CN110081221A - 多路电磁阀控制器、包括该控制器的电磁阀装置以及电磁阀控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多路电磁阀控制器，用于控制多个电磁阀，并且包括：微处理器；以及多个开关单元，分别连接在微处理器和多个电磁阀之间，微处理器通过该多个开关单元对多个电磁阀进行控制，其中，微处理器将具有预定频率和预定占空比的脉冲信号输出到电磁阀，从而使电磁阀保持通电状态。还提供一种电磁阀装置，包括上述多路电磁阀控制器以及多个电磁阀。

Description

多路电磁阀控制器、包括该控制器的电磁阀装置以及电磁阀 控制方法

技术领域

本发明涉及电磁阀控制领域，尤其涉及一种多路电磁阀控制器、包括该控制器的电磁阀装置，以及电磁阀的控制方法。

背景技术

现今，大部分电磁阀如长时间导通控制会产生发热严重、功耗高的问题，从而影响电磁阀的使用寿命。同时，电磁阀线圈的阻抗也会随着阀体温度升高而增大，线圈的阻抗所分得的电压随之升高，从而造成实际用于产生电磁场能的能量减少。一种解决方案是，可以采用智能控制芯片。然而，目前市场上的智能控制芯片的成本较高，例如，DRV103芯片，在MOUSER上的批量采购价格在33元人民币以上，而且，该芯片只能控制一路电磁阀。这样控制每路电磁阀的器件成本在33元以上，并且需要较多的额外电子元器件配合，进而导致电路板面积较大，成本较高。并且此类芯片目前只有一家公司可以提供，存在断货和停产风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多路电磁阀控制器及包括该电磁阀控制器的电磁阀装置，该多路电磁阀控制器不需要使用上述电磁阀控制芯片，在实现抑制电磁阀升温、延长电磁阀的使用寿命的目的的同时，降低了电磁阀控制的成本，并使得整个电路板尺寸减小。

根据本发明的第一方面，提供一种多路电磁阀控制器，该多路电磁阀控制器用于控制多个电磁阀，并且包括：微处理器；以及多个开关单元，分别连接在所述微处理器和所述多个电磁阀之间，所述微处理器通过该多个开关单元，对所述多个电磁阀进行控制，其中，所述微处理器将具有预定频率和预定占空比的脉冲信号输出到所述电磁阀，从而使所述电磁阀保持通电状态。

优选地，所述微处理器能够通过将高电平信号输出到所述电磁阀，使所述电磁阀预先通电，并且在持续输出所述高电平信号预定时间的情况下，所述微处理器将所述脉冲信号输出到所述电磁阀。

优选地，各所述开关单元包括：开关元件，该开关元件连接到所述微处理器；以及输出接口，该输出接口与所述电磁阀相连接，并且所述微处理器通过控制所述开关元件的通断，将高电平信号或低电平信号传送到所述输出接口，从而控制所述电磁阀的通电或断电。

优选地，所述开关元件包括场效应晶体管。

优选地，多路电磁阀控制器还包括多个磁耦隔离元件，所述微处理器通过所述多个磁耦隔离元件分别连接到所述多个开关单元。

优选地，所述微处理器具有内部定时器，所述脉冲信号的脉冲频率和占空比由所述内部定时器进行控制。

优选地，所述预定时间的设置范围为0.3s至2s。

优选地，所述预定频率的设置范围为15kHz-30kHz，和/或所述占空比的设置范围为10％-80％。

根据本发明的第二方面，提供一种电磁阀装置，包括：上述任一项所述的多路电磁阀控制器，以及所述的多个电磁阀。

根据本发明的第三发明，提供一种电磁阀控制方法，用于实现对多个电磁阀的控制，该方法包括：将高电平信号输出到所述多个电磁阀，使所述电磁阀通电并进入初始通电模式，并且在持续输出所述高电平信号预定时间的情况下，所述微处理器将具有预定频率和预定占空比的脉冲信号输出到所述电磁阀，从而使所述电磁阀进入节能模式。

