CN100334664C - 螺线管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺线管驱动电路，包括：包括用于识别通过其中的电流以形成对应于通过连接到电阻器(6a)的螺线管(4)的电流电平的电信号的电流的电阻器(6a)的检测器(6)的控制电路(2)；放大来自电阻器(6a)的电信号的放大器(7)；和对来自放大器(7)的放大的输出进行积分的积分器(8)。在PWM控制器(3)每次产生至少一个连续地驱动信号(S3)时使积分器(8)复位时，运算比较器(5)从积分器(8)接收相对较小量的最近更新的积分值(S8)，容易且快捷地比较来自积分器(8)的更新的值(S8)和目标电流值以产生表示积分值(S8)与目标电流值的偏差，以及给PWM控制器(3)提供表示该偏差的指令信号(S5)。

Description

螺线管驱动电路

技术领域

本发明涉及一种螺线管驱动电路，具体地说，涉及一种以较高的精度对通过螺线管的电流的检测值以良好的响应性控制流经螺线管的电流的类型的螺线管驱动电路。

背景技术

附图4所示为包括现有技术的螺线管驱动电路，它包括DC电源1；串联连接到DC电源1的开关元件或MOSFET 10和螺线管4；将控制脉冲的宽度的驱动信号S23输送到n-沟道MOSFET 10的控制或栅极端以交替地接通和切断MOSFET 10的PWM(脉冲宽度调制)控制器23；和产生指令信号S25给PWM控制器23的控制电路22。控制电路22具有由检测通过螺线管4的电流I1以产生等于电流I1的电平的电压的电阻器6a构成的检测器。DC电源1的正和负端子分别连接到MOSFET 10的主端或漏端和地。例如，MOSFET 10的其它的主或源端通过螺线管4和控制电路22的检测器6接地。PWM控制器23在通过螺线管的电流I1的控制下产生驱动信号S23给MOSFET10的栅极以交替地接通和切断MOSFET 10。

控制电路22也包括用于放大施加到电阻器6a的电压的放大器7；采样和保持来自放大器7的输出S7的保持电路32；将在保持电路32中的电压值转换为数字值S13的A/D转换器13；和比较来自A/D转换器13的数字值S13和目标电流值以产生表示螺线管4的目标电流值的到PWM控制器23的输出S25的运算比较器或CPU 25。MOSFET10的源端连接到二极管11的阴极端和螺线管4的末端，二极管11的阳极端接地。电阻器6a具有连接到螺线管4的一端和连接到地端以检测通过螺线管4的电流的另一端。电阻器6a的两端也连接到其输出端连接到保持电路32的输入端的放大器7的倒相端和非倒相端。保持电路32的输出端连接倒其输出端连接到运算比较器25的输入端的A/D转换器13的输入端。

运算放大器25从未示的至少一个传感器比如加速度传感器、速度传感器、液压传感器或在车辆中匹配的其它的传感器接收输出信号S22以基于输出信号S22计算螺线管4的目标电流值。此外，运算比较器25对表示来自A/D转换器13的检测电流值的数字信号S13进行计数，计算平均电流值以及基于平均电流值和目标电流值产生表示电流表示的指令信号S25，以使运算放大器25将指令信号S25输送到PWM控制器23的输入端以根据电流指示的指令信号S25确定给PWM控制器23的MOSFET 10的驱动信号S23的占空比。具体地说，运算放大器25用于使通过螺线管4的电流的电平最佳化以使在检测电流值高于电流目标值时运算比较器25降低指令信号S25的电流表示，因此，PWM控制器23接收指令信号S25的降低的电流指示并因此使给MOSFET 10的驱动信号S23的占空比降低或变窄以降低通过螺线管4的电流。相反，在检测电流值低于电流目标值时，PWM控制器23基于指令信号S25的电流指示使到MOSFET 10的驱动信号S23的占空比上升或加宽以增加通过螺线管4的电流。因此，运算比较器25基于施加到电阻器6a的电压值产生表示指令信号S25的电流指示，由此PWM控制器23产生给MOSFET 10的受控脉冲宽度的驱动信号S23以使通过螺线管4的电流最佳化。

