CN101520012B - 一种隔离式功率驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机电子控制技术领域，具体涉及一种隔离式功率驱动电路。该电路包括带光电隔离的功率驱动和带光电隔离的故障反馈，还包括隔离驱动及保护电路和隔离故障诊断电路。输出保护信号通过光电器件1驱动继电器，给电磁铁供电，当出现故障情况时切断电磁铁供电；功率驱动信号通过光电器件2、限流电阻1驱动MOS管，通过控制MOS管开通、关断给电磁铁提供不同的平均驱动电流；MOS上端的高、低电平信号通过限流电阻2反馈，驱动光电器件3，光电器件3后的信号和功率驱动信号通过J、K触发器件形成故障判别逻辑，输出低电平信号或高电平信号。结构简单、功能可靠，有效解决了发动机电控系统的电磁兼容性及隔离大功率驱动难题。

Description

一种隔离式功率驱动电路
技术领域
本发明属于发动机电子控制技术领域，具体涉及一种隔离式功率驱动电路。
背景技术
在位置式电控系统中，直列泵的齿杆需要一个螺线管方式的线形电磁铁驱动完成，对线形电磁铁功率驱动是电控系统的关键技术，系统电路能否进行有效脉宽调制，完成对螺线管驱动电路的精确控制是系统成败的关键因素之一。传统的驱动方式一般是采用MOS管完成，但系统对于MOS管无自诊断功能，当外部执行机构发生短路时会造成系统功率器件烧坏，其他器件发生连锁损坏反应。最常用的方法是在驱动回路中串接保险丝，但由于保险丝固有的滞后工作特性，有时对系统起不到保护作用。对于需要光电隔离驱动的系统，由于诊断电路较复杂，目前其他类似的系统中基本上不采用相应的故障诊断措施。
发明内容
本发明主要是为保证发动机电控系统在保证系统电磁兼容性，采用内部供电与外部电瓶隔离技术的条件下，对线形电磁铁进行隔离驱动，同时系统能够完成故障自诊断而提出的一种隔离式功率驱动电路。
本发明的技术方案是：一种隔离式功率驱动电路，包括带光电隔离的功率驱动和带光电隔离的故障反馈，还包括隔离驱动及保护电路和隔离故障诊断电路；输出保护信号通过光电器件1驱动继电器，正常情况下给电磁铁供电，当出现故障情况时切断电磁铁供电；功率驱动信号通过光电器件2、限流电阻1驱动MOS管，通过控制MOS管开通、关断给电磁铁提供不同的平均驱动电流；MOS上端的高、低电平信号通过限流电阻2反馈，驱动光电器件3，光电器件3后的信号和功率驱动信号通过J、K触发器件形成故障判别逻辑，正常情况下，故障输出为低电平信号；当MOS管出现故障时，故障输出高电平，微处理器系统通过输出保护信号切断电磁铁供电，保证系统不出现相关器件的损坏；
隔离驱动及保护电路的功率驱动信号U1B反相器(保证输入信号和O2输出信号同逻辑)驱动光电耦合器件O2，电阻R2对驱动电流进行限制，保证光电耦合器件O2的输入端电流在正常工作范围；电耦合器件O2的输出端电阻R7和R12对24V电源供电起限流和分压作用，保证O2的输出端信号在10V左右，通过限流电阻R8驱动MOS管T2；输出保护信号输入到耦合器件O1，电阻R1对驱动电流进行限制，保证光电耦合器件O1的输入端电流在正常工作范围；电耦合器件O1输出端电阻R3、R4对24V形成分压，当光电器件导通后，三极管T1导通，继电器K1吸合，线形电磁铁Rx上接通24V，在MOS管T2导通时能够给线形电磁铁Rx施加24V电压，其中二极管D1用于继电器断开后线圈电流的吸收，D2用于MOS管T2关断时，线形电磁铁Rx的续流，保证T2给线形电磁铁Rx线圈的电流是连续的；跨接器KJ和功率电阻R9作为模拟负载，用于外界不接负载时的故障诊断；
