CN112594436B - 一种功率电磁阀快速启动电路及启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率电磁阀快速启动电路及启动方法，启动系统包括驱动电源模块，驱动电源模块包括启动供电电源单元、激活供电电源单元以及保持供电电源单元，且启动供电电源单元的电压最大，保持供电电源单元的电压最小；功率电磁阀启动时，当功率电磁阀处于激活电流建立时间阶段时，启动供电电源单元作为供电电源；当功率电磁阀处于激活阶段时，激活供电电源单元作为供电电源；当功率电磁阀处于保持阶段时，保持供电电源单元作为供电电源。本发明的目的在于提供一种功率电磁阀快速启动电路及启动方法，降低了驱动电流的建立时间，实现功率电磁阀的快速启动，提高功率电磁阀启动阶段快速响应的时间。

Description

一种功率电磁阀快速启动电路及启动方法

技术领域

本发明涉及功率电磁阀技术领域，尤其涉及一种功率电磁阀快速启动电路及启动方法。

背景技术

功率电磁阀因为其自身感性分量较大而造成负载电流变化缓慢，最终导致驱动电流需要经过一个相对较长的建立时间才能达到其激活电流的大小。在相同供电环境下，功率电磁阀的感性分量越大，其驱动电流所需的上升时间就越长。当功率电磁阀的驱动电流从零开始上升时，满足下述公式：

i＝I_o*[1-e(-t/τ)]＝U/R*[1-e(-t*R/L)]

上式中，i为t时刻的电流值，I_o为最终稳态输出电流值是常量，其值等效于供电电压U与功率电磁阀阻性分量的商。τ为时间常数，其值等效于L/R，即为功率电磁阀感性分量和阻性分量的商。因此，当目标电流i越大时，对应所需的时间t也越长；同理，在得到相同目标电流i的情况下，当供电电压U越大时，所需的时间t越短。

电磁阀驱动电流波形如图1所示，其中I_max为电磁阀激活电流值，I_min为电磁阀保持电流值，t₁～t₂为激活电流建立时间，t₂～t₃为电磁阀激活时间，t₃～t₄为激活状态到保持状态的转换时间，t₄～t_n0为电磁阀保持时间，t_n1～t_n2为电磁阀关闭时间。

目前电磁阀的常规驱动电路，通常是一个高位直流驱动电源模块加上一个次高位直流维持电源作为整个电路的驱动源，其高位直流驱动电源模块在启动前期对电磁阀供电，使驱动电流达到足以激活电磁阀的状态，次高位直流驱动电源模块在电磁阀已激活后负责维持电磁阀的激活状态即可，与用单电源供电相比能够降低部分损耗，其功能框图如图2所示。

常规的电磁阀驱动电路只能提供两种幅值的驱动电源模块，在确定了激活阶段的驱动电源模块以及保持阶段的驱动电源模块以后，对整个激活电流建立时间就只是被动地接受，根据确定的供电电源和电磁阀自身的阻性和感性特性得到其驱动电流波形。而功率电磁阀由于其自身感性分量较大，使得驱动电流的上升时间相对常规电磁阀驱动电流上升时间而言会更加缓慢，因此功率电磁阀的启动控制时间往往会比常规电磁阀的启动响应时间大好几倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率电磁阀快速启动电路及启动方法，针对功率电磁阀具有较大的感性分量这一特性，对功率电磁阀的驱动电源模块进行合理设计优化，以实现供给功率电磁阀的驱动电流能够快速达到其激活电流的大小，降低了驱动电流的建立时间，实现功率电磁阀的快速启动，提高功率电磁阀启动阶段快速响应的时间。

本发明通过下述技术方案实现：

一种功率电磁阀快速启动电路，包括主控制器、驱动电源模块、开关功率MOS管、功率电磁阀、恒流控制模块以及输出回采模块，其中，所述驱动电源模块包括启动供电电源单元、激活供电电源单元以及保持供电电源单元，且所述启动供电电源单元的电压最大，所述保持供电电源单元的电压最小；