例如，日本专利公开了No.2002-319506公开了具有在附图4中所示的保持电路的螺线管驱动电路。在保持电路32中保持的检测电压通过A/D转换器13转换为数字值并输送到从数字值的检测电压中计算电流的平均值的运算比较器25，以基于在所计算的平均值和目标电流值之间的偏差产生给PWM控制器23的电流指示的指令信号S25。因此，该系统的响应性由采样的点间隔的长度或点数确定。

注意，在附图4中所示的螺线管电路是有缺陷的，因为在电阻器6a检测到与MOSFET 10的开关操作相关的噪声叠加电压或由于电源的突然的电压波动引起的电涌或电压运动时它不能精确地运行。虽然对于较短的时间周期用保持电路32可以采样大量的数据，以计算平均电流值并改善螺线管4的控制精度，然而，这种方法增加了由于大量的数据的处理引起的计算量的增加并导致了运算比较器25的运算负载的增加。

在附图5中所示的另一螺线管驱动电路包括替代在附图4的保持电路32以避免在操作螺线管驱动电路中的不精确性的积分器38，因为积分器38可以在一定程度上吸收噪声。然而，螺线管驱动电路表示在积分器38涉及充电和放电的较大的时间常数的情况下在电流响应外部因素变化时由于过冲或下冲引起的劣化的响应性或劣化的可控制性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种螺线管驱动电路，该螺线管驱动电路能够以对通过螺线管的电流的检测值良好的响应性控制通过螺线管的电流而不增加在螺线管驱动电路中要处理的运算负载。本发明的另一目的是提供一种以改善的可控制性驱动螺线管的螺线管驱动电路而不用处理关于螺线管的大量的电流数据。

根据本发明的螺线管驱动电路包括：包括用于识别通过其中的电流以形成对应于通过螺线管(4)的电流电平的电信号的检测器(6)的控制电路(2)；放大来自检测器(6)的电信号的放大器(7)；和对来自放大器(7)的放大的输出(S7)进行积分的积分器(8)。在PWM控制器(3)每次产生至少一个连续地驱动信号(S3)时使积分器(8)复位时，运算比较器(5)从积分器(8)接收相对较小量的更新的积分值(S8)，容易且快捷地比较来自积分器(8)的最近的值(S8)和目标电流值，产生表示积分值(S8)与目标电流值的偏差的指令值(S5)，并将该指令值(S5)提供给PWM控制器(3)。在PWM控制器(3)给开关元件(10)的控制端提供对应于来自运算放大器(5)的指令值(S5)的脉冲宽度的驱动信号(S3)时，以对流经螺线管(4)的电流值的良好的响应性可以控制通过螺线管(4)的电流，从而精确地启动螺线管(4)。

根据本发明一个方面，提供了一种螺线管驱动电路，包括DC电源；串联地连接到所述DC电源的开关元件和螺线管；将驱动信号输送给所述开关元件的控制端以交替地接通和切断所述开关元件的PWM控制器；产生指令信号以控制所述PWM控制器的控制电路；所述控制电路包括检测器，其用于识别通过所述检测器的电流以产生对应于通过所述螺线管的电流的电平的电信号；放大来自所述检测器的电信号的放大器；对来自所述放大器的放大输出进行积分的积分器；运算比较器，该运算比较器比较来自所述积分器的积分值和目标电流值并产生表示所述积分值与所述目标电流值的偏差的指令值；复位电路，用于使所述积分器的输出复位；以及保持电路，用于在每当所述PWM控制器产生相继的驱动信号中的至少一个时在所述复位电路使所述积分器的输出复位之前，从所述积分器接收并保存所述积分值；其中所述运算比较器接收保存在所述保持电路中的积分值，以将所述积分值与所述目标电流值进行比较；并且所述PWM控制器给所述开关元件的控制端提供对应于来自所述运算比较器的指令值的脉冲宽度的驱动信号

