CN109296490B - 一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，包括微控制器，所述微控制器的PWM输出端口信号连接至电平转换及过流关断电路的输入端，所述电平转换及过流关断电路的输出端信号连接至功率驱动电路的输入端，所述功率驱动电路的输出端分别信号连接至电热塞和电流采样电路，所述电流采样电路的输出端分别信号连接至微控制器的A/D输入端口和过流检测电路的输入端，所述过流检测电路的输出端信号连接至微控制器的中断输入端口和电平转换及过流关断电路的输入端。本发明所述的柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，采用软件中断、硬件关断技术，以保证过流发生时，电路能够可靠关断，冗余实现负载的过流保护功能。

Description

一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路
技术领域
本发明属于车用柴油机进气系统控制技术领域，尤其是涉及一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路。
背景技术
车用柴油机由于其特殊性，要求工作在全天候、全地域领域。特别是在低温环境下，对柴油柴油机的启动是一个巨大的考验，因此需要提前对进入柴油机气缸内的空气进行预热。这往往需要借助一套进气加温装置来改善柴油机启动时的着火性能。在车用柴油机应用领域，大量使用柴油、机油、线缆、电源等易燃易爆品，极易发生火灾，严格杜绝火灾的发生是保障车辆、设备、驾乘人员安全的有力保障。电热塞属于低电阻阻性功率器件，工作电流大、体积小、单位功率密度大，要求驱动电路不仅能够输出较大的功率，而且具备完善的保护措施，特别是当过流、负载发生短路时，电路能可靠关断，而且在不关电情况下永久关断。额定电压高的电热塞，工作电压范围宽、功率大，对柴油机的低温启动性能有益。但不足的是，对工作电压变化敏感，特别是电压较低时，其表面温度会急剧下降，这种特性难以满足柴油机启动时蓄电池电压降带来的进气加温性能。基于电热塞的工作特性，进气加温电热塞应选择低额定电压的产品，并通过特殊的驱动电路与方法来满足高电压情况下应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，以实现12V电热塞在24V供电系统中可靠使用，特别是当过流、负载发生短路时，驱动电路能够快速并永久的关断。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路,包括微控制器、电平转换及过流关断电路、功率驱动电路、电流采样电路、过流检测电路和电热塞，所述微控制器的PWM输出端口信号连接至所述电平转换及过流关断电路的输入端，所述电平转换及过流关断电路的输出端信号连接至所述功率驱动电路的输入端，所述功率驱动电路的输出端分别信号连接至所述电热塞和所述电流采样电路，所述电流采样电路的输出端分别信号连接至所述微控制器的A/D输入端口和所述过流检测电路的输入端，所述过流检测电路的输出端信号连接至所述微控制器的中断输入端口和所述电平转换及过流关断电路的输入端。
进一步的，所述微控制器是型号为STC系列的单片机。
进一步的，所述电平转换及过流关断电路包括三极管Q1和可控硅S1，所述三极管Q1的基极b极分别连接至电阻R2的一端、电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接至所述微控制器CPU电路的PWM输出端口，所述三极管Q1的发射极e极接地，集电极c极通过电阻R1连接至电源；所述可控硅S1的阴极接地，阳极连接至所述三极管Q1的集电极c极。
进一步的，所述功率驱动电路包括高端驱动芯片U1、二极管D1、续流二极管D2和功率管Q2，所述高端驱动芯片U1的型号为IR2127，所述高端驱动芯片U1的引脚VCC连接至电源，所述引脚VCC经所述二极管D1连接至所述引脚VB，所述高端驱动芯片U1的引脚IN连接至所述三极管Q1的集电极c极，引脚HO经电阻R5连接至所述功率管Q2的栅极，所述功率管Q2的栅极经电阻R6连接至所述续流二极管D2的阴极，漏极经电阻R4连接至24V电源，源极连接至所述续流二极管D2的阴极，所述续流二极管D2的阴极分别连接至所述高端驱动芯片U1的引脚CS和引脚VS，所述续流二极管D2的阳极接地，所述续流二极管D2与所述电热塞并联。
进一步的，所述电流采样电路包括运算放大器U2和电容C1，所述运算放大器U2的型号为AD8205，所述运算放大器U2的引脚IN-连接至所述功率管Q2的漏极，所述引脚IN-和引脚IN+之间与所述电阻R4并联，引脚GND与引脚VREF2连接，引脚OUT经电阻R10、电阻R9接地，所述电阻R9与所述电容C1并联。
