汽车电工电子基础（第3版） 课件 5.1占空比控制电磁阀电路实验

5.1占空比控制电磁阀电路实验项目五:占空比控制及应用占空比的作用与特点占空比及变频控制技术（PWM）占空比控制在新能源汽车上的应用实施项目12341.占空比的作用与特点

在汽车电子电路中，通常要求控制的负载功率要变化，即是要改变加在负载两端的电压和流经负载的电流要变化，以满足不同的工况。要实现这种控制方式有两种方法，改变电路电阻（在电路中串联电阻）或控制占空比的方法来实现。

我们根据欧姆定律可知，在电路中串联入电阻可以改变负载的电压和电流，从而改变了负载的功率，但此时电阻会产生分压，流过的电流肯定会有很大的功率损耗，早期汽车空调鼓风机的控制方式就是采用这种串电阻的方式。（1）占空比的作用

通过控制占空比可在无功率损失的情况下对电流进行控制。占空比信号类似转向灯的控制信号，转向灯每次点亮约半秒钟，然后熄灭约半秒钟，这称作一个周期。转向灯控制信号和占空比信号的不同在于：

信号频率，即电压切换的速率：占空比信号的频率比转向灯控制信号的频率高很多。

电流通、断时间的比例：占空比信号的通、断（高、底）时间可变。（2）占空比的特点占空比电路模型所示，占空比信号由电子电路快速控制电流而产生，分正极端控制与负极端控制，两者只是控制波形相反。在实际应用中多采用负极端控制方式。2.占空比及变频控制技术（PWM）如果在一个周期为10ms的占空比信号内，通电时间为4ms，断点时间为6ms，那么该信号的占空比就是40%。如果要增加灯泡的亮度可以将通电时间调整为8ms，断点时间调整为2ms。此时灯泡的功率将是其全功率的80%。图5-1占空比控制电路模型

占空比，在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。在成语中有句话：三天打渔，两天晒网，如果以五天为一个周期，“打渔“的占空比则为0.6。图5-2占空比波形变频控制技术也叫脉冲宽度调制PWM(PulseWidthModulation)，是占空比电路应用的进一步升华。它通过对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率，其广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等许多领域。变频空调，汽车逆变器(12V直流转220V50Hz交流)都采用了上述技术的原理。准确地说，占空比控制应该称为电控脉宽调制技术，它是通过电子控制装置对加在工作执行元件上一定频率的电压信号进行脉冲宽度的调制，以实现对所控制的执行元件工作状态精确、连续的控制。占空比控制周期的选择主要考虑控制对象的惯性,比如对于发热发光体的控制,因为热量不会立即消失和升高,所以在几十个毫秒周期内调节占空比即可满足,频率太高会产生功率元件的开关发热损失。3.占空比控制在新能源汽车上的应用新能源汽车电气设备增多,对于需要进行多级或无级调节的电器基本都使用占空比控制。比如驱动电机的调速,空调风扇无级调速,刮水器电机的调速灯光亮度调节等。我们以灯光亮度调节为例理解选择占空比控制而不是串联可变电阻控制,一般电器设计时在额定电压下工作效率最高,对灯泡来说发光效率最高。占空比调节灯光,灯泡要么工作在额定电压发光,要么不发光,通过占空比控制发光时间与不发光的比例就调节了亮度。而反观串联可变电阻的方案相当于通过分压改变灯泡实际工作电压来改变亮度,灯泡没有工作在额定电压.所以效率低,一部分能量消耗在了电阻上,变成热量损失了。占空比控制灯光亮度电路,按照图所示搭接电路进行仿真,了解占空比控制原理和实现方法。本例中使用场效应管作为开关,可以实现快速和较大电流电路控制。因为继电器是机械元件,工作频率不高,所以不能用于占空比控制。下图中电源电压12V、灯泡额定电压12V.场效应管参数为默认值,占空比信号源设置信号上升、下降占1%,周期1ms,幅值10V,占空比数值可调。占空比控制原理仿真电路4.项目实施1）占空比调光电路实训。2）模拟电磁阀工作原理。3）占空比控制电磁阀。（1）任务布置积木连线实训板万用表可调锂电池模块负载积木板示波表占空比可调信号板电磁阀板连接导线（2）任务准备

需要准备以下器材。步骤图示工作页1读识电路原理图，占空比信号发生器输出一个占空比信号，相当于开关连续闭合、断开频率很快，发生器输出已带驱动放大，可直接接入负载。2用连接导线按照积木连接示意图连接成完整电路，注意连接前先关闭电源开关。3检查无误后接通电源，从左至右调节电位器，观察灯泡亮度变化，同时观察示波表波形，记录相关数据。

1）占空比调光电路实训。（3）任务步骤步骤图示工作页4调节示波表幅值和时基，占空比波形的特点：_____________________，输出电压的变化情况是_____________，占空比与灯泡亮度的关系是怎样的？__________你能计算出占空比是多少吗？画出波形并列式计算。5描绘占空比波形计算波形占空比：图示

2）模拟电磁阀工作原理。工作页知识链接：什么是电磁阀？电磁阀（valve）由两个基本功能单元组成：电磁线圈和磁芯。包含一个或几个孔的阀体。当电线圈通电或断电时，磁芯的运转将导致流体通过阀体或被切断。电磁线圈被直接安装在阀体上，磁芯被封闭在密封管中，构成一个简洁，紧凑的组合。电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，可用于液压、气动。汽车上有很多电磁阀，比如EGR阀，ABS阀等。完成模拟电磁阀工作原理积木的连接，填写工作页。连接好如图所示电路，检查无误后接通电源，此时磁铁_____________，原因是______________。从实训中我们可以知道用固定的直流电流控制电磁阀阀门的开度是固定的，而很多时候我们要求阀门的开度是可变的，比如汽车发动机怠速阀，EGR阀，ABS阀等。步骤图示工作页1读识电路原理图，占空比输出信号已经带驱动放大，可以直接控制电磁阀升程。2用连接导线按照积木连接示意图连接成完整电路，注意连接前先关闭电源开关。3）占空比控制电磁阀。步骤图示工作页3检查无误后接通电源，旋转占空比调节电位器至最左端，观察电磁阀状态，同时观察示波表波形，用万用表直流档测量输出电压，记录相关数据。4从左至右旋转占空比调节电位器，电磁阀升程的变化情况是___________________，同时观察输出电压的变化_________，通过这个实训我们可以知道占空比控制电磁阀的工作原理是调节占