CN108375705A - 电磁式执行器的能量状态诊断释放电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁式执行器的能量状态诊断释放电路，其诊断处理电路控制开关管Q1与开关管Q2同时导通时，能使得电磁执行器L处于驱动状态，电磁执行器L在一个驱动周期后，诊断处理电路在关断开关管Q1以及开关管Q2的同时打开开关管Q3；在电磁执行器L能量回收中，诊断处理电路使得开关管Q2与开关管Q3同时导通时，能将电磁执行器L上的能量以TAIL鼓包的形式释放，低端电流采样电路采集以TAIL鼓包释放能量的电流，诊断处理电路根据低端电流采样电路采集的电流确定电磁执行器L的工作状态。本发明能降低诊断成本，通过在电磁执行器不驱动的间隙进行硬件诊断，能有效提高诊断的准确性，降低反向电势能量回收的冲击效应。

Description

电磁式执行器的能量状态诊断释放电路
技术领域
本发明涉及一种电路，尤其是一种电磁式执行器的能量状态诊断释放电路，属于电磁式执行器的技术领域。
背景技术
电磁式执行器的能量状态不仅有温度的影响，还受蓄电池的影响，当温度的升高以及蓄电池电压的变化，都会对执行器的电感驱动能力有较大的。目前，只能对温度进行间接的测试，而且需要另外增加传感器，增加执行器的机械结构的复杂度；此外，增加传感器设计，会降低机械的可靠性设计。对于反向电势的能量回收，目前主要通过反向电势回收能量的方式，会造成器件很大的电流冲击，降低能量回收的器件寿命，从而影响系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电磁式执行器的能量状态诊断释放电路，其结构紧凑，能降低诊断成本，通过在电磁执行器不驱动的间隙进行硬件诊断，能有效提高诊断的准确性，降低反向电势能量回收的冲击效应，提高系统的可靠性。
按照本发明提供的技术方案，所述电磁式执行器的能量状态诊断释放电路，包括电感特性的电磁执行器L；所述电磁执行器L的高端与开关管Q1的源极端以及开关管Q3的源极端连接，开关管Q1的漏极端与蓄电池电压VCC_BAR、电容C2的一端、二极管D4的阴极端、电阻R3的一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R3的另一端通过电容C1接地；
电磁执行器L的低端与电阻R2的一端以及开关管Q2的漏极端连接，电阻R2的另一端与二极管D4的阳极端连接，开关管Q2的源极端通过电阻R1接地，且开关管Q2的源极端还与低端电流采样电路连接，所述低端电流采样电路与诊断处理电路连接，所述诊断处理电路与开关管Q1的栅极端、开关管Q2的栅极端以及开关管Q3的栅极端连接；
诊断处理电路控制开关管Q1与开关管Q2同时导通时，能使得电磁执行器L处于驱动状态，电磁执行器L在一个驱动周期后，诊断处理电路在关断开关管Q1以及开关管Q2的同时打开开关管Q3，以形成电磁执行器L-二极管D4-电容C2的能量回收通路；在电磁执行器L能量回收中，诊断处理电路使得开关管Q2与开关管Q3同时导通时，能将电磁执行器L上的能量以TAIL鼓包的形式释放，低端电流采样电路采集以TAIL鼓包释放能量的电流，诊断处理电路根据低端电流采样电路采集的电流确定电磁执行器L的工作状态。
所述低端电流采样电路包括电压跟随器U1以及电压比较器U2，电压跟随器U1的同相端与开关管Q2的源极端连接，电压跟随器U1的反相端与电压跟随器U1的输出端连接；电压比较器U2的同相端与开关管Q2的源极端连接，电压比较器U2的反相端接参考电压Vref，电压比较器U2的输出端以及电压比较器U1的输出端均与诊断处理电路连接。
所述诊断处理电路包括第一数据处理器以及第二数据处理器，所述第一数据处理器通过逻辑电路与开关管Q1的栅极端连接，第一数据处理器的输出端与开关管Q2的栅极端以及开关管Q3的栅极端连接，第一数据处理器与第二数据处理器连接。
本发明的优点：在电磁执行器L的驱动间隙进行能量释放与诊断，通过电磁执行器L的TAIL鼓包电流判断电磁执行器L的工作状态，能降低诊断成本，能有效提高诊断的准确性，降低反向电势能量回收的冲击效应，提高系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