进一步的，所述过流检测电路包括比较器U3和若干电阻，所述比较器U3的型号为LM2903，所述比较器U3的负向输入端分别经电阻R7连接至电源、经电阻R8接地，正向输入端分别连接至所述微控制器的A/D输入端口、经所述电阻R10连接至所述运算放大器U2的引脚OUT，所述比较器U3的输出端连接至所述可控硅S1的门极，所述可控硅S1的门极与电阻R11、电阻R12的公共点连接，所述电阻R11的另一端连接至电源、所述电阻R12的另一端经电阻R13接地，所述电阻R12和所述电阻R13的公共点连接至所述微控制器的中断输入端口。
相对于现有技术，本发明所述的柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路具有以下优势：
(1)本发明所述的柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，采用软件中断、硬件关断技术，以保证过流发生时，电路能够可靠关断，冗余实现负载的过流保护功能。
(2)本发明所述的柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，采用PWM脉宽调制方式，以实现12V电热塞在24V供电系统中可靠使用。
(3)本发明所述的柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，当负载短路时，采用硬件关断技术，能快速切断负载功率；采用软件中断技术，冗余关断CPU的PWM输出。
(4)本发明所述的柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，采用冗余保护功能，有效降低火灾发生率，特别适用于安全性要求高的大功率器件驱动技术。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的各功能模块电路连接示意图；
图2为本发明实施例所述的电路原理图。
附图标记说明：
1-微控制器；2-电平转换及过流关断电路；3-功率驱动电路；4-电流采样电路；5-过流检测电路；6-电热塞。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，如图1和图2所示，包括微控制器1、电平转换及过流关断电路2、功率驱动电路3、电流采样电路4、过流检测电路5和电热塞6，所述微控制器1的PWM输出端口信号连接至所述电平转换及过流关断电路2的第一输入端，所述电平转换及过流关断电路2的输出端信号连接至所述功率驱动电路3的输入端，所述功率驱动电路3的输出端信号分别连接至所述电热塞6和所述电流采样电路4，所述电流采样电路4的输出端信号分别连接至所述微控制器1的A/D输入端口和所述过流检测电路5的输入端，所述过流检测电路5的输出端信号连接至所述微控制器1的中断输入端口和所述电平转换及过流关断电路2的第二输入端，PWM输出端口输出脉宽可调的PWM信号到电平转换及过流关断电路2，中断输入端口接收来自过流检测电路5的过流标志信号，A/D输入端口接收来自电流采样电路4输出的电压信号。
所述微控制器1是型号为STC系列的单片机。
所述电平转换及过流关断电路2包括三极管Q1和可控硅S1，所述三极管Q1的基极b极分别连接至电阻R2的一端、电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接至所述微控制器1CPU电路的PWM输出端口，所述三极管Q1的发射极e极接地，集电极c极通过电阻R1连接至12V电源；所述可控硅S1的阴极接地，阳极连接至所述三极管Q1的集电极c极，所述电平转换及过流关断电路2将单片机输出的较小幅值PWM信号通过三极管Q1转换为幅值为12V的PWM信号，同时接收过流检测电路5输出的过流标志信号；当过流发生时，可控硅S1的门极被过流标志信号触发而导通，可控硅S1的阳极被强制拉低到低电平。
所述功率驱动电路3包括高端驱动芯片U1、二极管D1、续流二极管D2和功率管Q2，所述高端驱动芯片U1的型号为IR2127，所述高端驱动芯片U1的引脚VCC连接至12V电源，所述引脚VCC经所述二极管D1连接至所述引脚VB，所述高端驱动芯片U1的引脚IN连接至所述三极管Q1的集电极c极，引脚HO经电阻R5连接至所述功率管Q2的栅极，所述功率管Q2的栅极经电阻R6连接至所述续流二极管D2的阴极，漏极经电阻R4连接至24V电源，源极连接至所述续流二极管D2的阴极，所述续流二极管D2的阴极分别连接至所述高端驱动芯片U1的引脚CS和引脚VS，所述续流二极管D2的阳极接地，所述续流二极管D2与所述电热塞6并联，所述功率驱动电路3将电平转换及过流关断电路2输出的幅值为12V的PWM控制信号通过高端驱动芯片U1、功率管Q2转换为幅值为36V的PWM功率信号，PWM功率信号施加到电热塞6上。
所述电流采样电路4包括运算放大器U2和电容C1，所述运算放大器U2的型号为AD8205，所述运算放大器U2的引脚IN-连接至所述功率管Q2的漏极，所述引脚IN-和引脚IN+之间与所述电阻R4并联，引脚GND与引脚VREF2连接后接地，引脚VS连接至5V电源，引脚OUT经电阻R10、电阻R9接地，所述电阻R9与所述电容C1并联,所述电流采样电路4通过取样电阻R1将流过功率管Q2、电热塞6的电流信号通过运算放大器U2转换为CPU电路A/D转换器、过流检测电路能够识别的电压信号。
