CN114110236A - 一种双通道电磁阀驱动模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双通道电磁阀驱动模块，包括对应双通道电磁阀中各通道电磁阀分别设置的驱动电路，各驱动电路分别包括输入匹配单元、干扰阈值设定单元、电平转换电路单元和功率驱动输出单元；电平转换电路单元包括电压比较器，电压比较器的同相输入端经输入匹配单元接入外部控制信号，反相输入端连接干扰阈值设定单元，使得反相输入端接入设定的电压信号；功率驱动输出单元包括功率驱动开关管，功率驱动开关管的控制输入端连接电平转换电路单元的输出端，功率驱动开关管在导通和关断时分别输出控制电磁阀开启和关闭的驱动信号。本发明的双通道电磁阀驱动模块，采用通用元器件混合集成，简化电路结构，能够更便于封装，并保障封装的可靠性。

Description

一种双通道电磁阀驱动模块

技术领域

本发明涉及电磁阀技术领域，特别是一种双通道电磁阀驱动模块。

背景技术

电磁阀驱动电路主要通过控制信号开启驱动级电路来实现打开电磁阀。传统的电磁阀驱动电路用分立元件场三极管和电阻等组成，设计较为复杂，体积较大，封装可靠性不高。

如申请号为202011209907.0的发明专利申请-电磁阀、电磁阀控制系统及方法，其电磁阀系统包括微控制单元，用于通过通信接口接收来自上层的指令信息；开关管驱动电路，通过PWM控制接口与所述微控制单元连接，用于对PWM控制接口输出的脉冲信号进行电平转换；推挽电路，与所述开关管驱动电路连接，用于对所述微控制单元进行隔离保护；电磁阀驱动电路，与所述推挽电路、电磁阀连接，用于对所述电磁阀进行电流采样或电压采样，并将采样结果反馈至所述微控制单元，以用于所述微控制单元根据所述采样结果配置输出PWM占空比以控制所述电磁阀；电源，分别与所述开关管驱动电路、推挽电路和电磁阀驱动电路连接。该系统及方法可以有效兼容电流型和电压型电磁阀。由上可见，方案中采用了多个电路模块实现电磁阀系统功能，模块较多，元器件数量大，较混合集成电路而言，体积大、重量重，封装可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种双通道电磁阀驱动模块，采用通用元器件混合集成，简化电路结构，能够更便于封装，并保障封装的可靠性。

本发明采用的技术方案为：一种双通道电磁阀驱动模块，包括对应双通道电磁阀中各通道电磁阀分别设置的驱动电路，驱动电路的输出端输出能够控制相应通道电磁阀开断的驱动信号；

各驱动电路分别包括输入匹配单元、干扰阈值设定单元、电平转换电路单元和功率驱动输出单元；

电平转换电路单元包括电压比较器，电压比较器的同相输入端经输入匹配单元接入外部控制信号，电压比较器的反相输入端连接干扰阈值设定单元，使得反相输入端接入设定的电压信号；

功率驱动输出单元包括功率驱动开关管，功率驱动开关管的控制输入端连接电平转换电路单元的输出端，功率驱动开关管在导通和关断时分别输出控制电磁阀开启和关闭的驱动信号。

可选的，各驱动电路还分别包括感应电动势消反电路单元，所述感应电动势消反电路单元包括连接在直流电压源正极与驱动信号输出端之间的稳压二极管和普通二极管，稳压二极管与普通二极管的负极相连，稳压二极管的正极连接直流电压源；驱动信号输出端还通过感性负载连接至直流电压源。感应电动势消反电路单元可对驱动信号输出端的感应电动势电压进行箝位，以满足电磁阀驱动信号电压指标要求。

可选的，所述输入匹配单元包括串接在控制信号输入端与电压比较器同相输入端之间的第一电阻，以及一端连接第一电阻的一端，另一端接地的第二电阻。

可选的，所述干扰阈值设定单元包括串接在12V直流电源与电压比较器反相输入端的第三电阻，以及一端连接第三电阻的一端，另一端接地的第四电阻。

可选的，两个驱动电路的电平转换电路单元中的电压比较器，分别采用一个双电压比较器中的两个电压比较通道。

可选的，所述双电压比较器的电源输入端和接地端分别接入+12V直流电源和-12V直流电源；双电压比较器的电源输入端和接地端连接直流电源的线路上还分别连接有电容滤波电路。

可选的，电压比较器采用集电极开路输出接法，电压比较器的输出端经上拉电阻接入有直流电压源。合理设置上拉电阻阻值和直流电压源的电压即可实现从输入控制信号到电磁阀驱动信号的电平转换。

