摘要：提出了一種以純電動轎車空調系統為開發背景，基于L6258EX的步進式電子膨脹閥控制模塊設計方案，介紹了該方案的功能、硬件及軟件設計方法。實驗證明該模塊具備結構簡單、使用方便、精度高、性價比高等特點。

隨著電動汽車行業的日益發展與進步，作為電動汽車的主要部件之一的汽車空調系統也得到了快速的發展。目前，國內大多數的電動汽車空調多采用變頻壓縮機與熱力膨脹閥配合的系統模式，但在實際運行過程中往往會出現震蕩現象。振蕩的主要原因是由于膨脹閥容量與系統不匹配或系統處在極不穩定的工況下而造成膨脹閥在最小穩定信號線以左工作。因此，期望采用電子膨脹閥與變頻壓縮機配合解決此問題。

電子膨脹閥是一種流量調節元件，能夠以電信號來進行控制，具有與裝置相適應的良好特性。在電動汽車空調系統中，電子膨脹閥可按設定的程序進行流量調節，保證蒸發器始終在設定的過熱度下進行工作，大大改善汽車空調的啟動和變負荷動態特性。電子膨脹閥根據驅動方式不同可以分為，電磁式與電動式兩種。電磁式電子膨脹閥通過改變線圈的驅動電壓來對閥門開度進行控制。電動式電子膨脹閥采用步進電機驅動，通過步進電機旋轉來對閥門開度進行控制。

筆者介紹了一種簡單的電動式電子膨脹閥驅動方案。該方案實際應用時，電子膨脹閥運行穩定，且具有步距角小、轉矩恒定、功耗低、性價比高等優點。

1 硬件設計

1.1 硬件電路原理

電子膨脹閥控制模塊的硬件結構圖如圖1所示。

圖中，膨脹閥控制模塊具備溫度測量、壓力測量、485通信及步進式電子膨脹閥驅動功能。控制模塊通過檢測蒸發器的出口壓力和溫度獲得實際過熱度值，并與空調系統設定過熱度值(該值通過485總線由空調總控制器給定)進行比較，最終通過基于L6258EX的電子膨脹閥驅動電路對步進式電子膨脹閥進行控制。

1.2 L6258EX簡介

該電子膨脹閥驅動電路采用L6258EX作為驅動控制芯片。L6258EX是由意法半導體公司生產的一種高效，大電流電機驅動芯片。L6258EX能夠驅動雙繞組4級步進電機，電壓范圍在12～40 V之間，輸出電流高達1.2 A。L6258EX內部具備DAC、誤差放大、電流閉環、推挽輸出等功能。

因此，只需與簡單的電容電阻元件就能構成完成的電機控制、驅動電路。大大簡化了硬件設計的復雜性、提高了硬件電路的可靠性。此外，汽車空調用電子膨脹閥額定電壓為24 V、額定電流不超過1 A。故可以通過L6258EX直接驅動電子膨脹閥，無需附加功率放大器件，節約成本，降低了開發難度。

1.3 電路設計

基于L6258EX芯片的電子膨脹閥驅動控制電路如圖2所示。

圖中，MO1—MO4為驅動電路的輸出與電子膨脹閥連接，其中MO1、MO2接電子膨脹閥的;MO3、MO4接電子膨脹閥的。PH1、PH2、IO-4為電子膨脹閥驅動命令信號，與單片機連接。其中，PH1、PH2為電子膨脹閥內部步進電機的旋轉方向控制引腳;IO-4為驅動電路輸出電流控制命令。通過程序控制PH1、PH2及IO-4相互配合便可實現電子膨脹閥動作。R1、R7為電流信號采集電阻、阻值為0.33 Ω，其他電阻電容參數為均為推薦值。

2 軟件設計

為了便于系統調試及電子膨脹閥專題實驗開展，本控制模塊設置了兩種工作模式一既定模式及自動模式。既定模式根據RS485總線接收的電子膨脹閥開度命令，強制將電子膨脹閥開度限制在設定值，不隨溫度、壓力影響。自動模式是電子膨脹閥的開度根據溫度、壓力信號進行自動調節，保證系統的過熱度滿足系統設定要求。下面只對整機流程及自動模式流程進行說明。

2.1 模塊整機軟件流程

控制模塊的整機軟件流程如圖3所示。模塊上電后，首先進行系統初始化，其次判斷是否收到控制命令信息。在接收485信息幀后按照協議進行解析，從數據幀取出發送者地址、命令及所帶參數，并根據命令號調用執行相應的子程序。當子程序執行完畢后，程序將繼續等待其他485信息幀。

2.2 自動模式流程

自動控制流程如圖4所示。控制模塊再接收到自動模式命令后，對壓力和溫度信號進行采樣，計算出當前的過熱度Tnow。將當前過熱度與設定的過熱度Tset及過熱度偏差進行比較。當滿足(Tset-Ts)

3 應用實例

該步進式電子膨脹閥控制器已經成功應用于央企電動車產業聯盟項目——電動轎車空調系統(JS—109)當中。項目所研制的新型電動轎車空調系統具備制熱、制冷及經濟氣功能，共需3個步進式電子膨脹閥。因此，我所該空調控制系統由一塊主控板及3個電子膨脹閥控制模塊構成，具體結構如圖5所示。

經過反復的實驗證明，這種基于L6258EX的步進式電子膨脹閥控制器在制熱、制冷及經濟氣這3種工況下均有良好的控制性能。除此之外，該控制器還具備體積小、重量輕、組網方便、響應快、精度高等特點。

4 結論

本控制器采用L6258EX芯片作為驅動芯片，采用STC12C5A32AD作為控制芯片進行設計。電路性能穩定，結構簡單，可靠性高。控制器具備一定的通用型，在實際應用中，不僅可以應用于電動汽車用電子膨脹閥控制，還可應用于其他需要對過熱度進行控制的制冷系統。

編輯：jq