CN105422963B - 发动机电控单体泵电磁阀控制电路 - Google Patents

发动机电控单体泵电磁阀控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机电控单体泵电磁阀控制电路，包括控制模块、电源模块以及连接在电源模块和电磁阀线圈之间用于在控制模块控制下驱动电磁阀线圈动作的升压启动模块和低压工作模块，所述升压启动模块和低压工作模块并联设置，升压启动模块和低压工作模块的受控端连接控制模块的输出端。本发明采用双电压控制方式，电磁阀动作初期，采用高电压驱动单体泵电磁阀工作，启动后切换为低电压控制电磁阀，不仅提高了电磁阀的响应速度，降低了能量消耗，减少了电磁阀的发热量，而且还能够在电磁阀断电时迅速切断电流，提高了电磁阀的通、断电的响应速度。

Description

发动机电控单体泵电磁阀控制电路
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是一种发动机电控单体泵的控制电路。
背景技术
单体泵是一种新型时间控制式喷油泵，其喷油精度明显优于传统位置控制式喷油泵，具有良好的油品耐受能力，对传统柴油机改动小、兼容性好，成本相对较低，单体泵发动机广泛应用于非道路工程机械上，发动机电控单体泵控制电路是单体泵柴油发动机系统的重要组成部分，是整个系统控制的核心。
目前，发动机电控单体泵控制技术基本上为国外所垄断，面对非道路市场对单体泵发动机越来越大的需求量，现在急需一种发动机电控单体泵控制器，而作为控制器的核心部分，发动机电控单体泵电磁阀控制电路尤为重要。通过控制电路的控制，发动机燃油喷射系统能够灵活地实现各种喷射要求。在喷射过程中，喷油驱动的理想运动特征是实现在电磁阀通电初期尽快地注入能量，以提高电磁阀的响应速度；在电磁阀通电动作后，只需要提供较小的保持电流；这样不但可以降低能量消耗、减少电磁阀的发热量，而且可以降低能量消耗、减少电磁阀的发热量，而且可以通过提高电磁阀的断电响应速度，即迅速地切断驱动电流。然而，目前发动机电控单体泵的电磁阀控制电路仅仅能够满足通电初期响应速度快的要求，启动后仍然以启动时的大电流运行，因此能耗较高。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种能耗低、能够根据发动机运行状态实现燃油喷射的电控单体泵电磁阀控制电路。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
发动机电控单体泵电磁阀控制电路，包括控制模块、电源模块以及连接在电源模块和电磁阀线圈之间用于在控制模块控制下驱动电磁阀线圈动作的升压启动模块和低压工作模块，所述升压启动模块和低压工作模块并联设置，升压启动模块和低压工作模块的受控端连接控制模块的输出端。
上述发动机电控单体泵电磁阀控制电路，所述升压启动模块包括升压单元和高压触发单元，所述升压单元包括升压控制芯片、电感、第三电容和第三功率管，升压控制芯片的电源端连接电源模块的输出端，升压控制芯片的SWO端连接第三功率管的栅极，第三功率管的漏极经电感连接电源模块的输出端，第三功率管的源极接地；所述电感还通过串联连接第三电容接地。
上述发动机电控单体泵电磁阀控制电路，所述电感与第三电容之间串联连接有第一二极管。
上述发动机电控单体泵电磁阀控制电路，所述升压启动模块还包括充放电时间控制单元，充放电时间控制单元包括串联连接在第一二极管负极与地之间的第三电阻和第七电阻，第三电阻和第七电阻的连接端连接至升压控制芯片的FB输入端。
上述发动机电控单体泵电磁阀控制电路，所述升压启动模块还包括电流采样单元，电流采样单元为连接在第三功率管的源极与地之间的采样电阻Ra。
上述发动机电控单体泵电磁阀控制电路，所述高压触发单元包括第一功率管、第一电阻和第四电阻，所述第一功率管的漏极连接升压单元的输出端，第一功率管的栅极经第一电阻连接控制模块的PWMA输出端，第一功率管的源极连接电磁阀线圈的高边端；所述第四电阻连接在第一功率管的栅极和源极之间。
上述发动机电控单体泵电磁阀控制电路，所述低压工作模块包括第二功率管、第二电阻和第五电阻，所述第二功率管的漏极连接电源模块的输出端，第二功率管的栅极经第二电阻连接控制模块的PWMB输出端，第二功率管的源极经第二二极管连接电磁阀线圈的高边端；所述第五电阻并连接在第二功率管的栅极和源极之间。
上述发动机电控单体泵电磁阀控制电路，所述电磁阀线圈的低边端与地之间设置有辅助驱动单元，所述辅助驱动单元包括第四功率管、第九电阻、第十电阻和第四二极管，所述第四功率管的漏极连接电磁阀线圈的低边端，第四功率管的栅极连接控制模块的PWMC输出端，第四功率管的源极接地；所述第十电阻连接在第四功率管的栅极和源极之间，第四二极管连接在电磁阀线圈的低边端与地之间。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明采用双电压控制方式，电磁阀动作初期，采用高电压驱动单体泵电磁阀工作，启动后切换为低电压控制电磁阀，不仅提高了电磁阀的响应速度，降低了能量消耗，减少了电磁阀的发热量，而且还能够在电磁阀断电时迅速切断电流，提高了电磁阀的通、断电的响应速度。另外，本发明的驱动电路采用半桥驱动，电磁阀线圈两端分别连接一功率管，任何一个功率管都可以控制喷油电磁阀不工作，实现更加灵活和更加复杂的控制逻辑，同时提高了安全系数，因此能够适应安全性能苛刻的场合。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为具体实施例的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其结构框图如图1所示，包括控制模块、低压工作模块、升压启动模块、充放电时间控制单元、电流采样单元、辅助驱动单元以及电源模块。控制模块分别与低压工作模块、升压启动模块以及辅助驱动单元连接，低压工作模块和升压启动模块并联连接在电源模块和电磁阀线圈之间，辅助驱动单元连接在电磁阀线圈和地之间；低压工作模块、升压启动模块以及辅助驱动单元在控制模块的指令下工作，进一步改变电磁阀的工作状态。
