CN102486131B - 喷油器驱动诊断与保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷油器驱动诊断与保护电路；包括：微控制器单元、驱动电路和诊断与保护电路；微控制器单元输出控制信号给驱动电路和诊断与保护电路，接收来自诊断与保护电路的反馈信号，根据反馈信号判别出故障模式；驱动电路包括高边高压驱动、高边低压驱动、低边驱动，微控制器单元和诊断与保护电路可以输出控制信号关闭驱动电路；诊断与保护电路包括电压比较器和两个信号锁存器电路。本发明电路设计成本低，对故障的响应速度快，控制适时性好。能够保护发动机控制单元内喷油器驱动器件，并将喷油器驱动故障状态反馈给MCU进行处理，保证了在故障发生时喷油器驱动不被损坏，在故障消除后ECU能正常工作。

Description

喷油器驱动诊断与保护电路

技术领域

本发明涉及一种喷油器驱动诊断与保护电路，具体涉及柴油机电控燃油喷射系统中喷油器驱动故障的诊断与保护。

背景技术

喷油器驱动的故障模式有：在喷油器驱动的AR两端出现A端对电源短路、A端对地短路、B端对电源短路、B端对地短路、A端与B端短路、A端或B端断路等六种故障模式。现有的喷油器驱动诊断与保护电路中，国外技术是采用专用芯片来实现；国内技术多采用可编程逻辑器件(CPLD)替代专用芯片来实现喷油器驱动诊断与保护，且仅对A端与B端短路、A端或B端断路这两种故障模式进行诊断与保护，未实现对以上六种故障模式进行诊断与保护。

采用可编程逻辑器件(CPLD)的喷油器驱动诊断与保护电路结构由微控制器单元(MCU)、可编程逻辑器件、驱动电路、诊断与保护电路组成，该电路设计成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种喷油器驱动诊断与保护电路，对以上六种故障模式进行诊断与保护，它可以降低电路设计成本，加快对故障的响应速度，改善控制适时性。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种喷油器驱动诊断与保护电路；包括：微控制器单元、驱动电路和诊断与保护电路；微控制器单元输出控制信号给驱动电路和诊断与保护电路，接收来自诊断与保护电路的反馈信号，根据反馈信号判别出故障模式；驱动电路包括高边高压驱动、高边低压驱动、低边驱动，微控制器单元和诊断与保护电路可以输出控制信号关闭驱动电路；电流在采样电阻上的电压降信号经采样放大电路处理后，输出电压信号到诊断与保护电路中的电压比较器进行比较；诊断与保护电路包括电压比较器和两个信号锁存器电路，电压比较器输出高边高压过流反馈、高边高压欠流反馈、低边过流反馈、低边欠流反馈、高边低压过流反馈等5路反馈信号给锁存器电路1；锁存器电路1输出4路诊断信号给锁存器电路2，并输出3路控制信号关闭驱动电路，锁存器电路2将4路诊断信号进行锁存，微控制器单元通过读取锁存器电路2中的诊断信号来判别出故障模式。

本发明的有益效果在于：电路设计成本低，对故障的响应速度快，控制适时性好。能够保护发动机控制单元(ECU)内喷油器驱动器件，并将喷油器驱动故障状态反馈给MCU进行处理，保证了在故障发生时喷油器驱动不被损坏，在故障消除后ECU能正常工作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述喷油器驱动诊断与保护电路结构的示意图；

图2是本发明实施例所述采样电阻1的电流波形示意图；

图3是本发明实施例所述喷油器驱动诊断与保护控制方法流程图；

图4是本发明实施例所述锁存器电路1、2的示意图。

具体实施方式

本发明涉及柴油机电控燃油喷射系统中喷油器驱动故障的诊断与保护，电路结构包括微控制器单元(MCU)、驱动电路、诊断与保护电路，见图1。

MCU输出控制信号给驱动电路和诊断与保护电路，接收来自诊断与保护电路的反馈信号，根据反馈信号判别出故障模式。

驱动电路由高边高压驱动、高边低压驱动、低边驱动等组成，MCU和诊断与保护电路都能够输出控制信号用于关闭驱动电路。电流在采样电阻上的电压降信号经采样放大电路处理后，输出电压信号到诊断与保护电路中的电压比较器进行比较。喷油器的开启分为两个步骤：高边高压驱动与低边驱动先开启工作一段时间；然后高边高压驱动关闭，高边低压驱动与低边驱动开启工作一段时间。

