一种柴油发动机的电子预热继电器的制作方法

本发明涉及柴油发动机启动控制技术，尤其是一种柴油发动机的电子预热继电器。

背景技术：

柴油发动机冷态起动时，即使压缩充分，由于温度低，喷入的燃油并未升温至自然温度，所以，必须用预热系统来改善点火性能。起动预热系统在发动机冷态起动前，通过格栅加热器加热压缩空气，提高发动机的起动性能。在低温坏境下由ecu发出预热指令，电子预热继电器导通，接通格栅加热器电路。格栅加热器安装在柴油机进气管与气缸之间，格栅加热器通电加热进气歧管内的空气从而改善柴油机的低温起动性能。在启动后，依据冷却液的温度，将对空气继续加热一段时间，从而减少柴油发动机爆燃与冒白烟的现象。如公开号为cn203747366u公开的一种电子预热继电器，通过增设单片机、电流传感器进行故障检测，在格栅加热器短路时能自动切断预热器电源，保证预热系统正常运行；但是，此种电子预热继电器缺少定时、过温、过载监测，仍不能保证预热系统的可靠运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种柴油发动机的电子预热继电器，用于解决现有电子预热继电器缺少过温、过载保护的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种柴油发动机的电子预热继电器，包括固定在金属板上的控制盒，所述控制盒上设有电池接线端、负载接线端和两个输入端子，所述控制盒内设有控制电路，所述控制电路包括信号输入单元、单片机控制单元、半桥控制单元、第一稳压电路、第二稳压电路和振荡升压单元，所述信号输入单元与两个所述输入端子、所述单片机控制单元相连，所述第一稳压电路与所述电池接线端、所述单片机控制单元相连为所述单片机控制单元供电，所述第二稳压电路与所述电池接线端、所述半桥控制单元相连为所述半桥控制电路供电；所述振荡升压单元与所述电池接线端、所述半桥控制单元相连，所述半桥控制单元连接有驱动电路，所述驱动电路分别与所述电池接线端、所述负载接线端、所述半桥控制单元相连以控制所述负载接线端的输出；所述单片机控制单元还连接有用于检测铝基pcb板温度的热敏电阻；所述单片机控制单元可通过采集两个所述输入端子的输入信号及铝基pcb板的温度控制所述负载接线端的输出以实现过流保护、短路保护。

进一步地，所述信号输入单元包括与第一输入端子相连的第三电阻和与第二输入端子相连的第二电阻，所述第一输入端子与所述第二输入端子之间设有第一电阻，所述第三电阻、所述第二电阻分别通过第二十六分压电阻、第二十五分压电阻接地，所述第三电阻、第二十六分压电阻之间设有与所述单片机控制单元相连的接线端，所述第二电阻、第二十五分压电阻之间设有与所述单片机控制单元相连的接线端。

进一步地，所述单片机控制单元包括与所述第一稳压电路、所述信号输入单元相连的单片机芯片，所述单片机芯片的一个管脚通过第十六电阻接地，所述第十六电阻的两端并联有温度检测电路，所述温度检测电路包括串联相连的第三十三电阻、所述热敏电阻。

进一步地，所述半桥控制单元包括与所述单片机控制单元相连的半桥控制器，所述半桥控制器分别与所述第二稳压电路、所述振荡升压单元、所述驱动电路、所述负载接线端相连。

进一步地，所述负载接线端还连接有电压检测电路，所述电压检测电路包括与所述负载接线端相连的第三十一电阻，所述第三十一电阻通过第二十三分压电阻、第九分压电阻接地，所述第二十三分压电阻、所述第九分压电阻之间设有与所述单片机控制单元相连的电压快速检测端子，所述第九分压电阻的两端还并联有第八电容；所述第三十一电阻还通过第三十分压电阻、第二十二分压电阻接地，所述第三十分压电阻、所述第二十二分压电阻之间设有与所述单片机控制单元相连的电压慢速检测端子，所述第二十二分压电阻的两端还并联有第七电容。

进一步地，所述振荡升压单元包括基极通过第十一电阻与所述单片机控制单元相连的第四三极管、通过第十电阻与所述单片机控制单元相连的第六三极管，所述第四三极管的发射极接地，所述第六三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极通过第十三电阻与所述电池接线端相连，所述第四三极管的集电极还通过依次连接的第十一电容、第八二极管、第十八电阻与所述电池接线端相连；所述第六三极管的集电极通过第十四电阻与所述电池接线端相连，所述第六三极管的集电极还通过依次连接的第九电容、第十二极管、第十七电阻、第二电容与所述负载接线端相连，所述负载接线端还通过依次连接的第三稳压二极管、第八电阻、第五二极管、第九电容与所述第六三极管的集电极相连，所述第四三极管的集电极还通过依次连接的第十一电容、第九二极管、第二电容与所述负载接线端相连。

