CN113137314B - 电磁阀驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电磁阀驱动装置。该电磁阀驱动装置包括：将对蓄电池电压进行开关而得到的电源电压施加到电磁阀的电磁线圈的一端的供电部；检测流过所述电磁线圈的驱动电流的检测部；以及对所述检测部提供电源的电源部。所述供电部通过基于所述检测部的检测值操作所述电源电压向所述电磁线圈的施加状态，来调节所述驱动电流。所述电源部对所述检测部提供在将所述供电部中的所述蓄电池电压的开关期间除外了的期间对基准电源进行采样保持而得到的所述电源。

Description

电磁阀驱动装置
相关申请的交叉参考
本申请基于2020年1月20日向日本提出的特愿2020-007025号要求优先权，将其内容引入于此。
技术领域
本发明涉及电磁阀驱动装置。
背景技术
在日本特开2000-110640号公报中，公开了电磁阀驱动装置，包括：对蓄电池的输出(蓄电池电源)进行升压并提供给燃料喷射阀的电磁线圈的升压电路；对向上述电磁线圈的通电进行接通(ON)/断开(OFF)的N沟道MOS晶体管；与上述电磁线圈串联连接的电流检测用电阻；以及基于该电流检测用电阻的端子电压控制上述电磁线圈的驱动电流的恒定电流控制电路等，在燃料喷射阀的驱动开始时，将升压电路的输出(升压电源)提供给燃料喷射阀，在驱动开始后的保持电流驱动时，将蓄电池电源提供给燃料喷射阀。
发明内容
发明要解决的课题
然而，由于上述电磁阀驱动装置包括例如升压电路那样对蓄电池的输出电力进行开关的斩波电路等对电力进行开关的电力开关元件，因此由该电力开关元件的开关动作引起的噪声(以下称为开关噪声)向电流检测部的电源传播。
因此，在上述电磁阀驱动装置中，开关噪声在使用了电流检测用电阻的电磁线圈的驱动电流的检测中起到干扰的作用，因此存在不能高精度地检测驱动电流的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，通过减轻或防止开关噪声的影响，提高电磁阀的驱动电流的检测精度。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明采用以下方式。
(1)即，本发明的一方式的电磁阀驱动装置，包括：供电部，将对蓄电池电压进行开关而得到的电源电压施加到电磁阀的电磁线圈的一端；检测部，检测流过所述电磁线圈的驱动电流；以及电源部，对所述检测部提供电源，所述供电部基于所述检测部的检测值，操作所述电源电压向所述电磁线圈的施加状态，由此来调节所述驱动电流，所述电源部对所述检测部提供在将所述供电部中的所述蓄电池电压的开关期间除外了的期间对基准电源进行采样保持而得到的所述电源。
(2)在上述(1)中也可以采用以下结构：所述供电部包括通过对所述蓄电池电压进行开关而升压来生成所述电源电压的升压电路，所述电源部在将所述升压电路中的所述蓄电池电压的所述开关期间除外了的期间，对所述基准电源进行采样保持。
(3)上述(2)中，所述供电部也可以择一地选择所述蓄电池电压和由所述升压电路得到的所述电源电压，并施加给所述电磁线圈。
(4)在上述(1)中，所述电源部也可以包括采样保持电路，该采样保持电路在将所述蓄电池电压的所述开关期间除外了的期间，对所述基准电源进行采样保持。
(5)在上述(2)中，所述电源部也可以包括采样保持电路，该采样保持电路在将所述蓄电池电压的所述开关期间除外了的期间，对所述基准电源进行采样保持。
(6)在上述(3)中，所述电源部也可以包括采样保持电路，该采样保持电路在将所述蓄电池电压的所述开关期间除外了的期间，对所述基准电源进行采样保持。
(7)在上述(1)～(6)中的任一项中，所述电磁阀也可以是在直喷发动机中将燃料直接喷射到汽缸的燃料喷射阀。
发明的效果
根据本发明的上述各方式，通过减轻或防止开关噪声的影响，能够提高电磁阀的驱动电流的检测精度。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的燃料喷射阀驱动装置的结构的电路图。
图2是表示该实施方式中的电源分配电路的结构的电路图。