诊断与保护电路由电压比较器和两个信号锁存器电路组成。电压比较器输出高边高压过流反馈、高边高压欠流反馈、低边过流反馈、低边欠流反馈、高边低压过流反馈等5路反馈信号给锁存器电路1；锁存器电路1输出4路诊断信号给锁存器电路2，并输出3路控制信号用于关闭驱动电路。其中，“高边高压过流输出”用于关闭高边高压驱动，“高边低压过流输出”用于关闭高边低压驱动，“低边过流输出”用于关闭低边驱动，从而实现对驱动电路的保护。锁存器电路2将4路诊断信号进行锁存，MCU通过读取锁存器电路2中的诊断信号，从而判别出喷油器驱动的故障模式。由于诊断与保护电路是直接采用硬件关闭驱动电路及锁存诊断信号，对故障的响应快，控制适时性好。

喷油器驱动诊断与保护控制方法如下：

在高边高压驱动开启之前，MCU先读取锁存器电路2中的诊断信号，判别出故障模式并进行故障处理；故障处理包括记录故障和置位或清除故障标志，若故障标志置位，则MCU关闭驱动电路。对于驱动电路发生A端或B端断路故障，MCU清除该故障标志，不关闭驱动电路；对于驱动电路发生另外5种故障中某一种故障，MCU在检测到该故障若干次后，置位该故障标志，关闭驱动电路。然后MCU输出CLR信号将锁存器电路1与锁存器电路2复位。在喷油器的开启过程中，喷油器驱动诊断与保护分为两部分：

1.在高边高压驱动工作时间段的诊断与保护

设定电流采样时间窗[T2，T3]，T2＜t＜T3，见图2。在时间为t时，MCU输出CLK信号给锁存器电路2将4路诊断信号进行锁存。如果驱动电路发生故障，锁存器电路1中“高边高压过流输出”关闭高边高压驱动，“低边过流输出”关闭低边驱动。即在高边高压驱动工作时间段内，对喷油器驱动故障进行保护，并对诊断信号进行锁存。

在图2中各曲线和符号的意义为：

曲线1：B端对地短路时采样电阻1的电流波形；

曲线2：B端对电源短路时采样电阻1的电流波形；

曲线3：A端对地短路时采样电阻1的电流波形；

曲线4：A端对电源短路时采样电阻1的电流波形；

曲线5：A端与B端短路时采样电阻1的电流波形；

曲线6：A端或B端断路时采样电阻1的电流波形；

I_below：欠流反馈对应的电流阀值；

I_over：过流反馈对应的电流阀值；

T0：高边高压驱动开启时的时间；

T1：曲线1中电流上升到I_below时的时间；

T2：曲线5中电流下降到I_c时的时间、曲线2中电流上升到I_a时的时间；

T3：曲线1中电流上升到I_b时的时间；

T4：曲线1中电流上升到I_over时的时间；

其中T0＜T1＜T2＜t＜T3＜T4；

I_below＜I_c＜I_a＜I_b＜I_over

2.在高边低压驱动工作时间段的诊断与保护

高边低压驱动开启后，如果驱动电路发生故障，锁存器电路1中“高边低压过流输出”关闭高边低压驱动，“低边过流输出”关闭低边驱动，但锁存器电路2不对诊断信号进行锁存。即在高边低压驱动工作时间段内，只对喷油器驱动故障进行保护。

喷油器驱动诊断与保护控制方法流程图见图3。

可以采用可编程逻辑器件(CPLD)来替代锁存器电路1与锁存器电路2实现上述诊断与保护功能。

电流采样时间窗[T2，T3]的确定方法如下：

在高边高压驱动工作时间段，喷油器驱动的六种故障模式中，各故障模式所对应的采样电阻1的电流波形是不同的，见图2。

A端或B端断路时，采样电阻1的电流为回路漏电流，大小接近于0。

B端对地短路、B端对电源短路时，采样电阻1的电流会经过喷油器，电流回路的阻抗为采样电阻1的电阻Rs1、高边高压驱动MOSFET导通电阻Ron1和喷油器电阻Rinj，总阻抗为：Rs1+Ron1+Rinj。

A端对地短路、A端对电源短路时，采样电阻1的电流不经过喷油器，电流回路的阻抗为采样电阻1的电阻Rs1、高边高压驱动MOSFET导通电阻Ron1，总阻抗为：Rs1+Ron1。

A端与B端短路时，采样电阻1的电流也不经过喷油器，电流回路的阻抗为采样电阻1的电阻Rs1、高边高压驱动MOSFET导通电阻Ron1、低边驱动MOSFET导通电阻Ron3、采样电阻3的电阻Rs3，总阻抗为：Rs1+Ron1+Ron3+Rs3。

由于喷油器电阻Rinj大于Ron3+Rs3，既采样电阻1的电流经过喷油器时的总阻抗比不经过喷油器时的总阻抗要大；且喷油器线圈影响电流上升速率，所以图2中曲线1、2的电流上升速率和下降速率要比曲线3、4、5慢。

