CN108131487A - 一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统 - Google Patents

一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统 Download PDF

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CN108131487A CN201711387677.5A CN201711387677A CN108131487A CN 108131487 A CN108131487 A CN 108131487A CN 201711387677 A CN201711387677 A CN 201711387677A CN 108131487 A CN108131487 A CN 108131487A
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Abstract

本发明公开了一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统。包括高边开关P沟道MOS管，高边开关P沟道MOS管的G端与高边控制信号连接，S端与电源连接，D端分别与电流采样高边、采样电阻的一端和第二向下续流二极管的负极连接；第二向下续流二极管的正极接地；采样电阻的另一端分别与电流采样低边和输出高边连接；所述的电源还与向上续流二极管的负极连接，向上续流二极管的正极分别与低边开关MOS管的S端和第一向下续流二极管的负极连接，第一向下续流二极管的正极接地；低边开关MOS管的G端与低边控制信号连接，低边开关MOS管的D端接地。本发明具有适用性强，测试参数范围广和结构简单的特点。

Description

一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统
技术领域
本发明涉及一种电磁阀驱动器，特别是一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统。
背景技术
汽车、飞机液压控制中油量输出时，需要按一定占空比流量输出油量，这就需要对各油路的油量进行控制；而控制油路油量主要是通过控制电磁阀的闭合/张开占空比实现；为了掌握油量在运行时精确的运行工况，就需要对不同情况下有路油量的输出进行测试；此时，就需要一种装置能对各电磁阀的闭合/张开频率、占空比进行控制，以得到不同参数情况下的油量输送情况。目前的电磁阀主要通过电磁阀驱动器进行控制，但是现有的电磁阀驱动器驱动存在下述缺点：一种电磁阀驱动器只能对应的匹配一种类型的电磁阀(因不同类型的电磁阀其控制参数不同)，其使用的限制性较大，电磁阀驱动器参数的设定范围较小。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统。本发明具有适用性强，测试参数范围广和结构简单的特点。
本发明的技术方案：一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统，包括高边开关P沟道MOS管，高边开关P沟道MOS管的G端与高边控制信号连接，S端与电源连接，D端分别与电流采样高边、采样电阻的一端和第二向下续流二极管的负极连接；第二向下续流二极管的正极接地；采样电阻的另一端分别与电流采样低边和输出高边连接；所述的电源还与向上续流二极管的负极连接，向上续流二极管的正极分别与低边开关MOS管的S端和第一向下续流二极管的负极连接，第一向下续流二极管的正极接地；低边开关MOS管的G端与低边控制信号连接，低边开关MOS管的D端接地。
前述的多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统中，所述的高边开关P沟道MOS管的G端还与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与电源连接。
前述的多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统中，所述的电源还分别与电解电容的正极和电容的一端连接，电解电容的负极接地，电容的另一端接地。