所述功率电磁阀启动时，当所述功率电磁阀处于激活电流建立时间阶段时，所述主控制器控制所述开关功率MOS管导通，并选择所述启动供电电源单元作为所述功率电磁阀的供电电源，同时所述主控制器输出第一恒流控制信号至所述恒流控制模块，所述功率电磁阀的驱动电流在所述启动供电电源单元、所述第一恒流控制信号以及所述恒流控制模块的作用下，上升到目标激活电流附近；

当所述功率电磁阀接收到第一反馈信号时，所述主控制器切换所述激活供电电源单元作为所述功率电磁阀的供电电源，同时输出第二恒流控制信号至所述恒流控制模块，所述功率电磁阀的驱动电流在所述激活供电电源单元、所述第二恒流控制信号以及所述恒流控制模块的作用下，上升到目标激活电流；

其中，所述第一反馈信号为：所述输出回采模块监测到所述驱动电流接近目标激活电流值；

当所述输出回采模块监测到所述驱动电流达到目标激活电流值，且所述目标激活电流值维持了预设时间，所述主控制器切换所述保持供电电源单元作为所述功率电磁阀的供电电源，同时输出第三恒流控制信号至所述恒流控制模块，所述功率电磁阀的驱动电流在所述保持供电电源单元、所述第三恒流控制信号以及所述恒流控制模块的作用下，下降到目标保持电流。

优选地，所述恒流控制模块包括恒流MOS管、积分器和数模转换器，所述主控制器控制所述数模转换器输出参考电压值，所述参考电压值与回采电压值经所述积分器作用后传输至所述恒流MOS管；

其中，所述回采电压值为所述输出回采模块采集的电压值。

优选地，所述输出回采模块包括电阻R、运算放大器和模数转换器，所述电阻R将获取的所述回采电压值传输至所述运算放大器，所述回采电压值依次经所述运算放大器和所述模数转换器作用后传输至所述主控制器。

使用如上所述的一种功率电磁阀快速启动电路的启动方法，包括以下步骤：

S1：主控制器选择启动供电电源单元作为供电电源，直至功率电磁阀的驱动电流上升到目标激活电流附近；

S2：主控制器选择激活供电电源单元作为供电电源，直至电磁阀的驱动电流上升到目标激活电流，且所述目标激活电流值维持了预设时间；

S3：主控制器选择所述保持供电电源单元作为供电电源，直至所述主控制器关闭所述开关功率MOS管。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、引入了启动供电电源单元，在启动瞬间向功率电磁阀提供更高的驱动电压，使驱动电流到达激活电流值所需的时间缩短，提高系统启动阶段的响应速率；

2、由原来的双电源供电改为三电源供电，对应功率电磁阀的驱动电流波形的各个阶段对供电电源的不同需求，使控制更加精细和准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为电磁阀驱动电流波形图；

图2为常规电磁阀驱动电路原理框图；

图3为本发明功率电磁阀快速启动电路原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

一种功率电磁阀快速启动电路，如图3所示，包括主控制器、驱动电源模块、开关功率MOS管、功率电磁阀、恒流控制模块以及输出回采模块；

驱动电源模块包括启动供电电源单元、激活供电电源单元以及保持供电电源单元，且启动供电电源单元的电压最大，保持供电电源单元的电压最小；恒流控制模块包括恒流MOS管、积分器和数模转换器，输出回采模块包括电阻R、运算放大器和模数转换器；

其中，主控制器、数模转换器、积分器和恒流MOS管依次连接，且积分器连接于恒流MOS管的栅极，恒流MOS管的漏极连接于功率电磁阀，恒流MOS管的源极和运算放大器均连接于电阻R，且电阻R接地，运算放大器连接至模数转换器，模数转换器连接至主控制器。

工作时，电阻R通过运算放大器将回采到的电压值调整到模数转换器的接收范围之内，模数转换器将调整后的模拟量信号(回采电压值)通过数字量信号发送给主控制器；同时主控制器根据该数字量信号控制数模转换器输出一个参考电压，该参考电压与输出回采电路得到的回采电压共同经过一个积分电路后传输至恒流MOS管，从而控制恒流MOS管的工作状态，进而调整整个系统的电流。