附图标记说明：10-第一数据处理器、20-第二数据处理器以及30-逻辑电路。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了能降低诊断成本，通过在电磁执行器不驱动的间隙进行硬件诊断，能有效提高诊断的准确性，降低反向电势能量回收的冲击效应，提高系统的可靠性，本发明包括电感特性的电磁执行器L；所述电磁执行器L的高端与开关管Q1的源极端以及开关管Q3的源极端连接，开关管Q1的漏极端与蓄电池电压VCC_BAR、电容C2的一端、二极管D4的阴极端、电阻R3的一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R3的另一端通过电容C1接地；
电磁执行器L的低端与电阻R2的一端以及开关管Q2的漏极端连接，电阻R2的另一端与二极管D4的阳极端连接，开关管Q2的源极端通过电阻R1接地，且开关管Q2的源极端还与低端电流采样电路连接，所述低端电流采样电路与诊断处理电路连接，所述诊断处理电路与开关管Q1的栅极端、开关管Q2的栅极端以及开关管Q3的栅极端连接；
诊断处理电路控制开关管Q1与开关管Q2同时导通时，能使得电磁执行器L处于驱动状态，电磁执行器L在一个驱动周期后，诊断处理电路在关断开关管Q1以及开关管Q2的同时打开开关管Q3，以形成电磁执行器L-二极管D4-电容C2的能量回收通路；在电磁执行器L能量回收中，诊断处理电路使得开关管Q2与开关管Q3同时导通时，能将电磁执行器L上的能量以TAIL鼓包的形式释放，低端电流采样电路采集以TAIL鼓包释放能量的电流，诊断处理电路根据低端电流采样电路采集的电流确定电磁执行器L的工作状态。
具体地，开关管Q1、开关管Q2以及开关管Q3采用MOS管，图中，开关管Q1~开关管Q3均采用NMOS管，L代表电感特性的电磁执行器。当开关管Q1以及开关管Q2均导通时，能形成蓄电池电压VCC_BAR-电磁执行器L-GND的回路，从而能对电磁执行器L进行正常的驱动，具体对电磁执行器L驱动的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。对于电磁执行器L的驱动周期，根据不同电磁执行器L的使用环境以及状态相关，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
在对电磁驱动器L的驱动周期，并同时关断开关管Q1以及开关管Q2，并打开开关管Q3时，使得电磁执行器L的高端形成到GND的回路，在开关管Q3采用MOS管时，能降低损耗。此外，由于电感的电流具有不可突变的特性，能够形成BOOST结构，由于电阻R2的限流效果，电磁执行器L的能量以较高压的形式流向电容C2，从而能释放能量。
在能量释放到特定阶段后，打开开关管Q2，即形成开关管Q2与开关管Q3同时导通的状态，以满足后续诊断的需要；开关管Q2导通的时间与电磁执行器L上能量释放的情况，可以根据需要进行标定，具体以能得到TAIL鼓包电流，完成对电磁执行器L诊断的需求为准，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
具体地，由于驱动过程中流过电磁执行器L的电流较大（平均10A）,当开关管Q2关闭瞬间，由于BOOST结构，此时会形成高电压通过电阻R2和二极管D4向电容C2充电，当电磁执行器L低端电压的能量释放到一定阶段后，打开开关管Q2，此时，电磁执行器L低端接地，停止充电，直接对地放电，此时的模型如电池结构，但是由于电磁执行器L的蓄能能力有限，此时电流表现出的能量释放过程是个先快后慢的过程，即实现一个鼓包式的电流。
鼓包的上升斜率变化可以判断电磁执行器L的工作状态，是否处于温度较高的饱和电流接近失效状态；鼓包的斜率变化的明显特征点可以判断电磁执行器L的实际关闭时刻，以便完成补偿设计。鼓包的标定值判断可以判断是否处于堵转状态。具体根据鼓包电流判断电磁执行器L工作状态的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
进一步地，所述低端电流采样电路包括电压跟随器U1以及电压比较器U2，电压跟随器U1的同相端与开关管Q2的源极端连接，电压跟随器U1的反相端与电压跟随器U1的输出端连接；电压比较器U2的同相端与开关管Q2的源极端连接，电压比较器U2的反相端接参考电压Vref，电压比较器U2的输出端以及电压比较器U1的输出端均与诊断处理电路连接。
