基于SG3525汽車電渦流緩速器控制系統設計

石助利，徐洪吉

（長春理工大學 機電工程學院，吉林長春130022）

目前電渦流緩速器的控制方式分為機械式、單片機式與電子式［1］。由于機械式控制動作緩慢，實際應用較少。單片機式控制雖然智能，但單片機容易在高溫復雜的工作環境中出現程序跑飛問題，造成制動失靈，會帶來生命危險。本文為了回避上述兩種控制方式的缺陷，提出電子式新型控制方法。該方法避免了以往電子式控制的單一、不連續。而且它具有低速限制功能，且隨檔位增加工作制動效果增強，結構簡單，經濟適用，同樣可以達到智能式控制效果。

1 脈寬調制SG3525簡介

SG3525為電流控制型PWM控制器，它是通過反饋電流來調節信號脈寬的，內部原理框圖與DIP封裝如圖1所示。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調節占空比使輸出的電感峰值電流隨電壓變化為變化。

主要性能特點如下所示：

1.工作電壓：8～35V；

2.內置5.1V±1.0%的基準電壓源；

3.芯片內振蕩器工作頻率寬100Hz～400kHz；

4.死區時間可調。為了適應驅動快速場效應管的需要，末級采用推拉式工作電路，使開關速度更陜，末級輸出或吸入電流最大值可達400mA；

5.內置PWM(脈寬調制)。鎖存器將比較器送來的所有的跳動和振蕩信號消除。只有在下一個時鐘周期才能重新置位，系統的可靠性高。

圖1 內部原理框圖與封裝圖Fig.1 Internal schematic diagram and package diagram

直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準電壓穩壓器的輸入端，產生穩定的元器件作為電源。振蕩器腳5須外接電容CT，腳6須外接電阻 RT。振蕩器頻率廠由外接電阻RT和電容CT決定，振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩態觸發器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端。或非門的另兩個輸入端分別為雙穩態觸發器和振蕩器鋸齒波。雙穩態觸發器的兩個輸出互補，交替輸出高低電平，將PwM脈沖送至三極管VT1及 VT2的基極，鋸齒波的作用是加入死區時間，保證 VT1及VT2不同時導通。最后，VTl及VT2分別輸出相位相差為180°的PWM波［2］。

2 控制器的系統設計

2.1 控制器系統結構

系統如圖2所示。該系統主要由車速信號轉換電路、檔位信號加法電路和SG3525主控電路組成。此控制結構是由脈寬調制（PWM）電路作為控制模塊的核心，它由SG3525調制出的PWM信號來控制緩速器線圈的電流作用強度。在圖2中首先將檔位信號加法電路產生的信號與系統設定參考電壓進行比較，在SG3525控制模塊中進行誤差放大。將誤差放大信號與SG3525內部的鋸齒波信號進行比較形成對應的PWM信號，用此PWM信號去控制功率模塊中的 MOSFET的通斷，達到控制線圈的勵磁強度。同時車速信號轉換電路將車速信號（角速度頻率信號）轉換為所需的電壓信號，再將此信號與系統設定的參考電壓進行比較（為了實現低速限制），來決定PWM驅動信號能否輸入到功率模塊電路（主要是MOSFET組成）。當PWM信號通過時，根據檔位自動調節其占空比達到調節制動力矩大小。同時聯合ABS信號控制PWM模塊與功率模塊的通斷實現防抱死功能。

圖2 系統原理結構框圖Fig.2 Principle block diagram of the system

2.2 系統電路設計

2.2.1 檔位信號電路

本文只針對具有四檔制動的汽車，當檔位全部撥通時信號輸出最大幅值為24V。檔位信號為開關控制的模擬信號，為了實現檔位信號輸入時，PWM信號能夠自動根據其調整占空比，本文將檔位信號進行求和處理。根據不同的檔位信號輸入，可得到幅值不同信號輸出，這樣就可與設定的電壓信號進行后續的作差處理。電路如圖3所示。

