專利名稱：一種用于電子安全的高壓變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制車內(nèi)安全氣囊打開用的高壓變換電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有安全氣囊存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在可靠性、準(zhǔn)確性、同步性和復(fù)雜度幾個(gè)方面。可靠性較低。其現(xiàn)象是該開不開，不該開則開。造成的原因是點(diǎn)火電壓過(guò)低 (5 30v)，汽車內(nèi)一般的靜電放電電壓可達(dá)上千伏，易引起誤爆。方位準(zhǔn)確性不夠。其現(xiàn)象是展開方向與實(shí)際碰撞有偏差，劇烈碰撞易造成誤傷。造成的原因是碰撞方位檢測(cè)不到位以及點(diǎn)火方位無(wú)控制。多個(gè)氣囊的同步性差。其現(xiàn)象是多個(gè)氣囊不能同時(shí)打開。造成的原因是多個(gè)氣囊相互獨(dú)立控制。軟件復(fù)雜度高。其現(xiàn)象是氣囊打開的實(shí)時(shí)性較差。造成的原因是軟件控制算法需要時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于電子安全的高壓變換電路，擬解決的辦法是，提高點(diǎn)火能量；實(shí)現(xiàn)定向精準(zhǔn)點(diǎn)火與同步控制。一種用于電子安全的高壓變換電路，包括主電路和量子型控制電路兩部分，其中， 主電路由逆變驅(qū)動(dòng)電路、壓電變壓器和輸出電路組成，逆變驅(qū)動(dòng)電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出電路包括輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路；所述量子模式控制電路由分壓采樣電路、參考比較電路和邏輯控制電路組成，采樣電路將高壓電容的輸出電壓通過(guò)分壓送入?yún)⒖急容^電路，與預(yù)設(shè)參考電壓的上下限進(jìn)行比較，并輸出相應(yīng)的高低電平，邏輯控制電路部分負(fù)責(zé)分頻產(chǎn)生選定的、具有固定占空比的開關(guān)頻率信號(hào)，并連同比較電路的輸出信號(hào)，調(diào)制后輸出到功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路端。所述逆變驅(qū)動(dòng)電路由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)組成。所述輸出電路由輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路組成。所述量子型控制電路的工作原理是利用變換器輸出電壓的反饋信息，控制驅(qū)動(dòng)電路工作，振蕩器產(chǎn)生恒定頻率和占空比的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，主電路輸出電平在輸入信號(hào)的作用下， 開始逐漸上升，當(dāng)控制電路檢測(cè)到輸出電平達(dá)到預(yù)設(shè)最大值時(shí)，立刻切斷驅(qū)動(dòng)回路的輸入信號(hào)，當(dāng)輸出電平低于最小預(yù)設(shè)值，驅(qū)動(dòng)回路再次啟動(dòng)，如此往復(fù)將輸出電壓控制在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。這種用于電子安全的高壓變換電路可用于汽車安全氣囊點(diǎn)火系統(tǒng)。國(guó)外尚沒(méi)有看到采用壓電變壓器應(yīng)用到電子安全系統(tǒng)中，如汽車和引信應(yīng)用。壓電變壓器是一種綠色高效的能源設(shè)備。與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)變壓器相比，它具有功率密度高， 體積小，電磁噪聲低，良好的輸入輸出端口電氣隔離特性，成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 從應(yīng)用的角度來(lái)看，現(xiàn)在重點(diǎn)應(yīng)用在冷陰極熒光燈等場(chǎng)景中，尚沒(méi)有用在充電電容中。本電路是利用壓電變壓器的高充電效率，在適當(dāng)?shù)念l率下，以實(shí)現(xiàn)在有限的電源電壓、快速充電時(shí)間(小于Is)和小尺寸的電子安全系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和可靠性。開關(guān)驅(qū)動(dòng)頻率是變換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，這是因?yàn)槭紫?，壓電變壓器的工作效率、電壓增益都是頻率函數(shù)，頻率的選擇直接影響變壓器的工作性能表現(xiàn)；其次，驅(qū)動(dòng)頻率選擇還涉及到變換器開關(guān)器件的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件；而且，驅(qū)動(dòng)頻率選擇關(guān)系到整個(gè)變換器是否能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載高壓電容的恒流等臺(tái)階充電。目前，由于對(duì)壓電變壓器應(yīng)用于電容充電電源領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)很少，至今未獲得相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)量子模式控制下頻率選擇所做的詳細(xì)分析。量子控制模式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于提高系統(tǒng)的可靠性，能滿足本電路應(yīng)用背景的要求，但由于該模式下采用固定頻率控制，因此在上述約束條件下，不能同時(shí)滿足最優(yōu)。本電路主要通過(guò)恒流充電條件，零電壓開關(guān)的實(shí)現(xiàn)條件，來(lái)優(yōu)化選擇量子控制模式下的驅(qū)動(dòng)頻率值。這種用于電子安全的高壓變換電路，包括主電路和量子型控制電路兩部分，其中， 主電路由逆變驅(qū)動(dòng)電路、壓電變壓器和輸出電路組成，逆變驅(qū)動(dòng)電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出電路包括輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路；所述量子模式控制電路由分壓采樣電路、參考比較電路和邏輯控制電路組成，采樣電路將高壓電容的輸出電壓通過(guò)分壓送入?yún)⒖急容^電路，與預(yù)設(shè)參考電壓的上下限進(jìn)行比較，并輸出相應(yīng)的高低電平，邏輯控制電路部分負(fù)責(zé)分頻產(chǎn)生選定的、具有固定占空比的開關(guān)頻率信號(hào)，并連同比較電路的輸出信號(hào)，調(diào)制后輸出到功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路端。


