CN110206651B - 峰/保电流驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种峰/保电流驱动电路，包括24V电源、单片机、升压芯片、Boost电路、电流信号检测电路、高速电磁阀负载和低端驱动电路及开关管；所述24V电源与Boost电路连接；单片机分别与升压芯片、低端驱动电路及开关管和电流信号检测电路相连接；升压芯片与Boost电路相连接；Boost电路与电流信号检测电路相连接；电流信号检测电路与高速电磁阀负载相连接；低端驱动电路及开关管与高速电磁阀负载相连接。本发明提升了电路的可靠性，且电路简单。

Description

峰/保电流驱动电路
技术领域
本发明属于电控单体泵、共轨系统、气体机与双燃料发动机控制技术领域，具体涉及一种峰/保电流驱动电路。
背景技术
随着排放法规的日益严格和世界范围内的能源危机，以及电子技术的快速发展推动了柴油机向数字化和智能化发展的步伐。为满足柴油机数字化的发展需要，有效地降低柴油机的排放，大幅度改善柴油机的燃油经济性，柴油机最核心的部件—燃油喷射系统采用电子控制。电控燃油喷射系统是当前的一种新型燃油喷射系统，它实现了高喷油压力及喷油系统的全面柔性控制，可以实现柴油机全工况性能优化，特别是柴油机低速、低负荷时的工作性能可明显改善。自2000年1月开始生效的IMO排放法规对船用柴油机的NOX排放提出了更高要求，电控燃油喷射系统的采用是满足这一法规的有效途径。高速电磁阀负载驱动是电控燃油喷射系统的核心技术，是电控燃油喷射系统可靠工作的重要保障。
因此，有必要开发一种峰/保电流驱动电路。
发明内容
本发明的目的是提供一种峰/保电流驱动电路，能提升电路的可靠性，且电路简单。
本发明所述的峰/保电流驱动电路，包括24V电源、单片机、升压芯片、Boost电路、电流信号检测电路、高速电磁阀负载和低端驱动电路及开关管；
所述24V电源是电压源输入，该24V电源与Boost电路连接；
所述单片机用于控制升压芯片和低端驱动电路及开关管工作，并采集来自电流信号检测电路采集电流信号后产生的电压信号输出，用于对驱动高速电磁阀负载的电流信号进行闭环控制，单片机分别与升压芯片、低端驱动电路及开关管和电流信号检测电路相连接；
所述升压芯片用于控制Boost电路工作，升压芯片接收到单片机工作指令后，开始产生高压，用于驱动产生峰值电流，当单片机计时峰值电流脉宽达到目标值后，单片机重新发出指令给升压芯片，停止Boost电路工作，此时切换为24V电源给高速电磁阀负载进行供电，该升压芯片与 Boost电路相连接；
所述Boost电路用于产生24V～100V电压，驱动高速电磁阀负载工作，该Boost电路与电流信号检测电路相连接；
所述电流信号检测电路用于采集经过高速电磁阀负载的电流信号，并将采集到的电流信号转换成电压信号，送进单片机，单片机与预设阈值进行比较，并基于比较结果来决定驱动低端驱动电路及开关管的斩波信号，从而对电流信号进行闭环控制，该电流信号检测电路与高速电磁阀负载相连接；
所述低端驱动电路及开关管用于接收单片机的斩波信号，并将信号放大后来驱动低端开关，用来控制驱动电流输出，该低端驱动电路及开关管与高速电磁阀负载相连接。
进一步，所述 24V电源、单片机、升压芯片和Boost电路组成高压/24V切换电路；
所述Boost电路由电感L1、二极管D1、MOS管Q1、电容C1、电阻R1和电阻R2组成，以上各元器件的连接关系如下：
所述电感L1的一端与24V电源连接，电感L1的另一端与MOS管Q1的漏极相连，MOS管Q1的栅极与升压芯片的SWO引脚连接，MOS管Q1的源极接地；电感L1与MOS管Q1的漏极的连接点依次经二极管D1、电容C1后接地；二极管D1和电容C1的连接点依次经电阻R1和电阻R2后接地；电阻R1和电阻R2的连接点与升压芯片的FB引脚连接；升压芯片的EN引脚与单片机连接。
