CN102570955A - 一种电磁线圈的电流驱动控制装置 - Google Patents

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谌文思
资小林
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Abstract

本发明涉及一种电磁线圈的电流驱动控制装置，包括电源模块、单片处理器模块、功率控制驱动模块、故障诊断处理模块和电流采样模块，所述的单片处理器模块输出的信号通过功率控制驱动模块与电磁线圈相连，电磁线圈内的电源电压通过电流采样模块与单片处理器模块相连，该功率控制驱动模块通过故障诊断处理模块将信息反馈于所述的单片处理器模块；所述的电源模块将稳压电源依次输入于单片处理器模块、功率控制驱动模块、故障诊断处理模块和电流采样模块。本发明的有益效果为：本装置能控制输出符合磁流变液特性范围的精度高、动态响应快的电流；并能够实现故障自诊断和反馈电流采样功能等特点。

Description

一种电磁线圈的电流驱动控制装置
技术领域
本发明涉及电磁线圈电流驱动装置，尤其涉及一种电磁线圈的电流驱动控制装置。
背景技术
在磁流变液减震器中，需要ECU控制输出大小在一定范围内可调的电流来改变减震器工作缸内电磁线圈的磁场强度，用于改变阻尼通道磁流变液特性，实现不同阻尼力的输出。对电磁线圈的电流驱动控制技术是ECU电控系统的关键技术。由于磁流变液的特性，电流在一定范围内，磁流变阻尼器的阻尼力与电流成单调增加的关系，但当电流超过一定范围时，磁流变液开始饱和，阻尼力并不会出现明显的随电流的变化关系。因此ECU电控系统在控制电流的精度和动态响应输出上是影响系统的关键。传统技术之一是采用恒流源输出电流，ECU输出控制信号经过DA转换成模拟控制波形再通过电流放大得到大小可调的电流，这种恒流源技术输出电流精度受到DA器件和放大电路的影响，同时输出信号经过DA输出、模拟放大后产生迟滞，动态响应效果不佳；另一技术是PWM脉宽调制开关方式，ECU输出PWM脉宽调制波形，控制功率开关管的导通时间，以达到输出不同占空比的电压来调节电流大小，这种方式具有动态响应快，调节精度高的特点，但是功率开关管无自诊断功能，一旦出现故障如短路，不仅无法实现电流调节，使得减震器不能正常工作，也有烧坏芯片器件的危险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的不足，提供一种控制输出符合磁流变液特性范围的精度高、动态响应快的电流；并能够实现故障自诊断和反馈电流采样功能的电磁线圈的电流驱动控制装置。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括电源模块、单片处理器模块、功率控制驱动模块、故障诊断处理模块和电流采样模块，所述的单片处理器模块输出的信号通过功率控制驱动模块与电磁线圈相连，电磁线圈内的电源电压通过电流采样模块与单片处理器模块相连，该功率控制驱动模块通过故障诊断处理模块将信息反馈于所述的单片处理器模块；所述的电源模块将稳压电源依次输入于单片处理器模块、功率控制驱动模块、故障诊断处理模块和电流采样模块。
作为优选，所述的功率控制驱动模块包括高边功率器件和低边功率器件，电磁线圈与电磁线圈电源间通过高边功率器件内的MOSFET开关管相连，电磁线圈与接地间通过低边功率器件内的低边开关相连。
作为优选，所述的单片处理器模块的核心为16位处理器模块，该16位处理器模块由16位高性能的单片机芯片、复位电路、程序仿真烧写接口和外部晶振电路组成；16位处理器模块一端通过控制信号线与高边功率器件内的MOSFET开关管相连，16位处理器模块另一端通过PWM波形与低边功率器件内的低边开关相连。
本发明的有益效果为：本装置能控制输出符合磁流变液特性范围的精度高、动态响应快的电流；并能够实现故障自诊断和反馈电流采样功能等特点。
附图说明
图1为本发明的电磁线圈电流驱动技术的结构图；
图2为本发明的电磁线圈电流驱动技术的电路原理示意图；
图3为本发明的电磁线圈电流驱动技术的电流反馈采样电路原理图。
附图中的标号分别为：  1、电源模块，  2、单片处理器模块，  3、功率控制驱动模块，  4、故障诊断处理模块，  5、电流采样模块，  6、电磁线圈，  7、接地，  21、16位处理器模块，  31、高边功率器件，  32、低边功率器件，  61、电磁线圈电源。
具体实施方式
结合附图1对本发明的电磁线圈的电流驱动控制装置的具体实施例作说明描述。
本发明包括电源模块1、单片处理器模块2、功率控制驱动模块3、电磁线圈6、故障诊断处理模块4和电流采样模块5。
电源模块1：提供本发明的电磁线圈的电流驱动控制装置电流的稳压电源和电磁线圈6的工作电源。
单片处理器模块2：输出功率控制驱动模块的PWM控制信号、采样反馈电阻的电流信号，捕捉故障诊断处理信号，并判断系统工作状态和修正电流输出精度。