附图说明

通过下文结合在附图中所示的优选的实施例的描述将会清楚本发明的上述和其它目的以及优点。

附图1所示为根据本发明的一种实施例的螺线管驱动电路的电路图。

附图2所示为在附图1中所示的积分器、保持电路和复位电路中的详细电路图。

附图3所示为在附图1中所示的操作螺线管驱动电路的电路时序图。

附图4所示为已有技术的螺线管驱动电路的第一电路图。

附图5所示为已有技术的螺线管驱动电路的第二电路图。

具体实施方式

附图1至3所示为根据本发明的螺线管驱动电路的一种实施例。与在附图4和5中相同的参考符号应用在附图1至3以表示基本相同的元件。

如附图1所示，控制电路2包括用于对放大器7放大的输出S7进行积分的积分器8；用于接收并保持积分器8的积分输出S8的保持电路12；将来自保持电路12的输出S12转换为数字信号S13的A/D转换器13；用于接收来自A/D转换器13的输出S13和来自与前文相同或类似的各种类型的传感器的输入信号S2的运算或计算比较器5。运算比较器5基于输入信号S2计算螺线管电流的目标值。

如附图2所示，积分器8包括连接在放大器7的输出端和保持电路12的输入端之间的电阻器8a；和连接在地和电阻器8a和保持电路12的输入端的节点之间用于积累并积分通过检测器6检测的放大的电信号的电容器8b。在所示的实施例中，复位电路9所示为以晶体管9a形成的可控制短路，该晶体管9a的集电极和发射极端分别连接到电容器8b的电极和在电容器8b和晶体管9a之间的并行连接的地端。

保持电路12包括第一和第二放大器12c和12d；提供在第一放大器12c的输出端和第二放大器12d的非倒相输入端之间的线路上的开关12a；和连接在第二放大器12d的非倒相输入端和地端之间的电容器12b。第一放大器12c具有连接倒电阻器8的非倒相输入端和连接倒第一放大器12c的输出端的倒相输入端。第二放大器12d具有连接到它的输出端的倒相输入端，然后该输出端连接到A/D转换器13。

在检测的电流值高于电流目标值时，运算比较器5降低指令信号S5的电流指示，PWM控制器3接收降低的指令信号S5并因此使到MOSFET 10的驱动信号S3的占空比降低或变窄以降低通过螺线管4的电流。相反地，在检测的电流值低于电流目标值时，PWM控制器3基于指令信号S5使到MOSFET 10的驱动信号S3的占空比上升或变宽以增加通过螺线管4的电流。

在PWM控制器3将控制信号输送给复位电路9的晶体管9a的基极端时，晶体管9a接通以将电容器8b的电荷释放，由此使积分器8复位到零输出。这样，复位电路9在来自PWM控制器3的驱动信号S3的每个周期初始化积分器8的输出。同时，PWM控制器3提供控制信号以接通和切断开关12a以通过第一放大器12c关闭和打开在积分器8和电容器12b之间的开关12a。具体地，在开关12a接通以关闭积分器8的电容器8b和保持电路12的电容器12b之间的通路时，电容器12b通过积分器8的电容器8b的电荷充电到与电容器8b的电平相同的电压电平。在开关12a切断以打开在积分器8的电容器8b和保持电路12的电容器12b之间的通路时，电容器12b保持其中的充电电压直到下一周期使开关12a接通。

在A/D转换器13将保持在保持电路12中的积分值转换为数字值时，运算比较器5从A/D转换器13接收积分值S13的数字信号。与已有技术的螺线管驱动电路一样，运算比较器5包括计算螺线管电流的目标值的运算装置和将螺线管电流表示值的指令信号S5提供给PWM控制器3的输出装置。运算比较器5利用来自如上文所述的各种传感器的输出信号S2计算目标值，将数字信号S13与通过螺线管4的电流的目标值进行比较以形成偏差并基于该偏差给PWM控制器3提供电流指示的指令信号S5。

