CN102865401B

CN102865401B - 双电压、双维持、双续流驱动电路

Info

Publication number: CN102865401B
Application number: CN201110184843.8A
Authority: CN
Inventors: 苗建中; 敖成丽; 张黔飞
Original assignee: Guizhou Honglin Machinery Co Ltd
Current assignee: Guizhou Honglin Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: CN102865401A

Abstract

双电压、双维持、双续流驱动电路，驱动器的信号输入端由六个调节旋钮组成，驱动器的信号输出端与电磁阀连接；在驱动器内设有CPU、输入电路、电流比较电路和功率驱动电路；各调节旋钮均与输入电路连接，输入电路连接到CPU的数模转换端口(AD0～AD3)；CPU通过A/D转换计算出相应的时间后输出激励信号、高边驱动信号和低边驱动信号到功率驱动电路的信号输入端；高维持电流调节旋钮、高/低维持电流调节旋钮的信号被输入到电流比较电路，经电流比较电路处理后，输出连接到功率驱动电路的高边驱动信号输入端；功率驱动电路的信号输出端与电磁阀连接。

Description

双电压、双维持、双续流驱动电路

技术领域

本发明涉及一种电磁阀驱动电路，属于电磁阀驱动技术领域。

背景技术

当前电磁阀驱动业界普遍使用脉宽调制(pulse width modulation，以下简称PWM)方法驱动电磁阀，其普通的驱动形式对于一般的应用来说可以解决大部分驱动问题，但是对于高速电磁阀应用场合则显得不够理想，主要表现在相应速度较慢。为了提高电磁阀的响应速度，业界在PWM方法范畴内提出了双电压PWM驱动方法，但是这种双电压PWM驱动方法仍然难以满足要求。

发明内容

本发明的目的在于：在双电压的基础上改进驱动方法，采用双维持，双续流驱动电路，即高电流、低电流维持，向上续流、向下续流(双电压、双维持、双续流驱动电路以下简称三双驱动电路)。本发明的关键是电路应该尽可能地提高三双驱动电路不同于普通PWM驱动电路和双电压驱动电路的关键参数，既初始激励功率应该尽快注入电磁阀，使其尽快响应；又要求在初始激励后在高电流时维持一段时间，使电磁阀尽快达到稳定状态；而后再进入低电流维持，使电磁阀在较低的电流下稳定工作；还在电流最后斩断时使用两种续流模式。

本发明所述的双电压、双维持、双续流驱动电路是这样构成的：驱动器的信号输入端由六个调节旋钮组成，分别是PWM占空比调节旋钮、PWM频率调节旋钮、延迟时间调节旋钮、激励时间调节旋钮、高维持电流调节旋钮和高/低维持电流调节旋钮；驱动器的信号输出端与电磁阀连接；在驱动器内设有CPU、输入电路、电流比较电路和功率驱动电路；PWM占空比调节旋钮、PWM频率调节旋钮、延迟时间调节旋钮和激励时间旋钮均与输入电路连接，他们将信号输入到输入电路，输入电路连接到CPU的数模转换端口(AD0～AD3)；CPU通过A/D转换计算出相应的时间后输出激励信号、高边驱动信号和低边驱动信号到功率驱动电路的信号输入端；高维持电流调节旋钮、高/低维持电流调节旋钮的信号被输入到电流比较电路，经电流比较电路处理后，输出连接到功率驱动电路的高边驱动信号输入端；功率驱动电路的信号输出端与电磁阀连接。