进一步地，所述驱动电路包括与所述电池接线端相连的第一场效应管、第二场效应管，所述第一场效应管与所述第二场效应管并联；所述第一场效应管、所述第二场效应管的栅极分别与所述半桥控制单元相连，所述第一场效应管通过两个并联的保险片与所述负载接线端相连，所述第二场效应管通过两个并联的保险片与所述负载接线端相连；所述第一场效应管或所述第二场效应管失控时，与场效应管连接的两个保险片熔断以进行失控断路保护。

进一步地，所述电池接线端电压高于40v且维持时间大于2-20ms时，所述单片机控制单元控制所述第一场效应管、所述第二场效应管导通500ms，以通过格栅加热器吸收抛负载后的发电机能量。

进一步地，所述第一稳压电路包括与通过第三十五电阻与所述单片机控制单元相连的第三三极管，所述第三三极管的发射极与所述第三十五电阻相连，所述第三三极管的集电极通过第二十电阻与所述电池接线端相连，所述第三三极管的基极通过第七电阻、第三十四电阻与所述电池接线端相连；所述第三三极管的基极还通过第一二极管、第十电容与所述第三十五电阻相连，所述第十电容还并联有第十二电容。

进一步地，所述第七电阻通过第三十四电阻与所述电池接线端相连，所述第七电阻还通过第四分压电阻、第二十四分压电阻接地，所述第四分压电阻、第二十四分压电阻之间设有与单片机芯片相连的接线端子rao以检测所述电池接线端的电压。

进一步地，所述第二稳压电路包括通过第六二极管与所述半桥控制单元相连的第五三极管，所述第六二极管的正极与所述第五三极管的发射极相连，所述第五三极管的集电极通过第六电阻与基极相连，所述第五三极管的基极通过第二稳压二极管接地，所述第六二极管的负极通过第三电容接地。

本发明具有如下有益效果：本申请的电子预热继电器能够对电子预热继电器的过温、过载、短路保护，失控断路，还具有定时功能，抛负载吸收功能，具有电流大、体积小，重量轻，功耗低的优点，能保证电子预热继电器的可靠运行。

附图说明

图1为本发明实施例的电子预热继电器的结构示意图；

图2为本发明实施例的电子预热继电器的电路结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1、图2所示的本发明的柴油发动机的电子预热继电器的一个实施例中，该柴油发动机的电子预热继电器包括固定在用于接地的金属板001上的控制盒002，控制盒上设有电池接线端b+、负载接线端out和两个输入端子in1、in2，控制盒002内设有控制电路，所述控制电路包括信号输入单元100、单片机控制单元200、半桥控制单元300、第一稳压电路400、第二稳压电路500和振荡升压单元600，所述信号输入单元与两个输入端子in1、in2、单片机控制单元200相连，第一稳压电路400与电池接线端b+、单片机控制单元200相连为单片机控制单元200供电，第二稳压电路500与电池接线端b+、半桥控制单元300相连为半桥控制电路300供电；振荡升压单元600与电池接线端b+、半桥控制单元300相连，半桥控制单元300连接有驱动电路700，驱动电路700分别与电池接线端b+、负载接线端out、半桥控制单元300相连以控制负载接线端out的输出；单片机控制单元200还连接有用于检测铝基pcb板温度的热敏电阻r28；单片机控制单元200可通过采集两个输入端子in1、in2的输入信号及铝基pcb板的温度控制负载接线端out的输出以实现过流保护、短路保护。

在上述实施例中，该柴油发动机的电子预热继电器还具有以下技术特征，优选地，信号输入单元100包括与第一输入端子in1相连的第三电阻r3和与第二输入端子in2相连的第二电阻r2，第一输入端子in1与第二输入端子in2之间设有第一电阻r1、第三十六电阻r36，第三电阻r3、第二电阻r2分别通过第二十六分压电阻r26、第二十五分压电阻r25接地，第三电阻r3、第二十六分压电阻r26之间设有与单片机控制单元相连的接线端rc1，第二电阻r2、第二十五分压电阻r25之间设有与单片机控制单元相连的接线端rc2。优选地，第二十六分压电阻r26的两端并联有第五电容c5、第二十五分压电阻r25的两端并联有第六电容c6，第二十六分压电阻r26、第二十五分压电阻r25均通过第三十二分压电阻r32接地。

