CN103867423A - 一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置和方法，其中，该装置包括：第一开关，耦合在所述直流螺线管致动器的一端与输入电压源之间；第二开关，耦合在所述直流螺线管致动器的另一端与地之间；以及控制器，用于在所述清洗泵处于运行状态时向所述第一和第二开关施加控制信号，以在第一时间段内每隔预定的时间使所述第一和第二开关同时导通，在第二时间段内使所述第一和第二开关中的至少一个截止，并且使所述第一和第二时间段以预定的频率进行重复。所述预定时间小于所述直流螺线管致动器的反应时间，所述第二时间段的持续时间大于所述直流螺线管致动器的反应时间，并且根据所述直流螺线管致动器的输入电压调整所述第一和第二开关同时导通的时间与该同时导通的时间和所述预定时间之和的比率，以使所述直流螺线管致动器的工作电流保持稳定。

Description

一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置和方法。

背景技术

清洗泵是一种常用的工业设备，尤其可以应用于汽车领域。当前，有多种致动器可以用来对清洗泵进行驱动，其中直流螺线管致动器是常用的一种，因为其结构简单紧凑，且制造成本低。

为了使清洗泵具有良好的性能，需要对直流螺线管致动器（电磁线圈）进行有效控制。在常规直流螺线管致动器的控制中，工作电流幅值在不同的输入电压下会发生变化，这导致清洗泵的性能下降。因此，为了获得稳定的控制电流，必须向直流螺线管致动器提供恒定的电压，然而在清洗泵工作期间难以提供这种恒定电压。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种新颖的控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置和方法，其能够在不同的输入电压下使直流螺线管致动器的工作电流幅值基本保持不变，由此可以解决在输入电压发生变化的情况下进行稳定控制的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置，包括：第一开关，耦合在所述直流螺线管致动器的一端与输入电压源之间；第二开关，耦合在所述直流螺线管致动器的另一端与地之间；以及控制器，用于在所述清洗泵处于运行状态时向所述第一和第二开关施加控制信号，以在第一时间段内每隔预定的时间使所述第一和第二开关同时导通，在第二时间段内使所述第一和第二开关中的至少一个截止，并且使所述第一和第二时间段以预定的频率进行重复，其中所述预定时间小于所述直流螺线管致动器的反应时间，所述第二时间段的持续时间大于所述直流螺线管致动器的反应时间，并且根据所述直流螺线管致动器的输入电压调整所述第一和第二开关同时导通的时间与该同时导通的时间和所述预定时间之和的比率，以使所述直流螺线管致动器的工作电流保持稳定。

在本发明的一个实施例中，所述控制器被配置成向所述第一开关施加第一脉宽调制信号，所述第一脉宽调制信号的周期为所述第一和第二开关同时导通的时间与所述预定时间之和，所述第一脉宽调制信号的占空比为所述第一和第二开关同时导通的时间与该同时导通的时间和所述预定时间之和的比率，并且所述控制器被配置成向所述第二开关施加第二脉宽调制信号，所述第二脉宽调制信号的周期为所述第一和第二时间段之和，所述第二脉宽调制信号的占空比为所述第一时间段与所述第一和第二时间段之和的比率。

在本发明的另一实施例中，所述控制器被配置成向所述第一开关施加高电平信号以使其保持导通，并且所述控制器配置为在所述第一时间段内向所述第二开关施加脉宽调制信号并且在所述第二时间段内向所述第二开关施加低电平信号以使其截止，所述脉宽调制信号的周期为所述第一和第二开关同时导通的时间与所述预定时间之和，所述脉宽调制信号的占空比为所述第一和第二开关同时导通的时间与该同时导通的时间和所述预定时间之和的比率。

