[发明专利]一种电磁开关高频保持噪声自校正控制装置及方法

权利要求书

1.一种电磁开关高频保持噪声的自校正控制装置，其特征在于：包括整流滤波电路、电磁机构驱动电路、电磁机构、隔离驱动电路、电压传感器、电流传感器、声音传感器、振动传感器及嵌入式系统；

交直流输入电源经整流滤波电路后变为较平稳的直流电压，并施加到电磁机构驱动电路的IN+及IN-节点；

所述电磁机构驱动电路包括一斩波控制电路；斩波控制电路驱动电源从OUT+及OUT-节点输出，并施加到开关的电磁机构；

所述电压传感器检测整流滤波后的直流电压；所述电流传感器检测电磁机构线圈电流；所述声音传感器用于检测电磁机构发出的音频噪声；所述振动传感器用于检测电磁机构产生的机械振动；

嵌入式控制系统根据电压传感器、电流传感器、声音传感器、振动传感器的反馈信号产生PWM信号，经隔离驱动电路后对电磁机构驱动电路进行电流闭环控制；

所述斩波控制电路包括电力电子开关S1、S4、快恢复二极管D₂、D₃；电力电子开关S1集电极分别接IN+节点、快恢复二极管D₂阴极；电力电子开关S1基极接嵌入式控制系统输出；电力阳极分别接电力电子开关S1发射极分别接快恢复二极管D₃阴极、驱动电源的OUT+节点；快恢复二极管D₃阳极分别接电力电子开关S4发射极、电磁机构驱动电路的IN-；电力电子开关S4集电极分别接快恢复二极管D₂阳极、驱动电源的OUT-节点；电力电子开关S4基极接接嵌入式控制系统输出；

所述嵌入式控制系统包括PWM控制器及分别与其相连接的PID控制器、开关频率扫描模块、拓扑控制模块；

采用上述自校正控制装置实现自校正控制方法，包括以下步骤：当电磁开关可靠保持时，电流传感器检测线圈电流，与保持参考电流进行对比产生误差值，该误差值送入PID控制器中，用来决定PWM信号的占空比，对线圈电流进行闭环控制；

拓扑控制模块使电磁机构在可靠保持时工作于两态拓扑结构：使电力电子开关S₄驱动始终为高电平，置电力电子开关S₄为常开，电力电子开关S₁驱动信号根据电流闭环的控制规律得到，当电力电子开关S₁导通时，整流滤波后的正向电压施加在线圈两端，线圈电流快速上升，当电力电子开关S₁关闭时，线圈电流通过S₄、D₃续流，S₄、D₃的负向管压降施加在线圈两端，线圈电流缓慢下降，以此来维持动态恒定；当驱动电路在保持过程中工作于两态拓扑低线圈电流的开关尖峰，如式(1)所示：

式中：i_peak为开关尖峰电流，C_dist为线圈分布电容，u_coil为线圈电压；

当电力电子开关S₁导通时u_coil幅值较大，导致电压变化率较大，线圈电流尖峰较为明显，当电力电子开关S₁关闭时u_coil为续流电压，幅值较小，导致电压变化率变小，线圈电流尖峰较小，进而降低音频噪声；

开关频率扫描模块使PWM控制器的频率在一定范围内从低到高循环变化，每步进一个频率，PID控制系统根据反馈的电磁开关声音及振动信号的大小来调节PID控制器的设置参数，降低线圈电流纹波；依次扫描，寻找到使电磁机构噪声最低的最高开关频率；

通过改变交直流输入电压的幅值，在不同的电压下执行频率扫描及PID参数整定过程，以得到不同输入电压下，无声运行的最优控制参数；经过校正后，将当前的无声运行控制参数存储到嵌入式控制系统中，之后去掉声音及振动传感器，根据输入电压的幅值选择校正后的控制参数来进行电磁开关的无声保持。