在本发明中，所述电磁阀可以是脉冲式燃油电磁阀、高速电磁阀或大流量高精度燃气喷射阀。

输入电路如图2所示，是由4通道运算放大器U8、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一钽电容C4、第二钽电容C5、第一至第八电阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8)、二极管D1和稳压管Z1组成的4个相同的滤波跟随电路，这4个滤波跟随电路被分别连接在数模转换端口(AD0～AD3)与PWM占空比调节旋钮、PWM频率调节旋钮、延迟时间调节旋钮和激励时间调节旋钮之间，在滤波跟随电路中，第一电阻R1的一端接5伏电源正极，另一端接调节旋钮的3脚，第二电阻R2的一端接地，另一端接调节旋钮的1脚，第四电阻R4的一端接调节旋钮的2脚，另一端接第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6和第三电容C1的一端，第三电阻R3和第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的另一端接运算放大器U8的正输入端，同时接第七电阻R7、第三电容C3和第一钽电容C4的正极的一端和二极管D1的3脚，二极管D1的1脚、第七电阻R7、第三电容C3和第一钽电容C4的另一端接地，二极管D1的2脚接5伏电源正极，第一电容C1的另一端接运算放大器U8的负输入端和输出端和第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端接CPU的数模转换端口AD0～AD3和第二钽电容C5的正极、稳压管Z1的3脚，稳压管Z1的1、2脚同时接地，第二钽电容C5的负极接地。

功率驱动电路结构示意图如图3所示，由N沟道第一至第五MOS管(Q1～Q5)，第一半桥驱动芯片U5和第二半桥驱动芯片U6，高速MOSFET驱动芯片U7，第一至第三肖特基二极管(SD1、SD2和SD3)，稳压二极管Z2组成基本驱动电路，然后与由栅极驱动芯片U7，第148电阻R148、第152电阻R152和第83电阻R83，第八电容C8和第176电容C76，第七钽电容E7，第一肖特基二极管(SD1)和第三肖特基二极管(SD3)，第二稳压二极管(Z2)和第三稳压二极管(Z3)，以及第三MOS管Q3构成的低边驱动电路共同组成功率驱动电路，CPU发出的信号S_1连接到第一半桥驱动芯片U5的输入端，第一半桥驱动芯片U5的输出端分别接第一MOS管Q1和第一MOS管Q4的栅极，第一MOS管Q1的漏极接第四MOS管Q4的源极，且同时接第二肖特基二极管SD2的1脚，第一MOS管Q1的源极接地，第四MOS管Q4的漏极接激励电压P_S；CPU发出的信号S_2连接到第二半桥驱动芯片U6的输入端，第二半桥驱动芯片U6的输出端分别接第二MOS管Q2和第五MOS管Q5的栅极，第二MOS管Q2的漏极接第五MOS管Q5的源极，且同时接第二肖特基二极管SD2的3脚，第二MOS管Q2的源极接地，第五MOS管Q5的漏极接电磁阀工作电压Power；CPU发出的信号S_3连接到第三半桥驱动芯片U7的输入端，第三半桥驱动芯片U7的输出端接第三MOS管Q3的栅极，第三MOS管Q3的漏极接第一肖特基二极管SD1的一脚，第一肖特基二极管SD1的另一脚接激励电压P_S，第一MOS管Q1的漏极同时还接电磁阀的一端和起向下续流作用的第二稳压二级管Z2的N端，第二肖特基二极管SD2的2脚接电磁阀的另一端，同时接第三肖特基二极管SD3的N端，第二稳压二级管Z2的P端、第三肖特基二极管SD3的P端和第三MOS管Q3的源极接地。

将使用本发明所述改进的脉宽调制驱动电磁阀得到的负载电流波形和使用普通带维持的PWM驱动电路得到的负载电流波形相比较，使用本发明所述改进的脉宽调制驱动电磁阀时，在高的激励电压作用下，电磁阀能够更快地获得较大的初始驱动电流，衔铁获得更高的初速度，从而更快的开启；在高电流维持阶段使电磁阀在较高的电压下稳定工作一段时间后进入低电流维持阶段，电磁阀可以在比较低的电流下稳定工作。因此，本发明所述改进的脉宽调制驱动电磁阀其开启时间和关闭时间都加快了，且能够更好的发挥其性能。