隔离故障诊断电路的输入信号为右端的MOS管反馈信号U3，通过电阻R5驱动三极管T3，T3驱动光电器件O3，其中电阻R6用于保证信号U3悬空时三极管T3输入端为固定的低电平信号，电阻R11用于限流；光电器件O3的输出端控制J、K触发器U23A的清零端CD，同时隔离驱动及保护电路中功率驱动信号U2经U1B反相的信号U2’输入到U23A的时钟端CLK，正常情况下故障输出信号为低电平，当功率驱动电路发生“短路”或“断路”时故障输出信号为高电平，电阻R10在光电器件O3关断时保证U23A的清零端CD为高电平，不出现电路出现“清零”误动作。
本发明的有益效果：本发明的电路在功率驱动、故障诊断、保护三方面都采用光电隔离方式，系统采用继电器、MOS管和触发器组成，结构简单、功能可靠。系统能够在线完成对MOS管及执行机构“短路”、“断路”的故障诊断，在系统发生故障时，切断执行机构电源，达到保护系统的目的。有效解决了发动机电控系统的电磁兼容性及隔离大功率驱动难题。
附图说明
本发明共有4幅附图，其中图4为本发明的最佳实施例，亦可作说明书摘要的附图。
图1、为一种隔离式功率驱动电路的隔离驱动及保护电路图；
图2、为一种隔离式功率驱动电路的隔离故障诊断电路；
图3、为一种隔离式功率驱动电路的工作波形图。
图4、为一种隔离式功率驱动电路的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步描述。
一种隔离式功率驱动电路，包括带光电隔离的功率驱动和带光电隔离的故障反馈，还包括隔离驱动及保护电路和隔离故障诊断电路。
如图4所示，输出保护信号通过光电器件1驱动继电器，正常情况下给电磁铁供电，当出现故障情况时切断电磁铁供电；功率驱动信号通过光电器件2、限流电阻1驱动MOS管，通过控制MOS管开通、关断给电磁铁提供不同的平均驱动电流；MOS上端的高、低电平信号通过限流电阻2反馈，驱动光电器件3，光电器件3后的信号和功率驱动信号通过J、K触发器件形成故障判别逻辑，正常情况下，故障输出为低电平信号；当MOS管出现故障时，故障输出高电平，微处理器系统通过输出保护信号切断电磁铁供电，保证系统不出现相关器件的损坏。
如图1所示，隔离驱动及保护电路的功率驱动信号U1B反相器(保证输入信号和O2输出信号同逻辑)驱动光电耦合器件O2，电阻R2对驱动电流进行限制，保证光电耦合器件O2的输入端电流在正常工作范围；电耦合器件O2的输出端电阻R7和R12对24V电源供电起限流和分压作用，保证O2的输出端信号在10V左右，通过限流电阻R8驱动MOS管T2；输出保护信号输入到耦合器件O1，电阻R1对驱动电流进行限制，保证光电耦合器件O1的输入端电流在正常工作范围；电耦合器件O1输出端电阻R3、R4对24V形成分压，当光电器件导通后，三极管T1导通，继电器K1吸合，线形电磁铁Rx上接通24V，在MOS管T2导通时能够给线形电磁铁Rx施加24V电压，其中二极管D1用于继电器断开后线圈电流的吸收，D2用于MOS管T2关断时，线形电磁铁Rx的续流，保证T2给线形电磁铁Rx线圈的电流是连续的；跨接器KJ和功率电阻R9作为模拟负载，用于外界不接负载时的故障诊断；
如图2所示，隔离故障诊断电路的输入信号为右端的MOS管反馈信号U3，通过电阻R5驱动三极管T3，T3驱动光电器件O3，其中电阻R6用于保证信号U3悬空时三极管T3输入端为固定的低电平信号，电阻R11用于限流；光电器件O3的输出端控制J、K触发器U23A的清零端CD，同时隔离驱动及保护电路中功率驱动信号U2经U1B反相的信号U2’输入到U23A的时钟端CLK，正常情况下故障输出信号为低电平，当功率驱动电路发生“短路”或“断路”时故障输出信号为高电平，电阻R10在光电器件O3关断时保证U23A的清零端CD为高电平，不出现电路出现“清零”误动作。
