CN114592982A - 一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路 - Google Patents

一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，包括驱动电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、喷油器电磁阀电感和续流电路，第一二极管的正极接地，第一二极管的负极与第二二极管的正极连接，第二二极管的负极与喷油器电磁阀电感的一端连接，喷油器电磁阀电感的另一端与续流电路连接；第一开关的栅极与驱动电路连接，第一开关的漏极连接到电池电源获取电池电压，第一开关的源极与第二二极管的正极连接；第二开关的栅极与驱动电路连接，第二开关的漏极连接到驱动电源获取驱动电压，第二开关的源极与第二二极管的负极连接；第三开关的栅极与驱动电路连接，第三开关的漏极与续流电路连接，第三开关的源极接地。

Description

一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路
技术领域
本发明涉及喷油器驱动电路领域，特别涉及一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路。
背景技术
柴油发动机燃料经济性高、工作可靠，除了应用在车辆领域，也广泛应用在工程机械、农业机械、船舶等领域，为了应对日益严格的发动机排放法规，当今市面上性能较好的柴油机多采用高压共轨供油系统。
目前高压共轨喷油器驱动电路在关闭时，通过一个续流二极管将喷油器电磁阀线圈中贮存的能量反馈到BOOST电路的输出电容中，由于新一代喷油器的驱动高压在50伏左右，因此关闭时电磁阀线圈中的电流变化率不是很高，即需要较长的时间才能使电磁阀线圈中的电流降低到0。这就导致喷油器电磁阀的衔铁落座的时间延迟较长，喷油器的实际关闭时间延长，对喷油器的喷油特性存在一定的负面影响。
目前，授权公告号为CN111927666B的中国专利公开了一种高压共轨喷油器快速续流电路，涉及喷油器驱动电路领域，包括：主控制器、逻辑模块、高端集成驱动电路、低端集成驱动电路、电流调理电路、电路器件和续流电路，续流电路包括第三二极管、第一电容、续流电阻和稳压管，第三开关管的漏极连接到第三二极管的正极，第三二极管的负极分别连接到第一电容、续流电阻和稳压管的负极，第一电容、续流电阻和稳压管的正极连接到采样电阻并接地连接，通过续流电路，在关闭喷油器的瞬间，使喷油器电磁阀电感中的电流迅速降为零，缩短了电流续流的时间以及电磁阀衔铁落座的时间，缩短喷油器的实际关闭时间，改善了喷油器的喷油特性。
上述现有技术方案存在以下缺陷：该方案采用稳压管续流，而稳压管的续流电流值较小，不能应用于大电流电路场景，若要增大续流电流值，则需要单独设计生产大电流的稳压管，由于其造价昂贵又会导致成本提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，包括驱动电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、喷油器电磁阀电感和续流电路，所述第一二极管的正极接地，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极与所述喷油器电磁阀电感的一端连接，所述喷油器电磁阀电感的另一端与所述续流电路连接；
所述第一开关管的栅极与所述驱动电路连接，所述第一开关管的漏极连接到电池电源获取电池电压，所述第一开关管的源极与所述第二二极管的正极连接；
所述第二开关管的栅极与所述驱动电路连接，所述第二开关管的漏极连接到驱动电源获取驱动电压，所述第二开关管的源极与所述第二二极管的负极连接；
所述第三开关管的栅极与所述驱动电路连接，所述第三开关管的漏极与所述续流电路连接，所述第三开关管的源极接地；
所述续流电路包括第三二极管、第一电容、第一电阻、稳压管和晶体管，所述第三二极管的正极与所述第三开关管的漏极连接，所述第三二极管的负极与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电阻与所述第一电容并联连接，所述稳压管的负极与所述第三二极管的负极连接，所述稳压管的正极与所述晶体管的基极连接，所述晶体管的集电极与所述第三二极管的负极连接，所述晶体管的发射级接地。
在进一步的实施例中，所述第一开关管、第二开关管和第三开关管均为NMOS管。
在进一步的实施例中，所述晶体管为NPN型大功率晶体管。
在进一步的实施例中，所述第一电容的电压升到所述稳压管的限压值时，所述续流电路中的电流下降到所述晶体管导通电流的耐受范围。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用一种特定的续流电路结构，该结构能在关闭的瞬间，在喷油器电磁阀线圈两端形成较高的电压差，使得线圈中电流的变化率大大提高，缩短了电流续流的时间以及电磁阀衔铁落座的时间，喷油器的实际关闭时间缩短，改善了喷油器的喷油特性；
2.本发明的续流电路结构中设置了晶体管，晶体管的导通电流大、功率高并且成本低，能够起到增大续流电路续流电流值的同时降低成本的效果。
附图说明
图1是本发明的一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路的结构示意图；
图2是续流电路工作第一阶段的示意图；
图3是续流电路工作第二阶段的示意图；
图4是续流电路工作第三阶段的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定中心的方向。
实施例1：
