CN108301950A - 一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路 - Google Patents

一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路。包括两路高低边驱动电路、电流采样电路，以驱动两个天然气喷射的电磁阀；高压高边驱动电路与外部电源模块的高压电源连接，同时还分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接；低压高边驱动电路与外部电源模块的低压电源连接，同时还分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接；第一选缸低边驱动电路连接第一电磁阀；第二选缸低边驱动电路连接第二电磁阀；第一电磁阀和第二电磁阀分别与电流采样电路连接；两路高低边驱动电路、电流采样电路均与控制单元连接。本发明在较高的频率下实现了对天然气喷射电磁阀的高精度控制；且本发明驱动电路结构简单，成本较低，易于扩展应用。

Description

一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路
技术领域
本发明涉及一种天然气（液化天然气)/柴油的双燃料发动机的电磁阀喷射驱动电路，属于电控发动机硬件系统技术领域，具体为一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路。
背景技术
在传统的高低边电磁阀驱动电路，各电磁阀共用一个高边驱动电路，包括一个高端驱动电源和一个高边功率驱动管。每个电磁阀各有一路低边驱动电路，主要器件为一低边功率三极管，多在各电磁阀的公共端设置采样电阻。工作时，通过改变高边功率三极管控制脉冲的占空比来调整驱动电流大小，通过选择低边功率三极管实现选缸功能。该驱动电路虽然实现简单，但是存在工作可靠性低、控制频率较低、精度低等问题。为克服以上不足，本发明的任务是提高驱动电路能力，通过驱动可靠性，同时要降低驱动电路的成本。
发明内容
本发明的目的在于现有技术的弊端，提供一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，该电路结构简单、可靠、成本低。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，包括两路高低边驱动电路、电流采样电路，以驱动两个天然气喷射的电磁阀；所述两路高低边驱动电路包括高压高边驱动电路、第一选缸低边驱动电路、低压高边驱动电路、第二选缸低边驱动电路，其中，高压高边驱动电路与外部电源模块的高压电源连接，同时还分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接；低压高边驱动电路与外部电源模块的低压电源连接，同时还分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接；第一选缸低边驱动电路连接第一电磁阀；第二选缸低边驱动电路连接第二电磁阀；第一电磁阀和第二电磁阀分别与电流采样电路连接；所述高压高边驱动电路、第一选缸低边驱动电路、低压高边驱动电路、第二选缸低边驱动电路、电流采样电路均与控制单元连接，以实现接收控制单元发出的控制脉冲信号，并能够将第一、第二电磁阀中的电流信号反馈给控制单元。
在本发明一实施例中，所述高压高边驱动电路、第一选缸低边驱动电路组成两路高低边驱动电路的其中一路高低边驱动电路，包括高低边驱动器U100，NOMS管Q100、Q101，二极管D100、D101、D102、D103、D104，电容C100、C101，电阻R100、R101；高低边驱动器U100的VCC引脚接外部电源+15V，HIN引脚接控制单元的控制脉冲信号源输出引脚PA1_，LIN引脚接控制单元的控制脉冲信号源输出引脚PA0_，COM引脚接GND，LO引脚接电阻R100的一端、二极管D101的阴极，VS引脚接电容C101的负极、二极管D104的阴极以及所述电流采样电路，HO引脚接电阻R101的一端、二极管D102的阴极，VB引脚接电容C101的正极、二极管D100的阴极；电容C100的一端与二极管D100的阳极接外部电源+15V，电容C100的另一端接GND；二极管D102的阳极接电阻R101的另一端、NMOS管Q100的栅极；二极管D101的阳极接电阻R100的另一端、NMOS管Q101的栅极；NMOS管Q100的漏极接高压驱动电源+60V，源极接二极管D104的阳极；NMOS管Q101的漏极与所述第一电磁阀连接，源极接GND。
