《新能源汽车电学基础与高压安全》 课件 项目五 汽车电子控制电路分析

新能源汽车

电学基础与高压安全高等职业教育新能源汽车类专业Contents项目一新能源汽车常用仪器仪表的使用项目二新能源汽车直流电路分析与测量项目三

新能源汽车交流电路分析与测量项目四汽车常用电磁器件检测项目五汽车电子控制电路分析项目六数字电路在汽车上的应用项目七高压安全事故应急处理项目五汽车电子控制电路分析任务1三极管识别与检测任务2三极管在汽车电路中的应用任务3电机控制器的拆卸

三极管的外形、结构及符号任务一三极管的识别与检测三极管的外形、结构和符号（一）知识准备

①判别基极和管子的类型选用欧姆档的R×100（或R×1K）档，先用红表笔接一个管脚，黑表笔接另一个管脚，可测出两个电阻值，然后再用红表笔接另一个管脚，重复上述步骤，又测得一组电阻值，这样测三次，其中有一组两个阻值都很小的，对应测得这组值的红表笔接的为基极，且管子是PNP型的；反之，若用黑表笔接一个管脚，重复上述做法，若测得两个阻值都小，对应黑表笔为基极，且管子是NPN型的。②判别集电极以PNP为例，将万用表置于R×100或R×1K挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。

三极管的外形、结构及符号任务一三极管的识别与检测三极管的测量（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测三极管放大电路发射区作用发射载流子要求掺杂浓度高集电区作用收集载流子要求其面积大放大部条件基区

作用传递载流子要求足够薄且掺杂浓度低（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测三极管共射极放大电路晶体管：晶体管是放大电路最重要的元件，利用它的电流放大作用，在集电极获得放大的电流，这个放大的电流来自直流电源。也就是说较小的输入信号通过三极管去控制电源提供较大的电流，以在输出端获得一个较大的信号，这就是三极管放大作用的实质。集电极电源：集电极电源有两个作用：一是为输出信号提供能量，一是保证集电结处于反向偏置状态，发射结处于正向偏置。电源电源一般为12V。集电极负载:集电极电阻是将集电极电流的变化变换成电压的变化，实现电压放大，它的阻值一般在几十千欧左右。电路中各个元件作用：（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测三极管共射极放大电路耦合电容和:电容在电路中起通交流隔直流作用，是隔断放大电路与信号源之间的直流通路，用来隔断放大电路与负载之间的直流通路，使三者互不影响。同时保证交流信号畅通的通过放大电路，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。耦合电容一般用极性电容，电容值一般为几十微法。基极电阻：它的作用是提供适当的基极电流,基极很小，一般为几十微安。三极管的放大倍数是表征三极管放大能力的强弱，它等于输出信号电压除以输入信号电压，即（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测三极管共射极放大电路放大电路的静态分析：基极电流集电极电流集电极-发射极之间的电压（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测三极管共射极放大电路三极管放大电路的工作过程：信号输入：信号源输出正弦交流信号，所以它能通过耦合电容进入三极管的基极，输入信号很小，一般为几十毫伏。基极电流:基极电流由两部分组成，一部分是电源提供的直流电流分量(下标Q表示静态状态)，一部分是信号源提供的交流电流分量，故流入基极电流是两者电流的叠加，波形是向上平移分量的正弦波。（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测三极管共射极放大电路基极-发射极电压:同样是由两部分组成，一部分是静态状态下的直流电压分量(下标Q表示静态状态)，一部分是信号源提供的交流电压分量，故是两者电压的叠加，波形是向上平移分量的正弦波。集电极电流:基极电流的直流分量和交流分量都被三极管放大，满足下面公式：

输出电压：由于耦合电容的通交流隔直流特性，只有交流分量能通过电容，故输出电压的波形是过原点的正弦波。（一）知识准备电流放大系数：晶体管放大系数分为静态电流放大系数和动态电流（交流）放大系数。静态放大系数是三极管工作在静态（无输入信号）时集电极电流与基极电流的比值

动态放大系数是当三极管工作在动态（有输入信号）时，集电极电流的变化量与基极电流变化量的比值

任务一三极管的识别与检测三极管主要参数（一）知识准备集电极最大允许电流集电极电流超过一定值后，晶体管的放大值要下降，当放大值下降到正常的三分之二时的电流，称为集电极最大允许电流。集-射极反向击穿电压当基极开路时，允许加在集电极与发射极之间的最大电压，当集电极-发射极的电压大于最大允许电压时，晶体管将被击穿。集电极最大耗散功率当三极管正常工作时，流过的电流会使结温升高，从而引起晶体管参数变化。当晶体管工作参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率，称为最大耗散功率。

