CN113090806A - 一种电磁阀驱动电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁阀驱动电路及其控制方法，该电路包括：控制器，用于接收外部控制指令得到第一控制信号或第二控制信号；节能驱动电路，节能驱动电路和非节能驱动电路集成在同一板卡中，节能驱动电路连接所述控制器，接收控制器输出的第一控制信号和第二控制信号得到第一开关信号和第二开关信号；开关电路，开关电路连接节能驱动电路，接收节能驱动电路输出的第一开关信号和第二开关信号，根据第一开关信号和非节能驱动电路控制电磁阀处于非节能状态，或根据第二开关信号控制电磁阀处于节能状态。通过实施本发明，将节能驱动电路和非节能驱动电路集成在同一板卡中，提高了电气产品的集成度，满足对运载火箭飞行控制的要求。

Description

一种电磁阀驱动电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及运载火箭电气系统技术领域，具体涉及一种电磁阀驱动电路及其控制方法。

背景技术

电磁阀是运载火箭(或导弹武器)电气系统重要的组成部分，是运载火箭在整个飞行过程中相应动作的直接驱动者，是执行机构的一种。其功能是，在运载火箭在飞行过程中，执行飞控计算机发出的指令，驱动相应阀门的动作，达到火箭入轨飞行的目标。

电磁阀有一定的使用寿命，在额定电压下流过的电流较大，不能长时间工作。对于运载火箭的一些有长时间流量控制的场合，必须使电磁阀处于长期工作的状态。为了提高电磁阀的使用寿命，必须使电磁阀从非节能过度到节能工作状态。即电磁阀在节能的正常工作状态下，使工作电流降低，功耗降低，但又要保持电磁阀的正常工作状态。

使电磁阀处于节能工作状态的设计，传统的方法是在非节能状态下，将电磁阀两端的工作电压降低至某一特定值，根据欧姆定律，相应的工作电流也随之下降，从而达到电磁阀节能工作的目的。即传统方案是从一种从较高恒压变到较低恒压，继而降低电流达到电磁阀节能使用的方法。

然而，现有技术中为了使电磁阀切换到节能使用状态，在正常额定电源的基础上，需要增加额外的较低恒压的功率电源，增加了仪器的额外开销，包括电路体积和重量；同时由于增加了功率电源，需要增加额外的配电切换电路进行控制，增加了仪器的电路开销和调试工作。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种电磁阀驱动电路及其控制方法，以解决现有电磁阀节能使用时增加额外开销的技术问题。

本发明实施例提供的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种电磁阀驱动电路，包括：控制器，用于接收外部控制指令得到第一控制信号或第二控制信号；节能驱动电路，所述节能驱动电路和非节能驱动电路集成在同一板卡中，所述节能驱动电路连接所述控制器，接收所述控制器输出的第一控制信号和第二控制信号得到第一开关信号和第二开关信号；开关电路，所述开关电路连接所述节能驱动电路，接收所述节能驱动电路输出的第一开关信号和第二开关信号，根据第一开关信号和非节能控制电路控制电磁阀处于非节能状态，或根据第二开关信号控制电磁阀处于节能状态。

可选地，所述控制器还用于接收外部控制指令输出第三控制信号，所述节能驱动电路接收所述第三控制信号得到第三开关信号，所述开关电路根据所述第三开关信号控制电磁阀关闭。

可选地，所述第一控制信号为高电平信号，所述第二控制信号为PWM信号，所述第三控制信号为低电平信号。

可选地，所述节能驱动电路包括：依次连接的隔离驱动电路和隔离电源电路。

可选地，所述隔离驱动电路包括：第一电阻、第二电阻和隔离驱动芯片，所述第一电阻的一端外接电源，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端以及所述隔离驱动芯片的第二引脚，所述第二电阻的另一端连接所述隔离驱动电路的输入端以及所述隔离驱动芯片的第三引脚，所述隔离驱动芯片的第五引脚和第八引脚连接所述隔离电源电路，所述隔离驱动芯片的第五引脚连接所述隔离驱动电路的第二输出端，所述隔离驱动芯片的第六引脚连接第七引脚以及所述隔离驱动电路的第一输出端。