本发明的多路电磁阀控制器采用Spark-hold原理，在控制电磁阀工作的初始阶段，对电磁阀施加一个大的控制量，即，高电平信号，以保证电磁阀有效动作。在前述初始阶段后，相应通道自动改变其控制方式，以一定占空比的脉冲控制使电磁阀保持之前的动作状态，从而达到降低电磁阀发热量的目的。初始阶段的大控制量的持续时间可以设定，后续脉冲控制量的频率和占空比也可设定。控制器用微处理器的管脚控制场效应晶体管通断，可以实现智能电磁阀控制芯片同样的效果。参数合适的场效应晶体管，例如NCE6005AS，其额定电压、额定电流、导通阻抗等关键指标均优于芯片DRV103，但批量采购每通道成本在0.3元人民币以下，具有低成本的优势。此外，同类型的场效应晶体管品种繁多，可替代性强，采购渠道多，不存在断货风险。

根据本发明的多路电磁阀控制器，将一定频率和占空比的脉冲信号输出到电磁阀，使电磁阀保持通电状态的同时进入节能模式。即，通过向电磁阀输出具有降低的占空比和一定频率的信号来达到节能目的，降低电磁阀的发热量，且提高阀体寿命。此外，本发明多路电磁阀控制器采用场效应晶体管，而不需要使用高成本的智能控制芯片，从而降低电磁阀控制成本。而且，本发明的多路电磁阀控制器能够控制多路电磁阀的操作，不需要更多额外电子元器件配合，因此能够使电路板的面积小型化。

而且，在进入节能模式之前，微处理器还可以通过将高电平信号以预定时间持续输出到所述电磁阀，以使所述电磁阀预先通电并进入初始通电模式。从而，通过预先向电磁阀持续输出高电平信号，确保电磁阀达到通电状态，并且有助于电磁阀后续顺利地进入节能模式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，但其说明仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1示出根据本发明的一优选实施例的多路电磁阀控制器的方框图。

图2A-2B示出根据本发明的多路电磁阀控制器的一具体实例的电路图；其中，图2A示出了控制器所包括的微处理器的电路图；图2B示出了微处理器所包括的开关单元以及磁耦合隔离芯片的电路图。

图3示出根据本发明的多路电磁阀控制器的工作流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

首先结合图1和图2A-2B说明本发明的多路电磁阀控制器。图1示出了根据本发明一优选实施例的多路电磁阀控制器的方框图；以及图2A-2B示出了根据本发明的多路电磁阀控制器的一具体实施例的电路图。

本发明的所述多路电磁阀控制器如图1所示，本发明的多路电磁阀控制器10包括微处理器12和多个开关单元11。多个开关单元11分别连接在微处理器12和多个电磁阀15之间，微处理器12通过该多个开关单元11对多个电磁阀15进行控制。微处理器12将具有预定频率和预定占空比的脉冲信号输出到电磁阀15，从而使电磁阀15保持通电状态并进入节能模式。

微处理器12还可以通过将高电平信号输出到电磁阀15，使电磁阀15预先通电并进入初始通电模式，并且在持续输出所述高电平信号预定时间的情况下，微处理器12将具有预定频率和预定占空比的上述脉冲信号输出到电磁阀15，使其进入节能模式。通过预先向电磁阀15持续输出高电平信号，确保电磁阀达到通电状态，并且有助于电磁阀后续顺利地进入节能模式。

高电平信号持续的预定时间的设置范围优选为0.3s至2s，进一步优选为0.3s。进一步地，占空比的设置范围优选为10％至80％，进一步优选为30％。以及进一步地，预定频率的设置范围优选为15kHz至30kHz，进一步优选为25KHz。

需要指出的事，为简洁起见，图1仅示出了多路电磁阀控制器10对一路电磁阀进行控制的原理示意图。本发明的多路电磁阀控制器10能够同时对多路电磁阀进行相应的控制。

根据本发明的上述方案，通过微处理器的上述控制方式，使得能够抑制电磁阀的升温、延长电磁阀的使用寿命，同时，降低了电磁阀控制的成本，并可以使得整个器件，例如电路板的尺寸减小。

其中，如图1所示，优选地，各个开关单元11包括：多个开关元件13，多个开关元件13连接到微处理器12；以及多个输出接口14，该多个输出接口14分别与多个电磁阀15相连接。所述微处理器12通过控制开关元件13的通断，将高电平或低电平的信号传送到输出接口14，从而控制多个电磁阀15的通电或断电。

微处理器12通过将高电平信号输出到电磁阀15，使电磁阀15通电，并且进入初始通电模式。在持续输出高电平信号所述预定时间之后，微处理器12改变控制方式，将具有预定频率和预定占空比的脉冲信号经由输出接口14输出到电磁阀15，从而使所述电磁阀15进入节能控制模式。在节能控制模式下，电磁阀15保持通电状态，并且具有较低的发热量。优选地，所述开关元件13包括场效应晶体管。