在PWM控制器3每次产生一个连续的驱动信号S3时使积分器8复位时，运算比较器5从积分器8接收相对少量的最近更新的和积分的值S8以容易且快捷地比较来自积分器8的更新值S8和目标电流值，并形成积分值S8与目标电流值的偏差并给PWM控制器3提供表示该偏差的指令信号S5。

因此，在PWM控制器3给MOSFET 10的栅极端提供对应于来自运算比较器5的指令信号S5的脉冲宽度的驱动信号S3时，可以以对通过螺线管4的电流值的良好的响应性控制通过螺线管4的电流以精确地启动螺线管4。此外，虽然检测器6辨别出异常信号比如与MOSFET 10的开关操作相关的噪声叠加电压或者由于电源的突然电压波动引起的涌动或电压运动，积分器8平滑或平均这种异常信号到不在螺线管4中导致任何实质的错误的较低的电平。因此，驱动电路既不要求为精确地操作螺线管4用于在较短的时间周期内处理大量的数据的CPU运算比较器5的大容量的资源或电压数据块的采样，也不要求会增加运算比较器5的运算次数的大运算负载。因此，根据本发明的螺线管驱动电路可以以较高的精度和对在汽车中电控制器件的良好的响应性控制被驱动的螺线管4，并利用低廉的运算比较器或CPU5而不给运算比较器5增加运算负载。本发明还有利的是PWM控制器3响应来自运算比较器5的驱动信号S5调节给MOSFET 10的驱动信号S3的脉冲宽度或占空比以使通过螺线管4的电流最佳化。

附图3(A)至(E)所示为在螺线管驱动电路中的主电路的输出信号的时序图。从附图3(A)中可以看出，PWM控制器3给MOSFET10的栅极端提供交替的高、低电平电压的驱动信号S3。MOSFET 10在从t1至t2的时间周期中接通，同时驱动信号S3在高电平中以将螺线管4的一端连接到电源1的阳极端以使电流从电源1经过MOSFET10、螺线管4和电阻器6a到地端。紧接着在MOSFET 10的接通之后在时间点t1上，电流I1的值随着在附图3(B)中所示时间的经过而增加直到在时间点t2上达到最大。

然后，在从时间点t2到t4的时间周期过程中驱动信号S3切换到低电平电压以切断MOSFET 10，中断螺线管4到电源的连接，因此，在螺线管4中产生的电动势使再生电流I2从地端通过二极管I1、螺线管4和电阻器6a流到地端。紧接着在MOSFET 10切断之后的时间点t2上，再生电流I2的值随着时间的经过降低。

在电阻器6a上施加的是与电流I1和通过螺线管4的再生电流I2量成比例的电平电压。放大器7放大施加在电阻器6a上的检测电压并将它提供给积分器8。在放大器7的倒相输入端接地时，放大器7的非倒相输入端接收与电流I1和再生电流I2的量成比例的检测电压。放大器7放大在通过非倒相输入端和倒相输入端接收的电压之间的电压差以表示如在附图3(C)中所示的电压变化S7。

PWM控制器3产生驱动信号S3给MOSFET 10的栅极端，同时，给复位电路9提供与驱动信号S3的上升同步的复位信号给MOSFET10的栅极端以使复位电路9在来自PWM控制器3的驱动信号S3的每个周期将积分器8的输出复位到零。如附图3(D)所示，在PWM控制器3的驱动信号S3在时间点t1变高时，积分器8的输出电压S8开始从零增加并继续增加直到从来自PWM控制器3的下一驱动信号S3变为高的时间点t4(＝t1)。