在本发明的另一实施例中，所述装置还可以包括保护电路，所述保护电路与所述直流螺线管致动器并联耦合。

在本发明的另一实施例中，所述第一和第二开关同时导通的时间与所述预定时间的比率DC1由下式确定

DC1=(U_e/U_in)×100％

其中U_e为所述直流螺线管致动器的期望工作电压，且U_in为输入电压。

在本发明的另一实施例中，所述控制器被配置成根据环境温度的高低调整所述预定频率。

在本发明的另一实施例中，使所述预定频率和所述第一时间段与所述第一和第二时间段之和的比率优化匹配以与清洗泵的机械响应相一致，从而使所述清洗泵获得最佳流量范围。

根据本发明的另一个方面，提供一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的方法，包括：在所述清洗泵处于运行状态时，在第一时间段内每隔预定的时间向所述直流螺线管致动器提供输入电压；在第二时间段内停止向所述直流螺线管致动器提供输入电压；以及以预定的频率重复所述第一和第二时间段，其中所述预定时间小于所述直流螺线管致动器的反应时间，所述第二时间段的持续时间大于所述直流螺线管致动器的反应时间，并且根据所述直流螺线管致动器的输入电压调整向所述直流螺线管致动器提供输入电压的时间与该提供输入电压的时间和所述预定时间之和的比率，以使所述直流螺线管致动器的工作电流保持稳定。

在本发明的一个实施例中，所述方法进一步包括使所述预定频率和所述第一时间段与所述第一和第二时间段之和的比率优化匹配以与清洗泵的机械响应相一致，从而使所述清洗泵获得最佳流量范围。

附图说明

本发明的其它特点、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。其中：

图1示出了按照本发明一个实施例的控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置的结构示意图；

图2示出了按照本发明一个实施例的控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的控制过程示意图；

图3示出了按照本发明一个实施例的控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的方法的流程图。

具体实施方式

下面，将结合附图详细描述本发明的各个实施例。

图1示出了按照本发明一个实施例的控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置10的结构示意图。如图1所示，装置10包括开关S1和S2、以及控制器110。其中，开关S1耦合在输入电压源U_in和直流螺线管致动器20的一端D1之间，开关S2耦合在地GND和直流螺线管致动器20的另一端D2之间。在此为了便于理解，将直流螺线管致动器20示为电阻R和电感L的串联组合。

控制器110用于在清洗泵处于运行状态时通过开关S₁和S₂对直流螺线管致动器20进行控制。接下来，结合图2详细说明直流螺线管致动器20的控制过程。

具体而言，控制器110用于向开关S₁和S₂施加控制信号，以在时间段t₁内每隔预定的时间t_int使开关S₁和S₂同时导通，在时间段t₂内使开关S₁和S₂中的至少一个截止，并且使时间段t₁和t₂以预定的频率f₀进行重复。其中，使t_int小于直流螺线管致动器20的反应时间，使t₂大于直流螺线管致动器20的反应时间，从而使直流螺线管致动器20在时间段t₁内处于通电状态，在时间段t₂内处于断电状态。由此，通过直流螺线管致动器20的不断通断电来控制流体在清洗泵中的吸入和排出。

此外，可以通过调整开关S₁和S₂同时导通的时间t_on与间隔时间t_int和导通时间之和t_on+t_int的比率DC1来改变直流螺线管致动器20的工作电流变化率。例如，增加DC1可以使直流螺线管致动器20具有更大的工作电流。在本发明中，可以根据直流螺线管致动器20的输入电压来调整DC1。在一个范例中，DC1可以由下面的表达式给出：

DC1=(U_e/U_in)×100％

其中U_e为直流螺线管致动器20的期望工作电压，且U_in为输入电压。

由此，即使在输入电压发生变化的情况下也能够使直流螺线管致动器20具有稳定的工作电流。

在本发明的一个实施例中，可以将控制器110配置成向开关S₁施加高频脉宽调制信号，而向开关S₂施加低频脉宽调制信号。其中，高频脉宽调制信号的周期1/f₁为t_on与t_int之和，占空比DC1为t_on与（t_on+t_int）之比；而低频脉宽调制信号的周期1/f₀为t₁与t₂之和，占空比DC0为t₁与（t₁+t₂）之比。

在本发明的另一个实施例中，可以将控制器110配置成向开关S₁施加高电平信号以使其保持导通，而以间隔的方式向开关S₂施加高频脉宽调制信号。具体而言，在时间段t₁内向开关S₂施加高频脉宽调制信号，而在第二时间段t₂内向开关S₂施加低电平信号以使其截止。与上一个实施例相比，在本实施例中控制器110只需要输出高频脉宽调制信号。

作为一个范例，上述高频脉宽调制信号的周期可以在0.67ms—1ms的范围内，占空比可以在0-100％的范围内；上述低频脉宽调制信号的周期可以在50ms-200ms的范围内，占空比可以在10％—50％的范围内。