优选地，所述的多路电磁阀控制器10还包括多个磁耦隔离元件，所述微处理器12通过多个磁耦隔离元件分别连接到所述多个开关单元11。磁耦隔离元件配合DCDC隔离电源将单片机工作电路与电磁阀工作电路电气隔离开，防止单片机死机，提高系统稳定性。此外，磁耦隔离元件还能够增强对场效应晶体管的驱动电流。该磁耦隔离元件可由其他类型大电流驱动芯片、或光耦来替代。

以及进一步优选地，所述微处理器12具有内部定时器(未示出)，所述脉冲信号的脉冲频率和占空比由所述内部定时器进行控制。

电路实例

下面将参照图2A-2B具体描述根据本发明的多路电磁阀控制器的一具体实例。

图2A-2B示出根据本发明的多路电磁阀控制器的一具体实例的电路图；其中，图2A示出了控制器所包括的微处理器的电路图；图2B示出了微处理器所包括的开关单元及磁耦合隔离芯片的电路图。

本发明的微处理器例如为图2A所示的电路图中的微处理器U4，其型号为STM32F405RGT6，该微处理器U4的A组管脚作为电磁阀控制口。前述A组管脚通过磁耦合隔离元件连接到作为开关元件的场效应晶体管。磁耦合隔离元件例如为图2B所示磁耦合隔离芯片U2、U3、U10，其型号为SI8660BA-B-IS1。场效应晶体管如图1中的场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9所示，其型号为NCE6005AS。图2B所示的接口XS1、XS2、XS3、XS4、XS7、XS8、XS9、XS10、XS11、XS12作为本发明的多路电磁阀控制器的输出接口，其型号为XHB-4A。微处理器U4的管脚和多路电磁阀控制器的输出接口对应关系为：PA0-XS1、PA1-XS2、PA2-XS3、PA3-XS4、PA6-XS7、PA7-XS8、PA8-XS9、PA9-XS10、PA10-XS11、PA11-XS12。

当微处理器U4的A组管脚输出高电平时，对应的输出接口能够控制电磁阀的线圈导通；当微处理器U4的A组管脚输出低电平时，对应的输出接口控制电磁阀的线圈断电。当微处理器U4的A组管脚输出一定频率和占空比的脉冲时，对应的多路电磁阀控制器的输出接口也相应调整控制输出。

图2A所示的微处理器U4的A组管脚输出脉冲的频率和占空比由微处理器U4的内部定时器控制。管脚与微处理器U4的内部定时器对应关系为：定时器5通道1-PA0；定时器5通道2-PA1；定时器5通道3-PA2；定时器5通道4-PA3；定时器3通道1-PA6；定时器3通道2-PA7；定时器1通道1-PA8；定时器1通道2-PA9；定时器1通道3-PA10；定时器1通道4-PA11。

多路电磁阀控制器收到输出控制指令后，立即解析并执行该输出控制指令。以其中一路电磁阀的控制为例，在收到控制连接到图2B所示接口XS1的电磁阀的工作指令后，图2A所示微处理器U4的管脚PA0立即输出高电平信号，连接到图2B所示接口XS1的电磁阀的线圈进行通电操作，即，使电磁阀进入通电模式。其中高电平的持续时间由设定的参数决定。在该高电平的持续时间定时到时后，管脚PA0立即转入PWM模式，微处理器U4的内部定时器5通道1-PA0控制管脚PA0根据设定的占空比和频率输出脉冲信号，从而使连接到图2B所示接口XS1的电磁阀进入节能模式。上述所有其他智能电磁阀控制输出接口控制原理均同前述。

电磁阀的控制操作

下面，根据图1所示的本发明的多路电磁阀控制器10，参考图3所示，描述多路电磁阀控制器10对其中一路电磁阀控制的具体操作。

图3示出了多路电磁阀控制器工作流程图。在多路电磁阀控制器10上电(步骤S1)之后，微处理器12进行初始化操作并加载所需参数(步骤S2)。微处理器12判断是否接收到控制指令(步骤S3)，当接收到控制指令时，控制电磁阀15执行相应的操作(步骤S4)；当没有接收到控制指令时，进入步骤S5。在步骤S5中，判断是否有通道需要设定为脉冲输出。如果需要设置脉冲输出，则相应通道由大控制量自动切换到给定频率和占空比的脉冲输出(步骤S6)。如果不需要设置脉冲输出，进入步骤S7。在步骤S7中，判断是否接收到参数设置指令。当接收到参数设置指令时，进行参数的设置(步骤S8)；否则流程继续进行到步骤S9。步骤S9判断是否接收到存储指令。如果接收到存储指令，则永久存储参数(步骤S10)，而后返回步骤S3。如果没有收到存储指令，则操作直接返回至步骤S3。