进一步，所述电流信号检测电路包括霍尔传感器、电阻RM和VC电源，以上各元器件的连接关系如下：
所述霍尔传感器的型号为LEM LA-25，其1、2、3、4、5引脚相并联，并与Boost电路的电源输出相连接，霍尔传感器的6、7、8、9、10引脚相并联，并与高速电磁阀负载的正向端连接，霍尔传感器的+引脚与VC电源的正电压相连接，霍尔传感器的-引脚与VC电源的负电压相连接，霍尔传感器的M引脚经电阻RM后接地。
进一步，还包括保护电路；所述Boost电路、电流信号检测电路、高速电磁阀负载、保护电路和低端驱动电路及开关管组成电流驱动电路；
所述高速电磁阀负载由负载1、负载2、负载3和负载4组成；
所述低端驱动电路及开关管由低端驱动芯片、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5组成；
所述保护电路包括续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5、保险管F1、保险管F2、保险管F3和保险管F4；
以上各元器件的连接关系如下：
所述Boost电路分别与电流信号检测电路的IN端、续流二极管D2的负极、续流二极管D3的负极、续流二极管D4的负极、续流二极管D5的负极连接；所述电流信号检测电路分别与负载1的一端、负载2的一端、负载3的一端、负载4的一端相连接；负载1的另一端与续流二极管D2的正极连接，负载2的另一端与续流二极管D3的正极连接，负载3的另一端与续流二极管D4的正极连接，负载4的另一端与续流二极管D5的正极连接；负载1与续流二极管D2的连接点经保险管F1后与MOS管Q2的漏极连接；负载2与续流二极管D3的连接点经保险管F2后与MOS管Q3的漏极连接；负载3与续流二极管D4的连接点经保险管F3后与MOS管Q4的漏极连接；负载4与续流二极管D5的连接点经保险管F4后与MOS管Q5的漏极连接；MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极、MOS管Q4的源极和MOS管Q5的源极均接地；MOS管Q2的栅极、MOS管Q3的栅极、MOS管Q4的栅极和MOS管Q5的栅极分别与低端驱动芯片连接。
本发明具有以下优点：
（1）借助Boost电路就能够实现高压到24V电源的切换，省去了切换电路，使电路更简单，成本更低廉；
（2）省去了传统驱动电路中的高端预驱动和高端开关管，由于高端预驱动技术难度大，故障率较高，去掉该部分电路后，能够很大程度提升电路的可靠性；
（3）采用控制低端开关管来产生斩波电流，避免了高端悬浮式驱动，驱动要求更简单，可靠性更高；
（4）采用了各缸短路熔断措施，能够避免由于一个区（4个缸）中的1缸发生短路而导致的整个区无法正常工作的难题，较好地实现了各缸故障隔离，从而实现“跛行回家”；
（5）采用了霍尔式传感器对电流信号进行采集，抗干扰能力强，信噪比高，能够精确的控制电流波形。
附图说明
图1为本发明的新型峰/保电流驱动电路方案框图；
图2为本发明中高压/24V切换电路图；
图3为本发明中电流信号检测电路图；
图4为本发明中电流驱动电路图；
图5为现有经典的驱动电路拓扑；
