CN102725506B - 开关模式合成功率电感器 - Google Patents
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Abstract
用于车辆的燃料输送系统包括计量燃料流并供给预热燃料以辅助燃烧的燃料喷射器。包括合成电感器的控制电路驱动燃料流内的加热元件。
Description
技术领域
本公开内容涉及一种用于驱动感应式加热负载的电感器。更具体地说，本公开内容涉及一种模拟用于驱动感应式加热负载的电感器的电路，所述感应式加热负载用于对通过燃料喷射器的燃料流进行加热。
背景技术
燃料喷射器计量到发动机的燃料，以针对燃烧提供所期望的空气/燃料混合物。燃料喷射器可以包括用于对燃料进行预加热以改善燃烧的加热元件。经改善的燃烧提供较低的排放以及较好的冷起动特征，以及其它有益的改善。感应式加热元件利用被感生到燃料流内的阀构件中的时变磁场。被感生到阀构件中的时变磁场由于磁滞损耗和涡流损耗而生成热。用于驱动感性负载的通常的电感器是相对庞大且重的装置。相比之下，期望减小用于燃料喷射器系统的驱动电路的重量和尺寸。因此，期望设计并开发提供期望功能的、较轻的且要求较少空间的电路。
发明内容
所公开的用于车辆的燃料输送系统包括燃料喷射器，所述燃料喷射器计量燃料流并供给预加热燃料以辅助燃烧。包括合成电感器的控制电路驱动所述燃料流内的加热元件。所公开的控制电路在所述加热元件中感生时变磁场，所述时变磁场响应于磁滞损耗和涡流损耗又产生热。所述控制电路使用较小且较轻的封装尺寸的合成功率电感器而为了生成期望的时变磁场来提供功率，其中所述合成功率电感器减小和/或消除归因于高电阻率的功率损耗。
附图说明
根据以下说明书和附图，可以最好地理解在此所公开的这些和其它特征，其下文是简要描述。
图1是包括用于预加热燃料的燃料喷射器的实例燃料输送系统的示意图。
图2是用于控制实例燃料喷射器内的加热元件的实例驱动电路的示意图。
图3是用于给加热元件供电的电源电路的示意图。
具体实施方式
为了推进美国专利法“以促进科学和实用技艺的进步（topromotetheprogressofscienceandusefularts）”（第1条第8款）的符合宪法的目的而提交本公开内容。
参照图1，用于车辆的实例燃料输送系统10包括对从燃料箱16到发动机18的燃料流14进行计量的燃料喷射器12。燃料喷射器12的操作由控制器20决定。控制器20选择性地给驱动线圈22供电，以控制电枢24的移动。电枢24的移动控制通过燃料喷射器12的内部通道的燃料流14。
实例燃料喷射器12供给预热燃料，以辅助燃烧。加热线圈30在加热元件26中生成时变磁场。在该实例中，加热元件26是被密封在通过燃料喷射器12的燃料流14内的阀元件。不存在附着到加热元件26的线。通过耦合经过由加热线圈30所产生的时变磁场的能量来实现加热。由加热线圈30所产生的能量被加热元件材料中的磁滞损耗和涡流损耗转换成在燃料喷射器12的密封腔内的热。加热元件26将热传递到燃料流14，以产生被喷射到发动机18中的加热燃料流28。加热燃料流28改善冷起动性能并改善燃烧过程，以减少不期望的排放。加热燃料28的温度被控制在期望的温度范围之内，以提供期望的性能。温度控制是通过控制到加热线圈30中的功率输入来获得的。
参照图2和图3，驱动电路包括功率振荡器34，所述功率振荡器34为了生成期望的时变磁场而提供功率，并包括在32处示意性地示出的合成功率电感器来代替常规的恒流功率电感器。这样的常规的恒流功率电感器相对重，并且由于电阻损耗而招致热耗散形式的功率损耗。
实例合成功率电感器32提供驱动线圈30在加热元件26中产生期望的时变磁场的输入。根据检测到的频率、相位和/或阻抗来提供温度控制，所述检测到的频率、相位和/或阻抗响应于加热元件的材料性质的改变而变化。
功率由电压源40来供给。到电源电路中的电流由电流感测电阻器42来测量。来自电流感测电阻器40的所测量的电流被差分放大，以提供有用的值。然后，该值被乘以模拟计算引擎44中的频率缩放电压（frequencyscaledvoltage）。
合成电感器32利用D类放大器拓扑来适应用于驱动在加热元件26中产生期望的时变磁场所要求的感性负载30的高功率开关模式功能。合成电感器使用生成输入到比较器46中的三角波的三角波发生器（trianglegenerator）48。比较器46还接收来自电流误差放大器50的输入64。输入64是经放大的从非反相积分器52获得的误差值。该误差值被生成为指示期望电感的值与指示实际电感的值之间的差。
输入64与由三角波发生器48所提供的三角波一起被比较器46利用来生成PWM（脉冲宽度调制）输出信号56。PWM输出信号56具有与输入64成比例的占空比。PWM信号56被输入到栅极驱动器58中，以操作功率切换装置60。
实例功率切换装置60包括MOSFET，但是可以具有不同的配置。例如，在本公开内容的设想之内可以利用任何MOSFET、IGBT、Triac或BJT装置。另外，切换装置还可以包括其它开关模式转换器，并且在需要或不需要外部三角波生成的情况下使用同步的或异步的“降压（buck）”或“降压-升压（buck-boost）”方法。另外，用于功率切换装置60的半桥、全桥、高压侧或低压侧开关拓扑也在本公开内容的设想之内。
