一种多路PTC加热器控制电路及监测控制方法与流程

一种多路ptc加热器控制电路及监测控制方法
技术领域
1.本发明属于加热领域，特别涉及一种多路ptc加热器控制电路及监测控制方法。


背景技术：

2.ptc加热器具有耐电压高、剩余电流小、功耗低、完整阻燃、响应时间疾速、运用寿命长等特性。它是以ptc元件为发热源，ptc加热器和传统加热器在相同功率的状况下，它们的耗电量是一样的，但由于ptc电能转换成热能的效率比传统的加热器高，所以产生的热能就多，反之在产生热能相同的状况下，传统的加热器耗费的电能比ptc加热器耗费的电能要多，也就是ptc陶瓷加热器节约电能。因ptc具有的优点而普遍用作空调机、干衣机、烘干机、风幕机、汽车空调、暖风机、集成吊顶、干手器、烘房加热器、控制柜(箱)加热防潮、工业烘干设备、家用电器、小家电等各种加热器件的热源。ptc加热器还可以用在加热空气，用于各种不同物质的枯燥/硫化，热处置，再加热和除湿及其他相似应用。
3.中国专利(申请号为cn201520431223.3)申请中公开了一种汽车空调ptc控制器，使用ptc控制器控制ptc加热器，将ptc加热器按照功率平均分配成4组并联方式，控制器硬件设计采用4组igbt作为开关器件，分别为igbt1、igbt2、igbt3、igbt4，对应ptc加热器ptc1、ptc2、ptc3、ptc4进行控制。ptc控制器连接有电流采样电阻，且每组开关器件，分别用电流采样电阻采集瞬时工作电流，差分运放放大后的电压信号与设定的硬件过流值通过比较器比较，当瞬时工作电流超过设定的硬件过流值时，比较器反转并锁住igbt，达到硬件过流保护功能，电流信号与电压信号通过单片机计算得出ptc加热器功率，作为功率反馈，通过调节pwm(脉冲宽度调制)占空比方式控制ptc加热器功率，达到出风温度控制功能。
4.但是现有技术中对于多路ptc的控制，每路ptc回路需要单独的电流采样电路，这增加了电路成本，pcb(印制电路板)面积及mcu(微控制单元)模拟采样通道。