在本发明一实施例中，所述低压高边驱动电路、第二选缸低边驱动电路组成两路高低边驱动电路的另一路高低边驱动电路，包括高低边驱动器U102，NOMS管Q102、Q103，二极管D105、D106、D107、D108、D109，电容C105、C106，电阻R105、R106；高低边驱动器U102 的VCC引脚接外部电源+15V，HIN引脚接控制单元的PWM信号源输出引脚PWM0_， LIN引脚接控制单元的控制脉冲信号源输出引脚PA2_，COM引脚接GND，LO引脚接电阻R106的一端、二极管D108的阴极，VS引脚接电容C105的负极、二极管D105的阴极以及所述电流采样电路，HO引脚接电阻R105的一端、二极管D107的阴极，VB引脚接电容C105的正极、二极管D109的阴极；电容C106的一端与二极管D109的阳极接外部电源+15V，电容C106的另一端接GND；二极管D107的阳极接电阻R105的另一端、NMOS管Q102的栅极；二极管D108的阳极接电阻R106的另一端、NMOS管Q103的栅极；NMOS管Q102的漏极接高压驱动电源+24V，源极接二极管D105的阳极；NMOS管Q103的漏极与所述第二电磁阀连接，源极接GND。
在本发明一实施例中，所述高低边驱动器U100、U102选用型号为IR2101S。
在本发明一实施例中，所述二极管D104、D105为共阳极二极管。
在本发明一实施例中，所述电流采样电路包括电流检测放大器U101、电容C102、C103、C104，电阻R102、R103、R104；电阻R104为采样电阻，电阻R104的一端连接高低边驱动器U100和U102的VS引脚与二极管D104和D105的阴极；电阻R103的一端连接电流检测放大器U101的+IN引脚，另一端连接采样电阻R104的一端；电阻R102的一端连接电流检测放大器U101的-IN引脚，另一端连接电阻R104的另一端；电容C104的一端连接电流检测放大器U101的+IN引脚，另一端连接电流检测放大器U101的-IN引脚；电容C102的一端连接电流检测放大器U101的+VS引脚，另一端接GND；电流检测放大器U101的GND引脚接GND；电流检测放大器U101的VREF2引脚与GND 引脚连接；电流检测放大器U101的OUT引脚接控制单元的模数转换通道AD00_；电流检测放大器U101的+VS引脚与外部+5V电源连接；电流检测放大器U101的VREF1引脚与+VS引脚连接。
在本发明一实施例中，所述电流检测放大器U101选用型号为AD8210。
在本发明一实施例中，该双压驱动电路在不同时段给电磁阀配置不同的驱动电源，先使用高压驱动的方式迅速开启目标电磁阀，然后根据反馈的电流信号保持电磁阀的开启时间，最后在外部脉冲信号停止后，迅速降低电磁阀工作电流至零，电磁阀停止工作。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明在较高的频率下实现了对天然气喷射电磁阀的高精度控制；且本发明驱动电路结构简单，成本较低，易于扩展应用。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明工作的时序图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，包括两路高低边驱动电路、电流采样电路，以驱动两个天然气喷射的电磁阀；所述两路高低边驱动电路包括高压高边驱动电路、第一选缸低边驱动电路、低压高边驱动电路、第二选缸低边驱动电路，其中，高压高边驱动电路1与外部电源模块8的高压电源连接，同时还分别与第一电磁阀2和第二电磁阀6连接；低压高边驱动电路5与外部电源模块8的低压电源连接，同时还分别与第一电磁阀2和第二电磁阀6连接；第一选缸低边驱动电路3连接第一电磁阀2；第二选缸低边驱动电路7连接第二电磁阀6；第一电磁阀2和第二电磁阀6分别与电流采样电路4连接；所述高压高边驱动电路1、第一选缸低边驱动电路3、低压高边驱动电路5、第二选缸低边驱动电路7、电流采样电路4均与控制单元0连接，以实现接收控制单元0发出的控制脉冲信号，并能够将第一、第二电磁阀中的电流信号反馈给控制单元0。