图3是表示该实施方式的燃料喷射阀驱动装置的动作的时序图。
图4是表示该实施方式中的电源分配电路的主要部分的动作的时序图。
标号说明
B 燃料喷射阀
K 燃料喷射阀驱动电路
L 电磁线圈
D 电源分配电路
1 升压电路(供电电路)
2 第1半导体开关
3 第2半导体开关
4 第3半导体开关
5 第1二极管
6 第2二极管
7 第3二极管
8 电流检测用电阻器
9 控制IC
9a 升压控制部
9b I峰值控制部
9c I保持控制部
9d 电流检测部
9e 电磁阀接通/断开控制部
9f 主控制部
9g 电源部
9h 电子开关
9i 保持电阻器
9j 电压保持电容器
9k 运算放大器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
本实施方式的燃料喷射阀驱动装置K是驱动燃料喷射阀B(电磁阀)的电磁阀驱动装置，基于从外部的蓄电池提供的蓄电池电压(蓄电池电源)以及同样从外部的上位控制系统输入的外部控制指令来驱动燃料喷射阀B。
上述燃料喷射阀B具有图1所示的电磁线圈L，是向搭载于车辆的直喷汽油发动机的汽缸内直接喷射燃料的电磁阀(solenoid valve)。即，该燃料喷射阀驱动装置K将通过电磁线圈L产生的磁力使阀体移动由此来开闭燃料流路的燃料喷射阀B(电磁阀)，作为其驱动对象。
如图1所示，燃料喷射阀驱动装置K包括：升压电路1、第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4、第1二极管5、第2二极管6、第3二极管7、电流检测用电阻器8、控制IC9等。
如图1所示，控制IC9包括：升压控制部9a、I峰值(Ipeak)控制部9b、I保持(Ihold)控制部9c、电流检测部9d、电磁阀接通/断开控制部9e、主控制部9f以及电源部9g。
升压电路1是将从上述蓄电池输入的蓄电池电压升压到规定的升压电压的斩波电路。即，该升压电路1包括基于升压控制信号(升压脉冲)对蓄电池电压进行开关的升压开关，将通过该升压开关的工作而得到的升压电压作为电源电压输出到第1半导体开关2。
作为上述升压电压与蓄电池电压之比的升压比，根据升压脉冲的占空比来设定，例如为2～10的程度。升压电路1通过从控制IC9内的升压控制部9a输入的升压脉冲，来控制升压比。升压电路1具有能够向蓄电池输出后述的再生电流的再生功能。
第1半导体开关2如图所示是MOS晶体管，设置在升压电路1的输出端和电磁线圈L的一端之间。即，第1半导体开关2的漏极端子与升压电路1的输出端连接，源极端子与电磁线圈L的一端连接，并且栅极端子与I峰值控制部9b的输出端连接。第1半导体开关2通过I峰值控制部9b控制接通/断开(闭/开)动作。
第2半导体开关3与上述第1半导体开关2同样是MOS晶体管，设置在第1二极管5的阴极端子与电磁线圈L的一端之间。即，第2半导体开关3的漏极端子与第1二极管5的阴极端子连接，源极端子与电磁线圈L的一端连接，并且栅极端子与I保持控制部9c的输出端连接。第2半导体开关3通过I保持控制部9c控制接通/断开(闭/开)动作。
第1半导体开关2及第2半导体开关3作为选择开关发挥作用，该选择开关择一地选择蓄电池电压和由升压电路1得到的升压电压(电源电压)并施加给燃料喷射阀B(电磁阀)的电磁线圈L。
第3半导体开关4与第1半导体开关2及第2半导体开关3同样是MOS晶体管，漏极端子与电磁线圈L的另一端连接，源极端子与电流检测用电阻器8的一端连接，另外，栅极端子与电磁阀接通/断开控制部9e的输出端连接。第3半导体开关4通过电磁阀接通/断开控制部9e控制接通/断开(闭/开)动作。
第1二极管5的阳极端子与蓄电池的输出端连接，阴极端子与第2半导体开关3的漏极端子连接。第1二极管5是防逆流二极管，其在第1半导体开关2及第2半导体开关3都成为接通状态(闭合状态)的情况下，防止升压电路1的输出端与蓄电池的输出端直接连接，电流从升压电路1流入蓄电池。
第2二极管6的阳极端子与电磁线圈L的另一端连接，阴极端子与第1半导体开关2的漏极端子连接。第2二极管6是将从电磁线圈L输出的再生电流经由升压电路1提供(供给)(再生)到蓄电池的再生二极管。第3二极管7是阴极端子与电磁线圈L的一端连接，阳极端子与GND(基准电位)连接，用于形成上述再生电流的流路的再生二极管。