可选的，功率驱动开关管采用N沟道MOS管，MOS管的栅极为控制输入端，漏极作为驱动信号输出端，源极接入-12V直流电源，漏极连接电平转换电路的输出端。

可选的，电平转换电路的输出端与-12V直流电源之间还连接有一稳压二极管，该稳压二极管的正极连接-12V直流电源。可使得电平转换电路输出栅极驱动信号时，功率驱动开关管导通，且其栅源电压能够被稳定在稳压二极管的稳压值。

可选的，驱动电路中的各电阻分别采用厚膜电阻。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点和进步：

1) 采用比较器、二极管、MOS管、电容，电阻等通用元器件构成，电路结构设计简洁、功能单元清晰，调节阻容即实现电路参数的便捷调试；

2) 采用元器件数量少，电路体积小、重量轻、成本低，便于实现电路小型化，方便封装，且封装可靠性高；

3）经试验证明，本发明的驱动装置电路耐高过载达20000g，频率响应好。

附图说明

图1所示为本发明双通道电磁阀驱动模块的电路原理示意框图；

图2所示为本发明双通道电磁阀驱动模块的一种实施例的电路原理示意图；

图2中，1-输入匹配单元，2-干扰阈值设定单元，3-双电压比较器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

本发明的技术构思为，采用混合集成电路实现对双通道电磁阀的驱动控制，实现驱动电路小型化，便于封装且封装后的可靠性较高。

如图1和图2所示的实施例，本发明的双通道电磁阀驱动模块，包括对应双通道电磁阀中各通道电磁阀分别设置的驱动电路，驱动电路的输出端输出能够控制相应通道电磁阀开断的驱动信号；各驱动电路分别包括输入匹配单元、干扰阈值设定单元、电平转换电路单元和功率驱动输出单元；

电平转换电路单元包括电压比较器，电压比较器的同相输入端经输入匹配单元接入外部控制信号，电压比较器的反相输入端连接干扰阈值设定单元，使得反相输入端接入设定的电压信号；

功率驱动输出单元包括功率驱动开关管，功率驱动开关管的控制输入端连接电平转换电路单元的输出端，功率驱动开关管在导通和关断时分别输出控制电磁阀开启和关闭的驱动信号。

为了方便参数调节以满足电磁阀驱动信号电压指标要求，本实施例中各驱动电路还分别包括感应电动势消反电路单元，用于对驱动信号输出端的感应电动势电压进行箝位。

以下具体介绍本实施例的各部分电路工作原理。

1）输入匹配单元

以对应单个电磁阀通道的驱动电路进行以下描述，如图2所示的上半部分电路，输入匹配单元为由R1、R9组成的电阻分压网络，其将输入的控制信号进行分压后用于后续电路单元，使得控制信号输入功率得到提高。

此处第一电阻即R1，其串接在控制信号输入端与电压比较器同相输入端之间，第二电阻即R9，其一端连接R1的一端，另一端接地。

对于图2中的下半部分电路，输入匹配单元即R5和R10组成的电阻分压网路。

2）干扰阈值设定单元

如图2所示的上半部分电路，干扰阈值设定单元为由电阻R2、R3组成的电阻分压网络，其将+12V电源电压转换后为电平转换电路单元提供参考电压，作为干扰阈值。干扰阈值设定单元可通过电阻网络将电源电压转换为2V左右，

此处第三电阻即R2，其串接在+12V直流电源与电压比较器N1B反相输入端，第四电阻即R3，其一端连接R2的一端，另一端接地。

对于图2中的下半部分电路，干扰阈值设定单元即由R6和R7组成的电阻分压网络。

3）电平转换电路单元

本实施例中，如图2所示，对应两个电磁阀通道的两个驱动电路中的两个电压比较器N1A和N1B采用同一双电压比较器中的两个比较器，采用双电源供电，并连接滤波电容电路。

功率驱动开关管V3和V4采用N沟道MOS管，MOS管的栅极为控制输入端，漏极作为驱动信号输出端，源极接入-12V直流电源，漏极连接电平转换电路的输出端。

电平转换电路单元电压比较器的输出端与-12V直流电源之间还连接有一稳压二极管，如V1和V2，稳压二极管的正极连接-12V直流电源。

电平转换电路单元用于根据输入的控制信号输出功率开关管驱动信号，实现信号电平转换，进而利用上拉电阻和电源实现对功率开关管栅极的驱动。

具体的，电平转换电路单元中电压比较器IC的输出端为集电极开路输出，电压比较器的输出端经上拉电阻接入+12V直流电压源。当输入的控制信号为＞2V时，电平转换电路单元IC输出高电平+12V，由于输出端与-12V之间接有稳压IC，稳压值为7.5V，因此电平转换电路IC输出端可直接驱动功率驱动IC的栅极，功率驱动IC的栅源电压被稳压电路稳定在7.5V，驱动功率驱动开关管ICV3和V4导通；当输入信号＜2V时，电平转换电路IC输出低电平-12V，功率驱动IC的栅源电压为0V，功率驱动IC关闭。