本发明提供了一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，电路结构如图1所示，包括驱动电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、喷油器电磁阀电感和续流电路，驱动电路用于给第一开关管、第二开关管和第三开关管提供开关驱动信号，而第一开关管、第二开关管和第三开关管均为NMOS管。
各个电气元器件的连接方式为：第一二极管的正极接地，第一二极管的负极与第二二极管的正极连接，第二二极管的负极与喷油器电磁阀电感的一端连接，喷油器电磁阀电感的另一端与续流电路连接；第一开关管的栅极与驱动电路连接，第一开关管的漏极连接到电池电源获取电池电压，第一开关管的源极与第二二极管的正极连接；第二开关管的栅极与驱动电路连接，第二开关管的漏极连接到驱动电源获取驱动电压，第二开关管的源极与第二二极管的负极连接；第三开关管的栅极与驱动电路连接，第三开关管的漏极与续流电路连接，第三开关管的源极接地。
本发明中续流电路的作用是在喷油器电磁阀线圈的两端端生成较高的续流电压，续流电路包括第三二极管、第一电容、第一电阻、稳压管和晶体管，晶体管为NPN型大功率晶体管。
续流电路的连接结构为：第三二极管的正极与第三开关管的漏极连接，第三二极管的负极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地，第一电阻与第一电容并联连接，稳压管的负极与第三二极管的负极连接，稳压管的正极与晶体管的基极连接，晶体管的集电极与第三二极管的负极连接，晶体管的发射级接地。
本发明的续流电路的具体工作过程包括三个阶段：第一阶段、第二阶段和第三阶段。
续流电路在第一阶段的电流流向如图2所示，当驱动电路关闭瞬间，喷油器电磁阀电感L中的电流不会马上消失，喷油器电磁阀电感L中的电流I1经过第三二极管D3对第一电容C1充电,由于第一电容C1的电容值较小，因此第一电容C1两端的电压将迅速升高，直至达到稳压管D4的限压值。当第一电容C1两端的电压达到稳压管D4的限压值时，稳压管D4被击穿，晶体管Q1将导通。在第一阶段中，喷油器电磁阀电感L中的电流I1对第一电容C1充电的同时还消耗一部分能量在第一电阻R1上，由于充电回路的阻抗较小，因此电流I1主要是对第一电容C1充电。
稳压管D4被击穿，晶体管Q1开始导通时，电路工作进入第二阶段，续流电路在第二阶段的电流流向如图3所示，此时电感中电流将通过Q1快速释放，直至电感中的电流完全消失。稳压管D4被击穿后，第一电容C1两端的电压被钳制在一固定值，喷油器电磁阀电感L中的电流无法继续对第一电容C1充电，此时由于晶体管Q1导通形成低阻抗回路，因此喷油器电磁阀电感L的电流主要流过晶体管Q1(I5),而流经其他支路的电流(I2,I3,I4)都较小。在这一过程中喷油器电磁阀电感L端的电压被稳压管D4钳制在较高的数值，因此喷油器电磁阀电感L中的电流将快速减少至0。
当喷油器电磁阀电感L中的电流消失后，续流电路进入第三阶段，续流电路在第三阶段的电流流向如图4所示，由于喷油器电磁阀电感L中的电流消失，第一电容C1的电压下降，稳压管D4反向截止，晶体管Q1截止，电流将不能再从晶体管Q1支路流过，又由于二极管D3的存在也不能对喷油器电磁阀电感L充电，因此第一电容C1上贮存的能量，将通过续流电阻R1(I6)消耗掉。
本发明的一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路在实际应用时，电气元器件选型取值要求是：保证第一电容C1电压升到稳压管限压值时，电路中的电流下降到晶体管Q1导通电流的耐受范围；稳压管的限压值根据应用场景可以取得较高，这样可以使得续流回路的电流变化率加快，使电磁阀电感中的电流迅速降到0。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，其特征在于：包括驱动电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、喷油器电磁阀电感和续流电路，所述第一二极管的正极接地，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极与所述喷油器电磁阀电感的一端连接，所述喷油器电磁阀电感的另一端与所述续流电路连接；
所述第一开关管的栅极与所述驱动电路连接，所述第一开关管的漏极连接到电池电源获取电池电压，所述第一开关管的源极与所述第二二极管的正极连接；
所述第二开关管的栅极与所述驱动电路连接，所述第二开关管的漏极连接到驱动电源获取驱动电压，所述第二开关管的源极与所述第二二极管的负极连接；
所述第三开关管的栅极与所述驱动电路连接，所述第三开关管的漏极与所述续流电路连接，所述第三开关管的源极接地；
所述续流电路包括第三二极管、第一电容、第一电阻、稳压管和晶体管，所述第三二极管的正极与所述第三开关管的漏极连接，所述第三二极管的负极与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电阻与所述第一电容并联连接，所述稳压管的负极与所述第三二极管的负极连接，所述稳压管的正极与所述晶体管的基极连接，所述晶体管的集电极与所述第三二极管的负极连接，所述晶体管的发射级接地。
2.根据权利要求1所述的一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，其特征在于：所述第一开关管、第二开关管和第三开关管均为NMOS管。
3.根据权利要求1所述的一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，其特征在于：所述晶体管为NPN型大功率晶体管。
4.根据权利要求1所述的一种高压共轨喷油器快速大电流续流电路，其特征在于：所述第一电容的电压升到所述稳压管的限压值时，所述续流电路中的电流下降到所述晶体管导通电流的耐受范围。
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