电流检测用电阻器8是一端与第3半导体开关4的源极端子连接、另一端与GND(基准电位)连接的分流电阻器。即，电流检测用电阻器8经由第3半导体开关4与电磁线圈L串联连接，流过电磁线圈L的驱动电流通过。即，电流检测用电阻器8在其一端和另一端之间产生与驱动电流的大小对应的电压(检测电压)。电流检测用电阻器8的两端(一端及另一端)分别与电流检测部9d所具备的各输入端连接。
控制IC9是基于从上位控制系统输入的指令信号(外部控制指令)，来控制升压电路1、第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4的集成电路(IC：IntegratedCircuit)，包括多个输入端子和输出端子。在该控制IC9中，升压控制部9a基于从主控制部9f输入的控制指令生成升压控制信号(升压脉冲)，并输出到升压电路1。该升压控制信号是用于控制升压电路1的动作的控制信号。
I峰值控制部9b基于从主控制部9f输入的控制指令，生成用于控制第1半导体开关2的第1栅极信号，并输出到第1半导体开关2的栅极端子。I保持控制部9c基于从主控制部9f输入的控制指令，生成用于控制第2半导体开关3的第2栅极信号，并输出到第2半导体开关3的栅极端子。
电流检测部9d具有一对输入端，一个输入端与电流检测用电阻器8的一端连接，另一个输入端与电流检测用电阻器8的另一端连接。即，对该电流检测部9d输入基于驱动电流在电流检测用电阻器8中产生的检测电压。电流检测部9d基于检测电压运算表示驱动电流的大小的驱动电流检测值，并将该驱动电流检测值输出到主控制部9f。另外，如图2所示，该电流检测部9d具有直接放大上述检测电压的电流检测放大器。
电磁阀接通/断开控制部9e基于从主控制部9f输入的控制指令，生成用于控制第3半导体开关4的第3栅极信号，并输出到第3半导体开关4的栅极端子。
主控制部9f基于从上述电流检测部9d输入的驱动电流检测值以及从外部的上位控制系统输入的外部控制指令，生成控制指令，并输出到上述升压控制部9a、I峰值控制部9b、I保持控制部9c以及电磁阀接通/断开控制部9e。上述外部控制指令中包含与燃料喷射阀B的工作定时、即向电磁线圈L的通电定时相关的信息。
电源部9g对上述的升压控制部9a、I峰值控制部9b、I保持控制部9c、电流检测部9d、电磁阀接通/断开控制部9e以及主控制部9f提供电源。电源部9g例如对输入到控制IC9的电源端子的电源实施电压稳定化处理后，分别提供给升压控制部9a、I峰值控制部9b、I保持控制部9c、电流检测部9d、电磁阀接通/断开控制部9e以及主控制部9f。
在上述各构成要素中，升压电路1、第1半导体开关2、第2半导体开关3、第1二极管5、升压控制部9a、I峰值控制部9b、I保持控制部9c、电磁阀接通/断开控制部9e以及主控制部9f构成本发明的供电部的一个方式。另外，第3半导体开关4、电流检测用电阻器8以及电流检测部9d构成本发明中的检测部的一个方式。
即，供电部通过将用升压电路1的升压开关对蓄电池电压进行开关而得到的升压电压(电源电压)施加到燃料喷射阀B(电磁阀)的电磁线圈L的一端，并且基于检测部的驱动电流检测值(检测值)来操作升压电压(电源电压)向电磁线圈L的施加状态，从而调节驱动电流。
接着，参照图2说明上述电源部9g的主要部分电路结构、即对电流检测部9d分配供给电源的电源分配电路D的结构。
电源分配电路D是将在电源部9g的内部生成的基准电源分配供给到电流检测部9d的电流检测放大器的电力电路。如图2所示，电源分配电路D包括作为输入电路的采样保持电路。该采样保持电路具有电子开关9h、保持电阻器9i、电压保持电容器9j以及运算放大器9k。
电子开关9h的一端被输入基准电源，另一端与保持电阻器9i的一端连接。电子开关9h基于从主控制部9f输入的控制指令，通过由电源部9g生成的采样信号(SP脉冲)，控制接通/断开(闭/开)动作。
