CN105888865B

CN105888865B - 螺线管驱动装置

Info

Publication number: CN105888865B
Application number: CN201610084009.4A
Authority: CN
Inventors: 若井元志; 木村方哉
Original assignee: Keihin Dock Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-06
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2036-02-06
Also published as: CN105888865A; DE102016201959A1; JP6544937B2; JP2016149469A; US20160240299A1; US9966175B2; DE102016201959B4

Abstract

螺线管驱动装置。一种螺线管驱动装置(10)的电压限制电路(32)包括限制通过升压电压电源电路(14)生成的升压电压的值的功能。电压限制电路(32)配备有升压电压比较单元(52)和升压电压放电单元(54)。升压电压比较单元(52)比较升压电压的分压值与参考电压值，并且在分压值高于参考电压值的情况下，升压电压放电单元(54)将分压值降低为小于或等于参考电压值。

Description

螺线管驱动装置

技术领域

本发明涉及一种驱动充当电感负载的螺线管(solenoid)的螺线管驱动装置。

背景技术

对于直接向发动机的气缸内部喷射燃油的燃油喷射装置(喷油器)，通过对充当电感负载的螺线管强加高压并且使得其中流过大电流来导致喷油器的阀门开启状态，随后，通过使小的保持电流流向螺线管来维持阀门开启状态。在这种情况下，使电源电压升压并且通过诸如DC-DC转换器等的升压电压电源装置来生成高压(升压电压)，并且通过将升压电压施加到螺线管来将喷油器置于阀门开启状态。

在日本专利No.4343380中，公开了通过将作为电压限制装置的恒压二极管相对于构成DC-DC转换器的高压充电电容器并联连接来限制升压电压的值(电容器的电压值)使其小于或等于预定电压值的特征。

发明内容

然而，当使用这种恒压二极管时，恒压二极管本身在限制升压电压期间生成热。因此，当限制升压电压的值时，恒压二极管的电压精度劣化。结果，施加到螺线管的升压电压的值趋向于变化，并且存在从喷油器喷射到气缸内部的燃油喷射量发生变化的可能性。

在考虑到上述问题的同时设计出本发明，本发明的目的在于提供一种能够抑制升压电压的值由于热而发生的变化的螺线管驱动装置。

本发明涉及一种螺线管驱动装置，包括：螺线管驱动单元，其被配置为驱动螺线管；升压电压电源单元，其被配置为通过将提供给螺线管驱动单元的电源电压升压来生成升压电压；再生单元，其被配置为当螺线管驱动单元关断时在升压电压电源单元中再生出通过螺线管生成的再生能量；以及升压电压限制单元，其被配置为限制升压电压的值使其小于或等于预定电压值。

另外，为了实现上述目的，在该螺线管驱动装置中，升压电压限制单元还包括：升压电压比较单元，其被配置为比较升压电压的值与预定电压值；以及升压电压放电单元，其被配置为在升压电压比较单元确定升压电压的值高于预定电压值的情况下减小升压电压的值。

利用升压电压电源单元，由于通过再生单元从螺线管向升压电压电源单元再生再生能量，生成过度升压的电压。升压电压限制单元将电压被过度升压的升压电压的值限制为小于或等于预定电压值。在这种情况下，升压电压放电单元负责限制升压电压的值的功能并且在限制电压时生成热。

因此，根据本发明，比较升压电压的值与预定电压值的升压电压比较单元以及升压电压放电单元彼此分离地设置。因此，来自升压电压放电单元的热对升压电压比较单元的影响被抑制，升压电压比较单元中确定升压电压的值的处理可高精度地进行。

结果，利用本发明，可抑制由热导致的升压电压的值的变化。另外，可进行电路配置的布局以抑制热对升压电压比较单元的影响。

另外，在本发明中，术语“螺线管”包括各种类型的螺线管的含义，例如上述喷油器的螺线管以及向喷油器供应燃油的燃油泵的螺线管等。因此，根据本发明的螺线管驱动装置不限于喷油器和燃油泵的驱动控制装置，能够被应用于用于驱动各种类型的螺线管的驱动控制装置。

顺便提一句，根据日本专利No.4343380，用于限制电流值的装置没有设置在地与电容器和恒压二极管之间的路径中。因此，当限制升压电压时，从电容器流动的放电电流的波形变陡，并且存在电容器将变得劣化从而导致其电容值降低的问题等。