具体的，本系统的工作流程为：

当功率电磁阀处于激活电流建立时间阶段时，主控制器控制开关功率MOS管导通，并选择启动供电电源单元作为功率电磁阀的供电电源，同时主控制器输出第一恒流控制信号至恒流控制模块，功率电磁阀的驱动电流在启动供电电源单元、第一恒流控制信号以及恒流控制模块的作用下，上升到目标激活电流附近。其中，本实施所说的目标激活电流附近是指，功率电磁阀的驱动电流接近目标激活电流，但并未到达目标激活电流。

当输出回采模块监测到驱动电流接近目标激活电流值时，主控制器切换激活供电电源单元作为功率电磁阀的供电电源，同时输出第二恒流控制信号至恒流控制模块，功率电磁阀的驱动电流在激活供电电源单元、第二恒流控制信号以及恒流控制模块的作用下，上升到目标激活电流；

当输出回采模块监测到驱动电流达到目标激活电流值，且目标激活电流值维持了预设时间，主控制器切换保持供电电源单元作为功率电磁阀的供电电源，同时输出第三恒流控制信号至恒流控制模块，功率电磁阀的驱动电流在保持供电电源单元、第三恒流控制信号以及恒流控制模块的作用下，下降到目标保持电流。

值得说明的是，目标激活电流值维持预设时间的长短由功率电磁阀自身的特性所决定，因为当功率电磁阀的驱动电流达到目标激活电流水平时，功率电磁阀已经可以开始启动，由于不同功率电磁阀的存在差异，因此从开始启动到启动完成所需的时间也不一样。

为便于理解，以下对电磁阀的工作过程做进一步说明，电磁阀启动时，电磁阀驱动电流波形如图1所示，其中，I_max为电磁阀激活电流值，I_min为电磁阀保持电流值，t₁～t₂为激活电流建立时间，t₂～t₃为电磁阀激活时间，t₃～t₄为激活状态到保持状态的转换时间，t₄～t_n0为电磁阀保持时间，t_n1～t_n2为电磁阀关闭时间。

由此可知，电磁阀的整个工作过程包括三个阶段(激活电流建立阶段、电磁阀激活阶段以及电磁阀保持阶段)，而现目前的电磁阀驱动电路只能提供两种幅值的驱动电源模块，如图2所示，包括一个高位直流驱动电源模块和一个次高位直流维持电源，其中，高位直流驱动电源模块在启动前期对电磁阀供电，使电磁阀的驱动电流达到足以激活电磁阀的状态；次高位直流驱动电源模块在电磁阀已激活后负责维持电磁阀的激活状态。

而功率电磁阀由于其自身感性分量较大，使得驱动电流的上升时间相对常规电磁阀驱动电流上升时间而言会更加缓慢，因此功率电磁阀的启动控制时间往往会比常规电磁阀的启动响应时间大好几倍。基于此，发明人针对功率电磁阀具有较大的感性分量这一特性，对功率电磁阀的驱动电源模块进行合理设计优化，以实现供给功率电磁阀的驱动电流能够快速达到其激活电流的大小，降低驱动电流的建立时间，实现功率电磁阀的快速启动，提高功率电磁阀启动阶段快速响应的目的。

具体地，当在t₁～t₂的激活电流建立时间阶段，主控制器选定启动供电电源单元作为驱动电源，启动供电电源单元的供电电压是三个驱动电源模块中最大的，此时主控制器控制开关功率MOS管导通，并输出第一恒流控制信号，该状态下的第一恒流控制信号默认输出最大值，也就是使恒流控制模块中的恒流功率MOS管工作在饱和状态，从而使功率电磁阀的驱动电流以最快的速度上升到目标激活电流值附近，使驱动电流达到激活电流水平的时间点更加提前了。

当输出回采模块监测到驱动电流接近目标激活电流值时，主控制器切换驱动电源模块为激活供电电源单元，激活供电电源单元的供电电压在三个驱动电源模块中仅次于启动供电电源单元，同时主控制器输出第二恒流控制信号，使恒流控制模块将驱动电流控制为目标激活电流。