技术实现要素：

5.针对上述问题，一方面，本发明公开了一种多路ptc加热器控制电路，包括：
6.多个并联的ptc加热器控制支路；
7.每个所述控制支路中均设置有一个igbt，每个所述igbt的g极一端均与控制器相连；所述控制器向每个控制支路中的igbt发送pwm控制信号；多个控制支路接收到的pwm控制信号之间存在时间差。
8.进一步地，每个所述控制支路的一端均与电源正极相连，每个所述控制支路的另一端均与电源负极相连。
9.进一步地，所述控制支路包括串联的igbt和ptc加热器。
10.进一步地，多个控制支路中的所有ptc加热器的一端共点相连，该点与电源正极相连；多个控制支路中的所有igbt的e极共点相连，该点与电源负极相连；所述igbt的c极与ptc加热器的另一端相连。
11.进一步地，多个所述控制支路的另一端与电源负极之间设置有电流采样芯片，所
述控制器从电流采样芯片上采集电流。
12.进一步地，所述控制器为电机控制器，所述电机控制器包括主控mcu，所述主控mcu用于对ptc进行电流采样、控制及故障诊断。
13.另一方面，本发明公开一种多路ptc加热器监测控制方法，包括：
14.多个控制支路接通电源；
15.控制器向每个控制支路中的igbt发送pwm控制信号，控制每个控制支路的通断；多个所述控制支路接收到的pwm控制信号之间存在时间差。
16.进一步地，所述监测控制方法还包括：
17.当控制支路接通，控制器采集控制电路上的总电流值。
18.进一步地，多个所述控制支路接收到的pwm控制信号依次为pwm1、pwm2、pwm3……
pwmn，相邻两个所述pwm控制信号的时间差依次为δt1、δt2……
δtn。
19.进一步地，所有相邻两个pwm控制信号的时间差之和小于pwm控制信号的一个周期值。
20.进一步地，所述控制器采集的总电流值为开通的多个控制支路的电流总和。
21.进一步地，所述监测控制方法还包括：
22.根据控制支路的通断，采集获得多个控制电路在不同通断组合下对应的总电流值；
23.根据采集到的总电流值，分析获得每个ptc加热器所在控制支路的支路电流。
24.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.本发明提供一种多路ptc加热器控制电路及监测控制方法，使用该电路及方法只需要一路电流采样电路可以实现多路ptc控制电路电流采样，通过调节多路ptc对应的pwm控制信号的相位使得不同ptc电流出现时间差，同时软件程序根据pwm控制信号时序并对应进行电流采集，计算出对应的ptc电流，有效的节省了电路成本、pcb面积及mcu的采样通道；同时可以将ptc控制器集成到电机控制器中，利用电机控制器控制mcu剩余的adc采样及pwm控制资源进行ptc控制，这样可以实现ptc模块与电机控制器的深度集成，使用电机控制器的主控mcu对ptc进行控制及故障诊断，即节省了器件又利用了电机控制器mcu的剩余资源，因此可以节省ptc的控制芯片及相关外围电路。
26.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1示出了本发明实施例中多路ptc加热器控制电路原理图；
29.图2示出了本发明实施例中三路ptc加热器pwm控制脉冲信号时序关系及ptc加热器控制电路电流变化示意图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.为解决现有技术中每路ptc回路需要单独的电流采样电路，增加电路成本、pcb面积及mcu模拟采样通道的技术问题，在本发明的一种实施例中，多路ptc加热器控制电路包括：
32.多个并联的ptc加热器控制支路；
33.每个所述控制支路中均设置有一个igbt，每个所述igbt的控制端均与控制器相连；所述控制器向每个控制支路中的igbt发送pwm控制信号；多个控制支路接收到的pwm控制信号之间存在时间差。
34.每个所述控制支路的一端均与电源正极相连，每个所述控制支路的另一端均与电源负极相连。
35.所述控制支路包括串联的igbt和ptc加热器。
36.多个控制支路中的所有ptc加热器的一端共点相连，该点与电源正极相连；多个控制支路中的所有igbt的负极共点相连，该点与电源负极相连；所述igbt的正极与ptc加热器相连。
37.在本发明的一种实施例中，多个所述控制支路的另一端与电源负极之间设置有电流采样芯片，所述控制器从电流采样芯片上采集电流。
38.在本实施例的一种情况中，所述控制器为电机控制器，所述电机控制器包括主控mcu，所述主控mcu用于对ptc进行电流采样、控制及故障诊断。mcu对于ptc及电机可以通过程序独立控制，互不干扰。
39.作为上述控制电路的一种实施例，如图1所示，多路ptc加热器控制电路包括：
40.四个并联的ptc加热器控制支路；每个控制支路分别依次包括ptc1和igbt1、ptc2和igbt2、ptc3和igbt3，ptcn和igbtn。所述ptc1、ptc2、ptc3和ptcn的一端共点相连，该共点与电源正极相连。所述ptc1、ptc2、ptc3和ptcn的另一端分别与igbt1、igbt2、igbt3和igbtn的c极(集电极)一端对应相连，所述igbt1、igbt2、igbt3和igbtn的e极(发射极)一端共点相连，该共点与电流检测芯片的一端相连，所述电流检测芯片的另一端与电源负极相连。所述igbt1、igbt2、igbt3和igbtn的g极(门极)一端通过高压隔离器件与电机控制器控制部分相连，所述电机控制器分别向igbt1、igbt2、igbt3和igbtn发送pwm1控制信号、pwm2控制信号、pwm3控制信号、pwmn控制信号，控制对应的igbt通断，并且电机控制器的mcu对控制电路电流进行采样并进行故障诊断。当pwm控制信号处于高电平的时候，igbt开通；当pwm控制信号处于低电平的时候，igbt断开。