因此，在本发明中，升压电压放电单元还包括：开关单元，其被配置为基于升压电压比较单元的判断结果导通或关断；以及电流限制电阻装置，其被配置为当开关单元导通时限制在升压电压电源单元中流动的放电电流。由于通过电流限制电阻装置抑制放电电流的值并且防止放电电流的波形变陡，所以可有效地防止电容器的劣化。

另外，如果电流限制电阻装置通过被分成多个电阻器来构成，则可在各个电阻器之间划分电流限制电阻装置所消耗的功率。通过此特征，各个电阻器的电阻值和额定功率可降低。

另外，如果多个电阻器串联连接，则各个电阻器变得易于被铺设在基板上。

本发明的以上和其它目的、特征和优点将从以下结合附图的描述变得更显而易见，附图中通过例示性示例示出了本发明的优选实施方式。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的螺线管驱动装置的电路图；

图2是图1所示的电压限制电路的电路图；

图3A是电流限制电阻装置的各个电阻器并联连接的情况的电路图；以及

图3B是电流限制电阻装置的各个电阻器串联连接的情况的电路图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述根据本发明的螺线管驱动装置的优选实施方式。

如图1所示，例如，根据本实施方式的螺线管驱动装置10可被应用于直接向发动机的气缸中喷射燃油的直接喷射型喷油器的驱动控制装置以及向上述喷油器供应燃油的燃油泵的驱动控制装置。更具体地讲，螺线管驱动装置10包括相对于车辆的电池12并联连接的升压电压电源电路(升压电压电源单元)14以及螺线管驱动电路(螺线管驱动单元)16。

升压电压电源电路14通过将电池12的电源电压升压来生成高压(升压电压)，并且通过将所生成的升压电压提供给喷油器等的高压驱动电路18来操作高压驱动电路18。

更具体地讲，在升压电压电源电路14中，线圈20的一端连接到电池12的正极，而线圈20的另一端连接到N沟道增强模式MOSFET 22的漏极端子。MOSFET 22的源极端子连接到电池12的负(接地)电极。MOSFET 22的栅极端子连接到控制单元24。寄生二极管26形成在MOSFET 22的漏极端子与源极端子之间。

由二极管28和电容器30构成的串联电路相对于MOSFET 22并联连接。更具体地讲，二极管28的阳极端子连接到线圈20的另一端和MOSFET 22的漏极端子。二极管28的阴极端子连接到电容器30(是电解电容器)。电压限制电路(电压限制单元)32和高压驱动电路18并联连接到生成升压电压的高压充电电容器30

另一方面，通过将电池12的电源电压施加到燃油泵34的螺线管36的螺线管驱动电路16，螺线管36作为电感负载被驱动。

更详细地，利用螺线管驱动电路16，由P沟道增强模式MOSFET 38和二极管40构成的串联电路相对于电池12并联连接。更具体地讲，MOSFET 38的漏极端子连接到电池12的正极，MOSFET 38的源极端子和二极管40的阴极端子彼此连接，二极管40的阳极端子连接到电池12的负极。MOSFET 38的栅极端子连接到控制单元42，寄生二极管44形成在MOSFET 38的漏极端子与源极端子之间。

螺线管36的一端连接在MOSFET 38的源极端子与二极管40的阴极端子之间。螺线管36的另一端通过N沟道增强模式MOSFET 46连接到电池12的负极。更具体地讲，MOSFET 46的漏极端子连接到螺线管36的另一端，MOSFET 46的源极端子连接到电池12的负极，寄生二极管48形成在MOSFET 46的漏极端子与源极端子之间。MOSFET 46的栅极端子连接到控制单元42。

二极管(再生单元)50的阳极端子连接在螺线管36的另一端与MOSFET 46的漏极端子之间，二极管50的阴极端子连接在电容器30与构成升压电压电源电路14的二极管28的阴极端子之间。

电压限制电路32是用于限制升压电压的值的升压电压限制单元，并且如图2所示，包括升压电压比较单元52和升压电压放电单元54。

升压电压比较单元52包括三个电阻器56至60和比较器62。由两个电阻器56、58构成的串联电路相对于电容器30并联连接。比较器62的正相输入端子(+输入端子)连接到两个电阻器56、58之间的连接点，比较器62的反相输入端子(-输入端子)连接到电阻器60。