可选地，所述隔离电源电路包括第一电容、第二电容、第三电容和隔离电源芯片，所述第一电容的一端连接所述隔离电源芯片的第一引脚并外接电源，所述第一电容的另一端连接所述隔离电源芯片的第二引脚并接地，所述第二电容的一端连接所述隔离电源芯片的第六引脚、第三电容的一端以及所述隔离驱动芯片的第八引脚，所述第二电容的另一端连接所述隔离电源芯片的第五引脚、所述第三电容的另一端以及所述隔离驱动芯片的第五引脚。

可选地，所述开关电路包括：并联连接的第一开关和第二开关。

可选地，所述开关电路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管和第二二极管，所述第三电阻的一端连接所述第一二极管的负极、第二二极管的负极、第四电阻的一端以及所述隔离驱动电路的第一输出端；所述第三电阻的另一端连接所述第一二极管的正极、第五电阻的一端以及所述第一开关的第四引脚，所述第五电阻的另一端连接所述第一开关的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及电磁阀；所述第四电阻的另一端连接所述第二二极管的正极、第六电阻的一端以及所述第二开关的第四引脚，所述第六电阻的另一端连接所述第二开关的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及电磁阀。

可选地，所述开关电路还包括：第四电容、第三二极管以及第七电阻，所述第四电容的一端连接所述隔离驱动电路的第一输出端，所述第四电容的另一端接地，所述第三二极管的负极连接电磁阀及所述隔离驱动电路的第二输出端，所述第三二极管的正极连接所述第七电阻，所述第七电阻的另一端接地。

本发明实施例第二方面提供一种电磁阀驱动电路的控制方法，应用于如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的电磁阀驱动电路，包括：接收外部控制指令得到第一控制信号或第二控制信号；根据所述第一控制信号得到第一开关信号，或根据第二控制信号得到和第二开关信号；根据第一开关信号控制电磁阀处于非节能状态，或根据第二开关信号控制电磁阀处于节能状态。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路，

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路，将节能驱动电路和非节能驱动电路集成在同一模块板卡中，作为整个系统(整机)的一个部组件，提高了电气产品的集成度，同时降低了电气系统的重量和复杂度，最终提高整个电气系统的可靠性，满足对运载火箭飞行控制的要求。同时，通过接收的外部控制指令经过节能驱动电路和开关电路控制电磁阀处于节能状态，实现了电磁阀节能使用的目的。

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路的控制方法，通过接收的外部控制指令得到第一开关信号或第二开关信号，控制电磁阀处于节能状态，实现了电磁阀节能使用的目的。同时，该控制方法能够满足商业运载火箭电磁阀非节能与节能开关控制兼容的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电磁阀驱动电路的结构框图；

图2为本发明实施例中节能驱动电路的结构原理图；

图3为本发明实施例中开关电路的结构原理图；

图4为本发明实施例中电磁阀驱动电路的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种电磁阀驱动电路，如图1所示，该驱动电路包括：控制器10，用于接收外部控制指令得到第一控制信号或第二控制信号；节能驱动电路20，节能驱动电路20和非节能驱动电路集成在同一板卡中，节能驱动电路20连接控制器10，接收控制器10输出的第一控制信号和第二控制信号得到第一开关信号和第二开关信号；开关电路30，开关电路30连接节能驱动电路20，接收节能驱动电路20输出的第一开关信号和第二开关信号，根据第一开关信号和非节能驱动电路控制电磁阀处于非节能状态，或根据第二开关信号控制电磁阀处于节能状态。具体地，控制器10采用FPGA、DSP或者单片机等。其中，FPGA可以选择A3P1000-PQ208I型号，使FPGA集成高速串行总线SC的IP核，信号滤波IP等。

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路，将节能驱动电路和非节能驱动电路集成在同一模块板卡中，作为整个系统(整机)的一个部组件，提高了电气产品的集成度，同时降低了电气系统的重量和复杂度，最终提高整个电气系统的可靠性，满足对运载火箭飞行控制的要求。同时，通过接收的外部控制指令经过节能驱动电路和开关电路控制电磁阀处于节能状态，实现了电磁阀节能使用的目的。