来自切换装置60的功率通过输出滤波器62被馈送。实例输出滤波器62包括电感器L2和电容器C14。输出滤波器62去除调制信号残余，使得负载30仅接收到与误差放大器50的输入信号64成比例的输出。
通过串联谐振设定抑制频率：。合成电感器硬件实施方案根据下式来解析时域电感器特性：
其中，i为作为v（或者电感器上的电压）的时间积分以及等同于1/L的某个乘数的函数的电流。
所要求的积分电压值是通过非反相积分器52来生成的，其中所述非反相积分器52产生指示期望的电感与实际电感之间的差的值。乘数由电流误差放大器50的增益来设定。
电感器电流被表示为电阻上的电压的差分值。电阻的值通常很小，诸如例如为0.01欧姆，以便不耗散功率。对于非常高的电流，诸如驱动负载30所要求的电流，即使小的电阻值也耗散很多功率。因此，使用霍尔传感器或其它电流测量方法在本公开内容的设想之内，其中所述霍尔传感器或其它电流测量方法不会在使用电阻的情况下招致功率耗散。
实例驱动电路15通过将由电流感测电阻器42所测量的电流乘以在54处指示的电阻或损耗值来生成电感器的虚拟电阻值，使得当期望的虚拟损耗更高时，诸如当期望更大的电感器电阻时，感测到的电流被人为地增加。当与如通过在积分器52处所确定的期望的电感的时域电流特性相比较时，被人为地增加的感测到的电流将生成较小的电流误差输入64。因此，PWM比较器46将生成较小的PWM信号56，并因此命令较小功率的输出为适合于具有较高电阻的电感器负载30。
因此，实例驱动电路提供期望的功率生成以及所期望的功率生成调整，以在更小的且更紧凑的空间中在加热元件中提供时变磁场。而且，归因于高电阻损耗的功率损耗可以由在此所公开的合成电感器被减小和/或被消除。
尽管已公开了本发明的优选实施例，但是本领域普通技术人员会认识到，某些修改方案会在本发明的范围之内。出于该原因，应当研究下列权利要求来确定本发明的真正的范围和内容。
Claims (11)
1.一种燃料输送系统，其包括：
燃料喷射器，所述燃料喷射器计量到能量转换装置的燃料，其中该燃料喷射器包括用于对所述燃料进行加热的感应式供能加热元件的电感器；以及
控制器，所述控制器包括用于驱动燃料的计量并用于给加热元件的电感器供能的驱动电路，其中用于给加热元件的电感器供能的所述驱动电路包括开关模式合成电感器，所述开关模式合成电感器根据以下等式来解析时域驱动电路电感器特性：
其中，电流i为作为所述驱动电路电感器两端的电压v在时间积分上的函数，其等同于积分量和乘数因子1/L的乘积，所述开关模式合成电感器还包括被连接在控制器的电源与电源电路之间的电流感测电阻器，所述电流感测电阻器被耦合到加热元件的电感器并且被配置成从控制器的电源向所述驱动电路电感器提供电流，其中所述驱动电路电感器两端的电压v与所述电流感测电阻器两端的电压成比例。
2.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其还包括栅极驱动器，其中，所述栅极驱动器接收到PWM信号并操作功率切换装置，所述功率切换装置控制到给加热元件供能的电源电路的功率。
3.根据权利要求2所述的燃料输送系统，其包括输出滤波器，所述输出滤波器接收到由所述功率切换装置输出的功率，并从该由所述功率切换装置输出的功率去除调制。
4.根据权利要求2所述的燃料输送系统，其包括积分器，所述积分器用于将指示期望的电感的值与指示实际电感值的值相比较，其中所述积分器生成指示在所述期望的电感与所述实际电感之间的差的误差输出。
5.根据权利要求4所述的燃料输送系统，其包括误差放大器，所述误差放大器从所述积分器接收到所述误差输出，从而生成到比较器的输入，以产生PWM信号。
6.一种加热燃料喷射器控制电路，其包括：
被配置成在燃料喷射器的加热元件之内提供时变磁场的加热线圈；以及
用于驱动燃料的计量并用于给加热线圈的电感器供能的驱动电路，所述驱动电路包括开关模式合成电感器，所述开关模式合成电感器控制提供给所述加热线圈的功率并且根据以下等式来解析时域驱动电路电感器特性：
其中，电流i为作为所述驱动电路电感器两端的电压v在时间积分上的函数，其等同于积分量和乘数因子1/L的乘积，所述开关模式合成电感器还包括被连接在控制器的电源与电源电路之间的电流感测电阻器，所述电流感测电阻器被耦合到加热线圈并且被配置成从控制器的电源向所述所述驱动电路电感器提供电流，其中所述驱动电路电感器两端的电压v与所述电流感测电阻器两端的电压成比例。
7.根据权利要求6所述的加热燃料喷射器控制电路，其包括栅极驱动器，所述栅极驱动器接收到PWM控制信号并响应于所述PWM控制信号来控制所述电源电路的操作。
8.根据权利要求7所述的加热燃料喷射器控制电路，其包括积分器，所述积分器将指示期望的电感的信号与指示实际电感的信号相比较，并且所述积分器生成指示在所述期望的电感与所述实际电感之间的差的误差信号。
9.根据权利要求8所述的加热燃料喷射器控制电路，其包括误差放大器，所述误差放大器从所述积分器接收到所述误差信号，并将经放大的信号输出给比较器。
10.根据权利要求9所述的加热燃料喷射器控制电路，其中，所述比较器将来自所述误差放大器的经放大的信号与来自波发生器的三角波相组合，并生成用于在所述加热元件内产生时变磁场的PWM控制信号，使得燃料被加热到期望的温度。
11.根据权利要求10所述的加热燃料喷射器控制电路，其中，所述误差放大器的增益包括指示所述驱动电路电感器的电阻的值。
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