电流采样模块5：对串接在电磁线圈上的低阻值高精密采样电阻的电压进行放大滤波处理，输出符合单片微处理器ADC（模拟/数字转换）模块标准电压的电压信号。
所述的功率控制驱动模块3包括高边功率器件31和低边功率器件32，能够实现电磁线圈供电电压的占空比调节，以实现电磁线圈电流大小的动态改变，当出现故障时，如系统出现局部短路，功率开关短路、断路故障时，高边功率器件内的开关能够快速的关断电磁线圈的供电电源。
结合图2与图3对本发明的电磁线圈的电流驱动控制装置的具体实施例作说明描述。
如图2所示，电磁线圈电流驱动控制装置的核心是16位处理器模块21，由16位高性能的单片机芯片和微处理最小系统（复位电路、程序仿真烧写接口、外部晶振电路等）组成。工作时，其主要功能是确保系统无故障，特别是功率开关器件的正常工作，通过控制信号线发出信号到高边功率器件31内部的MOSFET管，使得MOSFET开关管打开电磁线圈电源61。高边功率开关器件优选具有自诊断、短路自锁保护、电流限制、超负载及过电压保护等功能的功率器件。电磁线圈电源开关打开后，处理器根据运算产生不同周期或者占空比的PWM波形控制低边功率器件的低边开关，低边开关在PWM波形控制下，按照PWM电压波形的规律将电磁线圈同回路接地之间保持短路—断路的反复状态，这样就使得加在电磁线圈电源同电磁线圈的回路不断的处于通电—断电的状态，即在不同时间段内，加在电磁线圈的平均电压随PWM波形周期和占空比的变化而不断变化，以达到改变电磁线圈电流的目的。在PWM脉宽调试技术中，例如使用定频调宽的方式及PWM波形频率固定不变，仅调节占空比大小，16位的处理器输出10khz周期、16位的PWM波形，其响应时间在100微秒范围，精度达到216 。
一旦系统出现异常，自诊断系统将确保在异常异常情况下的故障处理和反馈，以此保护电磁线圈和功率控制驱动模块内的元器件。如图2所示，如果当系统出现过电压即电磁线圈电源61电压超出正常范围或者电磁线圈回路电流异常时，高边功率器件31和低边功率器件32的自诊断系统都能切断电磁线圈的回路，并将信息反馈给处理器，这样高低边功率器件的自诊断系统实现了整个电路的双保险。另外由于功率器件中的开关管在PWM脉宽调试时，频率的开关，容易造成MOSFET管的短路和断路现象，特别是低边功率器件的低边开关，当出现低边功率器件中低边开关短路和短路时，低边功率器件32的诊断反馈信号输出异常波形至16位处理器模块21，16位处理器模块21将根据异常波形判断故障类型并控制高边功率器件开关断开电源，以此保护电磁线圈6和高低边功率器件避免损坏。
电流反馈电路是通过串接在电磁线圈回路上的精密电阻的两端电压放大后达到输入到16位处理器模块的ADC（模拟/数字采样模块）供处理器采样处理。如图3所示，由两级运算放大器构成采样电路，第一级OP1预放大后再通过第二级放大输入到处理器的模拟数字转换通道进行采样。本系统放大电路优先集成差分运算放大器，内部具有EMI（防电磁干扰）滤波器，通过不同电阻值的调节可以使得放大倍数达到20倍以上。电流反馈电路使得电磁线圈电流控制系统形成一个闭环控制系统，当PWM调节输出电流同实际电磁线圈的电流产生偏差时可以动态的修正补偿，使得PWM调节控制效果更精确。
除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种电磁线圈的电流驱动控制装置，包括电源模块（1）、单片处理器模块（2）、功率控制驱动模块（3）、故障诊断处理模块（4）和电流采样模块（5），其特征在于：所述的单片处理器模块（2）输出的信号通过功率控制驱动模块（3）与电磁线圈（6）相连，电磁线圈（6）内的电源电压通过电流采样模块（5）与单片处理器模块（2）相连，该功率控制驱动模块（3）通过故障诊断处理模块（4）将信息反馈于所述的单片处理器模块（2）；所述的电源模块（1）将稳压电源依次输入于单片处理器模块（2）、功率控制驱动模块（3）、故障诊断处理模块（4）和电流采样模块（5）。
2.根据权利要求1所述的电磁线圈的电流驱动控制装置，其特征在于：所述的功率控制驱动模块（3）包括高边功率器件（31）和低边功率器件（32），电磁线圈（6）与电磁线圈电源（61）间通过高边功率器件（31）内的MOSFET开关管相连，电磁线圈（6）与接地（7）间通过低边功率器件（32）内的低边开关相连。
3.根据权利要求1所述的电磁线圈的电流驱动控制装置，其特征在于：所述的单片处理器模块（2）的核心为16位处理器模块（21），该16位处理器模块（21）由16位高性能的单片机芯片、复位电路、程序仿真烧写接口和外部晶振电路组成；16位处理器模块（21）一端通过控制信号线与高边功率器件（31）内的MOSFET开关管相连，16位处理器模块（21）另一端通过PWM波形与低边功率器件（32）内的低边开关相连。
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