在来自复位电路9的复位信号产生的同时或紧在之前，为肯定地挑出并保持来自积分器8的输出电压S8的最大值，在复位电路9使积分器8的输出复位到零直接之前的时间点t3上，保持电路12开始来自积分器8的驱动信号S3的每个周期的先前周期的积分输出S8的采样。具体地，如附图2和3(E)所示，在积分器8中的电容器8b的电荷通过接通在时间点t1上的复位电路9的晶体管9a而释放以使积分器8的输出复位到零电平。然后，在时间点t3上，保持电路12的电容器12b在时间点t4之前的预定的时间周期tS中累积来自积分器8的电容器8b的电荷直到开关12a在时间点t4(＝t1)上打开。随后，在时间点t4上，开关12a打开，保持电路12的电容器12b在从时间点t1至t3的时间周期中保持先前周期的充电电压以使A/D转换器13在时间点t1至t3之间的时间周期中的任何时间上能够将充电电压转换为数字信号。在附图3中，时间间隔tS表示用于在电容器12b中累积电荷的采样时间或充电时间，时间长度tH表示用于保持在电容器12b中的充电电压的保持时间。因此，对于来自PWM控制器3的驱动信号S3的每个周期保持电路12维持先前周期的输出电压，然后将它提供给A/D转换器13。因此，运算比较器5从A/D转换器13读取先前周期的输出电压，并以反馈信号的形式给PWM控制器3提供指令信号S5以使通过螺线管4的电流值最佳化。

根据这个实施例的螺线管驱动电路，在积分器8的输出通过复位电路9与来自PWM控制器3的驱动信号S3同步地复位到零时，运算比较器5给PWM控制器3输送指令信号作为在来自积分器8的积分值和来自PWM控制器3的驱动信号S3的每周期的目标电流值之间的差值或偏差。因此，可以以对应用电阻器6a检测的通过螺线管4的电流值的良好的响应性精确地控制通过螺线管4的电流而没有延迟。

显然，在附图1至3中所示的本发明的实施例可以以不同的形式改变，并包含落在权利要求的范围下的所有的修改和变化。例如，积分器8或保持电路12可以以数字电路替代上述的模拟电路形成。此外，运算比较器5可以以直接接收来自保持电路12的积分输出的模拟电路形成而不要A/D转换器13以产生给PWM控制器3的在积分的输出和目标电流值之间的偏差的指令信号。换句话说，本发明并不仅限于将来自A/D转换器13的数字输出输送给运算比较器5然后给PWM控制器3提供来自运算比较器5的计算值的数字电路。相反，本发明也可以设计直接将来自保持电路12的输出提供给PWM控制器3而不数字化的模拟电路。

上述的实施例显示了来自PWM控制器3的驱动信号的每周期的积分和保持，然而，这并不限于每个周期，也可以在驱动信号的每多个周期实施积分和保持。例如，本发明可以设计在两个周期上实施随后的电流值的积分同时将在两个周期上先前的电流值保持在保持电路12中。例如，积分器8可以对对应于从来自PWM控制器3的驱动信号S3的第一选择时间到第二选择时间通过电阻器6a识别的电流的信号进行积分。同样地，积分器8可以对对应于在MOSFET 10的一个接通-切断控制周期或多个接通-切断控制周期中从第一选择时间到第二选择时间通过电阻器6a识别的电流的信号进行积分。本发明也可以设计成在比随后的保持的周期更短的时间周期中进行电流值积分以获得更好的响应性。如果运算比较器5以数字电路形成，则本发明的控制电路可使用来自PWM控制器3的驱动信号S3的基本振荡频率，基于来自PWM控制器3的驱动信号S3使到复位电路9的驱动信号和到保持电路12的控制信号复位。这些电路以最佳的时序通过来自运算比较器5的时钟脉冲操作。本发明也可以设计成使从PWM控制器3或运算比较器5到复位电路9和保持电路12的输出与输送到MOSFET 10的栅极端的驱动信号S3而不是驱动信号S3的上升边沿同步或基于它。换句话说，到复位电路9和保持电路12的输出可以与在来自PWM控制器3的驱动信号S3中的预定时间点(包括驱动信号S3的前沿或后沿)同步地形成。

Claims (14)

