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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。

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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