某车型空调控制器故障分析与改进

岳秀麟，元志超，谷中昌

（豫新汽车热管理科技有限公司，河南 新乡 453003）

1 故障现象

空调控制器按下OFF按键，将车辆进行熄火 （此时整车GN1为断电状态）后，车辆再次点火启动，故障出现，现场故障为：空调控制器显示屏处于OFF状态下，鼓风机输出风量，即鼓风电机出现整车上电自启动问题。

正常状态下，空调控制器处于OFF状态鼓风机不会输出风量，故障发生后拆除调速模块或拆除空调控制器接插件并再次连接，故障消失，但整车再次打火时故障会再次发生。

2 故障分析

为了弄清楚鼓风电机上电自启动的根本原因，用示波器分别检测故障状态以及正常状态下控制器PWM端口及鼓风电机的控制和反馈端口波形 （图1、图2），发现故障模式下，鼓风电机控制端口和反馈端口波形存在异常，原本应该是稳定的直流信号，其波形发生明显的失真，出现振荡现象。根据F=1／T可得出干扰杂波频率为：1／0.25ms=4kHz。初步判断鼓风电机控制端口及调速端口产生震荡的原因为整车打火启动的瞬间，电路中便产生了电流扰动。这些电流扰动可能是接通电源的瞬间引起的电流突变，也可能是三极管或电路内部的噪声信号。这个电流扰动中包含了多种频率的微弱正弦波信号，这些信号就是振荡电路的初始输入信号。

某车型空调控制器／鼓风机控制原理如图3所示，由原理图可以看出其中输出级为三极管构成的射极跟随器，该接口电路在接容性负载时容易产生振荡。而外部调速模块核心器件为MOS管，其输入回路通过电场效应来工作，即输入回路相当于一个电容器，也就是说我们控制电路的负载为容性负载。

图1 鼓风电机控制端口波形

图2 鼓风电机反馈端口波形

经过初步的分析得出造成振荡原因如下。

图3 空调控制器／鼓风机控制原理图

1）由于干扰杂波的频率大概在4kHz左右，属于低频振荡，一般由RC振荡产生或者RC与放大器共同产生。图4为控制器调速电路，此电路最有可能产生振荡RC，即图4中R33与C55，图5为RC振荡的幅频特性曲线。由图5可知在相位等于O时，F=F0时，RC构成的选频网络对特定频率具有最低阻抗。所以，可以反过来推理，在整车打火启动的瞬间，电路中便产生了电流扰动。这些电流扰动可能是接通电源的瞬间引起的电流突变，也可能是三极管或电路内部的噪声信号。

图4 空调控制器调速电路原理图

这个电流扰动中包含了多种频率的微弱正弦波信号，这些信号就是振荡电路的初始输入信号。总之，在电源上产生某个特定频率 （大概4kHz左右）的杂音，通过RC选频进入Q4的基极，异常导通Q4，从而输出同频率的杂音给外部调速模块。而外部调速模块一般都由场效应管组成，是属于控制电压的器件，换一句话说只要有电压存在，就能导通，似乎推理合理。但根据公式F0=1／2∏RC计算得出F0=10kHz左右，与干扰波频率4kHz相差较大。所以排除此故障原因。

2）单节RC相移电路产生的相移在0～90°之间，运放输出电压幅度也随相移变化而变化，且相移越小，输出电压越大，即在O°时，输出的杂波是最大的。因此，当RC参数一定时，相位值与一定的信号频率相对应。换言之，前面提到的振荡起振信号有各频率的杂音，总有一个频率（4kHz左右的频率）使相位移为0，此时输出的杂波是最大的。这是由于这个频率的出现使鼓风电机控制端口及反馈端口原本应该是稳定的直流信号但其波形发生明显的失真，导致鼓风电机控制端及反馈端有电压存在，所以鼓风机在控制器未发出运行指令时出现自启动现象。

图5 RC振荡的幅频特性曲线

3 解决措施

1）在电源输入口增加一个电感与电容再进入RC与运放的选频电路，目的就是把起始干扰给滤除掉。没有相应频率的干扰杂波相位移为0。

2）同时在4kHz杂波下手，在Q4的基极增加一个RC并联选频网络到4kHz，把4kHz的杂音通过选频接到搭铁。根据公式F0=1／2∏RC=3.9kHz左右，所以选择RC的值为：C=1nF，R=42k，同时把C33电容100nF。如图6所示。

图6 增加选频电路的空调控制器调速电路原理图

4 改善结果验证

对改善后样件进行装车验证，控制器OFF，显示屏熄灭，整车反复上电、断电测试，鼓风机异常开启现象消失，测试鼓风机反馈端波形正常 （图7）。

图7 鼓风电机反馈端口波形

5 总结

零件开发应遵循设计验证的V字型流程，实现设计开发的闭环控制。在对空调控制系统的设计和验证时，考虑到了鼓风机断开时，空调控制器的鼓风机控制输出为0这一工况，但未考虑到空调控制器调速电路中，运算放大器产生自激振荡这一特殊工况，导致了部分路试车辆出现鼓风电机自启动故障问题。因此，完善系统设计规范和零件测试规范，对减少故障的发生率起着重要的作用。