圖1 安全氣囊點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
圖2 高壓壓電變換電路組成。
圖3 簡(jiǎn)單開關(guān)變換器電路。
圖4 倍壓整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
圖5 導(dǎo)通角與工作周期數(shù)的關(guān)系曲線。
圖6 壓電變壓器主邊等效電路。
圖7 諧振支路主要波形示意圖。
圖8 相位差與導(dǎo)通角0的關(guān)系曲線
圖9 比較和控制邏輯電路示意圖。
圖10變換器方案的電路原理圖。
圖11AdB與Al實(shí)驗(yàn)波形。
圖12:%1與& 1實(shí)驗(yàn)波形。
圖13A與《 實(shí)驗(yàn)波形。
圖14負(fù)載短路放電時(shí)的電壓輸出波形。
圖15實(shí)際系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，汽車安全氣囊點(diǎn)火系統(tǒng)包括中央電子控制器 (ECU)、壓電高壓變換器模塊和多點(diǎn)起動(dòng)模塊構(gòu)成。這種用于電子安全的高壓變換電路包括主電路和量子型控制電路兩部分，其中，主電路由逆變驅(qū)動(dòng)電路、壓電變壓器和輸出電路組成，逆變驅(qū)動(dòng)電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出電路包括輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路；所述量子模式控制電路由分壓采樣電路、參考比較電路和邏輯控制電路組成，采樣電路將高壓電容的輸出電壓通過(guò)分壓送入?yún)⒖急容^電路，與預(yù)設(shè)參考電壓的上下限進(jìn)行比較，并輸出相應(yīng)的高低電平，邏輯控制電路部分負(fù)責(zé)分頻產(chǎn)生選定的、具有固定占空比的開關(guān)頻率信號(hào)，并連同比較電路的輸出信號(hào)，調(diào)制后輸出到功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路端。通過(guò)理論分析，建立的安全氣囊點(diǎn)火系統(tǒng)壓電高壓變換器電路模型如圖2所示。 系統(tǒng)由主電路和量子型控制電路組成。其中，主電路由逆變驅(qū)動(dòng)電路、壓電變壓器和輸出電路等組成。逆變驅(qū)動(dòng)電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)；而輸出電路包括輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路。變壓器等效電路的選擇
為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)等效電路模型的不足，本電路采用一種改進(jìn)型的等效電路模型。該模型用兩個(gè)相互獨(dú)立的受控源來(lái)替代傳統(tǒng)模型中的理想變壓器，其中主邊用一個(gè)受控電壓源替代，副邊則用一個(gè)受控電流源替代，傳輸比《表征兩電源之間的變比關(guān)系?；谶@個(gè)模型， 其參數(shù)的測(cè)量或計(jì)算，如表一所示。
權(quán)利要求
1.一種用于電子安全的高壓變換電路，包括主電路和量子型控制電路兩部分，其中，主電路由逆變驅(qū)動(dòng)電路、壓電變壓器和輸出電路組成，逆變驅(qū)動(dòng)電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出電路包括輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路；所述量子模式控制電路由分壓采樣電路、參考比較電路和邏輯控制電路組成，采樣電路將高壓電容的輸出電壓通過(guò)分壓送入?yún)⒖急容^電路，與預(yù)設(shè)參考電壓的上下限進(jìn)行比較，并輸出相應(yīng)的高低電平，邏輯控制電路部分負(fù)責(zé)分頻產(chǎn)生選定的、具有固定占空比的開關(guān)頻率信號(hào)，并連同比較電路的輸出信號(hào)，調(diào)制后輸出到功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子安全的高壓變換電路，其特征在于所述逆變驅(qū)動(dòng)電路由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子安全的高壓變換電路，其特征在于所述輸出電路由輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子安全的高壓變換電路，其特征在于所述量子型控制電路的工作原理是利用變換器輸出電壓的反饋信息，控制驅(qū)動(dòng)電路工作，振蕩器產(chǎn)生恒定頻率和占空比的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，主電路輸出電平在輸入信號(hào)的作用下，開始逐漸上升，當(dāng)控制電路檢測(cè)到輸出電平達(dá)到預(yù)設(shè)最大值時(shí)，立刻切斷驅(qū)動(dòng)回路的輸入信號(hào)，當(dāng)輸出電平低于最小預(yù)設(shè)值，驅(qū)動(dòng)回路再次啟動(dòng)，如此往復(fù)將輸出電壓控制在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子安全的高壓變換電路，其特征在于所述高壓變換電路用于汽車安全氣囊點(diǎn)火系統(tǒng)。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種用于電子安全的高壓變換電路，包括主電路和量子型控制電路兩部分，其中，主電路由逆變驅(qū)動(dòng)電路、壓電變壓器和輸出電路組成，逆變驅(qū)動(dòng)電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出電路包括輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路以及負(fù)載電路；所述量子模式控制電路由分壓采樣電路、參考比較電路和邏輯控制電路組成，采樣電路將高壓電容的輸出電壓通過(guò)分壓送入?yún)⒖急容^電路，與預(yù)設(shè)參考電壓的上下限進(jìn)行比較，并輸出相應(yīng)的高低電平，邏輯控制電路部分負(fù)責(zé)分頻產(chǎn)生選定的、具有固定占空比的開關(guān)頻率信號(hào)，并連同比較電路的輸出信號(hào)，調(diào)制后輸出到功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路端。
文檔編號(hào)B60R21/01GK102390342SQ201110360420
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者楊偉杰, 肖洪兵, 郭培源 申請(qǐng)人:北京工商大學(xué)