前述的多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统中，所述的低边开关MOS管的G端还与第二第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过IC芯片输出不同的驱动电压信号(即高边控制信号或低边控制信号)对高边开关P沟道MOS管进行控制，同时根据电流反馈信号(即电流采样高边或电流采样低边)对低边开关MOS管进行控制。根据电流下降拖尾方式，当不需要续流时，打开低边开关MOS管，当需要向上或向下续流时，断开低边开关MOS管，以此能够实现7种工作模式的工作状态(分别是：基本工作模式、单维持工作模式、双维持工作模式、低分辨率连续电流模式、高分辨率连续电流模式、长时间测试模式、固定双维持模式)；由此可知,本发明不仅结构简单，而且7种不同的工作模式能够匹配多种电磁阀的参数(例如基本工作模式可用于高速开关电磁阀；双维持工作模式可用于高速比例电磁阀)，通过本发明的7种工作模式能够运用于高速/普通开关电磁阀，高速/普通比例电磁阀，覆盖绝大部分10-30V驱动的电磁阀，因此其适用性强，使用范围广；本发明能够得到不同负载电流参数下的电磁阀的开合度，从而得到不同电流参数下油量的输出比例，其测试的结果更精确，测试的参数范围更广。本发明通过不同频率、占空比的电压、输出不同频率、不同数值、不同占空比的电流脉冲信号，易控制电磁阀开合度，其控制更加精确，进而也是测试结果更加精确。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是基本工作模式的驱动电压信号和负载电流信号波形图；
图3是单维持工作模式的驱动电压信号和负载电流信号波形图；
图4是双维持工作模式的驱动电压信号和负载电流信号波形图；
图5是低分辨率连续电流模式的驱动电压信号和负载电流信号波形图；
图6是高分辨率连续电流模式的驱动电压信号和负载电流信号波形图；
图7是长时间测试模式的驱动电压信号和负载电流信号波形图；
图8是固定双维持模式的驱动电压信号和负载电流信号波形图。
附图中的标记为：Q1-高边开关P沟道MOS管，Q2-低边开关MOS管，R1-采样电阻，R2-第一电阻，R3-第二电阻，SD1-向上续流二极管，SD2-第二向下续流二极管，SD3-第一向下续流二极管，E1-电解电容，C1-电容。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统，构成如图1所示，包括高边开关P沟道MOS管Q1，高边开关P沟道MOS管Q1的G端与高边控制信号pGate连接，S端与电源Pwr连接，D端分别与电流采样高边mPickH、采样电阻R1的一端和第二向下续流二极管SD2的负极连接；第二向下续流二极管SD2的正极接地；采样电阻R1的另一端分别与电流采样低边mPickL和输出高边solnH连接；所述的电源Pwr还与向上续流二极管SD1的负极连接，向上续流二极管SD1的正极分别与低边开关MOS管Q2的S端和第一向下续流二极管SD3的负极连接，第一向下续流二极管SD3的正极接地；低边开关MOS管Q2的G端与低边控制信号nGate连接，低边开关MOS管Q2的D端接地。
前述的高边开关P沟道MOS管Q1的G端还与第一电阻R2的一端连接，第一电阻R2的另一端与电源Pwr连接。
前述的电源Pwr还分别与电解电容E1的正极和电容C1的一端连接，电解电容E1的负极接地，电容C1的另一端接地。
前述的低边开关MOS管Q2的G端还与第二电阻R3的一端连接，第二电阻R3的另一端接地。
通过上述的第一电阻R2、电解电容E1和电容C1和第二电阻R3能够起到抗干扰的作用。
上述的多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统能够实现下述7中工作模式：
1.基本工作模式
该模式为常用的电磁阀驱动模式；
控制参数：基本频率F1、基本占空比D1；
实现方式：高边开关P沟道MOS管Q1根据图2的驱动电压信号控制开/闭，得到图2的负载电流信号，负载电流信号由输出高边solnH或输出低边solnL输出，控制电磁阀的开合度；低边开关MOS管Q2常开；
1.1 基本频率F1=1/t6-t1Hz，范围0.2Hz～200Hz，默认值33Hz；
调节性：是。0.2Hz到1Hz之间的单步调节步长为0.1Hz，1Hz到200Hz之间的单步调节步长为1Hz。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
1.2 基本占空比D1=(t3-t1)/(t6-t1)*100%，范围1%～99%，默认值30%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
基本频率F1和基本占空比D1是根据电磁阀类型要求，提供电磁阀需求的频率和占空控制其开/闭情况，以得到油量的输出比例。
前述的驱动电压信号是由IC芯片输出，其中pGate为高边控制信号、nGate为低边控制信号。
电流反馈信号：mPickH:电流采样高边、mPickL:电流采样低边。