附图说明：

图1为本发明所述的双电压、双维持、双续流驱动电路示意图；

图2为本发明所述双电压、双维持、双续流驱动电路中的输入电路图；

图3为本发明所述双电压、双维持、双续流驱动电路中功率驱动电路示意图；

附图4为本发明所述双电压、双维持、双续流驱动电路中的具体功率驱动电路图；

图中：1-驱动器，2-CPU，3-输入电路，4-电流比较电路，5-PWM占空比调节旋钮，6-PWM频率调节旋钮，7-延迟时间调节旋钮，8-激励时间调节旋钮，9-高维持电流调节旋钮，10-高/低维持电流调节旋钮，11-功率驱动电路，12-电磁阀。

具体实施方式：

本发明的实施例：图1为本发明所述的双电压、双维持、双续流驱动电路示意图，它包括驱动器1和电磁阀12；其特征在于驱动器1的信号输入端由六个调节旋钮组成，分别是PWM占空比调节旋钮5、PWM频率调节旋钮6、延迟时间调节旋钮7、激励时间调节旋钮8、高维持电流调节旋钮9、高/低维持电流调节旋钮10；驱动器1的信号输出端与电磁阀12连接。

在驱动器1内设有CPU2、输入电路3、电流比较电路4和功率驱动电路11；PWM占空比调节旋钮5、PWM频率调节旋钮6、延迟时间调节旋钮7和激励时间旋钮8的信号输入到输入电路3，输入电路3连接到CPU2的数模转换端口AD0～AD3；CPU2通过A/D转换计算出相应的时间后输出激励信号、高边驱动信号和低边驱动信号到功率驱动电路11的信号输入端；高维持电流调节旋钮9、高/低维持电流调节旋钮10的信号输入到电流比较电路4，经电流比较电路4处理输出连接到功率驱动电路11的高边驱动信号输入端；功率驱动电路11的信号输出端与电磁阀12连接。在本实施例中所选用的电磁阀12为脉冲式燃油电磁阀。

输入电路3为由4通道运算放大器U8、电容C1、C2、C3、钽电容C4、钽电容C5、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、二极管D1和稳压管Z1四组相同的电子元件组成的4个相同的滤波跟随电路，它们被分别连接在数模转换端口AD0～AD3与PWM占空比调节旋钮5、PWM频率调节旋钮6、延迟时间调节旋钮7和激励时间旋钮8之间；在这4个滤波跟随电路中，R1的一端接5伏电源正极，另一端接旋钮的3脚，R2的一端接地，另一端接旋钮的1脚，R4的一段接旋钮的2脚，另一端接R3、R5、R6和C1的一端，R3和R5的另一端接地，R6的另一端接U8的正输入端，同时接R7、C3和C4的正极的一端和D1的3脚，D1的1脚、R7、C3和C4的另一端接地，D1的2脚接5伏电源正极，C1的另一端接U8的负输入端和输出端和R8的一端，R8的另一端接CPU2的数模转换端口AD0～AD3和C5的正极、Z1的3脚，Z1的1、2脚同时接地，钽电容C5的负极接地。

功率驱动电路4结构示意图如图3所示，电路由N沟道MOS管Q1～Q5，半桥驱动芯片U5、U6，高速MOSFET驱动芯片U7，肖特基二极管SD1，SD2、SD3，稳压二极管Z2组成基本驱动电路。低边驱动由栅极驱动芯片U7，电阻R148、R152、R83，电容C8、C76、钽电容E7，肖特基二极管SD1、SD3，稳压二极管Z2、Z3和MOSFET管Q3组成，具体功率驱动电路见图4。

CPU2发出的信号S_3接U7的2脚，U7的2脚与地之间串联一个电阻R148、电容C76，U7的输出脚6、7脚接电阻R83的一端，R83的另一端接Q3的栅极，Z3和R152并联后Z3的N端接Q3的栅极，另一端与Q3的源极同时接地；Q3的漏极接电磁阀的低边，同时接一向下续流稳压二极管Z2到地，Q3的漏极接一向上续流二极管到高的激励电压处；电磁阀的高边接SD3的N端，同时接SD2的3脚；SD3的P端与Q3的源极连接并接地。