在上述实施例中，优选地，单片机控制单元200包括与所述第一稳压电路、所述信号输入单元相连的单片机芯片u1，单片机芯片u1具有rc1、rc2、rc3、rc4、ra0、ra1、ra2、ra3、ra4、ra5等管脚，单片机芯片u1的管脚ra4通过第十六电阻r16接地，第十六电阻r16的两端并联有温度检测电路，所述温度检测电路包括串联相连的第三十三电阻r33、热敏电阻r28，优选地，第十六电阻r16与单片机芯片u1之间还通过第二十九电阻r29与单片机芯片u1的另一个管脚rc4相连。

在上述实施例中，优选地，半桥控制单元300包括与单片机控制单元200相连的半桥控制器u2，半桥控制器u2分别与所述第二稳压电路500、振荡升压单元600、驱动电路700、负载接线端out相连。

在上述实施例中，优选地，负载接线端out还连接有电压检测电路800，电压检测电路800包括与负载接线端out相连的第三十一电阻r31，第三十一电阻r31通过第二十三分压电阻r23、第九分压电阻r9接地，第二十三分压电阻r23、第九分压电阻r9之间设有与单片机控制单元200相连的电压快速检测端子ra1，第九分压电阻r9的两端还并联有第八电容c8；第三十一电阻r31还通过第三十分压电阻r30、第二十二分压电阻r22接地，第三十分压电阻r30、第二十二分压电阻r22之间设有与单片机控制单元200相连的电压慢速检测端子ra2，第二十二分压电阻r22的两端还并联有第七电容c7。

在上述实施例中，优选地，振荡升压单元600包括基极通过第十一电阻r11与单片机控制单元200相连的第四三极管q4、通过第十电阻r10与单片机控制单元200相连的第六三极管q6，第四三极管q4的发射极接地，第六三极管q6的发射极接地，第四三极管q4的集电极通过第十三电阻r13与电池接线端b+相连，第四三极管q4的集电极还通过依次连接的第十一电容c11、第八二极管d8、第十八电阻r18与电池接线端b+相连；第六三极管q6的集电极通过第十四电阻r14与电池接线端b+相连，第六三极管q6的集电极还通过依次连接的第九电容c9、第十二极管d10、第十七电阻r17、第二电容c2与负载接线端out相连，负载接线端out还通过依次连接的第三稳压二极管d3、第八电阻r8、第五二极管d5、第九电容c9与第六三极管q6的集电极相连，第四三极管q4的集电极还通过依次连接的第十一电容c11、第九二极管d9、第二电容c2与负载接线端out相连。

在上述实施例中，优选地,驱动电路700包括与电池接线端b+相连的第一场效应管q1、第二场效应管q2，第一场效应管q1与第二场效应管q2并联，第一场效应管q1、第二场效应管q2的栅极分别与半桥控制单元300相连，第一场效应管q1通过两个并联的保险片f1、f2与负载接线端out相连，第二场效应管q2通过两个并联的保险片f3、f4与负载接线端out相连；第一场效应管q1或第二场效应管q2失控时，与场效应管连接的两个保险片熔断以进行失控断路保护，具体而言q1，q2并联导通，保险片f1、f2和f3、f4通过电流为额定电流的一半；正常工作时，q1，q2导通，保险片f1、f2；f3、f4分别通过约一半的电流；如果有一个场效应管失控，则保险通过的电流增大一倍，再加上失控场效应管的热量直接传给保险片，保险片很快熔断；单片机探测到场效应管失控后,锁死继电器,不再输出。

在上述实施例中，优选地，电池接线端b+电压高于40v且维持时间大于2-20ms时，所述单片机控制单元控制所述第一场效应管、所述第二场效应管导通500ms，以通过格栅加热器吸收抛负载后的发电机能量。具体而言，抛负载脉冲吸收的原理是，当单片机检测到电池接线端“b+“电压高于40v且维持时间高于2-20ms，控制q1/q2导通500ms，通过格栅加热器吸收抛负载后的发电机能量；选择2-20ms是因为除抛负载外，其它干扰脉冲的时间远远低于2ms，而电子预热继电器在断开状态下能承受的时间高于10-30ms。