在一实施例中，控制器10还用于接收外部控制指令输出第三控制信号，节能驱动电路20接收第三控制信号得到第三开关信号，开关电路30根据第三开关信号控制电磁阀关闭。其中，第三控制信号为低电平信号。具体地，当电磁阀节能状态时间足够后，通过内部总线发送电磁阀关闭指令，此时，控制器10根据该关闭指令输出低电平信号，节能驱动电路20根据该低电平信号控制开关电路30中的开关断开，电磁阀阀门关闭。

在一实施例中，第一控制信号为高电平信号，第二控制信号为PWM信号。具体地，当需要对电磁阀进行非节能控制时，通过内部总线发送非节能控制指令，控制器10根据该指令输出高电平信号，节能驱动电路20控制开关电路30中的开关导通，电磁阀阀门打开，通过非节能驱动电路20控制电磁阀处于非节能状态。当电磁阀非节能状态稳定一段时间之后，电磁阀需要在节能的正常工作状态下工作时，通过内部总线节能控制指令；控制器10输出PWM信号(该PWM信号的频率固定，占空比根据工作时间由1递减到X，X小于1，X的值可以视调试中所用电磁阀电流情况而定)；节能驱动电路20根据该PWM信号控制开关电路30中的开关保持导通；电磁阀处于节能状态。

在一实施例中，对于控制器10输出的PWM信号，其占空比和时间的关系可以按照表1设置。其中，PWM脉冲的周期频率为30K，占空比从100％变化到70％，之后稳定在70％。当节能驱动电路20按照该PWM信号驱动电磁阀进行节能工作时，结果表明，电磁阀节能工作稳定可靠，节能电流与设定值一致，达到了节能的目的。

表1

在一实施例中，节能驱动电路20包括：依次连接的隔离驱动电路和隔离电源电路。

其中，如图2所示，隔离驱动电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2和隔离驱动芯片B1，第一电阻R1的一端外接电源，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端以及隔离驱动芯片B1的第二引脚，第二电阻R2的另一端连接隔离驱动电路的输入端以及隔离驱动芯片B1的第三引脚，隔离驱动芯片B1的第五引脚和第八引脚连接隔离电源电路，隔离驱动芯片B1的第五引脚连接隔离驱动电路的第二输出端S，隔离驱动芯片B1的第六引脚连接第七引脚以及隔离驱动电路的第一输出端G。

如图2所示，隔离电源电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和隔离电源芯片N1，第一电容C1的一端连接隔离电源芯片N1的第一引脚并外接电源，第一电容C1的另一端连接隔离电源芯片N1的第二引脚并接地，第二电容C2的一端连接隔离电源芯片N1的第六引脚、第三电容C3的一端以及隔离驱动芯片B1的第八引脚，第二电容C2的另一端连接隔离电源芯片N1的第五引脚、第三电容C3的另一端以及隔离驱动芯片B1的第五引脚。

在一具体实施方式中，隔离驱动芯片B1可以选择型号为HCPL-3180的光耦。选择该光耦作为隔离驱动芯片B1，可以使节能驱动电路20具有高速、驱动电流大的特点，还可以使节能驱动电路20适应控制器10输出的第一控制信号和第二控制信号。隔离电源芯片N1选择电源DCP010515，隔离电源芯片N1能够在外部输入5V电压的情况下为隔离驱动芯片B1提供15V的电压，满足开关电路30中控制电压电流的要求。具体地，隔离驱动电路中的第一电阻R1和第二电阻R2，用于隔离驱动芯片B1的门槛电压，提高节能驱动电路20的抗干扰能力。隔离电源电路中的第一电容C1作为隔离电源芯片N1的输入滤波电容，第二电容C2和第三电容C3作为隔离电源芯片N1的输出滤波电容。

在一实施例中，如图3所示，开关电路30包括：并联连接的第一开关V1和第二开关V2。开关电路30还包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一二极管D1和第二二极管D2，第三电阻R3的一端连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、第四电阻R4的一端以及隔离驱动电路的第一输出端G；第三电阻R3的另一端连接第一二极管D1的正极、第五电阻R5的一端以及第一开关V1的第四引脚，第五电阻R5的另一端连接第一开关V1的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及电磁阀；第四电阻R4的另一端连接第二二极管D2的正极、第六电阻R6的一端以及第二开关V2的第四引脚，第六电阻R6的另一端连接第二开关V2的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及电磁阀。