1、一种螺线管驱动电路，包括；

DC电源(1)；

串联地连接到所述DC电源(1)的开关元件(10)和螺线管(4)；

将驱动信号(S3)输送给所述开关元件(10)的控制端以交替地接通和切断所述开关元件(10)的PWM控制器(3)；

产生指令信号(S5)以控制所述PWM控制器(3)的控制电路(2)；

所述控制电路(2)包括检测器(6)，其用于识别通过所述检测器(6)的电流以产生对应于通过所述螺线管(4)的电流的电平的电信号；

放大来自所述检测器(6)的电信号的放大器(7)；

对来自所述放大器(7)的放大输出(S7)进行积分的积分器(8)；

运算比较器(5)，该运算比较器比较来自所述积分器(8)的积分值(S8)和目标电流值并产生表示所述积分值与所述目标电流值的偏差的指令值(S5)；

复位电路(9)，用于使所述积分器(8)的输出复位；以及

保持电路(12)，用于在每当所述PWM控制器(3)产生相继的驱动信号(S3)中的至少一个时在所述复位电路(9)使所述积分器(8)的输出复位之前，从所述积分器(8)接收并保存所述积分值；

其中所述运算比较器(5)接收保存在所述保持电路(12)中的积分值，以将所述积分值与所述目标电流值进行比较；并且

所述PWM控制器(3)给所述开关元件(10)的控制端提供对应于来自所述运算比较器的指令值(S5)的脉冲宽度的驱动信号(S3)。

2、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述复位电路(9)在来自所述PWM控制器(3)的驱动信号(S8)的每个周期中初始化所述积分器(8)的输出。

3、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述PWM控制器(3)与来自所述PWM控制器(3)的驱动信号(S3)同步地或基于它产生触发驱动信号给所述复位电路(9)。

4、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述运算比较器(5)基于从多个传感器中至少一个传感器发送给所述运算比较器(5)的信息计算所述目标电流值。

5、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述积分器(8)对对应于从来自所述PWM控制器(3)的驱动信号(S3)的第一选择时间到第二选择时间由所述检测器(6)识别的电流的信号进行积分。

6、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述积分器(8)对对应于在所述开关元件(10)的一个接通-切断控制周期中或多个接通-切断控制周期中从第一选择时间到第二选择时间由所述检测器(6)识别的电流的信号进行积分。

7、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述保持电路(12)保存先前的积分值直到下一积分已经完成。

8、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述PWM控制器(3)与来自所述PWM控制器(3)的驱动信号(S3)上的预定点同步地产生给所述复位电路(9)的触发驱动信号。

9、权利要求8所述的螺线管驱动电路，其中所述预定点是来自所述PWM控制器的驱动信号(S3)的前沿或后沿。

10、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述PWM控制器(3)和运算比较器(5)中至少一个产生触发信号以使所述复位电路(9)和保持电路(12)启动或复位。

11、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述运算比较器(5)由产生触发信号的数字电路形成。

12、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述运算比较器(5)接收来自从下列组中所选择的至少一个传感器的输出信号(S2)以计算螺线管电流的目标值：车辆中配备的加速度传感器、速度传感器和液压检测器。

13、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中所述运算比较器(5)基于所述积分值和所述目标值之间的偏差产生表示给所述PWM控制器(3)的电流指示的指令信号(S5)。

14、权利要求1所述的螺线管驱动电路，其中在所检测的电流值高于所述电流目标值时，所述运算比较器(5)降低所述电流指示的指令信号(S5)；

由此，所述PWM控制器(3)接收降低的指令信号(S5)并降低给所述开关元件(10)的驱动信号(S3)的占空比以减小通过所述螺线管(4)的电流；

在所检测的电流值低于所述电流目标值时，所述运算比较器(5)增大所述电流指示的指令信号(S5)；

由此，所述PWM控制器(3)接收增大后的指令信号并升高给所述开关元件(10)的驱动信号(S3)的占空比以增大通过所述螺线管(4)的电流。

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