在这种情况下，通过两个电阻器56和58分压的升压电压被提供给比较器62的正相输入端子，而通过电阻器60将参考电压提供给反相输入端子。比较器62的输出端子连接到构成升压电压放电单元54的MOSFET(开关单元)64的栅极端子。

升压电压放电单元54包括N沟道增强模式MOSFET 64和电流限制电阻装置66。在这种情况下，由MOSFET 64和电流限制电阻装置66构成的串联电路相对于电容器30、由两个电阻器56、58构成的串联电路以及高压驱动电路18并联连接。

更具体地讲，电流限制电阻装置66的一端相对于电容器30和高压驱动电路18以及电阻器56的一端连接。电流限制电阻装置66的另一端连接到MOSFET 64的漏极端子。MOSFET64的源极端子连接到电容器30和高压驱动电路18以及电阻器58的另一端。

电流限制电阻装置66通过将多个电阻器68串联连接在一起来构成。更具体地讲，电流限制电阻装置66通过利用布线70将单独的多个电阻器68串联连接来构造。作为其一个示例，如图2所示，示出通过利用九条布线70将八个电阻器68串联连接来构造电流限制电阻装置66的情况。

根据本实施方式的螺线管驱动装置10基本上如上所述构造。接下来，参照图1和图2，将描述螺线管驱动装置10的连接操作。在这种情况下，将分别描述螺线管驱动装置10的升压电压电源电路14、螺线管驱动电路16、二极管50和电压限制电路32的操作。

首先，将描述升压电压电源电路14的操作。

当控制单元24将选通信号提供给MOSFET 22的栅极端子时，MOSFET 22的漏极端子与源极端子之间的结从关断切换为导通。因此，电流通过线圈20和MOSFET 22从电池12的正极流向电池12的负极。

接下来，当控制单元24通过停止提供选通信号而使MOSFET 22关断时，在线圈20中流动的电流通过二极管28流向电容器30并且对电容器30充电。因此，在电容器30中生成电池12的电源电压被升压的高压(升压电压)。所生成的升压电压被施加到例如高压驱动电路18，并且作为高压驱动电路18驱动构成喷油器的螺线管。

例如，通过控制单元24执行PWM控制(其通过调节作为选通信号的脉冲信号的脉冲宽度来改变升压电压的值)，期望的值和持续时间的升压电压从升压电压电源电路14施加到高压驱动电路18，从而使得喷油器的螺线管能够被驱动。另外，通过控制单元24执行PWM控制，固定值和固定宽度的脉冲电压(升压电压)从升压电压电源电路14重复地施加到高压驱动电路18，由此可维持螺线管的被驱动状态。

接下来，将描述螺线管驱动电路16的操作。

当控制单元42将选通信号分别提供给MOSFET 38和MOSFET 46的栅极端子时，MOSFET 38、46的漏极端子与源极端子之间的结二者均从关断切换为导通。因此，电流通过MOSFET 38、螺线管36和MOSFET 46从电池12的正极流向电池12的负极。结果，由于电池12的电源电压被施加到螺线管36，燃油泵34被驱动，并且燃油可被供应给喷油器。

此外，当停止从控制单元42向MOSFET 38、46的栅极端子提供选通信号时，MOSFET38、46分别切换为关断，随之螺线管36的驱动暂停。另外，例如，利用控制单元42，在MOSFET46导通的条件下，固定宽度的脉冲作为选通信号被重复地提供给MOSFET 38，由此重复地实现MOSFET 38的导通和关断状态，可按照预定电流驱动螺线管36。

另外，在MOSFET 46处于导通状态的时候MOSFET 38重复地导通和关断的情况下，在螺线管36中生成浪涌电压，由浪涌电压导致的电流通过MOSFET 46、电池12的负极和二极管40从螺线管36的另一端被换流至一端。在这种情况下，由于MOSFET 38导通和关断的周期较短，所以换流能量可减小。

接下来，将描述作为再生单元的二极管50的操作。

当停止从控制单元42向MOSFET 38、46的栅极端子提供选通信号并且MOSFET 38、46关断时，在螺线管36中生成浪涌电压，并且电流通过二极管50从螺线管36的另一端流向电容器30的正电极侧。电流是再生电流，其流动以便在电容器30中生成已经累积在螺线管36中的再生能量(导致浪涌电压)，继而通过二极管50、电容器30、电池12的负极和二极管40从螺线管36的另一端流向螺线管36的一端。结果，通过在作为电感负载的螺线管36中流动的再生电流，螺线管36的再生能量累积并存储在电容器30中。