从曲线5中得到电流下降到I_c时的时间T2，从曲线1中得到电流上升到I_b时的时间T3，从而确定了电流采样时间窗[T2，T3]。在t(T2＜t＜T3)时刻，曲线1、2的电流在(I_a，I_b)区间内，曲线3、4、5的电流在(0，I_c)区间内，而I_c＜I_a，即曲线1、2的电流与曲线3、4、5的电流是区分开的，这样就将B端对地短路、B端对电源短路与A端对地短路、A端对电源短路区分开了。

本发明涉及柴油机电控燃油喷射系统中喷油器驱动故障的诊断与保护，驱动电路由线与逻辑电路、MOSFET预驱动、MOSFET、采样电阻和采样放大电路等组成，见图1。其中，采样放大电路由信号差分放大器组成。MCU和诊断与保护电路的输出信号经过线与逻辑电路后，控制MOSFET预驱动开启或关闭MOSFET。

诊断与保护电路由电压比较器、锁存器电路1和锁存器电路2等组成，见图1。锁存器电路1由反向器U3和D触发器U1组成，锁存器电路2由D触发器U2组成，见图4。

D触发器U1的真值表为：

D触发器U2的真值表为：

其中，L：低电平，H：高电平，×：高电平或者低电平，↑：由低电平转换为高电平，Q0：与上一状态相同。

图4中，在高边高压驱动开启之前，MCU输出O_S_CLR信号为低电平，使D触发器U1和U2的输出都复位，即D触发器U1的Q输出为高电平，D触发器U2的Q输出为低电平；然后MCU输出O_S_CLR信号为高电平，输出O_S_CLK信号为低电平。在喷油器驱动发生故障时，D触发器U1的“过流输出”信号用于关闭驱动电路。

图4中，“电压比较器输出”经过反向器U3后输入到D触发器U1的CLK端，这样反向器U3与D触发器U1组成了自锁存电路，从而在喷油器驱动发生故障时能实现硬件关闭喷油器驱动电路。自锁存电路的工作原理是：当“电压比较器输出”为高电平时，此时D触发器U1的CLK为低电平，由D触发器U1的真值表可以得到D触发器U1的Q输出保持为高电平；当“电压比较器输出”转换为低电平时，此时D触发器U1的CLK由低电平转换为高电平，由D触发器U1的真值表可以得到D触发器U1的Q输出转换为低电平，即D触发器U1的Q输出与其输入D是相同的，实现了对输入信号的自锁存。

在高边高压驱动开启后的t时刻，MCU输出O_S_CLK信号为高电平，此时D触发器U2的CLK由低电平转换为高电平，由D触发器U2的真值表可以得到D触发器U2的Q输出与其输入D相同，即MCU将D触发器U2输出的4路诊断信号进行锁存。

喷油器驱动诊断真值表如下：

从喷油器驱动诊断真值表可以看到，正常状态与故障状态对应的4路诊断信号的值是不同的，因此MCU可以通过读取诊断信号判别出故障模式。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (1)

1.一种喷油器驱动诊断与保护电路，包括：微控制器单元、驱动电路和诊断与保护电路；

微控制器单元输出控制信号给驱动电路和诊断与保护电路，接收来自诊断与保护电路的反馈信号，根据反馈信号判别出故障模式；

驱动电路包括高边高压驱动、高边低压驱动、低边驱动，微控制器单元和诊断与保护电路可以输出控制信号关闭驱动电路；电流在采样电阻上的电压降信号经采样放大电路处理后，输出电压信号到诊断与保护电路中的电压比较器进行比较；

诊断与保护电路包括电压比较器和两个信号锁存器电路，电压比较器输出高边高压过流反馈、高边高压欠流反馈、低边过流反馈、低边欠流反馈、高边低压过流反馈等5路反馈信号给锁存器电路一；锁存器电路一输出4路诊断信号给锁存器电路二，并输出3路控制信号关闭驱动电路，锁存器电路二将4路诊断信号进行锁存，微控制器单元通过读取锁存器电路二中的诊断信号来判别出故障模式；

其特征在于：锁存器电路一包括第一反向器和第一D触发器，锁存器电路二包括第二D触发器；

第一D触发器其真值表为：

第二D触发器其真值表为：

其中，L：低电平，H：高电平，×：高电平或者低电平，↑：由低电平转换为高电平，Q0：与上一状态相同；

所述锁存器电路一输出的高边高压过流输出关闭高边高压驱动，高边低压过流输出关闭高边低压驱动，低边过流输出关闭低边驱动。