什么是占空比控制「占空比的意义和在汽车中的应用」

占空比控制:占空比控制是一种电控脉宽调制技术(PWM),通过电子控制单元对加载在执行元件上的一定频率的电压信号进行脉冲宽度的调制,利用开关电路的接通和关闭控制有效电压所占比率的大小,实现了对工作元件上的电压信号的电压平均值的控制,从而最终实现了对流经工作元件的电流控制,以实现对元件工作状况的精准、连续控制。

占空比控制方波

占空比控制在汽车电子控制技术中比较常见,常用于灯光亮度的调节、风扇(电机)转速的调节、电磁阀开度的调节。

矩阵式LED大灯

散热器风扇

EGR电磁阀

为了进一步说明占空比控制,笔者以EGR电磁阀的控制波形为例。

占空比控制的EGR阀

上图,是带反馈的EGR系统控制原理图。ECU根据传感器信号,监控发动机的工作状况,当发动机水温正常、中等负荷工况时,ECU控制EGR电磁阀(占空比控制)动作,精准控制GER电磁阀开启和关闭的时刻以及开启行程,并通过EGR阀位置传感器将动作情况反馈给ECU,实现对EGR系统的精准控制,有效降低NOX的排放。

占空比控制电磁阀驱动电压的波形

一般情况,电磁阀采用搭铁控制的形式,即控制开关通过控制搭铁线路的通断控制电磁阀是否工作。此时,如图方式连接万用表或示波器,观察电压或波形。当控制开关断开时,电压值12V(高电平);当控制开关闭合时,电压值0V(低电平),开关不断闭合、断开,高低电平重复出现。一个高电平和一个低电平,是一个脉冲周期,不断循环往复。

周期、频率、占空比的关系

由于电磁阀是搭铁控制,高电平时,电磁阀不工作;低电平时,电磁阀工作,因此有效电平是低电平。如上图,一个高电平和一个低电平组成一个周期,高电平持续时间是T1,低电平持续时间是T2,一个周期的时间是T。对于这个波形,我们要区分开周期、频率、占空比。

周期:电压完成一次脉冲变化所需要的时间。很明显,T=T1+T2。

频率:单位时间内完成周期性变化的次数,因此就是周期的倒数,单位是赫兹(HZ)。

占空比:通电时间(低电平)占整个脉冲周期的比值,占空比=T2/T。

举个例子:电磁阀通电时间T2=3ms,整个脉冲宽度T=4ms,那么占空比就是75%。在频率(即周期)固定的前提下,通过控制调整占空比,即控制电磁阀的通电时间,就可以精准控制电磁阀的动作。占空比增大,作用在电磁阀上的平均电压增大,电磁阀工作行程增大;占空比减小,作用在电磁阀上的平均电压减小,电磁阀行程减小。

什么是占空比控制?在汽车上有哪些应用?

占空比调节输出电压的平均值

总之:在频率固定的前提下,占空比控制可以改变作用在工作元件上电压的平均值,进而调整通过工作元件的控制电流,从而实现对工作元件动作的连续控制。

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