41.需要说明的是，该控制电路中的ptc加热器的型号及种类可以根据每条控制支路的实际需求进行选型设置，并且为了适应每条控制支路中ptc加热器的性能，对应的选用igbt的型号和类型。
42.为监控上述多路上述ptc加热器控制电路的运行情况，多路ptc加热器的监测控制方法具体包括：
43.步骤1：多个控制支路接通电源；
44.步骤2：控制器向每个控制支路中的igbt发送pwm控制信号，控制每个控制支路的通断；多个所述控制支路接收到的pwm控制信号之间存在时间差。
45.步骤3：当控制支路接通，控制器采集控制电路上的总电流值。
46.具体的，在对多个ptc加热器进行控制的时候，多个所述控制支路接收到的pwm控制信号依次为pwm1、pwm2、pwm3……
pwmn，相邻两个所述pwm控制信号的时间差依次为δt1、δt2……
δtn。所有相邻两个pwm控制信号的时间差之和小于pwm控制信号的一个周期值。在实际应用中，控制支路的个数不会很多，一般为2-5个，因此将pwm控制信号的一个周期等分后得到时间差，然后对多个pwm控制信号的发送时序进行控制，使得多个pwm控制信号之间相互错开，以便于在采集电流信号的时候，能够根据电流信号的采集时间点，推断出该采集电流是几个控制支路的电流总和。
47.在对多个ptc加热器的通入电流进行监测的时候，所述控制器采集的总电流值为开通的多个控制支路的电流总和。根据控制支路的通断，采集获得多个控制电路在不同通断组合下对应的总电流值；根据采集到的总电流值，分析获得每个ptc加热器所在控制支路的支路电流。
48.结合图1，在监测控制过程中，多个pwm控制信号之间的相位关系进行举例说明。
49.上述监测控制方法通过调节pwm控制信号的相位来实现多路电流的采样，如图2所示pwm控制信号时序关系，其中pwm1控制信号、pwm2控制信号、pwm3控制信号
……
pwmn控制信号时序依次相差δt1、δt2……
δtn的时间。对应的电路电流波形变化如图2所示，当pww1控制信号处于高电平时，igbt1开通，此时ptc1所在控制支路导通，ptc1通过电流iptc1，电机控制器进行电流采样is1＝iptc1；当pww2控制信号处于高电平时，igbt2开通，此时ptc2所在控制支路导通，ptc2通过电流iptc2，此时开通的控制支路有两条即ptc1、ptc2所在控制支路，电机控制器进行电流采样is2＝iptc1 iptc2；当pww3控制信号处于高电平时，igbt3开通，此时ptc3所在控制支路导通，ptc3通过电流iptc3，此时开通的控制支路有三条即ptc1、ptc2、ptc3所在控制支路，电机控制器进行电流采样is3＝iptc1 iptc2 iptc3，因此在图2中可以看到，电流值随着时间的推进阶梯状的叠加变大，但这种电流值变化的情况仅在图2所示的pwm控制信号时序关系下才能够形成。以此类推，当pwwn控制信号处于高电平时，igbtn开通，此时ptc1所在控制支路导通，ptcn通过电流iptcn，此时开通的控制支路有n条即ptc1、ptc2、ptc3、ptcn所在控制支路，电机控制器进行电流采样isn＝iptc1 iptc2 iptc3
……
iptcn。通过控制pwm控制信号时序实现对ptc工作电流的时序调节，并在pwm1控制信号、pwm2控制信号、pwm3控制信号
……
pwmn控制信号由低电平跳变为高电平时分别采集对应时刻的采样电流is1、is2、is3……
isn，根据采样电流值计算出iptc1＝is1、iptc2＝is
2-is1、iptc3＝is
3-is2、iptcn＝is
n-is
(n-1)
。根据监测出的is1、is2、is3……
isn或者计算出的iptc1、iptc2、iptc3……
iptcn对控制电路以及ptc加热器的运行状况进行监控和故障诊断。
50.需要说明的是，上述举例说明的多个pwm控制信号之间的时间差可以根据控制支路的数量，等分pwm控制信号的一个周期，除此之外，多个pwm控制信号之间的时间差也可以不相等。另外，多个控制支路接收的pwm控制信号的先后顺序也可以根据实际需要进行调整，不一定按照图2所示的顺序电机控制器依次发送pww1控制信号、pwm2控制信号、pwm3控制信号；还可以按照其他顺序发送控制信号。由于每条控制支路的ptc加热器的型号和类型不
同，ptc加热器的电阻阻值也不一定相同，因此每条控制支路的电流也不完全相同，对应的igbt的种类和型号也不一定选型一致，因此控制igbt通断的pwm控制信号的频率、波峰和波谷的大小等参数可以相同，也可以不同，根据实际使用过程中的需求进行设定，不同的pwm控制信号之间的不同组合，可以控制不同控制支路的通断时长不同，这样就可以使有限的控制支路具有更多的变化类型，以适应多变的使用环境。
51.使用上述监测控制方法只需要一路电流采样电路可以实现多路ptc控制电路电流采样，通过调节多路ptc对应的pwm控制信号的相位使得不同ptc电流出现时间差，同时软件程序根据pwm控制信号时序并对应进行电流采集，计算出对应的ptc电流，有效的节省了电路成本、pcb面积及mcu的采样通道；同时可以将ptc控制器集成到电机控制器中，利用电机控制器控制mcu剩余的adc采样及pwm控制资源进行ptc控制，这样可以实现ptc模块与电机控制器的深度集成，使用电机控制器的主控mcu对ptc进行控制及故障诊断，即节省了器件又利用了电机控制器mcu的剩余资源，因此可以节省ptc的控制芯片及相关外围电路。
52.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。