所述的第一高压高边驱动电路1和第一选缸低边驱动电路3包括：高低边驱动器U100，NOMS管Q100、Q101，二极管D100、D101、D102、D103、D104，电容C100、C101，电阻R100、R101；高低边驱动器U100（型号选为IR2101S）的1引脚（VCC）接外部电源+15V，2引脚（HIN）接控制脉冲信号源输出引脚PA1_，3引脚（LIN）接控制脉冲信号源输出引脚PA0_，4引脚（COM）接电路板的地（GND），引脚5（LO）接电阻R100，引脚6（VS）接电容C101，引脚7（HO）接电阻R101，引脚8（VB）接二极管D100的阴极；电容C100的一端接外部电源+15V，另一端接地；二极管D100的阳极接外部电源+15V，阴极接高低边驱动器U100的端口8；电容C101的正极接高低边驱动器U100的8引脚（VB），负极接U100的6引脚（VS）；二极管D102的阳极接NMOS管Q100的1引脚（栅极），阴极接U100的7引脚（HO）；二极管D101的阳极接NMOS管Q101的1引脚（栅极），阴极接U100的5引脚（LO）；电阻R101的一端接U100的7引脚（HO），另一端接NMOS管Q100的1引脚（栅极）；电阻R100的一端接U100的5引脚（LO），另一端接NMOS管Q101的1引脚（栅极）；共阳极二极管D104的阴极与采样电阻R104的一端连接；NMOS管Q100的2引脚（漏极）接高压驱动电源+60V，3引脚（源极）接共阳极二极管D104的阳极；NMOS管Q101的2引脚（漏极）接电磁阀L100的1引脚，3引脚（源极）接电路板的GND（电源负极）；电容C106的一端接外部电源+15V，另一端接地。
所述的第二低压高边驱动电路5和第二选缸低边驱动电路7包括：包括高低边驱动器U102，NOMS管Q102、Q103，二极管D105、D106、D107、D108、D109，电容C105、C106，电阻R105、R106；高低边驱动器U102（型号选为IR2101S）的1引脚（VCC）接外部电源+15V，2引脚（HIN）接PWM信号源输出引脚PWM0_，3引脚（LIN）接控制脉冲信号源输出引脚PA2_，4引脚（COM）接电路板的地（GND），引脚5（LO）接电阻R105，引脚6（VS）接电容C105的负极，引脚7（HO）接电阻R105，引脚8（VB）接二极管D109的阴极；二极管D109的阳极接外部电源+15V，阴极接高低边驱动器U102的端口8；电容C105的正极接高低边驱动器U102的8引脚（VB），负极接U102的6引脚（VS）；二极管D107的阳极接NMOS管Q102的1引脚（栅极），阴极接U102的7引脚（HO）；二极管D108的阳极接NMOS管Q103的1引脚（栅极），阴极接U102的5引脚（LO）；电阻R105的一端接U102的7引脚（HO），另一端接NMOS管Q102的1引脚（栅极）；电阻R106的一端接U102的5引脚（LO），另一端接NMOS管Q103的1引脚（栅极）；共阳极二极管D105的阴极与采样电阻R104的一端连接；NMOS管Q102的2引脚（漏极）接低压驱动电源+24V，3引脚（源极）接共阳极二极管D105的阳极；NMOS管Q103的2引脚（漏极）接电磁阀L100的1引脚，3引脚（源极）接电路板的GND（电源负极）。
所述电流采样模块4包括：电流检测放大器U101（型号选为AD8210）、电容C102、C103、C104，电阻R102、R103、R104；电阻R104为采样电阻，一端连接高低边驱动器（U100和U102）的6引脚（VS）与共阳极二极管（D104和D105）的1引脚（阴极）；电阻R103的一端连接U101的8引脚（+IN），另一端连接采样电阻R104；电阻R102的一端连接U101的1引脚（-IN），另一端连接采样电阻R104；电容C104的一端连接U101的8引脚（+IN），另一端连接U101的1引脚（-IN）；电容C102的一端连接U101的6引脚（+VS），另一端接电路板的GND（电源负极）；U101的1引脚（-IN）接电阻R102的一端，2引脚（GND）接电路板的GND（电源负极）；3引脚（VREF2）与2引脚（GND）连接；4引脚（NC）不与其他器件连接；5引脚（OUT）接计算单元的模数转换通道AD00_；6引脚（+VS）与外部+5V电源连接；7引脚（VREF1）与6引脚（+VS）连接；8引脚（+IN）接电阻R103的一端。
以下为本发明的具体实施原理。