输出到产品端子(即电磁阀端)：其中solnH:输出高边、solnL:输出低边。通过输出高边或输出低边输出的电流控制电磁阀的开合度。
2.单维持工作模式
该模式的一个驱动周期内包含一个低功耗维持阶段，主要用于驱动直流电阻较小的电磁阀；该模式不包含高电流维持阶段；最优地，是该模式以向上续流的方式运行。
控制参数：参数由6个部分组成，分别是基本频率F1、基本占空比D1、通电激励延迟时间T1、降电流时间T2、维持频率F2和维持占空比D2；
实现方式：高边开关P沟道MOS管Q1根据图3的驱动电压信号使用PWM波形式控制开/闭，低边开关MOS管Q2根据电流反馈控制是否续流进行开关。
2.1 基本频率F1=1/t10-t1Hz，范围0.2Hz～200Hz，默认值33HZ；
调节性：是。0.2Hz到1Hz之间的单步调节步长为0.1Hz，1Hz到200Hz之间的单步调节步长为1Hz。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
2.2 基本占空比D1=(t7-t1)/(t10-t1)(%)，范围1%～99%，默认值30%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
2.3 通电激励延迟时间T1=t3-t1(ms)，范围0.1ms～49.9ms，默认值5ms；
调节性：是。单步调节步长0.1ms。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
2.4 降电流时间T2=t4-t3(ms)，范围0.1ms～49.9ms，默认值0.1ms；
调节性：是。单步调节步长0.1ms。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
2.5 维持频率F2=1/t6-t4KHz，包含26个数，分别是：
0.500KHz,0.556KHz,0.625KHz,0.714KHz,0.833KHz,1.000KHz,
1.250KHz,1.667KHz,2.000KHz,2.222KHz,2.500KHz,2.857KHz,
3.333KHz,4.000KHz,5.000KHz,6.667KHz,8.000KHz,8.889KHz,
10.00KHz,11.43KHz,13.33KHz,16.00KHz,20.00KHz,26.67KHz
40.00KHz,80.00KHz,
默认值5.000KHz；
调节性：是。
加速性：否。
循环性：是。
2.6 维持频率D2=(t5-t4)/(t6-t4)*100%范围1%～99%，默认值40%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
基本频率F1、基本占空比D1、与基本工作模式一样
通电激励延迟时间T1：100%占空比最大电压输出时间
降电流时间T2：电压通过续流斩波使电流快速下降的时间
维持频率F2和维持占空比D2：指维持电流在某个值时要对电压使用PWM波控制，这是的控制的频率和占空比。
3.双维持工作模式
该模式的一个驱动周期内包含一个高电流维持阶段、一个低功耗维持阶段，主要用于驱动直流电阻较小的电磁阀。最优地，该模式是以向上续流的方式运行。
控制参数：参数由9个部分组成，分别是基本频率F1、基本占空比D1、通电激励延迟时间T1、降电流时间T2、维持频率F2、维持占空比D2、高电流维持强激频率F3、高电流维持强激占空比D3和高维持强激个数N。
实现方式：高边开关P沟道MOS管Q1根据图4的驱动电压信号按时序分两段PWM波形式控制开/闭；低边开关MOS管Q2根据电流反馈控制是否续流进行开/闭。
3.1 基本频率F1=1/t12-t1Hz范围0.2Hz～200Hz，默认值26Hz；
调节性：是。0.2Hz到1Hz之间的单步调节步长为0.1Hz，1Hz到200Hz之间的单步调节步长为1Hz。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
3.2 基本占空比D1=(t10-t1)/(t12-t1)(%)范围1%～99%，默认值20%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
3.3通电激励延迟时间T1=t3-t1(ms)，范围0.1ms～49.9ms，默认值3ms；
调节性：是。单步调节步长0.1ms。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
3.4 降电流时间T2=t7-t6(ms)，范围0.1ms～49.9ms，默认值0.1ms；
调节性：是。单步调节步长0.1ms。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