保持电阻器9i的一端与电子开关9h的另一端连接，另一端与电压保持电容器9j的一端以及运算放大器9k的正相输入端连接。电压保持电容器9j的一端与保持电阻器9i的另一端以及运算放大器9k的正相输入端连接，另一端接地。
保持电阻器9i以及电压保持电容器9j构成具有由保持电阻器9i的电阻值和电压保持电容器9j的静电电容决定的时间常数的积分电路，在电子开关9h的闭合状态下，对基准电源进行积分处理。即，电压保持电容器9j的一端的电压成为以上述时间常数对上述基准电源进行积分(充电)得到的值。
运算放大器9k的正相输入端与保持电阻器9i的另一端及电压保持电容器9j的一端连接，反相输入端与自身的输出端连接。即，该运算放大器9k构成电压跟随器，作为将与正相输入端连接的上述积分电路的阻抗变换为低阻抗的阻抗变换电路(缓冲电路)发挥作用。
采样保持电路中，由采样信号决定的电子开关9h的闭合期间被设定为将升压电路1中的蓄电池电压的开关定时除外了的定时。即，该采样保持电路在将升压电路1的开关期间除外了的期间取入基准电源。另外，包括采样保持电路的电源分配电路D将在将升压电路1的开关期间除外了的期间中对基准电源进行采样而得到的电源(直流电源)，提供给电流检测部9d的电流检测放大器。
接着，参照图3及图4对这样构成的燃料喷射阀驱动装置K的动作详细地进行说明。
在通过燃料喷射阀驱动装置K将燃料喷射阀B从闭阀状态驱动为开阀状态的情况下，如图3所示，控制IC9在驱动开始时的初始期间T1(时刻t0-t1的期间)，将升压电路1生成的升压电压作为电源电压提供给电磁线圈L。另外，控制IC9在上述初始期间T1后的保持期间T2(时刻t1-t2的期间：在保持电流驱动时)，代替升压电压而将蓄电池电压作为电源电压提供给电磁线圈L。
即，在初始期间T1，升压控制部9a将升压脉冲输出到升压电路1的升压开关，由此，升压电路1将升压电压输出到第1半导体开关2的漏极端子。另外，在初始期间T1，I峰值控制部9b将第1栅极信号输出到第1半导体开关2的栅极端子，由此，第1半导体开关2被设定为接通状态。另外，电磁阀接通/断开控制部9e对第3半导体开关4的栅极端子输出第3栅极信号，由此，第3半导体开关4被设定为接通状态。
其结果，在初始期间T1，如图3的(b)所示，比较高的升压电压被施加到电磁线圈L的一端，由此，如图3的(a)所示，峰状的上升电流流过电磁线圈L。这样的峰状的上升电流使燃料喷射阀B的开阀动作高速化。
然后，在保持期间T2，I保持控制部9c对第2半导体开关3输出第2栅极信号，由此，第2半导体开关3被设定为接通状态。另外，电磁阀接通/断开控制部9e对第3半导体开关4的栅极端子输出第3栅极信号，由此，第3半导体开关4被设定为接通状态。
其结果，在保持期间T2，如图3的(b)所示，比升压电压低的保持电压被施加到电磁线圈L。其结果，对燃料喷射阀B的开阀状态进行保持的保持电流流过电磁线圈L。即，I保持控制部9c将规定的占空比的PWM(脉宽调制(Pulse Width Modulation))信号作为第2栅极信号提供给第2半导体开关3，作为其结果，使保持电压按照上述占空比断续地提供给电磁线圈L。
另外，I保持控制部9c基于在主控制部9f的控制指令中包含的电流检测部9d的驱动电流检测值，设定第2栅极信号的占空比。即，I保持控制部9c基于流过电磁线圈L的驱动电流的大小来设定第2栅极信号的占空比，由此来进行反馈控制，以使上述驱动电流维持规定的目标值。
通过这样的反馈控制，如图3的(a)所示，在保持期间T2，由于规定的保持电流被提供给电磁线圈L，所以燃料喷射阀B的开阀状态被保持。另外，在保持期间T2中，例如将第2栅极信号的占空比变更为2个阶段，由此，如图3的(a)所示，使保持电流变化为2个阶段。
在此，图3的(a)及(b)的波形图示了燃料喷射阀的一个波形，但例如在通过一个升压电路向多汽缸的燃料喷射阀提供升压电压的情况下，如图3的(c)所示，升压电路1的升压开关在升压期间T3中继续进行蓄电池电压的开关。即，与初始期间T1以及保持期间T2无关地，持续产生由升压开关的开关动作引起的噪声(开关噪声)。
而且，该开关噪声针对电源部9g所生成的基准电源作为干扰而起作用。即，在升压脉冲从L(低)电平迁移到H(高)电平的定时以及从H(高)电平迁移到L(低)电平的期间，在基准电源中可能发生作为干扰的电平变动。