本发明实施例中，所述诊断处理电路包括第一数据处理器10以及第二数据处理器20，所述第一数据处理器10通过逻辑电路30与开关管Q1的栅极端连接，第一数据处理器10的输出端与开关管Q2的栅极端以及开关管Q3的栅极端连接，第一数据处理器10与第二数据处理器20连接。
第一数据处理器10可以采用常用的微处理芯片，如单片机等，具体可以根据需要进行选择，第二数据处理器20可以采用DSP等，通过第一数据处理器10与第二数据处理器20的配合，能实现对数据的快速处理。
电压比较器U2的输出端与逻辑电路30连接，当开关管Q1导通且开关管Q2导通时，通过电阻R1采集的电压加载到电压比较器U2的同相端，并与电压比较器U2的参考电压Vref比较，当采集的电压高于参考电压Vref时，电压比较器U2产生高端触发信号，逻辑模块30根据高端触发信号使得第一数据处理器10产生的开关管Q1驱动信号加载到开关管Q1的栅极端，逻辑模块30可以采用与门等实现，经逻辑模块30加载到开关管Q1栅极端的开关管Q1驱动信号为PWM信号，参考电压Vref的大小具体可以根据电磁执行器L的特征参数等进行设置，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
电压跟随器U1主要将采集的电压直接传输至第一数据处理器10内，以由第一数据处理器10与第二数据处理器20配合，以确定TAIL电流的斜率，并根据所述斜率判断电磁执行器L的工作状态。
本发明在电磁执行器L的驱动间隙进行能量释放与诊断，通过电磁执行器L的TAIL鼓包电流判断电磁执行器L的工作状态，能降低诊断成本，能有效提高诊断的准确性，降低反向电势能量回收的冲击效应，提高系统的可靠性。

Claims (3)

1.一种电磁式执行器的能量状态诊断释放电路，包括电感特性的电磁执行器L；其特征是：所述电磁执行器L的高端与开关管Q1的源极端以及开关管Q3的源极端连接，开关管Q1的漏极端与蓄电池电压VCC_BAR、电容C2的一端、二极管D4的阴极端、电阻R3的一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R3的另一端通过电容C1接地；
电磁执行器L的低端与电阻R2的一端以及开关管Q2的漏极端连接，电阻R2的另一端与二极管D4的阳极端连接，开关管Q2的源极端通过电阻R1接地，且开关管Q2的源极端还与低端电流采样电路连接，所述低端电流采样电路与诊断处理电路连接，所述诊断处理电路与开关管Q1的栅极端、开关管Q2的栅极端以及开关管Q3的栅极端连接；
诊断处理电路控制开关管Q1与开关管Q2同时导通时，能使得电磁执行器L处于驱动状态，电磁执行器L在一个驱动周期后，诊断处理电路在关断开关管Q1以及开关管Q2的同时打开开关管Q3，以形成电磁执行器L-二极管D4-电容C2的能量回收通路；在电磁执行器L能量回收中，诊断处理电路使得开关管Q2与开关管Q3同时导通时，能将电磁执行器L上的能量以TAIL鼓包的形式释放，低端电流采样电路采集以TAIL鼓包释放能量的电流，诊断处理电路根据低端电流采样电路采集的电流确定电磁执行器L的工作状态。
2.根据权利要求1所述的电磁式执行器的能量状态诊断释放电路，其特征是：所述低端电流采样电路包括电压跟随器U1以及电压比较器U2，电压跟随器U1的同相端与开关管Q2的源极端连接，电压跟随器U1的反相端与电压跟随器U1的输出端连接；电压比较器U2的同相端与开关管Q2的源极端连接，电压比较器U2的反相端接参考电压Vref，电压比较器U2的输出端以及电压比较器U1的输出端均与诊断处理电路连接。
3.根据权利要求1或2所述的电磁式执行器的能量状态诊断释放电路，其特征是：所述诊断处理电路包括第一数据处理器（10）以及第二数据处理器（20），所述第一数据处理器（10）通过逻辑电路（30）与开关管Q1的栅极端连接，第一数据处理器（10）的输出端与开关管Q2的栅极端以及开关管Q3的栅极端连接，第一数据处理器（10）与第二数据处理器（20）连接。
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