3.5维持频率F2=1/t9-t7KHz，包含26个数，分别是：
0.500KHz,0.556KHz,0.625KHz,0.714KHz,0.833KHz,1.000KHz,
1.250KHz,1.667KHz,2.000KHz,2.222KHz,2.500KHz,2.857KHz,
3.333KHz,4.000KHz,5.000KHz,6.667KHz,8.000KHz,8.889KHz,
10.00KHz,11.43KHz,13.33KHz,16.00KHz,20.00KHz,26.67KHz
40.00KHz,80.00KHz,
默认值5.000KHz；
调节性：是。
加速性：否。
循环性：是。
3.6 维持占空比D2=(t8-t7)/(t9-t7)(%)范围1%～99%，默认值40%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
3.7 高电流维持强激频率F3=1/t5-t3KHz，包含26个数，分别是：
0.500KHz,0.556KHz,0.625KHz,0.714KHz,0.833KHz,1.000KHz,
1.250KHz,1.667KHz,2.000KHz,2.222KHz,2.500KHz,2.857KHz,
3.333KHz,4.000KHz,5.000KHz,6.667KHz,8.000KHz,8.889KHz,
10.00KHz,11.43KHz,13.33KHz,16.00KHz,20.00KHz,26.67KHz
40.00KHz,80.00KHz,
默认值2.857KHz；
调节性：是。
加速性：否。
循环性：是。
3.8 高电流维持强激占空比D3=(t5-t4)/(t5-t3)(%)，范围1%～99%，默认值80%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
3.9 高维持强激数量N=类似(t5-t4)相加的和，N范围1～255，默认值2；
调节性：是。单步调节步长1个。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
基本频率F1、基本占空比D1、与基本工作模式相同
通电激励延迟时间T1：100%占空比最大电压输出时间
降电流时间T2：电压通过续流斩波使电流快速下降的时间
维持频率F2和维持占空比D2：指维持电流在某个值时要对电压使用PWM波控制，这是的控制的频率和占空比。
高电流维持强激频率F3、高电流维持强激占空比D3和高维持强激个数N：这三个参数也类似维持频率F2和维持占空比D2。同时通过高维持强激个数N确定维持高激励的时间。
4.低分辨率连续电流模式
该模式驱动频率较高，主要用于调节电磁阀连续电流大小，该模式占空比分辨率较低。该模式只能以向上续流的方式运行。
控制参数：参数由2个部分组成，分别是基本频率F1、基本占空比D1。
实现方式：高边开关P沟道MOS管Q1根据图5的驱动电压信号控制开/闭；低边开关MOS管Q2常闭；
4.1 基本频率F1=1/t3-t1Hz，包含26个数，分别是：
0.500KHz,0.556KHz,0.625KHz,0.714KHz,0.833KHz,1.000KHz,
1.250KHz,1.667KHz,2.000KHz,2.222KHz,2.500KHz,2.857KHz,
3.333KHz,4.000KHz,5.000KHz,6.667KHz,8.000KHz,8.889KHz,
10.00KHz,11.43KHz,13.33KHz,16.00KHz,20.00KHz,26.67KHz
40.00KHz,80.00KHz,
默认值5.000KHz；
调节性：是。
加速性：否。
循环性：是。
4.2 基本占空比D1=(t2-t1)/(t3-t1)*100%，范围1%～99%，默认值30%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
基本频率F1、基本占空比D1。类似维持频率F2和维持占空比D2，目的是实现PWM波。
5.高分辨率连续电流模式
该模式驱动频率较高，主要用于调节电磁阀连续电流大小，与低分辨率连续电流模式相比，其占空比分辨率较高；该模式5只能以向上续流的方式运行。
控制参数：参数由2个部分组成，分别是基本频率F1、基本占空比D1。
实现方式：高边开关P沟道MOS管Q1根据图6的驱动电压信号倍频后，根据驱动电压信号控制开/闭，低边开关MOS管Q2常闭。
5.1 基本频率F1=1/t3-t1Hz，包含3个数，分别是：
0.500KHz,2.000KHz和8.000KHz；
默认值2.000KHz；