如图3所示，U2为功率驱动波形，U3为MOS上端的波形，在t1时刻为MOS管T2发生短路时的波形，在t2时刻为MOS管T2发生断路时的波形，U2’为功率驱动波形的反相，U5为反馈波形到U23A置位端的波形，U6为故障诊断输出波形。正常工作状态下，U2’的下降沿会触发U23A输出端Q的波形U6为高电平，但这个高电平会被置位端CD的波形U5的低电平清零；当MOS出现故障(“短路”或“断路”)时，U2’的下降沿会触发U23A输出端Q的波形U6为高电平，系统输出故障状态。

Claims (1)

1.一种隔离式功率驱动电路，包括带光电隔离的功率驱动和带光电隔离的故障反馈，其特征在于：还包括隔离驱动及保护电路和隔离故障诊断电路；输出保护信号通过光电器件(1)驱动继电器，正常情况下给电磁铁供电，当出现故障情况时切断电磁铁供电；功率驱动信号通过光电器件(2)、限流电阻(1)驱动MOS管，通过控制MOS管开通、关断给电磁铁提供不同的平均驱动电流；MOS上端的高、低电平信号通过限流电阻(2)反馈，驱动光电器件(3)，光电器件(3)后的信号和功率驱动信号通过J、K触发器件形成故障判别逻辑，正常情况下，故障输出为低电平信号；当MOS管出现故障时，故障输出高电平，微处理器系统通过输出保护信号切断电磁铁供电，保证系统不出现相关器件的损坏；
隔离驱动及保护电路的功率驱动信号U1B反相器(保证输入信号和光电耦合器件O2输出信号同逻辑)驱动光电耦合器件(O2)，电阻(R2)对驱动电流进行限制，保证光电耦合器件(O2)的输入端电流在正常工作范围；电耦合器件(O2)的输出端电阻(R7)和(R12)对24V电源供电起限流和分压作用，保证电耦合器件(O2)的输出端信号在10V左右，通过限流电阻(R8)驱动MOS管(T2)；输出保护信号输入到耦合器件(O1)，电阻(R1)对驱动电流进行限制，保证光电耦合器件(O1)的输入端电流在正常工作范围；电耦合器件(O1)输出端电阻(R3、R4)对24V形成分压，当光电器件导通后，三极管(T1)导通，继电器(K1)吸合，线形电磁铁(Rx)上接通24V，在MOS管(T2)导通时能够给线形电磁铁(Rx)施加24V电压，其中二极管(D1)用于继电器断开后线圈电流的吸收，(D2)用于MOS管(T2)关断时，线形电磁铁(Rx)的续流，保证MOS管(T2)给线形电磁铁(Rx)线圈的电流是连续的；跨接器(KJ)和功率电阻(R9)作为模拟负载，用于外界不接负载时的故障诊断；
隔离故障诊断电路的输入信号为右端的MOS管反馈信号U3，通过电阻(R5)驱动三极管(T3)，三极管(T3)驱动光电器件(O3)，其中电阻(R6)用于保证信号U3悬空时三极管(T3)输入端为固定的低电平信号，电阻(R11)用于限流；光电器件(O3)的输出端控制J、K触发器U23A的清零端CD，同时隔离驱动及保护电路中功率驱动信号U2经U1B反相的信号U2’输入到U23A的时钟端CLK，正常情况下故障输出信号为低电平，当功率驱动电路发生“短路”或“断路”时故障输出信号为高电平，电阻(R10)在光电器件(O3)关断时保证U23A的清零端CD为高电平，不出现电路出现“清零”误动作。
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