高压激励驱动电路与高边驱动电路由半桥驱动芯片U5、U6，低电流高耐压的N沟道MOS管Q1、Q2，二极管D1、D2、D3、D4，稳压二极管Z1、Z4，电阻R26、R27、R140、R141、R146、R147、R150、R151，电容C6、C7、C74、C75、C10、C11、C35、C36、钽电容E8、E9、E10、E11组成2组相同的电路。

CPU2发出的信号S_1接U5的1脚输入端，电容C74的一端接地，另一端接R146的一端，R146的另一端接U5的1脚组成滤波电路；U5的2脚接电阻R140的一端和电容C6的一端，R140的另一端接12伏电源正极，C6的另一端接地；U5的4脚接一下拉电阻R26的一端，R26的另一端接地，同时U5的4脚接Q1的栅极，Q1的源极接地，Q1的漏极接U5的6脚和Q4的源极、钽电容E10的负极、C35的一端，Z1的P端和SD2的1脚；E10的正极、Z1的N端和D3的N端接U5的8脚；C35的另一端接U5的7脚输出端，D3的P端接12伏正极，且同时接U5的5脚，U5的5脚接C10的一端，C10的另一端接地，E8的正极接U5的5脚，E8的负极接地；U5的7脚输出端同时还接D1的P端和电阻R150的一端，D1的N端和电阻R150的另一端同时接Q4的栅极，Q4的漏极接高的激励电源。

CPU2发出的信号S_2接U6的1脚输入端，电容C75的一端接地，另一端接R147的一端，R147的另一端接U6的1脚组成滤波电路；U6的2脚接电阻R141的一端和电容C7的一端，R141的另一端接12伏电源正极，C7的另一端接地；U5的4脚接一下拉电阻R27的一端，R27的另一端接地，同时U6的4脚接Q2的栅极，Q2的源极接地，Q2的漏极接U6的6脚和Q5的源极、钽电容E11的负极、C36的一端，Z4的P端和SD2的3脚；E11的正极、Z4的N端和D4的N端接U6的8脚；C36的另一端接U5的7脚输出端，D4的P端接12伏正极，且同时接U6的5脚，U6的5脚接C10的一端，C11的另一端接地，E9的正极接U6的5脚，E9的负极接地；U6的7脚输出端同时还接D2的P端和电阻R151的一端，D2的N端和电阻R151的另一端同时接Q5的栅极，Q5的漏极接电磁阀工作电压正极。

Claims

1.双电压、双维持、双续流驱动电路，其特征在于：驱动器的信号输入端由6个调节旋钮组成，分别是PWM占空比调节旋钮、PWM频率调节旋钮、延迟时间调节旋钮、激励时间旋钮、高维持电流调节旋钮和高／低维持电流调节旋钮；驱动器的信号输出端与电磁阀连接；在驱动器内设有CPU、输入电路、电流比较电路和功率驱动电路；PWM占空比调节旋钮、PWM频率调节旋钮、延迟时间调节旋钮和激励时间调节旋钮均与输入电路连接，他们将信号输入到输入电路，输入电路连接到CPU的数模转换端口(AD0～AD3)；CPU通过A／D转换计算出相应的时间后输出激励信号、高边驱动信号和低边驱动信号到功率驱动电路的信号输入端；高维持电流调节旋钮、高／低维持电流调节旋钮的信号被输入到电流比较电路，经电流比较电路处理后，输出连接到功率驱动电路的高边驱动信号输入端；功率驱动电路的信号输出端与电磁阀连接。

2.根据权利要求1所述的双电压、双维持、双续流驱动电路，其特征在于：所述输入电路是由4通道运算放大器(U8)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一钽电容(C4)、第二钽电容(C5)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、二极管(D1)和稳压管(Z1)组成的4个相同的滤波跟随电路，这4个滤波跟随电路被分别连接在数模转换端口(AD0～AD3)与PWM占空比调节旋钮、PWM频率调节旋钮、延迟时间调节旋钮和激励时间调节旋钮之间。