在一实施例中，如图3所示，开关电路30还包括：第四电容C4、第三二极管D3以及第七电阻R7，第四电容C4的一端连接隔离驱动电路的第一输出端G，第四电容C4的另一端接地，第三二极管D3的负极连接电磁阀及隔离驱动电路的第二输出端S，第三二极管D3的正极连接第七电阻R7，第七电阻R7的另一端接地。具体地，在电磁阀和隔离驱动电路的第二输出端S之间还包括并联设置的第八电阻R8和第九电阻R9。

在一具体实施方式中，为了减小印制板面积，第一开关V1和第二开关V2均采用型号为BSC035N10NS5的MOS管。该MOS管的主要参数如下：工作节温为-55℃～175℃；耐压为100V；最大工作电流为100A；最大结电阻为3.5mΩ。开关电路30中的MOS管均采用冗余设计，每路输出使用两只MOS管，电流由2个MOS管分担，以降低总发热量。开关电路30中第三电阻R3和第四电阻R4为驱动电阻，第五电阻R5和第六电阻R6为保护电阻，第一二级管和第二二极管D2为放电二极管。由于MOS管关断时电磁阀会产生方向电动势，在电路输出上增加了消反峰电路，该消反峰电路包括第七电阻R7和第三二极管D3。

在一实施例中，该电磁阀驱动电路采用FPGA、节能驱动电路20和MOS管。在对电磁阀的控制过程中，飞控计算机的控制指令通过内部总线发给FPGA进行译码、控制，FPGA输出有效的高电平或PWM控制信号，然后由节能驱动电路20输出到MOS管输入端，由MOS管将母线电压VCC加载到对应的电磁阀。

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路，采用的第一开关和第二开关体积小、内阻小、流过的电流大、发热量低，在一块印制板上可以集成多路电磁阀节能驱动电路，大大减小了电子仪器的体积；同时，第一开关和第二开关动作速度快，可以适应PWM的高频动作，没有敏感方向，安装方便，降低了布局布线的设计难度。

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路，节能驱动电路设计简单，采用独立的隔离电源芯片和高速、大驱动能力的集成式隔离驱动芯片，在原有电路上增加硬件较少，电路设计简单可靠。同时，控制器输出的PWM控制信号频率和占空比可变，可以满足不同电磁阀对控制电流的要求。

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路，电路设计安全可靠、集成度高，相同体积的电磁阀节能电路所输出的路数是传统方案的五倍以上、输出电流也达到五倍以上，而且所设计电路经过环境试验及系统试验考核，有利于电子设备或电气系统的集成化和小型化设计。

本发明实施例还提供一种电磁阀驱动电路的控制方法，应用于如上述实施例任一项所述的电磁阀驱动电路，如图4所示，该控制方法包括如下步骤：

步骤S101：接收外部控制指令得到第一控制信号或第二控制信号；在一实施例中，当电磁阀需要进入工作状态时，飞控计算机可以发出控制指令如节能控制指令或非节能控制指令至控制器中。控制器接收控制指令进行译码、控制得到第一控制信号和第二控制信号。其中，第一控制信号为高电平信号，可以通过对非节能控制指令译码得到。第二控制信号为PWM信号，可以通过对节能控制指令译码得到。具体地，PWM信号的频率固定，占空比根据工作时间由1递减到X，X小于1，X的值可以视调试中所用电磁阀电流情况而定。

步骤S102：根据第一控制信号得到第一开关信号，或根据第二控制信号得到和第二开关信号；在一实施例中，控制器输出第一控制信号或第二控制信号。当输出第一控制信号时，节能驱动电路根据该信号得到第一开关信号。当输出第二控制信号时，节能驱动电路根据该信号得到第二开关信号。

步骤S103：根据第一开关信号控制电磁阀处于非节能状态，或根据第二开关信号控制电磁阀处于节能状态。在一实施例中，节能驱动电路根据第一开关信号控制开关电路中的开关导通，电磁阀阀门打开，此时电磁阀处于非节能状态。当电磁阀处于节能状态一段时间之后，节能驱动电路根据第二开关信号控制开关电路中的开关保持导通状态。此时，电磁阀处于节能状态。