接下来，将描述作为升压电压限制单元的电压限制电路32的操作。

如先前所讨论的，再生电流从螺线管36流向电容器30，并且由于螺线管36的再生能量被累积并存储在电容器30中，通过升压电压电源电路14生成过度升压的电压。因此，需要限制变得过度的升压电压的值使其小于或等于预定电压值。

传统上，例如如日本专利No.4343380中所公开的，通过相对于电容器并联连接恒压二极管，升压电压的值被限制为小于或等于预定电压值。然而，当使用恒压二极管时，恒压二极管本身在限制升压电压期间生成热。因此，当限制升压电压的值时，恒压二极管的电压精度劣化。结果，施加到高压驱动电路的升压电压的值趋向于变化，并且存在从喷油器向气缸内部喷射的燃油喷射量发生变化的可能性。

因此，利用根据本实施方式的螺线管驱动装置10，如图1和图2所示，电压限制电路32与电容器30并联连接。

在这种情况下，升压电压通过两个电阻器56、58来分压，并且在这种分压之后，升压电压被提供给升压电压比较单元52的比较器62的正相输入端子。比较器62比较在其分压之后的升压电压的值(分压值)与通过电阻器60输入到反相输入端子的参考电压的值(与预定电压值对应的参考电压值)。

更具体地讲，在分压值小于或等于参考电压值的情况下，比较器62从输出端子输出基本上零(0)电平信号(低电平信号)，而在分压值超过参考电压值的情况下，比较器62从输出端子输出高电平信号。换句话讲，比较器62比较分压值与参考电压值，并且如果确定分压值高于参考电压值，则将高电平信号提供给MOSFET 64的栅极端子。

在从比较器62的输出端子向栅极端子提供低电平信号的情况下，升压电压放电单元54的MOSFET 64维持漏极端子与源极端子之间的关断状态，而在从输出端子向栅极端子提供高电平信号的情况下，MOSFET 64使漏极端子与源极端子之间的结导通。

因此，如果MOSFET 64导通，则电流限制电阻装置66的另一端子通过MOSFET 64连接到电容器30的负极。结果，累积并存储在电容器30中的能量放电，成为从电容器30的正端子通过电流限制电阻装置66和MOSFET 64流向电容器30的负端子的放电电流。

在这种情况下，由于电流限制电阻装置66被设置在放电电流流经的路径中，所以可抑制放电电流的值，并且可防止放电电流的波形变陡。

比较器62能够一直监测升压电压的值。因此，通过使累积并存储在电容器30中的能量放电，如果分压值小于或等于参考电压值，从输出端子输出低电平信号。因此，MOSFET64从导通切换为关断，电容器30的放电操作可停止。

如上面已描述的，依据根据本实施方式的螺线管驱动装置10，电压限制电路32还包括：升压电压比较单元52，用于比较升压电压的值(分压值)与预定电压值(与之对应的参考电压值)；以及升压电压放电单元54，用于在升压电压比较单元52确定分压值高于参考电压值的情况下减小升压电压的值。

由于通过二极管50从螺线管36向升压电压电源电路14中再生的再生能量，通过升压电压电源电路14生成过度升压的电压。电压限制电路32限制电压过度升压的升压电压的值使其小于或等于预定电压值。在这种情况下，升压电压放电单元54负责限制升压电压的值的功能，并且在限制电压时生成热。

根据本实施方式，比较升压电压的分压值与参考电压值的升压电压比较单元52以及升压电压放电单元54彼此分离地设置。因此，来自升压电压放电单元54的热对升压电压比较单元52的影响被抑制，在升压电压比较单元52中确定升压电压的值的处理可按照高精度来进行。

结果，通过本实施方式，可抑制由热导致的升压电压的值的变化。另外，可进行电路配置的布局以抑制热对升压电压比较单元52的影响。

顺便提一句，根据日本专利No.4343380，用于限制电流值的单元没有设置在地与电容器和恒压二极管之间的路径中。因此，当限制升压电压时，从电容器流动的放电电流的波形变陡，并且存在电容器将变得劣化从而导致其电容值降低等问题。

因此，在本实施方式中，升压电压放电单元54还包括：MOSFET 64，其基于升压电压比较单元52的判断结果来导通或关断；以及电流限制电阻装置66，其限制当MOSFET 64导通时流动的放电电流。由于通过电流限制电阻装置66抑制放电电流的值并且可防止放电电流的波形变陡，所以可有效地防止电容器30劣化。

