汽車空調(diào)控制器及關鍵元器件的應用分析

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及人們生活水平的提高，越來越多的人開始使用上了汽車，汽車的舒適性也獲得越來越多的關注，而車內(nèi)空氣質(zhì)量很大程度上影響著乘坐的舒適性，汽車空調(diào)作為提升乘員舒適性的系統(tǒng)重要性也越來越突出。汽車空調(diào)系統(tǒng)（Air Condition，簡稱AC）是指能對車內(nèi)空氣進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。

汽車空調(diào)系統(tǒng)主要有制冷系統(tǒng)和制熱系統(tǒng)，通風系統(tǒng)和空氣凈化系統(tǒng)。

一、制冷系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理

如下圖所示，汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)包括空調(diào)壓縮機，冷凝器，儲液罐（現(xiàn)在汽車基本都是和冷凝器一體），蒸發(fā)器，空調(diào)管路，膨脹閥等。隨著汽車空調(diào)技術的發(fā)展，現(xiàn)在蒸發(fā)器，膨脹閥基本上都集成在空調(diào)HVAC上了，HVAC除了這兩個，還集成了鼓風機，暖風裝置及空調(diào)系統(tǒng)各類傳感器和執(zhí)行器等。

圖1 空調(diào)制冷系統(tǒng)組成圖 空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作是制冷劑不斷氣化和液化的過程，以壓縮機和膨脹閥中心為界，可以把整個制冷循環(huán)分為高、低壓兩個部分，詳細可以通過上圖進行了解。制冷劑在系統(tǒng)的循環(huán)過程可以分為4個工作過程，如下：

1.壓縮。蒸發(fā)器處理后的低溫低壓的制冷劑氣體，經(jīng)過壓縮機吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，然后輸入到冷凝器。

2.冷凝放熱。高溫高壓的制冷劑氣體進入冷凝器，由于壓力及溫度的降低，制冷劑氣體冷凝成液體，并放出大量的熱到外界大氣中。

3.節(jié)流。溫度和壓力較高的制冷劑液體通過膨脹裝置后體積變大，壓力和溫度急劇下降，以霧狀（細小液滴）排出膨脹閥。這是制冷劑高、低壓的分界線，膨脹閥有節(jié)流的作用。

4.蒸發(fā)。霧狀制冷劑液體進入蒸發(fā)器，因此時制冷劑沸點遠低于蒸發(fā)器內(nèi)溫度，故制冷劑液體蒸發(fā)成氣體。在蒸發(fā)過程中大量吸收周圍的熱量，而后低溫低壓的制冷劑蒸氣又進入壓縮機。

圖2 制冷劑流向與狀態(tài)變化 上述過程周而復始的進行下去，便可達到降低蒸發(fā)器周圍空氣溫度的目的。與此同時，鼓風機將冷空氣抽進車內(nèi)，并將車內(nèi)熱空氣排出，從而使車內(nèi)溫度降低，取得制冷效果。

二、空調(diào)取暖系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

現(xiàn)在汽車主要充分利用發(fā)動機的冷卻后的冷卻液的余熱進行制暖，這種方式通常也稱為水冷。當制暖效果要求更高時，一般會輔助相關的PTC加熱器進行加熱，最終達到良好的制暖的效果?？照{(diào)取暖系統(tǒng)主要部件為熱交換器，主要用于取暖，對車室內(nèi)空氣或由外部進入車室內(nèi)的新鮮空氣進行加熱，達到取暖、除濕的目的。

圖3 空調(diào)取暖系統(tǒng) 如上圖所示，發(fā)動機上的冷卻水控制閥將分流出來的一路冷卻水送入暖風機的加熱器芯進行熱交換，放熱后的冷卻水再經(jīng)加熱器出水管回流至發(fā)動機；同時，冷空氣被鼓風機吸入到加熱器芯子進行加熱，經(jīng)由不同的風口吹入車廂內(nèi)部，進行風窗除霜和取暖。通過控制冷卻水控制閥的開閉和流水量大小，可調(diào)節(jié)暖風機的供熱量。 空調(diào)控制器連接著車內(nèi)多個傳感器，能夠通過這些傳感器準確獲取車內(nèi)環(huán)境。同時，控制器通過CAN與空調(diào)控制面板通訊，可以實時的獲取駕駛員對環(huán)境的要求。利用內(nèi)部算法，通過CAN來控制空調(diào)壓縮機與空調(diào)PTC，鼓風機并且通過控制風門電機，閥門等執(zhí)行器件，來達到對車內(nèi)環(huán)境的精確控制。

詳細的空調(diào)控制器框圖如下：

空調(diào)控制器框圖

在控制能系統(tǒng)中，需要對電流進行檢測，需要選擇合適的電流傳感器。我們可以把電流檢測分為幾個范圍。

1，檢測5A到70A的直流或交流電流。

檢測5A到50A的直流或交流電一般選用芯片式的霍爾電流傳感器，比如

CH701電流傳感器IC，是工業(yè)、汽車、商業(yè)和通信系統(tǒng)中交流或直流電流傳感的經(jīng)濟而精確的解決方案。小封裝是空間受限應用的理想選擇，同時由于減少了電路板面積而節(jié)省了成本。典型應用包括電機控制、負載檢測和管理、開關電源和過電流故障保護。 參考文章：霍爾傳感器芯片該如何選型

CH701可以檢測到50A峰值的電流。

如果需要檢測更大電流，需要更高的隔離電壓，可以選擇更大電流范圍的產(chǎn)品，比如16腳的CH701W系列，電流范圍可以到70A，絕緣耐壓可以到4800Vrms：

2，檢測50A到200A的直流或交流電流。

可以選用直插型的電流傳感器

CH704 是專為大電流檢測應用開發(fā)的隔離集成式電流傳感芯片。CH704 內(nèi)置 0.1 mΩ 的初級導體電阻，有效降低芯片發(fā)熱支持大電流檢測：±50A, ±100A, ±150A, ±200A。其內(nèi)部集成獨特的溫度補償電路以實現(xiàn)芯片在 -40 到150度全溫范圍內(nèi)良好的一致性。出廠前芯片已做好靈敏度和靜態(tài)（零電流）輸出電壓的校準，在全溫度范圍內(nèi)提供 ±2% 的典型準確性。

參考文章：意瑞半導體推出250A霍爾電流傳感器產(chǎn)品，可以替換Allegro的ACS758/ACS770/ACS772

3，檢測200A到1000A以上的直流或交流電流。

可以選用線性霍爾加磁環(huán)的方式，使用可編程的霍爾傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)高達1500A的電流檢測。

例如：CHI612 可編程線性霍爾芯片，支持 5V 單電源供電。120 kHz帶寬，< 3us 響應時間，0.8 – 24 mV/G 可編程，全溫-40到150度范圍內(nèi)可實現(xiàn) 2% 精度。芯片出廠前完成靜態(tài)（零電流）輸出電壓的校準。

參考文章：國產(chǎn)汽車級可編程線性霍爾傳感器CHA611,可以替代Allegro的A1363系列產(chǎn)品，解決汽車級芯片缺貨難題

參考文章：儲能雙向變流器（PCS)設備中的電流檢測方法

審核編輯：郭婷