图中：1、24V电源，2、单片机，3、升压芯片，4、Boost电路，5、电流信号检测电路，6、高速电磁阀负载，7、低端驱动电路及开关管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本实施例中，如图1所示，一种峰/保电流驱动电路，包括24V电源1、单片机2、升压芯片3、Boost电路4、电流信号检测电路5、高速电磁阀负载6和低端驱动电路及开关管7。所述24V电源1是电压源输入，该24V电源1与Boost电路4连接。所述单片机2用于控制升压芯片3和低端驱动电路及开关管7工作，并采集来自电流信号检测电路5采集电流信号后产生的电压信号输出，用于对驱动高速电磁阀负载6的电流信号进行闭环控制，单片机2分别与升压芯片3、低端驱动电路及开关管7和电流信号检测电路5相连接。所述升压芯片3用于控制Boost电路4工作，升压芯片3接收到单片机2工作指令后，开始产生高压，用于驱动产生峰值电流，当单片机2计时峰值电流脉宽达到目标值后，单片机2重新发出指令给升压芯片3，停止Boost电路4工作，此时切换为24V电源1给高速电磁阀负载6进行供电，该升压芯片3与Boost电路4相连接。所述Boost电路4为经典的Boost电路拓扑，用于产生24V～100V电压，用于驱动高速电磁阀负载6工作，该Boost电路4与电流信号检测电路5相连接。所述电流信号检测电路5用于采集经过高速电磁阀负载6的电流信号，并将采集到的电流信号转换成电压信号，送进单片机2，单片机2与预设阈值进行比较，并基于比较结果来决定驱动低端驱动电路及开关管7的斩波信号，从而对电流信号进行闭环控制，该电流信号检测电路5与高速电磁阀负载6相连接。所述低端驱动电路及开关管7用于接收单片机2的斩波信号，并将信号放大后来驱动低端开关，用来控制驱动电流输出，该低端驱动电路及开关管7与高速电磁阀负载6相连接。
如图2所示，本实施例中，所述 24V电源1、单片机2、升压芯片（型号为TLE8386）3和Boost电路4组成高压/24V切换电路。所述Boost电路由电感L1、二极管D1、MOS管Q1、电容C1、电阻R1和电阻R2组成。以上各元器件的连接关系如下：
所述电感L1的一端与24V电源连接，电感L1的另一端与MOS管Q1的漏极相连，MOS管Q1的栅极与升压芯片3的SWO引脚连接，MOS管Q1的源极接地；电感L1与MOS管Q1的漏极的连接点依次经二极管D1、电容C1后接地；二极管D1和电容C1的连接点依次经电阻R1和电阻R2后接地；电阻R1和电阻R2的连接点与升压芯片3的FB引脚连接；升压芯片3的EN引脚与单片机2连接。
由于采用的是双电源供电的峰/保电流驱动，Boost电路4输出在产生峰值电流时要求提供高压，在产生保持电流时需要提供24V电压，单片机2依据驱动要求，在输出峰值电流期间启动升压芯片3工作，从而驱动Boost电路4输出高压，在输出保持电流期间停止升压芯片3工作，从而停止Boost电路4工作，由于Boost电路4拓扑的特殊性，即使不输出高压，电源输出也与24V电源1保持连通，并且输出与输入仅仅只有一个二极管D1的压降，从而保证了在产生保持电流的期间可以通过24V电源1进行供电，实现了从高压到24V电压的转换。
如图3所示，本实施例中，所述电流信号检测电路5包括霍尔传感器、电阻RM和VC电源，以上各元器件的连接关系如下：
所述霍尔传感器的型号为LEM LA-25，其1、2、3、4、5引脚相并联，并与Boost电路的电源输出相连接，霍尔传感器的6、7、8、9、10引脚相并联，并与高速电磁阀负载的正向端连接，霍尔传感器的+引脚与VC电源的正电压相连接，霍尔传感器的-引脚与VC电源的负电压相连接，霍尔传感器的M引脚经电阻RM后接地。
如图4所示，本实施例中，还包括保护电路；所述Boost电路4、电流信号检测电路5、高速电磁阀负载6、保护电路和低端驱动电路及开关管7组成电流驱动电路。所述高速电磁阀负载6由负载1、负载2、负载3和负载4组成。所述低端驱动电路及开关管7由低端驱动芯片、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5组成，所述低端驱动芯片的型号为MIC4468。所述保护电路由续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5、保险管F1、保险管F2、保险管F3和保险管F4组成。以上各元器件的连接关系如下：