4）功率驱动输出单元

功率驱动输出单元主要通过两个N沟道MOS管实现，其漏极开路用作电磁阀驱动信号的输出端。MOS管的输出管压降由输出功率驱动IC在导通时的沟道电阻和输出通路的工艺电阻决定，因此选择合适的功率驱动IC，并合理设计输出通路的导带，降低输出通路的阻抗， 可使得功率驱动IC能承受连续电流5 A以上，功率驱动IC导通阻抗60毫欧左右，电路最长导带的阻抗为70毫欧左右，则在1 A电流工作时，由功率驱动IC构成驱动输出电路的管压降参数满足指标≤0.5V的要求。

5）感应电动势消反电路单元

感应电动势消反电路单元包括连接在直流电压源正极与驱动信号输出端之间的稳压二极管V5、V6，和普通二极管V7、V8，稳压二极管与普通二极管的负极相连，稳压二极管的正极连接直流电压源；驱动信号输出端还通过感性负载连接至直流电压源。

当输入信号为高电平时，功率驱动IC导通，感性负载RL中的电流在功率驱动IC导通时，电流流向是由（12V电源）－感性负载RL－功率驱动IC－（－12V电源），当输入信号为低电平时，功率驱动IC关闭，由于RL为感性负载，RL中的电流在功率驱动IC关闭时，电流流向是由感性负载RL －消反电路正端－消反电路负端－（12V电源）。则输出端的感应电动势电压被消反电路箝位。若感应电动势消反电路箝位电压为6V，则在真实负载且供电电源为±12V的情况下，感应电动势为6V满足指标参数≤9.0V的要求。

本实施例在应用时，输入匹配网络将输入的控制信号进行分压，干扰阈值设定单元通过电阻网络将电源电压转换为2V左右，电平转换电路单元将输入为0-5V的控制信号转成电磁阀驱动信号：输入的控制信号为高电平时，电平转换电路单元IC输出高电平，驱动功率驱动输出单元的MOS管导通，输出-12V驱动信号，为舵机电磁阀提供驱动电流，舵机电磁阀工作；输入的控制信号为低电平时，电平转换电路单元IC输出低电平，功率驱动输出单元IC输出+12V关断驱动信号，舵机电磁阀停止工作。感应电动势消反电路用于对负载的反向电动势提供消反回路，将感性负载的反向电动势箝位在较低的电压，避免反向电动势电压过高对系统产生不利的影响。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种双通道电磁阀驱动模块，其特征是，包括对应双通道电磁阀中各通道电磁阀分别设置的驱动电路，驱动电路的输出端输出能够控制相应通道电磁阀开断的驱动信号；

各驱动电路分别包括输入匹配单元、干扰阈值设定单元、电平转换电路单元和功率驱动输出单元；

电平转换电路单元包括电压比较器，电压比较器的同相输入端经输入匹配单元接入外部控制信号，电压比较器的反相输入端连接干扰阈值设定单元，使得反相输入端接入设定的电压信号；

功率驱动输出单元包括功率驱动开关管，功率驱动开关管的控制输入端连接电平转换电路单元的输出端，功率驱动开关管在导通和关断时分别输出控制电磁阀开启和关闭的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，各驱动电路还分别包括感应电动势消反电路单元，所述感应电动势消反电路单元包括连接在直流电压源正极与驱动信号输出端之间的稳压二极管，稳压二极管的两端上并联有感性负载，稳压二极管的负极连接驱动信号输出端。

3.根据权利要求1所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，所述输入匹配单元包括串接在控制信号输入端与电压比较器同相输入端之间的第一电阻，以及一端连接第一电阻的一端，另一端接地的第二电阻。

4.根据权利要求1所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，所述干扰阈值设定单元包括串接在12V直流电源与电压比较器反相输入端的第三电阻，以及一端连接第三电阻的一端，另一端接地的第四电阻。

5.根据权利要求1所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，两个驱动电路的电平转换电路单元中的电压比较器，分别采用一个双电压比较器中的两个电压比较通道。

6.根据权利要求5所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，所述双电压比较器的电源输入端和接地端分别接入+12V直流电源和-12V直流电源；双电压比较器的电源输入端和接地端连接直流电源的线路上还分别连接有电容滤波电路。

7.根据权利要求1所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，电压比较器采用集电极开路输出接法，电压比较器的输出端经上拉电阻接入有直流电压源。

8.根据权利要求1所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，功率驱动开关管采用N沟道MOS管，MOS管的栅极为控制输入端，漏极作为驱动信号输出端，源极接入-12V直流电源，漏极连接电平转换电路的输出端。

9.根据权利要求8所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，电平转换电路的输出端与-12V直流电源之间还连接有一稳压二极管，该稳压二极管的正极连接-12V直流电源。

10.根据权利要求1所述的双通道电磁阀驱动模块，其特征是，驱动电路中的各电阻分别采用厚膜电阻。

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