升压启动模块包括升压单元、高压触发单元、充放电时间控制单元和电流采样单元。升压单元用于对电源模块输出的电压进行升压操作；高压触发单元用于在发动机启动时驱动电磁阀线圈动作；充放电时间控制单元能够实现充放电的时间的智能控制；电流采样单元用于采集升压单元的工作电流，以保证升压单元工作在安全范围内。
本实施例的电路图如图2所示。其中，电源模块输出端的C1、C2为电源滤波电容。
升压单元包括升压控制芯片U1、电感L1、第三电容C3和第三功率管Q3，升压控制芯片U1采用TLE8386-2EL。升压控制芯片U1的IN电源端连接电源模块的输出端VBAT，升压控制芯片的SWO端连接第三功率管Q3的栅极，第三功率管Q3的漏极经电感L1连接电源模块的输出端，第三功率管Q3的源极接地；所述电感L1还通过串联连接的第三电容C3接地。升压控制芯片U1通过重复控制第三功率管Q3的通断，来给电感L1、第三电容C3充放电，实现在第三电容C3两端有高于输入电压的高电压，以驱动电磁阀线圈工作。为防止第三电容C3对地放电，在电感L1与第三电容C3之间串联连接有第一二极管D1。
升压单元中的R6、R8、C4、C5、C6为升压控制芯片U1的外围电路，升压控制芯片U1的EN、SYNC端与控制模块的输出端相连，控制第三功率管Q3的输出。
充放电时间控制单元包括串联连接在第一二极管D1负极与地之间的第三电阻R3和第七电阻R7，第三电阻R3和第七电阻R7的连接端连接至升压控制芯片U1的FB输入端。升压控制芯片U1采集第三电阻R3和第七电阻R7之间的电压，来确定是否控制第三功率管Q3给电路充电，若采集的电压低于设定值，则控制第三功率管Q3断开，给第三电容C3充电；若采集电压高于设定值，则控制第三功率管Q3导通，第三电容C3持续放电，这个通断的过程不断重复，就可以在第三电容C3的两端得到高于输入电压的电压，此时，即能控制电磁阀初始运动阶段被注入大的能量，实现迅速响应。
电流采样单元为连接在第三功率管的源极与地之间的采样电阻Ra，用于检测峰值电流，确保升压控制芯片和Q3在安全范围内工作。
高压触发单元包括第一功率管Q1、第一电阻R1和第四电阻R4，第一功率管Q1的漏极连接升压单元的输出端，即第三电容的正极端；第一功率管Q1的栅极经第一电阻R1连接控制模块的PWMA输出端，第一功率管Q1的源极连接电磁阀线圈的高边端；第四电阻R4连接在第一功率管的栅极和源极之间。
低压工作模块包括第二功率管Q2、第二电阻R2和第五电阻R5，第二功率管Q2的漏极连接电源模块的输出端，第二功率管Q2的栅极经第二电阻R2连接控制模块的PWMB输出端，第二功率管Q2的源极经第二二极管D2连接电磁阀线圈的高边端；第五电阻R5并连接在第二功率管的栅极和源极之间。第二二极管D2为防反接二极管。
辅助驱动单元串联连接在电磁阀线圈的低边端与地之间，包括第四功率管Q4、第九电阻R9、第十电阻R10和第四二极管D4，第四功率管Q4的漏极连接电磁阀线圈LL的低边端，第四功率管Q4的栅极连接控制模块的PWMC输出端，第四功率管Q4的源极经采样电阻Rb接地；第十电阻R10连接在第四功率管Q4的栅极和源极之间，第四二极管D4作为防反接二极管连接在电磁阀线圈的低边端与地之间。采样电阻Rb用于监测电磁阀线圈工作电流值，通过测得第四功率管Q4两端的端电压和采样电阻Rb计算获得。
本发明中的高压触发单元和辅助驱动单元构成半桥驱动支路，低压工作模块和辅助驱动单元构成工作支路；控制模块通过对第一功率管Q1、第四功率管Q4或者第二功率管Q2、第四功率管Q4导通状态的控制实现对电磁阀线圈的控制，实现更加灵活和更加复杂的控制逻辑，同时提高了安全系数。其中，R1、R2、R9为限流电阻，R4、R5、R10为下拉电阻，PWMA、PWMB、PWMC为控制模块输出的占空比信号，可以实现对Q1、Q2、Q4导通状态的精确控制。R1、R2、R9为限流电阻，R4、R5、R10为下拉电阻本实施例中，在电磁阀线圈LL的两端还并接了续流二极管D3。
本发明的工作原理如下。
首先，给第三电容C3充电。充电过程中，升压控制芯片U1控制第三功率管Q3导通，这时，输入电压经过C1、C2滤波，流过电感L1。由于输入的是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比例跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。当第三功率管Q3断开时，由于电感电流的保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是很缓慢地由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新的电路放电，即电感开始给第三电容C3充电，第三电容两端电压升高，此时，电压已经高于输入电压了，升压完毕。
放电时，电感放出能量。如果电容量足够大，那么输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容的两端得到高于输入电压的电压。
其次，通过控制第一功率管Q1、第四功率管Q4的导通，使高电压依次通过第一功率管Q1、电磁阀线圈、第四功率管Q4构成的驱动支路，即能以高电压状态控制喷油电磁阀启动。
当电磁阀启动后，则不需要高电压控制，通过控制第二功率管Q2、第四功率管Q4导通，正常的输入电压直接通过第二功率管Q2、电磁阀线圈、第四功率管Q4构成工作支路，使电磁阀工作在低压状态下，降低了能耗。