根據信號的布爾運算可知，檔位信號電路輸出Uo1為

當檔位全閉合時，Uo1max≈24V。

圖3 檔位信號電路Fig.3 Stall signal circuit

2.2.2 車速信號轉換設計

此電路處理信號為較經濟的SZMB-5型磁電式轉速傳感器采集的車速信號，此信號為矩形脈寬信號。電路主要將車速信號轉換成電壓信號，與系統設定的電壓比較控制SG3525的PWM驅動信號的輸出，達到低速限制功能。電路如圖4所示，電路中采用LM2917進行頻壓轉換，速度信號接其1腳。電路關鍵點在于對R32和C10的選擇，電阻R32的大小直接影響到圖中 U1中3腳的輸出阻抗和紋波電壓，且3腳的輸出電流是內部固定的，VO/R32需小于等于此值。電容 C10大小取值影響電流誤差，應滿足大于50pF。3腳對應的紋波電壓公式為［3］：

圖4 車速信號轉換電路Fig.4 Speed signal conversion circuit

圖中的轉換輸出電壓值為：

其中K為增益常數，實際應用中通常取1。

在圖3中電容C9的值取決于紋波電壓的大小和實際應用中需要的響應時間。在本系統中，取工作電壓 VCC=15V，定時電容 C10=4.7F，輸出電阻R32=2.8K，K=1，計算可得輸出電壓 Vo與輸入頻率fIN的對應關系式為：

由已知的車速與角速度關系式w=45.2V得，當車速為5km/h時，對應的頻率fIN≈10Hz，為此設定的比較器門限電壓為1.95V，當車速沒有達到5km/h時，比較器輸出高電平經非門后給SG3525的10腳，禁止其輸出PWM驅動信號從而有低速限制功能。

圖5 PWM驅動電路Fig.5 PWM driver circuit

圖6 一檔對應的PWM驅動波形Fig.6 PWM drive waveform corresponding to the first gear

圖7 二檔對應的PWM驅動波形Fig.7 PWM drive waveform corresponding to the second gear

圖8 三檔對應的PWM驅動波形Fig.8 PWM drive waveform corresponding to the third gear

圖9 四檔對應的PWM驅動波形Fig.9 PWM drive waveform corresponding to the fourth gear

2.2.3 PWM驅動設計

在對功率管驅動時，采用PWM方式驅動。通過控制相同周期內 MOSFET的導通時間長短達到控制電渦流緩速器的勵磁線圈電流的強度，實現分級控制，電路如圖5所示。圖中采用SG3525的1、2腳誤差放大器構成減法電路，產生隨檔位、幅值變化的信號。此信號與5腳接的振蕩器定時電容產生的鋸齒波比較產生PWM信號，用此PWM信號通過TLP250控制MOSFET的柵極開斷。

SG3525的產生的振蕩器信號的頻率為

則可以得出PWM驅動信號的頻率為10kHz。為了實現圖中TLP250對MOSFET管驅動時快速關斷，需要在MOSFET管的G、E提供一負的偏壓。由于圖中 ZD5兩端為5V，采用15V供電時，在MOSFET管導通時，在G、E端產生約+10V的驅動電壓，關斷時產生約 5V的偏壓。

3 實驗結果與實驗數據

實驗中用信號發生器產生車速的仿真信號用于實驗。圖6、圖7、圖8、圖9分別為1~4檔對應下的PWM驅動波形，由示波器截取。從圖上可以看出PWM驅動波形頻率均為，幅值在之間變化，且占空比隨檔位增大而增大，說明渦流線圈上相同時間內電流作用時間越長，強度越強。將控制器接到緩速器定子線圈，在不同檔位，不同車速下測得的線圈兩端電壓，線圈總電流值，如表1所示。

表1 定子線圈電壓、電流值Tab.1 Stator coil voltage and current values

4 結論

從上述的實驗與數據可以看出控制器具有隨汽車檔位增大，達到控制制動的強度越大。而且在相同時間內作用的時間越長。在低于10Hz（即5km/h）時緩速器不制動，具有低速限制功能；同時在四檔檔位全閉合時，最大制動功率約為1195W。

［1］羅治中.電渦流緩速器在公交大客車上的應用［J］.城市公共交通，2003（1）:19-21.

［2］梅開鄉.基于脈寬調制器SG3525的一種新型車載電源設計［J］.電子工程師，2006（6）:32.

［3］齊永利.LM2907頻率/電壓轉換器原理及其應用［J］.國外電子元器件，2005（5）:71-72.