调节性：是。
加速性：否。
循环性：是。
5.2 基本占空比D1=(t2-t1)/(t3-t1)*1000‰，范围1‰～999‰，默认值300‰；
调节性：是。单步调节步长1‰。
加速性：是。加速调节步长5‰。
循环性：是。
6.长时间测试模式
该模式6的通电、断电时间有较宽的调节范围。
控制参数：参数由2个部分组成，分别是高电平时间T1和低电平时间T2。
实现方式：高边开关P沟道MOS管Q1根据图7的驱动电压信号控制开/闭，低边开关MOS管Q2常开。
6.1 高电平时间T1=t3-t1s，范围0.01s～99.99s，默认值0.1s；
调节性：是。单步调节步长0.01s。
加速性：是。加速调节步长0.1s。
循环性：是。
6.2 低电平时间T2T2=t6-t3s，范围0.01s～99.99s，默认值0.1s；
调节性：是。单步调节步长0.01s。
加速性：是。加速调节步长0.1s。
循环性：是。
高电平时间T1：通电时间
低电平时间T2：断电时间
7.固定双维持模式
该模式本质为双维持模式。该模式7只能以向上续流的方式运行。
控制参数：参数由1个部分组成，即基本占空比D1。
实现方式为：高边开关P沟道MOS管Q1根据图4的驱动电压信号按时序分两段PWM波形式控制开/闭；低边开关MOS管Q2根据电流反馈控制是否续流进行开关。
固定双维持模式和双维持工作模式输出波形一致，只是固定双维持模式通过后台调节把维持阶段的电流维持在650mA±10%，如果该电流值超过1250mA，则驱动器进入保护性的断电状态；固定双维持模式只有基本占空比D1可调，其他参数在后台调节。通电激励延迟时间T1=4ms，降电流时间T2=0.1ms，维持频率F2=5KHz，高电流维持强激频率F3=2.857KHz，高电流维持强激占空比D3=80%，强激数量N=2。
7.1 基本频率F1
F1不能调节，只能通过公式在后台计算得出，计算公式如下：
F1=4*F0*D11-D1±10%
式中：F0——基本占空比D1为50%时的信号频率，F0=40Hz
调节性：否。
加速性：否。
循环性：否。
7.2 基本占空比D1=(t10-t1)/(t12-t1)*100%，范围20%～80%，默认值20%；
调节性：是。单步调节步长1%。
加速性：是。加速调节步长等于单步调节步长。
循环性：是。
由上述可知，本发明能够根据不同种类的电磁阀(高速/低速、开关/比例电磁阀)选择不同的模式对电磁阀的开关频率、占空比进行控制，进而能够测试出电磁阀相关性能参数是否到达预期指标。
前述的续流：指电磁阀断电后残余电量是通过哪个电流回路消耗掉，通过二极管到电源正极回路消耗是向上续流、通过二极管到地线回路消耗为向下续流、不通过二极管接地消耗为不续流。向上和向下续流方式同一时间只能选择一个。

Claims (4)

1.一种多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统，其特征在于：包括高边开关P沟道MOS管（Q1），高边开关P沟道MOS管（Q1）的G端与高边控制信号（pGate）连接，S端与电源（Pwr）连接，D端分别与电流采样高边（mPickH）、采样电阻（R1）的一端和第二向下续流二极管（SD2）的负极连接；第二向下续流二极管（SD2）的正极接地；采样电阻（R1）的另一端分别与电流采样低边（mPickL）和输出高边（solnH）连接；所述的电源（Pwr）还与向上续流二极管（SD1）的负极连接，向上续流二极管（SD1）的正极分别与低边开关MOS管（Q2）的S端和第一向下续流二极管（SD3）的负极连接，第一向下续流二极管（SD3）的正极接地；低边开关MOS管（Q2）的G端与低边控制信号（nGate）连接，低边开关MOS管（Q2）的D端接地。
2.根据权利要求1所述的多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统，其特征在于：所述的高边开关P沟道MOS管（Q1）的G端还与第一电阻（R2）的一端连接，第一电阻（R2）的另一端与电源（Pwr）连接。
3.根据权利要求1或2所述的多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统，其特征在于：所述的电源（Pwr）还分别与电解电容（E1）的正极和电容（C1）的一端连接，电解电容（E1）的负极接地，电容（C1）的另一端接地。
4.根据权利要求1或2所述的多模式电磁阀驱动器用的电磁阀开关控制系统，其特征在于：所述的低边开关MOS管（Q2）的G端还与第二第二电阻（R3）的一端连接，第二电阻（R3）的另一端接地。
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