Claims (7)

1.发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其特征在于：包括控制模块、电源模块以及连接在电源模块和电磁阀线圈之间用于在控制模块控制下驱动电磁阀线圈动作的升压启动模块和低压工作模块，所述升压启动模块和低压工作模块并联设置，升压启动模块和低压工作模块的受控端连接控制模块的输出端；所述电磁阀线圈的低边端与地之间设置有辅助驱动单元，所述辅助驱动单元包括第四功率管、第九电阻、第十电阻和第四二极管，所述第四功率管的漏极连接电磁阀线圈的低边端，第四功率管的栅极连接控制模块的PWMC输出端，第四功率管的源极接地；所述第十电阻连接在第四功率管的栅极和源极之间，第四二极管连接在电磁阀线圈的低边端与地之间。
2.根据权利要求1所述的发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其特征在于：所述升压启动模块包括升压单元和高压触发单元，所述升压单元包括升压控制芯片、电感、第三电容和第三功率管，升压控制芯片的电源端连接电源模块的输出端，升压控制芯片的SWO端连接第三功率管的栅极，第三功率管的漏极经电感连接电源模块的输出端，第三功率管的源极接地；所述电感还通过串联连接第三电容接地。
3.根据权利要求2所述的发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其特征在于：所述电感与第三电容之间串联连接有第一二极管。
4.根据权利要求3所述的发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其特征在于：所述升压启动模块还包括充放电时间控制单元，充放电时间控制单元包括串联连接在第一二极管负极与地之间的第三电阻和第七电阻，第三电阻和第七电阻的连接端连接至升压控制芯片的FB输入端。
5.根据权利要求2所述的发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其特征在于：所述升压启动模块还包括电流采样单元，电流采样单元为连接在第三功率管的源极与地之间的采样电阻Ra。
6.根据权利要求2所述的发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其特征在于：所述高压触发单元包括第一功率管、第一电阻和第四电阻，所述第一功率管的漏极连接升压单元的输出端，第一功率管的栅极经第一电阻连接控制模块的PWMA输出端，第一功率管的源极连接电磁阀线圈的高边端；所述第四电阻连接在第一功率管的栅极和源极之间。
7.根据权利要求1所述的发动机电控单体泵电磁阀控制电路，其特征在于：所述低压工作模块包括第二功率管、第二电阻和第五电阻，所述第二功率管的漏极连接电源模块的输出端，第二功率管的栅极经第二电阻连接控制模块的PWMB输出端，第二功率管的源极经第二二极管连接电磁阀线圈的高边端；所述第五电阻并连接在第二功率管的栅极和源极之间。
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