所述Boost电路4主要是给高速电磁阀负载6供电，Boost电路4分别与电流信号检测电路5的IN端、续流二极管D2的负极、续流二极管D3的负极、续流二极管D4的负极、续流二极管D5的负极连接。所述电流信号检测电路5主要用来采集流经高速电磁阀负载6的电流，电流信号检测电路5分别与负载1的一端、负载2的一端、负载3的一端、负载4的一端相连接；负载1的另一端与续流二极管D2的正极连接，负载2的另一端与续流二极管D3的正极连接，负载3的另一端与续流二极管D4的正极连接，负载4的另一端与续流二极管D5的正极连接；负载1与续流二极管D2的连接点经保险管F1后与MOS管Q2的漏极连接；负载2与续流二极管D3的连接点经保险管F2后与MOS管Q3的漏极连接；负载3与续流二极管D4的连接点经保险管F3后与MOS管Q4的漏极连接；负载4与续流二极管D5的连接点经保险管F4后与MOS管Q5的漏极连接；MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极、MOS管Q4的源极和MOS管Q5的源极均接地；MOS管Q2的栅极、MOS管Q3的栅极、MOS管Q4的栅极和MOS管Q5的栅极分别与低端驱动芯片连接。
一个区包含4个负载，每一个负载单独用一个低端MOS管来控制，如负载1与保险管F1、MOS管Q2串联，当负载1发生短路时，保险管F1熔断，不影响其他负载正常工作，续流二极管D2主要起到续流的作用，当MOS管Q2关断时，流经负载1的电流通过续流二极管D2和电流信号检测电路形成续流回路；负载2、负载3和负载4的工作原理与负载1类似，这里不再一一详述。
由于借助Boost电路4就能够实现高压到24V电源的切换，与经典的驱动电路拓扑（参见图5）相比，省去了高端预驱动及开关管（即第一高边驱动模块和第二高边驱动模块），使得电路的整体更加简单，大大地降低了成本。传统的高端预驱动采用的是自举悬浮驱动，在驱动前需要对自举电容进行预充电，需要预留充电时间，对驱动电路开关时序提出了更高的要求，并且自举悬浮驱动有先天的缺陷，设计不当可能导致Latch-on和Latch-off等故障，取消了高端预驱动与开关管之后，以上这些问题及故障都将消失，进一步提升了驱动电路的可靠性。本峰/保电流驱动电路能够应用于高压共轨、电控单体泵、气体机以及双燃料发动机高速电磁控制领域，能够有效地精简驱动电路，提升控制的可靠性。

Claims (4)

1.一种峰/保电流驱动电路，其特征在于：包括24V电源（1）、单片机（2）、升压芯片（3）、Boost电路（4）、电流信号检测电路（5）、高速电磁阀负载（6）和低端驱动电路及开关管（7）；
所述24V电源（1）是电压源输入，该24V电源（1）与Boost电路（4）连接；
所述单片机（2）用于控制升压芯片（3）和低端驱动电路及开关管（7）工作，并采集来自电流信号检测电路（5）采集电流信号后产生的电压信号输出，用于对驱动高速电磁阀负载（6）的电流信号进行闭环控制，单片机（2）分别与升压芯片（3）、低端驱动电路及开关管（7）和电流信号检测电路（5）相连接；
所述升压芯片（3）用于控制Boost电路（4）工作，升压芯片（3）接收到单片机（2）工作指令后，开始产生高压，用于驱动产生峰值电流，当单片机（2）计时峰值电流脉宽达到目标值后，单片机（2）重新发出指令给升压芯片（3），停止Boost电路（4）工作，此时切换为24V电源（1）给高速电磁阀负载（6）进行供电，该升压芯片（3）与 Boost电路（4）相连接；
所述Boost电路（4）用于产生24V～100V电压，驱动高速电磁阀负载（6）工作，该Boost电路（4）与电流信号检测电路（5）相连接；