如图1、2天然气喷射电磁阀的双压驱动电路原理图所示，在第一电磁阀L100所在的支路中，功率NMOS管Q100的漏极接外部+60V高压电源，源极接隔离二极管D104的阳极，隔离二极管D104的阴极、采样电阻R104、第一电磁阀L100依次串联至功率NMOS管Q101的漏极，功率NMOS管Q101的源极接地；在第二电磁阀L101所在的支路中，功率NMOS管Q100的漏极接外部+24V低压电源，源极接隔离二极管D105的阳极，隔离二极管D105的阴极、采样电阻R104、第一电磁阀L101依次串联至功率NMOS管Q103的漏极，功率NMOS管Q103的源极接地；续流二极管D103与电磁阀L100并联，续流二极管D106与电磁阀L101并联；高边电流采集电路接入采样电阻R104的两端；功率NMOS管Q100、Q101的栅极经过电阻和二极管并联组成的尖峰抑制电路分别连接到高低边驱动器U100的7引脚和5引脚，功率NMOS管Q102、Q101的栅极经过电阻和二极管并联组成的尖峰抑制电路分别连接到高低边驱动器U102的7引脚和5引脚。
首先，针对不同的天然气喷射电磁阀设定不同的控制参数，该双压驱动电路将电流信号反馈给外部计算控制单元，然后再根据控制策略接收外部计算控制单元发出的控制脉冲信号，用以驱动电磁阀。
该工作过程时序如图3所示，以电磁阀L100的驱动过程为例说明。T1时刻，外部计算控制单元的PA0_引脚发出Cl脉冲信号，经U100转换成CL 脉冲信号传输至功率NMOS管Q101的1引脚（栅极），此时功率NMOS管Q101导通。在T2时刻，外部计算控制单元的PA1_引脚发出Ah脉冲信号，经U100转换成AH 脉冲信号传输至功率NMOS管Q100的1引脚（栅极），此时功率NMOS管Q100导通，60V高压驱动电源施加在电磁阀上，快速提高电磁阀工作电流，在很短的时间内打开电磁阀。从T1时刻起，外部计算控制单元通过电流检测模块开始在不断的采集电磁阀的工作电流，在T3时刻，电流值到达预先设定的阈值，外部计算控制单元停止发出Ah控制信号，此时功率NMOS管Q100关闭，60V高压驱动电源与电磁阀断开，电磁阀的工作电流迅速下降，在T4时刻，电流值下降至预先设定的阈值，在T5时刻，外部计算控制单元的PWM0_引脚发出Bh脉冲信号，经U102转换成BH 脉冲信号传输至功率NMOS管Q102的1引脚（栅极），此时Q102导通，24V低压驱动电源施加在电磁阀L100上，使电磁阀L100的工作电流从较大的开启电流切换到较小的保持电流，大大降低功耗的同时延长了电磁阀的使用寿命。在T6时刻，BH脉冲结束，Q102关闭，24V低压驱动电源与电磁阀L100断开，随后，在T7时刻，外部计算控制单元停止PA0_引脚的信号，CL也结束，此时驱动电流通过续流二极管D103，电流迅速下降至零，一个电磁阀的驱动过程结束。
上述只描绘了两路电磁阀的连接方式，当仅连接一路电磁阀时，保留一个高低边驱动器的5引脚（LO）输出，另一个高低边驱动器的5引脚（LO）不连接。另外本发明通过改变NMOS管和采样电阻的型号也能用于驱动一般电磁阀。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：包括两路高低边驱动电路、电流采样电路，以驱动两个天然气喷射的电磁阀；所述两路高低边驱动电路包括高压高边驱动电路、第一选缸低边驱动电路、低压高边驱动电路、第二选缸低边驱动电路，其中，高压高边驱动电路与外部电源模块的高压电源连接，同时还分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接；低压高边驱动电路与外部电源模块的低压电源连接，同时还分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接；第一选缸低边驱动电路连接第一电磁阀；第二选缸低边驱动电路连接第二电磁阀；第一电磁阀和第二电磁阀分别与电流采样电路连接；所述高压高边驱动电路、第一选缸低边驱动电路、低压高边驱动电路、第二选缸低边驱动电路、电流采样电路均与控制单元连接，以实现接收控制单元发出的控制脉冲信号，并能够将第一、第二电磁阀中的电流信号反馈给控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：所述高压高边驱动电路、第一选缸低边驱动电路组成两路高低边驱动电路的其中一路高低边驱动电路，包括高低边驱动器U100，NOMS管Q100、Q101，二极管D100、D101、D102、D103、D104，电容C100、C101，电阻R100、R101；高低边驱动器U100的VCC引脚接外部电源+15V，HIN引脚接控制