所述过流检测电路5包括比较器U3和若干电阻，所述比较器U3的型号为LM2903，所述比较器U3的负向输入端分别经电阻R7连接至5V电源、经电阻R8接地，正向输入端分别连接至所述微控制器1的A/D输入端口、经所述电阻R10连接至所述运算放大器U2的引脚OUT，所述比较器U3的输出端连接至所述可控硅S1的门极，所述可控硅S1的门极与电阻R11、电阻R12的公共点连接，所述电阻R11的另一端连接至12V电源、所述电阻R12的另一端经电阻R13接地，所述电阻R12和所述电阻R13的公共点连接至所述微控制器1的中断输入端口，所述过流检测电路5将电流采样电路4输出的电压信号，通过比较器U3转换为CPU电路中断输入端口、电平转换及过流关断电路2能够识别的标志信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，其特征在于：包括微控制器(1)、电平转换及过流关断电路(2)、功率驱动电路(3)、电流采样电路(4)、过流检测电路(5)和电热塞(6)，所述微控制器(1)的PWM输出端口信号连接至所述电平转换及过流关断电路(2)的输入端，所述电平转换及过流关断电路(2)的输出端信号连接至所述功率驱动电路(3)的输入端，所述功率驱动电路(3)的输出端信号分别连接至所述电热塞(6)和所述电流采样电路(4)，所述电流采样电路(4)的输出端信号分别连接至所述微控制器(1)的A/D输入端口和所述过流检测电路(5)的输入端，所述过流检测电路(5)的输出端信号连接至所述微控制器(1)的中断输入端口和所述电平转换及过流关断电路(2)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，其特征在于：所述微控制器(1)是型号为STC系列的单片机。
3.根据权利要求1所述的一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，其特征在于：所述电平转换及过流关断电路(2)包括三极管Q1和可控硅S1，所述三极管Q1的基极b极分别连接至电阻R2的一端、电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接至所述微控制器(1)CPU电路的PWM输出端口，所述三极管Q1的发射极e极接地，集电极c极通过电阻R1连接至12V电源；所述可控硅S1的阴极接地，阳极连接至所述三极管Q1的集电极c极。
4.根据权利要求3所述的一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，其特征在于：所述功率驱动电路(3)包括高端驱动芯片U1、二极管D1、续流二极管D2和功率管Q2，所述高端驱动芯片U1的型号为IR2127，所述高端驱动芯片U1的引脚VCC连接至电源，所述引脚VCC经所述二极管D1连接至所述引脚VB，所述高端驱动芯片U1的引脚IN连接至所述三极管Q1的集电极c极，引脚HO经电阻R5连接至所述功率管Q2的栅极，所述功率管Q2的栅极经电阻R6连接至所述续流二极管D2的阴极，漏极经电阻R4连接至24V电源，源极连接至所述续流二极管D2的阴极，所述续流二极管D2的阴极分别连接至所述高端驱动芯片U1的引脚CS和引脚VS，所述续流二极管D2的阳极接地，所述续流二极管D2与所述电热塞(6)并联。
5.根据权利要求4所述的一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，其特征在于：所述电流采样电路(4)包括运算放大器U2和电容C1，所述运算放大器U2的型号为AD8205，所述运算放大器U2的引脚IN-连接至所述功率管Q2的漏极，所述引脚IN-和引脚IN+之间与所述电阻R4并联，引脚GND与引脚VREF2连接，引脚OUT经电阻R10、电阻R9接地，所述电阻R9与所述电容C1并联。
6.根据权利要求5所述的一种柴油机进气加温装置电热塞驱动与保护电路，其特征在于：所述过流检测电路(5)包括比较器U3和若干电阻，所述比较器U3的型号为LM2903，所述比较器U3的负向输入端分别经电阻R7连接至5V电源、经电阻R8接地，正向输入端分别连接至所述微控制器(1)的A/D输入端口、经所述电阻R10连接至所述运算放大器U2的引脚OUT，所述比较器U3的输出端连接至所述可控硅S1的门极，所述可控硅S1的门极与电阻R11、电阻R12的公共点连接，所述电阻R11的另一端连接至电源、所述电阻R12的另一端经电阻R13接地，所述电阻R12和所述电阻R13的公共点连接至所述微控制器(1)的中断输入端口。
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