如本领域所公知的，环境温度对清洗泵中的流体流量有直接的影响。为了尽可能的降低这一影响，在发明中采用了自适应性频率控制（AFC）技术来补偿环境温度的变化。实际上，控制器110可以根据环境温度的高低来调整频率f₀从而使清洗泵中的流体流量在环境温度发生变化的情况下基本保持稳定。在一个范例中，控制器110采用查询表和/或预定的数学关系，依据来自温度传感器的数据来调节频率f₀的大小以补偿环境温度的变化。

如上所述，直流螺线管致动器20通断电一次为一个工作循环，其工作频率（即，频率f₀）和占空比（即DC0，为t₁与（t₁+t₂）之比）受控制器110的控制，这直接决定清洗泵的工作频率和工作效率。当频率f₀增大时，清洗泵的工作频率会增加，则在单位时间内清洗泵吸入和排出流体的次数相应增加；然而通电时间t₁和断电时间t₂均会减小（在恒定DC0的条件下），这直接会导致清洗泵的工作效率降低（原因在于清洗泵的机械响应滞后于直流螺线管致动器的控制响应），故清洗泵的流量未必增加。当频率f₀减小时，通电时间t₁和断电时间t₂均会增加（在恒定DCO的条件下），则清洗泵的工作效率有所增加；尽管泵的工作效率增加了，但单位时间内吸入和排出流体的次数减少了，故清洗泵的流量未必增加。因此，使频率f₀和DC0优化匹配以与清洗泵的机械响应相一致，从而使清洗泵获得最佳流量范围。

另外，装置10还可以包括续流二极管120，其阴极与直流螺线管致动器20的一端D1耦合，其阳极与直流螺线管致动器20的另一端D2耦合。在本发明中，续流二极管120用于在直流螺线管致动器20处于断电状态时将在其中产生的感应电流消耗掉，从而对装置10中的部件进行保护。

参见图3，其示出了按照本发明一个实施例的控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的方法300的流程图。

如图3所示，在步骤S310中，在清洗泵处于运行状态时，在时间段t₁内每隔预定的时间t_int向直流螺线管致动器20提供输入电压。然后，在步骤S320中，在时间段t₂内停止向直流螺线管致动器20提供输入电压。最后，在步骤S330中，以预定的频率f₀重复时间段t₁和t₂。其中，使t_int小于直流螺线管致动器20的反应时间，使t₂大于直流螺线管致动器20的反应时间，并且根据直流螺线管致动器20的输入电压调整向直流螺线管致动器20提供输入电压的时间t_on与t_on+t_int的比率DC1。在一个范例中，DC1可以由下面的表达式给出：

DC1=(U_e/U_in)×100％

其中U_e为直流螺线管致动器20的期望工作电压，且U_in为输入电压。

由此，即使在输入电压发生变化的情况下也能够使直流螺线管致动器20具有稳定的工作电流。

在本发明的一个实施例中，每隔预定的时间t_int使直流螺线管致动器20的一端D1与输入电压源U_in耦合，并且在时间段t₁内使直流螺线管致动器20的另一端D2与地GND耦合，而在时间段t₂内使直流螺线管致动器20的2另一端D1与地GND断开。

在本发明的另一个实施例中，使直流螺线管致动器20的一端D1与输入电压源U_in耦合，并且在时间段t₁内每隔预定的时间t_int使直流螺线管致动器20的另一端D2与地GND耦合，而在时间段内t₂使直流螺线管致动器20的另一端D2与地GND断开。

此外，方法300还可以包括根据环境温度的高低来调整频率f₀，从而使清洗泵中的流体流量在环境温度发生变化的情况下基本保持不变。而且，该方法还可以包括使频率f₀和t₁与（t₁+t₂）之比优化匹配以与清洗泵的机械响应相一致，从而使清洗泵获得最佳流量范围。其它变形

本领域技术人员应当理解，虽然在上面描述的实施例中，利用续流二极管来保护装置10中的部件，然而本发明并不局限于此。在本发明的其它实施例中，也可以采用其它适当的保护电路，例如由电容和电阻并联构成的保护电路来保护装置10中的部件。

本领域技术人员应当理解，上面公开的各个实施例可以在不偏离本发明的本质的情况下做出各种变形和改变，这些变形和改变都应落在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书来限定。

Claims (13)