任务一三极管的识别与检测三极管主要参数（一）知识准备（一）输入特性输入特性曲线是指集电极与发射极之间的电压一定时，发射结电压与基极电流之间的关系。

任务一三极管的识别与检测三极管的放大电路特性曲线硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V（一）知识准备（二）输出特性输出特性曲线是指当基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线

任务一三极管的识别与检测三极管的放大电路特性曲线①截止区发射结与集电结都处于反向偏置②放大区发射结正偏，集电结反偏③饱和区集电结和发射结处于正向偏置（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测三极管的开关电路（一）知识准备

1.集成运放的特点集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名，主要有以下几个特点：1）采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，采用差分放大电路和电流源电路，基本上不采用电容元件，必须使用电容器的场合，大多采用外接的办法。2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。4）集成电路还能难制造电感元件，而且性能不稳定，所以集成电路要尽量避免使用电感元件。

任务一三极管的识别与检测集成运算放大器（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测集成运算放大器尽量减小零点漂移,输入阻抗ri尽可能大。足够大的电压放大倍数主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗ro小。组成（一）知识准备任务一三极管的识别与检测集成运算放大器符号与实物图（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测集成运算放大器集成运放的特点开环电压放大倍数无穷大，记作输入电阻无穷大，记作输出电阻为零，记作共模抑制比为无穷大，记作（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测集成运算放大器线性放大时的分析依据①“虚短”

②“虚断”。（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测集成运算放大器反相比例运算放大器输入电阻虚短××虚断（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测集成运算放大器同相比例运算放大器

根据“虚短”

根据“虚断”_+

+

RFR1R2（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测集成运算放大器差分运算放大器_+

+

RFR1R1ui2uoRFui1解出：（一）知识准备

任务一三极管的识别与检测（二）任务实施任务内容三极管好坏判断管型判断，管脚判断、放大倍数。操作流程(１)将万用表拨至二极管档。(２）将红黑表笔短接，判断万用表好坏。(３)将红黑表笔分别接不同引脚，判断三极管管型和管脚。(４)将三极管插入面板上的NPN孔，拨至hFE档。（5）读取数据操作提示档位要选择正确根据测量值判断引脚三极管的测量（一）知识准备任务二三极管在汽车电路中的应用汽车三极管的放大电路汽车电气搭铁探测电路工作原理：当导线搭铁后，在搭铁点就会产生短路电流，短路点就会向周围发出高次谐波信号。这个信号就被由线圈和铁心构成的传感器接收到，在传感器中产生交变的电信号。这个信号很微弱，经过三极管放大后，使接在集电极的发光二极管闪烁发光，同时发射极的耳机发出声响。传感器越接近故障点，接收到的信号越强，经过放大后，发光二极管越亮，耳机发出的声响越强。根据发光二极管亮度变化和耳机声音变化，就能快速找到故障点。（一）知识准备任务二三极管在汽车电路中的应用三极管开关电路：蓄电池电解液液位过低报警电路蓄电池液位过低报警电路图a所示的蓄电池液面高度正常时，铅棒浸在蓄电池电解液中，铅棒（相当于正极）与蓄电池的负极之间产生一定电压，使三极管VT1处于饱和导通状态，三极管的UCE电压很小，约等于零，B点电位近似为零，故三极管VT2截止，报警灯（发光二极管）不亮。图b所示的蓄电池电解液液面在最低限位以下时，铅棒不能与蓄电池电解液接触，则铅棒与蓄电池的负极之间电压为零，使三极管VT1处于截止状态，B点电位上升，使三极管VT2饱和导通，报警灯亮，提醒驾驶人蓄电池电解液液面过低，应及时补充蒸馏水。（一）知识准备任务二三极管在汽车电路中的应用三极管开关电路：电子点火器磁感应式信号发生器结构以及产生的信号波形信号转子转动，它的凸起与信号线圈之间的间隙不断变化，随之通过信号线圈的磁通量发生变化，凸起接近信号线圈时磁通迅速增加，在线圈两端产生电压信号；当凸起与信号线圈正对时，磁通变化量最小，线圈两端电压为零；当凸起离开信号线圈时磁通迅速减小，线圈两端电压急剧地改变极性，产生负的电压信号，信号线圈输出交流信号，电压从正变为负就是点火时刻（一）知识准备任务二三极管在汽车电路中的应用三极管开关电路：电子点火器晶体管电子点火器的工作原理接通点火开关时,当点火信号发生器产生正向脉冲时，信号电压与二极管的正向电压降叠加后，A点电位大于0.7V，三极管处于深度饱和状态，集电极有电流流过，点火线圈初级线圈储能。当点火信号发生器产生反向脉冲时，信号电压与二极管的正向电压降叠加后，A点电位低于0.5V，小于三极管发射结的导通压降，三极管处于截止状态。集电极无电流流过，于是初级电流被切断，根据电磁感应定律，在次级绕组中产生高压，经配电器按点火次序分配到各缸火花塞点火，点燃可燃混合气使发动机做功。（一）知识准备任务二三极管在汽车电路中的应用运算放大器在汽车上的应用电桥信号放大电路根据电路知识可以得出