另外，电流限制电阻装置66通过被分成多个电阻器68来构成，由此可在各个电阻器68之间划分电流限制电阻装置66所消耗的功率。通过此特征，各个电阻器68的电阻值和额定功率可降低。

另外，通过将多个电阻器68串联连接在一起，各个电阻器68变得易于被铺设在基板上。关于此结果，将参照图3A和图3B更详细地给出描述。

图3A示出根据比较例的电流限制电阻装置72，其中多个电阻器68并联连接。在这种情况下，电流限制电阻装置72的八个单独的电阻器68并联连接，因此，总共需要十六条布线70，其中八条在电流限制电阻装置72的一端侧，八条在另一端侧。因此，当各个电阻器68被铺设在基板(未示出)上时，难以自由地铺设各个电阻器68。

与之相比，在图3B所示的本实施方式中的电流限制电阻装置66中，多个电阻器68串联连接。在这种情况下，电流限制电阻装置66使得八个单独的电阻器68能够仅利用总共九条布线70就连接起来。因此，各个电阻器68能够被自由地铺设在基板上。

根据本发明的螺线管驱动装置不限于上述实施方式，在不脱离本发明的实质的情况下，这里可采用各种附加或修改配置。

以上描述了当从燃油泵34的螺线管36通过二极管50在电容器30中再生出再生能量时，通过电压限制电路32限制升压电压的值的情况。然而，本实施方式不限于以上描述，即使在从喷油器的螺线管通过未示出的二极管在电容器30中再生出再生能量的情况下，也可通过电压限制电路32类似地限制升压电压的值。另外，尽管未示出，在本实施方式中，通过向升压电压比较单元52的比较器62增加迟滞电路，可防止升压电压的振荡。另外，本发明不限于构成喷油器和燃油泵34的部件的螺线管的驱动控制装置，可被应用于用于驱动各种类型的螺线管的驱动控制装置。

Claims

1.一种螺线管驱动装置(10)，该螺线管驱动装置包括：

螺线管驱动单元(16)，该螺线管驱动单元被配置为驱动螺线管(36)；

升压电压电源单元(14)，该升压电压电源单元被配置为通过将提供给所述螺线管驱动单元(16)的电源电压升压来生成升压电压；

再生单元(50)，该再生单元被配置为当所述螺线管驱动单元(16)关断时，在所述升压电压电源单元(14)中再生通过所述螺线管(36)生成的再生能量；以及

升压电压限制单元(32)，该升压电压限制单元被配置为将所述升压电压的值限制为小于或等于预定电压值，

其中，所述升压电压限制单元(32)还包括：

升压电压比较单元(52)，该升压电压比较单元被配置为比较所述升压电压的所述值与所述预定电压值；以及

升压电压放电单元(54)，该升压电压放电单元被配置为在所述升压电压比较单元(52)确定所述升压电压的所述值高于所述预定电压值的情况下，减小所述升压电压的所述值，

所述升压电压比较单元(52)包括：

2个电阻器(56、58)的串联电路，该串联电路与所述升压电压电源单元(14)并联连接，在所述再生能量在所述升压电压电源单元(14)中再生的情况下，对所述升压电压进行分压；以及

比较器(62)，其对被分压后的所述升压电压的值即分压值与对应于所述预定电压值的基准电压值进行比较，

其中，所述升压电压放电单元(54)还包括：

开关单元(64)，当所述比较器(62)判定为所述分压值高于所述基准电压值时，该开关单元(64)导通，另一方面，当所述比较器(62)判定为所述分压值为所述基准电压值以下时，该开关单元(64)关断；以及

电流限制电阻装置(66)，该电流限制电阻装置被配置为当所述开关单元(64)导通时，限制在所述升压电压电源单元(14)中流动的放电电流，

所述升压电压电源单元(14)具备电容器(30)，所述电容器(30)的两端分别与所述电流限制电阻装置(66)的两端连接，当所述电容器(30)放电时，放电电流从所述电容器(30)的正端子经由所述电流限制电阻装置(66)流向电容器(30)的负端子。

2.根据权利要求1所述的螺线管驱动装置(10)，其中，所述电流限制电阻装置(66)通过被分成多个电阻器(68)来构成。

3.根据权利要求2所述的螺线管驱动装置(10)，其中，所述多个电阻器(68)串联连接。