为了避免这样的开关噪声的影响，电源部9g的电源分配电路D在将升压脉冲迁移的期间除外了的定时以及期间，对基准电源进行采样保持。即，如图4的(a)～(c)所示，电源分配电路D中的SP脉冲的L(低)期间、即电子开关9h的闭合期间被设定为将升压脉冲的迁移期间除外了的期间，所以电源分配电路D在将升压脉冲的迁移期间除外了的定时以及期间对基准电源进行采样保持。
根据本实施方式的燃料喷射阀驱动装置K，电源分配电路D将在将升压电路1的开关期间除外了的期间对基准电源进行采样保持而得到的电源(直流电源)，提供给电流检测部9d。因此，能够减轻或防止升压电路1的开关噪声的影响。因此，能够提高电流检测部9d中的燃料喷射阀B(电磁阀)的驱动电流的检测精度。其结果，根据燃料喷射阀驱动装置K，能够实现燃料喷射阀B的高精度驱动。
另外，本发明不是仅限于上述实施方式，例如可以考虑以下的变形例。
(1)在上述实施方式中，使用蓄电池电压生成保持电压，但本发明不是仅限于该结构。也可以使用另外设置的第2升压电路来生成保持电压。另外，在该情况下，由于存在两个升压电路、即两个升压开关，所以需要将SP脉冲的迁移定时以及期间设定为将与各升压开关对应的各升压脉冲的迁移期间除外了的期间。
(2)在上述实施方式中，着眼于由升压电路1的升压开关的开关动作引起的开关噪声，对其影响的排除进行了说明。本发明不是仅限于此。也可以构成为着眼于由升压电路1以外的电路的开关动作引起的开关噪声，排除其影响。
(3)在上述实施方式中，将燃料喷射阀B作为驱动对象，但本发明不是仅限于此。本发明也能够应用于燃料喷射阀B以外的各种电磁阀的驱动。
(4)在上述实施方式中，将直喷发动机的燃料喷射阀B作为驱动对象，但本发明不是仅限于此。本发明可应用于直喷发动机以外的燃料喷射阀的驱动。
(5)在上述实施方式中，将燃料喷射阀驱动装置K构成为，包括：升压电路1、第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4、第1二极管5、第2二极管6、第3二极管7、电流检测用电阻器8以及控制IC 9等。另外，将控制IC 9构成为，包括：升压控制部9a、I峰值控制部9b、I保持控制部9c、电流检测部9d、电磁阀接通/断开控制部9e以及主控制部9f。但是，本发明不是仅限于这些结构。图1所示的结构最终只是本发明的电磁阀驱动装置的一个例子。
(6)在上述实施方式中，如图2所示构成了采样保持电路，但该结构最终只是一个例子。
(7)在上述实施方式中，电磁阀接通/断开控制部9e控制第3半导体开关4，但本发明不是仅限于该结构。关于第3半导体开关4的控制，也可以由I保持控制部9c来代替电磁阀接通/断开控制部9e进行。

Claims (4)

1.一种电磁阀驱动装置，其特征在于，包括：
供电部，择一地选择蓄电池电压和升压电压并施加到电磁阀的电磁线圈的一端；
检测部，检测流过所述电磁线圈的驱动电流；以及
电源部，对所述检测部提供电源，
所述供电部基于所述检测部的检测值，对施加到所述电磁线圈的所述电源电压的状态进行操作，由此来调节所述驱动电流，
所述供电部包括：升压电路，通过对所述蓄电池电压进行开关而升压，从而生成所述电源电压，
所述电源部对所述检测部提供：在将所述供电部中的所述蓄电池电压的开关期间除外了的期间，对基准电源进行采样保持而得到的所述电源。
2.如权利要求1所述的电磁阀驱动装置，其特征在于，
所述电源部在将所述升压电路中的所述蓄电池电压的所述开关期间除外了的期间，对所述基准电源进行采样保持。
3.如权利要求1所述的电磁阀驱动装置，其特征在于，
所述电源部包括：采样保持电路，在将所述蓄电池电压的所述开关期间除外了的期间，对所述基准电源进行采样保持。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的电磁阀驱动装置，其特征在于，
所述电磁阀是在直喷发动机中将燃料直接喷射到汽缸的燃料喷射阀。
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