当（一）知识准备任务二三极管在汽车电路中的应用运算放大器在汽车上的应用蓄电池电压过低报警电路当稳压管VZ提供参考电压，当蓄电池电压高于10V时，比较器输出电压为12V，发光二极管不发光，指示电压正常；当蓄电池电压低于10V时，比较器输出电压为零，发光二极管发光，指示电压过低。（二）任务实施任务二三极管在汽车电路中的应用单管放大电路和开关电路的测量任务内容三极管的测量搭建电路，静态工作点的测量、放大倍数的测量。操作流程(１)调好电源电压和信号，搭建电路。(２）测量静态工作点。(３)分别测出空载和负载情况下的放大倍数。(４)调节输入信号大小，观察失真波形。（5）测量开关电路电压操作提示静态放大倍数的计算空载和负载的连接信号源的调节（一）知识准备任务三电机控制器的拆卸电机控制器定义电机控制器是控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置。根据以上定义，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，控制电机按照设定的方向、速度和角度工作，实现电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中吉利帝豪EV300电机控制器位置图（一）知识准备任务三电机控制器的拆卸电机控制器的结构电机控制器通常简称MCU，由外壳、散热系统、IGBT驱动电路、控制单元电路、电容、连接器、线束等部分组成。电机控制器的组成(１)控制单元电路。电机控制器的控制核心，控制单元电路包括:主芯片电路、电源芯片电路、通讯电路、解码器电路、存储芯片电路、温度采集电路、信号放大电路、PWM输出电路等。(２)IGBT驱动电路。主要用于控制、驱动及保护IGBT正常工作，IGBT驱动电路包括:IGBT高压器件驱动、存储芯片电路、供电电路、IGBT在控制器内主要起交直流电转变的作用，通过IGBT晶体管开通、关断次序将直流电变换成三相交流电以驱动电机。(３)支撑电容：薄膜电容器是电动汽车驱动电路中的主要元件，主要起平滑的作用。支撑电容控制直流母线上的电压波动保持在允许范围内，并且防止来自直流母线的电压过冲和瞬时过电压对IGBT的影响（一）知识准备任务三电机控制器的拆卸电机控制器的结构电机控制器的组成(４)散热器。散热器是电机驱动器冷却系统的主要部分，主要用于冷却功率器件及元器件运行过程中产生的热量，一般冷却方式分为风冷、强制风冷、水冷。一般IGBT功率模块都采用水冷的方式，MOS的功率器件可以采用风冷或水冷的方式。(５)壳体。电机控制器壳体主要用于固定各电子控制元件、电气控制元件、电气功率元件及连接器ꎬ并提供密闭的防尘防水(IP６７)空间，来保护各电子元件的安全运行。（一）知识准备任务三电机控制器的拆卸电机控制器的功能电机控制器的组成功能：具有转矩控制、转速控制、旋变器零位自学能力、故障监控等功能。扭矩控制功能：电机控制单元（MCU)根据整车控制单元（VCU）发送的扭矩请求指令，控制电机输出需求扭矩，主要是通过PWM控制IGBT的开关来实现控制。转速控制功能：电机控制单元（MCU)根据整车控制单元（VCU）发送的转速指令，控制电机控制器的转速。旋变器零位自学习功能：旋变器是旋转变压器的简称，其作用是输出电机转速相关信号给电机控制单元（MCU），算法根据该信号做转速、扭矩等的控制。但是旋变器在安装时与电机的零位有一定的偏差，因此需要计算这个偏移量。故障监控：电机控制单元（MCU)涉及到高压控制，故障监控是必须的，而且策略会比较严苛。故障监控包括直流电流和电压监控、驱动电机定转子温度和电机控制器温度监控、IGBT以及传感器故障监控等。当监测到故障发生时，轻则报警，降低输出功率，严重则关闭动力电池动力输出。（一）知识准备任务三电机控制器的拆卸