当激活电流经过了t₂～t₃的功率电磁阀激活时间后，主控制器切换驱动电源模块为保持供电电源单元，保持供电电源单元的供电电压在三个驱动电源模块中是最小的，同时主控制器输出第三恒流控制信号，使恒流控制模块将驱动电流控制为目标保持电流，且在满足了t₄～t_n0的功率电磁阀保持时间后，主控制器关闭开关功率MOS管，使驱动电流变为零。

使用如上所述的一种功率电磁阀快速启动电路的启动方法，包括以下步骤：

S1：主控制器选择启动供电电源单元作为供电电源，直至功率电磁阀的驱动电流上升到目标激活电流附近；

S2：主控制器选择激活供电电源单元作为供电电源，直至电磁阀的驱动电流上升到目标激活电流，且所述目标激活电流值维持了预设时间；

S3：主控制器选择所述保持供电电源单元作为供电电源，直至所述主控制器关闭所述开关功率MOS管。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种功率电磁阀快速启动电路，其特征在于，包括主控制器、驱动电源模块、开关功率MOS管、功率电磁阀、恒流控制模块以及输出回采模块，其中，所述驱动电源模块包括启动供电电源单元、激活供电电源单元以及保持供电电源单元，且所述启动供电电源单元的电压最大，所述保持供电电源单元的电压最小；

所述功率电磁阀启动时，当所述功率电磁阀处于激活电流建立时间阶段时，所述主控制器控制所述开关功率MOS管导通，并选择所述启动供电电源单元作为所述功率电磁阀的供电电源，同时所述主控制器输出第一恒流控制信号至所述恒流控制模块，所述功率电磁阀的驱动电流在所述启动供电电源单元、所述第一恒流控制信号以及所述恒流控制模块的作用下，上升到目标激活电流附近；

当所述功率电磁阀接收到第一反馈信号时，所述主控制器切换所述激活供电电源单元作为所述功率电磁阀的供电电源，同时输出第二恒流控制信号至所述恒流控制模块，所述功率电磁阀的驱动电流在所述激活供电电源单元、所述第二恒流控制信号以及所述恒流控制模块的作用下，上升到目标激活电流；

其中，所述第一反馈信号为：所述输出回采模块监测到所述驱动电流接近目标激活电流值；

当所述输出回采模块监测到所述驱动电流达到目标激活电流值，且所述目标激活电流值维持了预设时间，所述主控制器切换所述保持供电电源单元作为所述功率电磁阀的供电电源，同时输出第三恒流控制信号至所述恒流控制模块，所述功率电磁阀的驱动电流在所述保持供电电源单元、所述第三恒流控制信号以及所述恒流控制模块的作用下，下降到目标保持电流。

2.根据权利要求1所述的一种功率电磁阀快速启动电路，其特征在于，所述恒流控制模块包括恒流MOS管、积分器和数模转换器，所述主控制器控制所述数模转换器输出参考电压值，所述参考电压值与回采电压值经所述积分器作用后传输至所述恒流MOS管；

其中，所述回采电压值为所述输出回采模块采集的电压值。

3.根据权利要求2所述的一种功率电磁阀快速启动电路，其特征在于，所述输出回采模块包括电阻R、运算放大器和模数转换器，所述电阻R将获取的所述回采电压值传输至所述运算放大器，所述回采电压值依次经所述运算放大器和所述模数转换器作用后传输至所述主控制器。

4.使用如权利要求1-3中任意一项所述的一种功率电磁阀快速启动电路的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：主控制器选择启动供电电源单元作为供电电源，直至功率电磁阀的驱动电流上升到目标激活电流附近；

S2：主控制器选择激活供电电源单元作为供电电源，直至电磁阀的驱动电流上升到目标激活电流，且所述目标激活电流值维持了预设时间；

S3：主控制器选择所述保持供电电源单元作为供电电源，直至所述主控制器关闭所述开关功率MOS管。

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