1.一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的装置，包括：

第一开关，耦合在所述直流螺线管致动器的一端与输入电压源之间；

第二开关，耦合在所述直流螺线管致动器的另一端与地之间；以及

控制器，用于在所述清洗泵处于运行状态时向所述第一和第二开关施加控制信号，以在第一时间段内每隔预定的时间使所述第一和第二开关同时导通，在第二时间段内使所述第一和第二开关中的至少一个截止，并且使所述第一和第二时间段以预定的频率进行重复，

其中所述预定时间小于所述直流螺线管致动器的反应时间，所述第二时间段的持续时间大于所述直流螺线管致动器的反应时间，并且

其中根据所述直流螺线管致动器的输入电压调整所述第一和第二开关同时导通的时间与该同时导通的时间和所述预定时间之和的比率，以使所述直流螺线管致动器的工作电流保持稳定。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置成向所述第一开关施加第一脉宽调制信号，所述第一脉宽调制信号的周期为所述第一和第二开关同时导通的时间与所述预定时间之和，所述第一脉宽调制信号的占空比为所述第一和第二开关同时导通的时间与该同时导通的时间和所述预定时间之和的比率，并且

其中所述控制器被配置成向所述第二开关施加第二脉宽调制信号，所述第二脉宽调制信号的周期为所述第一和第二时间段之和，所述第二脉宽调制信号的占空比为所述第一时间段与所述第一和第二时间段之和的比率。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置成向所述第一开关施加高电平信号以使其保持导通，并且

其中所述控制器被配置成在所述第一时间段内向所述第二开关施加脉宽调制信号并且在所述第二时间段内向所述第二开关施加低电平信号以使其截止，所述脉宽调制信号的周期为所述第一和第二开关同时导通的时间与所述预定时间之和，所述脉宽调制信号的占空比为所述第一和第二开关同时导通的时间与该同时导通的时间和所述预定时间之和的比率。

4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括保护电路，所述保护电路与所述直流螺线管致动器并联耦合。

5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述第一和第二开关同时导通的时间与所述预定时间的比率DC1由下式确定

DC1=(U_e/U_in)×100％

其中U_e为所述直流螺线管致动器的期望工作电压，且U_in为输入电压。

6.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述控制器被配置成根据环境温度的高低调整所述预定频率。

7.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中使所述预定频率和所述第一时间段与所述第一和第二时间段之和的比率优化匹配以与清洗泵的机械响应相一致，从而使所述清洗泵获得最佳流量范围。

8.一种控制用于驱动清洗泵的直流螺线管致动器的方法，包括：

在所述清洗泵处于运行状态时，在第一时间段内每隔预定的时间向所述直流螺线管致动器提供输入电压；以及

在第二时间段内停止向所述直流螺线管致动器提供输入电压；以及

以预定的频率重复所述第一和第二时间段，

其中所述预定时间小于所述直流螺线管致动器的反应时间，所述第二时间段的持续时间大于所述直流螺线管致动器的反应时间，并且

其中根据所述直流螺线管致动器的输入电压调整向所述直流螺线管致动器提供输入电压的时间与该提供输入电压的时间和所述预定时间之和的比率，以使所述直流螺线管致动器的工作电流保持稳定。

9.如权利要求8所述的方法，其中每隔所述预定的时间使所述直流螺线管致动器的一端与输入电压源耦合，并且在所述第一时间段内使所述直流螺线管致动器的另一端与地耦合，而在所述第二时间段内使所述直流螺线管致动器的所述另一端与地断开。

10.如权利要求8所述的方法，其中使所述直流螺线管致动器的一端与输入电压源耦合，并且在所述第一时间段内每隔所述预定的时间使所述直流螺线管致动器的另一端与地耦合，而在所述第二时间段内使所述直流螺线管致动器的所述另一端与地断开。

11.如权利要求8-10中任一项所述的方法，其中向所述直流螺线管致动器提供输入电压的时间与所述预定时间的比率DC1由下式确定

DC1=(U_e/U_in)×100％

其中U_e为所述直流螺线管致动器的期望工作电压，且U_in为输入电压。

12.如权利要求8-10中任一项所述的方法，还包括根据环境温度的高低调整所述预定频率。

13.如权利要求8-10中任一项所述的方法，还包括使所述预定频率和所述第一时间段与所述第一和第二时间段之和的比率优化匹配以与清洗泵的机械响应相一致，从而使所述清洗泵获得最佳流量范围。

Images