________，輸出電壓的變化情況是_____________，占空比與燈泡亮度的關(guān)系是怎樣的？__________你能計(jì)算出占空比是多少嗎？畫出波形并列式計(jì)算。5描繪占空比波形計(jì)算波形占空比：圖示

2）模擬電磁閥工作原理。工作頁知識(shí)鏈接：什么是電磁閥？電磁閥（valve）由兩個(gè)基本功能單元組成：電磁線圈和磁芯。包含一個(gè)或幾個(gè)孔的閥體。當(dāng)電線圈通電或斷電時(shí)，磁芯的運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致流體通過閥體或被切斷。電磁線圈被直接安裝在閥體上，磁芯被封閉在密封管中，構(gòu)成一個(gè)簡潔，緊湊的組合。電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，可用于液壓、氣動(dòng)。汽車上有很多電磁閥，比如EGR閥，ABS閥等。完成模擬電磁閥工作原理積木的連接，填寫工作頁。連接好如圖所示電路，檢查無誤后接通電源，此時(shí)磁鐵_____________，原因是______________。從實(shí)訓(xùn)中我們可以知道用固定的直流電流控制電磁閥閥門的開度是固定的，而很多時(shí)候我們要求閥門的開度是可變的，比如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速閥，EGR閥，ABS閥等。步驟圖示工作頁1讀識(shí)電路原理圖，占空比輸出信號(hào)已經(jīng)帶驅(qū)動(dòng)放大，可以直接控制電磁閥升程。2用連接導(dǎo)線按照積木連接示意圖連接成完整電路，注意連接前先關(guān)閉電源開關(guān)。3）占空比控制電磁閥。步驟圖示工作頁3檢查無誤后接通電源，旋轉(zhuǎn)占空比調(diào)節(jié)電位器至最左端，觀察電磁閥狀態(tài)，同時(shí)觀察示波表波形，用萬用表直流檔測(cè)量輸出電壓，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。4從左至右旋轉(zhuǎn)占空比調(diào)節(jié)電位器，電磁閥升程的變化情況是___________________，同時(shí)觀察輸出電壓的變化_________，通過這個(gè)實(shí)訓(xùn)我們可以知道占空比控制電磁閥的工作原理是調(diào)節(jié)占