在上述实施例中，优选地,第一稳压电路400包括与通过第三十五电阻r35与单片机控制单元200相连的第三三极管q3，第三三极管q3的发射极与第三十五电阻r35相连，第三三极管q3的集电极通过第二十电阻r20与电池接线端b+相连，第三三极管q3的基极通过第七电阻r7、第三十四电阻r34与电池接线端b+相连；第三三极管q3的基极还通过第一二极管d1、第十电容c10与第三十五电阻r35相连，第十电容c10还并联有第十二电容c12。优选地，第七电阻r7通过第三十四电阻r34与电池接线端b+相连，第七电阻r7还通过第四分压电阻r4、第二十四分压电阻r24接地，第四分压电阻r4、第二十四分压电阻r24之间设有与单片机芯片u1相连的接线端子rao以检测电池接线端b+的电压。

在上述实施例中，优选地，第二稳压电路600包括通过第六二极管d6与半桥控制单元300相连的第五三极管q5，第六二极管d6的正极与第五三极管q5的发射极相连，第五三极管q5的集电极通过第六电阻r6与基极相连，第五三极管q5的基极通过第二稳压二极管d2接地，第六二极管d6的负极通过第三电容c3接地。

在上述实施例的柴油发动机的电子预热继电器工作原理及工作过程如下：第一输入端子in1接电阻r3，再通过r26接地，r3另一端接单片机芯片u1的管脚rc1，第二输入端子in2接电阻r2，再通过r25接地，r2另一端接单片机芯片u1的管脚rc2，单片机芯片u1对比管脚rc1和管脚rc2的电压，如果电压差小于0.5-6v，单片机芯片u1的管脚ra5输出高电压，半桥控制器u2的的管脚ho端输出高电压，场效应管管q1、q2导通，负载接线端out输出高电压；该电子预热继电器中，r20、r7、r35、d1、c12、c10、q3组成第一稳压电路，为单片机芯片u1提供电源；r6、d2、d6、c3、q5组成第二稳压电路，为半桥控制器u2提供电源；r8、r10、r11、r13、r14、r17、r18、d3、d5、d8、d9、d10、c9、c11、q4、q6组成的震荡升压电路；r4、r24串联分压接单片机芯片u1的管脚ra0以检测电池接线端b+的电压；r23、r9串联分压接单片机芯片u1的管脚ra1进行负载接线端out的电压快速检测；r30、r22串联分压接单片机芯片u1的管脚ra2进行负载接线端out的电压慢速检测；电阻r16、r29和热敏电阻r28接单片机芯片u1的管脚ra4检测铝基pcb板的温度；半桥控制器u2为场效应管q1、q2栅极提供导通电压，场效应管q1、q2和保险f1、f2、f3、f4串联，当q1或q2直通时，f1、f2、f3、f4断开。单片机芯片u1的管脚rc0接电阻r12，r12接发光二极管d11，指示电子预热继电器的状态。单片机芯片u1计算管脚ra0与管脚ra1的电压，该电压为场效应管q1、q2和保险f1、f2、f3、f4的电压差，根据场效应管和保险片的特性、电流与电压有联系，通过温度修正，可以计算出通过q1、q2的电流，从而可以进行过流和短路保护；定时关断由单片机芯片u1内部实现。其工作过程如下：非工作状态下，第一输入端子in1或第二输入端子in2为高电平，另一端悬空。单片机芯片u1的管脚rc1和管脚rc2检测到的电压差小于0.5--6v，管脚ra5输出低电平。工作时，第一输入端子in1或第二输入端子in2为高电平，另一端为低电平，单片机芯片u1的管脚rc1和管脚rc2检测到的电压差大于0.5--6v，管脚ra3输出高电平，震荡升压电路开始工作，管脚ra5输出4--100μs的高电平脉冲，半桥控制器u2的管脚ho输出高电平，场效应管q1、q2导通，单片机芯片u1的管脚ra0检测电池接线端b+的电压，如果电压低于1--10v，则判断发生了短路；电压低于1--10v，管脚ra5输出高电平，场效应管q1、q2导通，管脚ra0和管脚ra1分别检测电池接线端b+和负载接线端out的电压，如果电压差高于0.5v，管脚ra5输出低电平，场效应管q1、q2关断；如果低于0.5v，则管脚ra5输出高电平，场效应管q1、q2导通。在场效应管q1、q2导通期间，通过热敏电阻r28的阻值，计算出温度，当温度高于90--110℃时，管脚ra5输出低电平，场效应管q1、q2关断。没有出现上述关断条件，从管脚ra5输出高电平开始计时，时间达到150s，管脚ra5输出低电平，场效应管q1、q2关断。该电子预热继电器能够对电子预热继电器的过温、过载、短路保护，失控断路，还具有定时功能，抛负载吸收功能，具有电流大(300a)、体积小，重量轻，功耗低的优点，能保证电子预热继电器的可靠运行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。