实验测试

通过下面的实验测试，进一步说明根据本发明的多路电磁阀控制器对电磁阀的控制效果。

根据表1示出的具体的实验条件，能够获得表2示出的由三种电磁阀控制方式产生的电磁阀导通时的升温效果。具体地，当采用直接通电导通的控制方式时，导通30分钟后阀体表面的温度为54.4℃。当利用芯片DRV103对电磁阀进行控制时，导通30分钟后阀体表面的温度为36.0℃。当采用根据本发明的多路电磁阀控制器对电磁阀进行控制时，导通30分钟后阀体表面的温度为34.2℃。

表1实验条件

表2电磁阀导通温升

因此，根据上述实验结果，相比于直接通电导通的控制方式，本发明的多路电磁阀控制器通过输出具有预定频率和占空比的脉冲信号来控制电磁阀，从而大幅降低了阀体表面的温度，并有效地解决了电磁阀导通发热问题。而且，相比利用高成本的控制芯片DRV103对电磁阀进行控制，本发明的多路电磁阀控制器能够在有效地降低电磁阀的发热量的同时，节省电磁阀的控制成本。此外，本发明的电磁阀能够控制多路电磁阀的操作，不需要更多额外电子元器件配合，因此能够使电路板的面积小型化。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。以上示例性实施例仅仅是用于阐明本发明的原理，而并非用于限定本发明的保护范围。本领域技术人员在不背离本发明所揭示的精神和原理的范围内，可以对本发明做出各种改进，而不会超出由权利要求书限定的范围。

Claims (10)

1.一种多路电磁阀控制器，该多路电磁阀控制器用于控制多个电磁阀，并且包括：

微处理器；以及

多个开关单元，分别连接在所述微处理器和所述多个电磁阀之间，所述微处理器通过该多个开关单元，对所述多个电磁阀进行控制，其中，

所述微处理器将具有预定频率和预定占空比的脉冲信号输出到所述电磁阀，以使所述电磁阀保持通电状态。

2.根据权利要求1所述的多路电磁阀控制器，其中，

所述微处理器能够通过将高电平信号输出到所述电磁阀，使所述电磁阀预先通电，并且在持续输出所述高电平信号预定时间的情况下，所述微处理器将所述脉冲信号输出到所述电磁阀。

3.根据权利要求1或2所述的多路电磁阀控制器，其中，各所述开关单元包括：

开关元件，该开关元件连接到所述微处理器；以及

输出接口，该输出接口与所述电磁阀相连接，并且所述微处理器通过控制所述开关元件的通断，将高电平信号或低电平信号传送到所述输出接口，从而控制所述电磁阀的通电或断电。

4.根据权利要求3所述的多路电磁阀控制器，其中，所述开关元件包括场效应晶体管。

5.根据权利要求1至4任一项所述的多路电磁阀控制器，还包括多个磁耦隔离元件，所述微处理器通过所述多个磁耦隔离元件分别连接到所述多个开关单元。

6.根据权利要求1至5任一项所述的多路电磁阀控制器，其中，所述微处理器具有内部定时器，所述脉冲信号的脉冲频率和占空比由所述内部定时器进行控制。

7.根据权利要求2所述的多路电磁阀控制器，其中，

所述预定时间的设置范围为0.3s至2s。

8.根据权利要求1至7任一项所述的多路电磁阀控制器，其中，

所述预定频率的设置范围为15kHz-30kHz，和/或

所述占空比的设置范围为10％-80％。

9.一种电磁阀装置，包括：

如权利要求1至8任一项所述的多路电磁阀控制器，以及

所述的多个电磁阀。

10.一种电磁阀控制方法，用于实现对多个电磁阀的控制，该方法包括：

将高电平信号输出到所述多个电磁阀，使所述电磁阀预先通电，并且在持续输出所述高电平信号预定时间的情况下，所述微处理器将具有预定频率和预定占空比的脉冲信号输出到所述电磁阀，以使所述电磁阀保持通电状态。