所述电流信号检测电路（5）用于采集经过高速电磁阀负载（6）的电流信号，并将采集到的电流信号转换成电压信号，送进单片机（2），单片机（2）与预设阈值进行比较，并基于比较结果来决定驱动低端驱动电路及开关管（7）的斩波信号，从而对电流信号进行闭环控制，该电流信号检测电路（5）与高速电磁阀负载（6）相连接；
所述低端驱动电路及开关管（7）用于接收单片机（2）的斩波信号，并将信号放大后来驱动低端开关，用来控制驱动电流输出，该低端驱动电路及开关管（7）与高速电磁阀负载（6）相连接。
2.根据权利要求1所述的峰/保电流驱动电路，其特征在于：所述 24V电源（1）、单片机（2）、升压芯片（3）和Boost电路（4）组成高压/24V切换电路；
所述Boost电路由电感L1、二极管D1、MOS管Q1、电容C1、电阻R1和电阻R2组成，以上各元器件的连接关系如下：
所述电感L1的一端与24V电源（1）连接，电感L1的另一端与MOS管Q1的漏极相连，MOS管Q1的栅极与升压芯片（3）的SWO引脚连接，MOS管Q1的源极接地；电感L1与MOS管Q1的漏极的连接点依次经二极管D1、电容C1后接地；二极管D1和电容C1的连接点依次经电阻R1和电阻R2后接地；电阻R1和电阻R2的连接点与升压芯片（3）的FB引脚连接；升压芯片（3）的EN引脚与单片机（2）连接。
3.根据权利要求1或2所述的峰/保电流驱动电路，其特征在于：所述电流信号检测电路（5）包括霍尔传感器、电阻RM和VC电源，以上各元器件的连接关系如下：
所述霍尔传感器的型号为LEM LA-25，其1、2、3、4、5引脚相并联，并与Boost电路（4）的电源输出相连接，霍尔传感器的6、7、8、9、10引脚相并联，并与高速电磁阀负载（6）的正向端连接，霍尔传感器的+引脚与VC电源的正电压相连接，霍尔传感器的-引脚与VC电源的负电压相连接，霍尔传感器的M引脚经电阻RM后接地。
4.根据权利要求3所述的峰/保电流驱动电路，其特征在于：还包括保护电路；所述Boost电路（4）、电流信号检测电路（5）、高速电磁阀负载（6）、保护电路和低端驱动电路及开关管（7）组成电流驱动电路；
所述高速电磁阀负载（6）由负载1、负载2、负载3和负载4组成；
所述低端驱动电路及开关管（7）由低端驱动芯片、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5组成；
所述保护电路包括续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5、保险管F1、保险管F2、保险管F3和保险管F4；
以上各元器件的连接关系如下：
所述Boost电路（4）分别与电流信号检测电路的IN端、续流二极管D2的负极、续流二极管D3的负极、续流二极管D4的负极、续流二极管D5的负极连接；所述电流信号检测电路分别与负载1的一端、负载2的一端、负载3的一端、负载4的一端相连接；负载1的另一端与续流二极管D2的正极连接，负载2的另一端与续流二极管D3的正极连接，负载3的另一端与续流二极管D4的正极连接，负载4的另一端与续流二极管D5的正极连接；负载1与续流二极管D2的连接点经保险管F1后与MOS管Q2的漏极连接；负载2与续流二极管D3的连接点经保险管F2后与MOS管Q3的漏极连接；负载3与续流二极管D4的连接点经保险管F3后与MOS管Q4的漏极连接；负载4与续流二极管D5的连接点经保险管F4后与MOS管Q5的漏极连接；MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极、MOS管Q4的源极和MOS管Q5的源极均接地；MOS管Q2的栅极、MOS管Q3的栅极、MOS管Q4的栅极和MOS管Q5的栅极分别与低端驱动芯片连接。
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