本发明实施例提供的电磁阀驱动电路的控制方法，通过接收的外部控制指令得到第一开关信号或第二开关信号，控制电磁阀处于节能状态，实现了电磁阀节能使用的目的。同时，该控制方法能够满足商业运载火箭电磁阀非节能与节能开关控制兼容的要求。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁阀驱动电路，其特征在于，包括：

控制器，用于接收外部控制指令得到第一控制信号或第二控制信号；

节能驱动电路，所述节能驱动电路和非节能驱动电路集成在同一板卡中，所述节能驱动电路连接所述控制器，接收所述控制器输出的第一控制信号和第二控制信号得到第一开关信号和第二开关信号；

开关电路，所述开关电路连接所述节能驱动电路，接收所述节能驱动电路输出的第一开关信号和第二开关信号，根据第一开关信号和非节能驱动电路控制电磁阀处于非节能状态，或根据第二开关信号控制电磁阀处于节能状态。

2.根据权利要求1所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述控制器还用于接收外部控制指令输出第三控制信号，所述节能驱动电路接收所述第三控制信号得到第三开关信号，所述开关电路根据所述第三开关信号控制电磁阀关闭。

3.根据权利要求2所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述第一控制信号为高电平信号，所述第二控制信号为PWM信号，所述第三控制信号为低电平信号。

4.根据权利要求1所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述节能驱动电路包括：依次连接的隔离驱动电路和隔离电源电路。

5.根据权利要求4所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述隔离驱动电路包括：第一电阻、第二电阻和隔离驱动芯片，

所述第一电阻的一端外接电源，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端以及所述隔离驱动芯片的第二引脚，所述第二电阻的另一端连接所述隔离驱动电路的输入端以及所述隔离驱动芯片的第三引脚，所述隔离驱动芯片的第五引脚和第八引脚连接所述隔离电源电路，所述隔离驱动芯片的第五引脚连接所述隔离驱动电路的第二输出端，所述隔离驱动芯片的第六引脚连接第七引脚以及所述隔离驱动电路的第一输出端。

6.根据权利要求5所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述隔离电源电路包括第一电容、第二电容、第三电容和隔离电源芯片，

所述第一电容的一端连接所述隔离电源芯片的第一引脚并外接电源，所述第一电容的另一端连接所述隔离电源芯片的第二引脚并接地，所述第二电容的一端连接所述隔离电源芯片的第六引脚、第三电容的一端以及所述隔离驱动芯片的第八引脚，所述第二电容的另一端连接所述隔离电源芯片的第五引脚、所述第三电容的另一端以及所述隔离驱动芯片的第五引脚。

7.根据权利要求5所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述开关电路包括：并联连接的第一开关和第二开关。

8.根据权利要求7所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述开关电路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管和第二二极管，

所述第三电阻的一端连接所述第一二极管的负极、第二二极管的负极、第四电阻的一端以及所述隔离驱动电路的第一输出端；所述第三电阻的另一端连接所述第一二极管的正极、第五电阻的一端以及所述第一开关的第四引脚，所述第五电阻的另一端连接所述第一开关的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及电磁阀；

所述第四电阻的另一端连接所述第二二极管的正极、第六电阻的一端以及所述第二开关的第四引脚，所述第六电阻的另一端连接所述第二开关的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及电磁阀。

9.根据权利要求8所述的电磁阀驱动电路，其特征在于，所述开关电路还包括：第四电容、第三二极管以及第七电阻，

所述第四电容的一端连接所述隔离驱动电路的第一输出端，所述第四电容的另一端接地，所述第三二极管的负极连接电磁阀及所述隔离驱动电路的第二输出端，所述第三二极管的正极连接所述第七电阻，所述第七电阻的另一端接地。

10.一种电磁阀驱动电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的电磁阀驱动电路，包括：

接收外部控制指令得到第一控制信号或第二控制信号；

根据所述第一控制信号得到第一开关信号，或根据第二控制信号得到和第二开关信号；

根据第一开关信号控制电磁阀处于非节能状态，或根据第二开关信号控制电磁阀处于节能状态。

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