3.根据权利要求2所述的双电压、双维持、双续流驱动电路，其特征在于：在滤波跟随电路中，第一电阻(R1)的一端接电源正极，另一端接调节旋钮的3脚，第二电阻(R2)的一端接地，另一端接调节旋钮的1脚，第四电阻(R4)的一端接调节旋钮的2脚，另一端接第三电阻(R3)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和第一电容(C1)的一端，第三电阻(R3)和第五电阻(R5)的另一端接地，第六电阻(R6)的另一端接运算放大器(U8)的正输入端，同时接第七电阻(R7)、第三电容(C3)和第一钽电容(C4)的正极的一端和二极管(D1)的3脚，二极管(D1)的1脚、第七电阻(R7)、第三电容(C3)和第一钽电容(C4)的另一端接地，二极管(D1)的2脚接5伏电源正极，第一电容(C1)的另一端接运算放大器(U8)的负输入端和输出端和第八电阻(R8)的一端，第八电阻(R8)的另一端接CPU的数模转换端口(AD0～AD3)和第二钽电容(C5)的正极、稳压管(Z1)的3脚，稳压管(Z1)的1、2脚同时接地，第二钽电容(C5)的负极接地。

4.根据权利要求1所述的双电压、双维持、双续流驱动电路，其特征在于：由N沟道第一至第五MOS管(Q1～Q5)，第一半桥驱动芯片(U5)和第二半桥驱动芯片(U6)，高速MOSFET驱动芯片(U7)，第一至第三肖特基二极管(SD1、SD2和SD3)，稳压二极管(Z2)组成基本驱动电路，然后与由栅极驱动芯片(U7)，第148电阻(R148)、第152电阻(R152)和第83电阻(R83)，第八电容(C8)和第76电容(C76)，第七钽电容(E7)，第一肖特基二极管(SD1)和第三肖特基二极管(SD3)，第二稳压二极管(Z2)和第三稳压二极管(Z3)，以及第三MOS管(Q3)构成的低边驱动电路共同组成功率驱动电路。

5.根据权利要求1或4所述的双电压、双维持、双续流驱动电路，其特征在于：在功率驱动电路中，CPU发出的信号S1连接到第一半桥驱动芯片(U5)的输入端，第一半桥驱动芯片(U5)的输出端分别接第一MOS管(Q1)和第四MOS管(Q4)的栅极，第一MOS管(Q1)的漏极接第四MOS管(Q4)的源极，且同时接第二肖特基二极管(SD2)的1脚，第一MOS管(Q1)源极接地，第四MOS管(Q4)的漏极接激励电压(P_S)；CPU发出的信号S2连接到第二半桥驱动芯片(U6)的输入端，第二半桥驱动芯片(U6)的输出端分别接第二MOS管(Q2)和第五MOS管(Q5)的栅极，第二MOS管(Q2)的漏极接第五MOS管(Q5)的源极，且同时接第二肖特基二极管(SD2)的3脚，第二MOS管(Q2)的源极接地，第五MOS管(Q5)的漏极接电磁阀工作电压Power；CPU发出的信号S3连接到第三半桥驱动芯片(U7)的输入端，第三半桥驱动芯片(U7)的输出端接第三MOS管(Q3)的栅极，第三MOS管(Q3)的漏极接第一肖特基二极管(SD1)的一脚，第一肖特基二极管(SD1)的另一脚接激励电压(P_S)，第一MOS管(Q1)的漏极同时还接电磁阀的一端和起向下续流作用的第二稳压二级管(Z2)的N端，第二肖特基二极管(SD2)的2脚接电磁阀的另一端，同时接第三肖特基二极管(SD3)的N端，第二稳压二级管(Z2)的P端、第三肖特基二极管(SD3)的P端和第三MOS管(Q3)的源极接地。