单元的控制脉冲信号源输出引脚PA1_，LIN引脚接控制单元的控制脉冲信号源输出引脚PA0_，COM引脚接GND，LO引脚接电阻R100的一端、二极管D101的阴极，VS引脚接电容C101的负极、二极管D104的阴极以及所述电流采样电路，HO引脚接电阻R101的一端、二极管D102的阴极，VB引脚接电容C101的正极、二极管D100的阴极；电容C100的一端与二极管D100的阳极接外部电源+15V，电容C100的另一端接GND；二极管D102的阳极接电阻R101的另一端、NMOS管Q100的栅极；二极管D101的阳极接电阻R100的另一端、NMOS管Q101的栅极；NMOS管Q100的漏极接高压驱动电源+60V，源极接二极管D104的阳极；NMOS管Q101的漏极与所述第一电磁阀连接，源极接GND。
3.根据权利要求2所述的一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：所述低压高边驱动电路、第二选缸低边驱动电路组成两路高低边驱动电路的另一路高低边驱动电路，包括高低边驱动器U102，NOMS管Q102、Q103，二极管D105、D106、D107、D108、D109，电容C105、C106，电阻R105、R106；高低边驱动器U102 的VCC引脚接外部电源+15V，HIN引脚接控制单元的PWM信号源输出引脚PWM0_， LIN引脚接控制单元的控制脉冲信号源输出引脚PA2_，COM引脚接GND，LO引脚接电阻R106的一端、二极管D108的阴极，VS引脚接电容C105的负极、二极管D105的阴极以及所述电流采样电路，HO引脚接电阻R105的一端、二极管D107的阴极，VB引脚接电容C105的正极、二极管D109的阴极；电容C106的一端与二极管D109的阳极接外部电源+15V，电容C106的另一端接GND；二极管D107的阳极接电阻R105的另一端、NMOS管Q102的栅极；二极管D108的阳极接电阻R106的另一端、NMOS管Q103的栅极；NMOS管Q102的漏极接高压驱动电源+24V，源极接二极管D105的阳极；NMOS管Q103的漏极与所述第二电磁阀连接，源极接GND。
4.根据权利要求3所述的一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：所述高低边驱动器U100、U102选用型号为IR2101S。
5.根据权利要求3所述的一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：所述二极管D104、D105为共阳极二极管。
6.根据权利要求3所述的一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：所述电流采样电路包括电流检测放大器U101、电容C102、C103、C104，电阻R102、R103、R104；电阻R104为采样电阻，电阻R104的一端连接高低边驱动器U100和U102的VS引脚与二极管D104和D105的阴极；电阻R103的一端连接电流检测放大器U101的+IN引脚，另一端连接采样电阻R104的一端；电阻R102的一端连接电流检测放大器U101的-IN引脚，另一端连接电阻R104的另一端；电容C104的一端连接电流检测放大器U101的+IN引脚，另一端连接电流检测放大器U101的-IN引脚；电容C102的一端连接电流检测放大器U101的+VS引脚，另一端接GND；电流检测放大器U101的GND引脚接GND；电流检测放大器U101的VREF2引脚与GND 引脚连接；电流检测放大器U101的OUT引脚接控制单元的模数转换通道AD00_；电流检测放大器U101的+VS引脚与外部+5V电源连接；电流检测放大器U101的VREF1引脚与+VS引脚连接。
7.根据权利要求6所述的一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：所述电流检测放大器U101选用型号为AD8210。
8.根据权利要求1所述的一种天然气喷射电磁阀的双压驱动电路，其特征在于：该双压驱动电路在不同时段给电磁阀配置不同的驱动电源，先使用高压驱动的方式迅速开启目标电磁阀，然后根据反馈的电流信号保持电磁阀的开启时间，最后在外部脉冲信号停止后，迅速降低电磁阀工作电流至零，电磁阀停止工作。
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