某車型空調(diào)控制器故障分析與改進(jìn)

岳秀麟，元志超，谷中昌

（豫新汽車熱管理科技有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453003）

1 故障現(xiàn)象

空調(diào)控制器按下OFF按鍵，將車輛進(jìn)行熄火 （此時(shí)整車GN1為斷電狀態(tài)）后，車輛再次點(diǎn)火啟動(dòng)，故障出現(xiàn)，現(xiàn)場故障為：空調(diào)控制器顯示屏處于OFF狀態(tài)下，鼓風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量，即鼓風(fēng)電機(jī)出現(xiàn)整車上電自啟動(dòng)問題。

正常狀態(tài)下，空調(diào)控制器處于OFF狀態(tài)鼓風(fēng)機(jī)不會(huì)輸出風(fēng)量，故障發(fā)生后拆除調(diào)速模塊或拆除空調(diào)控制器接插件并再次連接，故障消失，但整車再次打火時(shí)故障會(huì)再次發(fā)生。

2 故障分析

為了弄清楚鼓風(fēng)電機(jī)上電自啟動(dòng)的根本原因，用示波器分別檢測故障狀態(tài)以及正常狀態(tài)下控制器PWM端口及鼓風(fēng)電機(jī)的控制和反饋端口波形 （圖1、圖2），發(fā)現(xiàn)故障模式下，鼓風(fēng)電機(jī)控制端口和反饋端口波形存在異常，原本應(yīng)該是穩(wěn)定的直流信號(hào)，其波形發(fā)生明顯的失真，出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。根據(jù)F=1／T可得出干擾雜波頻率為：1／0.25ms=4kHz。初步判斷鼓風(fēng)電機(jī)控制端口及調(diào)速端口產(chǎn)生震蕩的原因?yàn)檎嚧蚧饐?dòng)的瞬間，電路中便產(chǎn)生了電流擾動(dòng)。這些電流擾動(dòng)可能是接通電源的瞬間引起的電流突變，也可能是三極管或電路內(nèi)部的噪聲信號(hào)。這個(gè)電流擾動(dòng)中包含了多種頻率的微弱正弦波信號(hào)，這些信號(hào)就是振蕩電路的初始輸入信號(hào)。

某車型空調(diào)控制器／鼓風(fēng)機(jī)控制原理如圖3所示，由原理圖可以看出其中輸出級為三極管構(gòu)成的射極跟隨器，該接口電路在接容性負(fù)載時(shí)容易產(chǎn)生振蕩。而外部調(diào)速模塊核心器件為MOS管，其輸入回路通過電場效應(yīng)來工作，即輸入回路相當(dāng)于一個(gè)電容器，也就是說我們控制電路的負(fù)載為容性負(fù)載。

圖1 鼓風(fēng)電機(jī)控制端口波形

圖2 鼓風(fēng)電機(jī)反饋端口波形

經(jīng)過初步的分析得出造成振蕩原因如下。

圖3 空調(diào)控制器／鼓風(fēng)機(jī)控制原理圖

1）由于干擾雜波的頻率大概在4kHz左右，屬于低頻振蕩，一般由RC振蕩產(chǎn)生或者RC與放大器共同產(chǎn)生。圖4為控制器調(diào)速電路，此電路最有可能產(chǎn)生振蕩RC，即圖4中R33與C55，圖5為RC振蕩的幅頻特性曲線。由圖5可知在相位等于O時(shí)，F(xiàn)=F0時(shí)，RC構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)對特定頻率具有最低阻抗。所以，可以反過來推理，在整車打火啟動(dòng)的瞬間，電路中便產(chǎn)生了電流擾動(dòng)。這些電流擾動(dòng)可能是接通電源的瞬間引起的電流突變，也可能是三極管或電路內(nèi)部的噪聲信號(hào)。

圖4 空調(diào)控制器調(diào)速電路原理圖

這個(gè)電流擾動(dòng)中包含了多種頻率的微弱正弦波信號(hào)，這些信號(hào)就是振蕩電路的初始輸入信號(hào)。總之，在電源上產(chǎn)生某個(gè)特定頻率 （大概4kHz左右）的雜音，通過RC選頻進(jìn)入Q4的基極，異常導(dǎo)通Q4，從而輸出同頻率的雜音給外部調(diào)速模塊。而外部調(diào)速模塊一般都由場效應(yīng)管組成，是屬于控制電壓的器件，換一句話說只要有電壓存在，就能導(dǎo)通，似乎推理合理。但根據(jù)公式F0=1／2∏RC計(jì)算得出F0=10kHz左右，與干擾波頻率4kHz相差較大。所以排除此故障原因。

2）單節(jié)RC相移電路產(chǎn)生的相移在0～90°之間，運(yùn)放輸出電壓幅度也隨相移變化而變化，且相移越小，輸出電壓越大，即在O°時(shí)，輸出的雜波是最大的。因此，當(dāng)RC參數(shù)一定時(shí)，相位值與一定的信號(hào)頻率相對應(yīng)。換言之，前面提到的振蕩起振信號(hào)有各頻率的雜音，總有一個(gè)頻率（4kHz左右的頻率）使相位移為0，此時(shí)輸出的雜波是最大的。這是由于這個(gè)頻率的出現(xiàn)使鼓風(fēng)電機(jī)控制端口及反饋端口原本應(yīng)該是穩(wěn)定的直流信號(hào)但其波形發(fā)生明顯的失真，導(dǎo)致鼓風(fēng)電機(jī)控制端及反饋端有電壓存在，所以鼓風(fēng)機(jī)在控制器未發(fā)出運(yùn)行指令時(shí)出現(xiàn)自啟動(dòng)現(xiàn)象。

圖5 RC振蕩的幅頻特性曲線

3 解決措施

1）在電源輸入口增加一個(gè)電感與電容再進(jìn)入RC與運(yùn)放的選頻電路，目的就是把起始干擾給濾除掉。沒有相應(yīng)頻率的干擾雜波相位移為0。

2）同時(shí)在4kHz雜波下手，在Q4的基極增加一個(gè)RC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)到4kHz，把4kHz的雜音通過選頻接到搭鐵。根據(jù)公式F0=1／2∏RC=3.9kHz左右，所以選擇RC的值為：C=1nF，R=42k，同時(shí)把C33電容100nF。如圖6所示。

圖6 增加選頻電路的空調(diào)控制器調(diào)速電路原理圖

4 改善結(jié)果驗(yàn)證

對改善后樣件進(jìn)行裝車驗(yàn)證，控制器OFF，顯示屏熄滅，整車反復(fù)上電、斷電測試，鼓風(fēng)機(jī)異常開啟現(xiàn)象消失，測試鼓風(fēng)機(jī)反饋端波形正常 （圖7）。

圖7 鼓風(fēng)電機(jī)反饋端口波形

5 總結(jié)

零件開發(fā)應(yīng)遵循設(shè)計(jì)驗(yàn)證的V字型流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)開發(fā)的閉環(huán)控制。在對空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證時(shí)，考慮到了鼓風(fēng)機(jī)斷開時(shí)，空調(diào)控制器的鼓風(fēng)機(jī)控制輸出為0這一工況，但未考慮到空調(diào)控制器調(diào)速電路中，運(yùn)算放大器產(chǎn)生自激振蕩這一特殊工況，導(dǎo)致了部分路試車輛出現(xiàn)鼓風(fēng)電機(jī)自啟動(dòng)故障問題。因此，完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范和零件測試規(guī)范，對減少故障的發(fā)生率起著重要的作用。