CN205190049U - 电流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流驱动电路，包括Boost升压模块、高压电源、24V电源、单片机、第一高边驱动模块、第二高边驱动模块、电流信号调节模块和低边驱动模块，所述单片机分别与Boost升压模块、第一高边驱动模块、第二高边驱动模块、电流信号调节模块电连接，所述电流信号调节模块与低边驱动模块连接，所述第一高边驱动模块与高压电源连接，第二高边驱动模块与24V电源连接，所述高压电源与Boost升压模块连接。本实用新型能够实现燃油喷射系统的高速电磁阀控制。

Description

电流驱动电路

技术领域

本实用新型属于柴油机技术，具体涉及一种电流驱动电路。

背景技术

随着排放法规的日益严格和世界范围内的能源危机，以及电子技术的快速发展推动了柴油机向数字化和智能化发展的步伐。为满足柴油机数字化的发展需要，有效地降低柴油机的排放，大幅度改善柴油机的燃油经济性，柴油机最核心的部件—燃油喷射系统采用电子控制。电控燃油喷射系统是当前的一种新型燃油喷射系统，它实现了高喷油压力及喷油系统的全面柔性控制，可以实现柴油机全工况性能优化，特别是柴油机低速、低负荷时的工作性能可明显改善。自2000年1月开始生效的IMO排放法规对船用柴油机的NO_X排放提出了更高要求，电控燃油喷射系统的采用是满足这一法规的有效途径。高速电磁阀驱动是电控燃油喷射系统的核心技术，是电控燃油喷射系统可靠工作的重要保障。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电流驱动电路，以实现燃油喷射系统的高速电磁阀控制。

本实用新型所述的电流驱动电路，包括Boost升压模块、高压电源、24V电源、单片机、第一高边驱动模块、第二高边驱动模块、电流信号调节模块和低边驱动模块，所述单片机分别与Boost升压模块、第一高边驱动模块、第二高边驱动模块、电流信号调节模块电连接，所述电流信号调节模块与低边驱动模块连接，所述第一高边驱动模块与高压电源连接，第二高边驱动模块与24V电源连接，所述高压电源与Boost升压模块连接。

所述Boost升压模块产生的电压在24V～100V范围内可调，用于控制电流上升时间；所述第一高边驱动模块、第二高边驱动模块及低边驱动模块用于控制电流值以及电流波形纹波，在0～25A范围内可调；所述第一高边驱动模块、第二高边驱动模块均采用自举悬浮驱动；所述电流信号调理模块采用放大20倍的差分采集电路；所述单片机通过FADC端口对电流信号进行采集。

所述第一高边驱动模块和第二高边驱动模块的电路相同，其包括芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2和二极管D3；

所述芯片U1的1脚经电容C2与芯片U1的4脚连接，芯片U1的2脚经电阻R4与芯片U1的4脚连接，芯片U1的5脚经电阻R3与芯片U1的6脚连接，芯片U1的5脚还经电容C1与芯片U1的8脚连接，二极管D2与电容C1并联；芯片U1的7脚分别与二极管D3的负极连接，电阻R2与二极管D3并联；芯片U1的8脚经二极管D1、电阻R1与芯片U1的1脚连接；电阻R1和电容C2的连接点接电源，电阻R4与电容C2的连接点接地。

所述低边驱动模块包括电阻R5、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电流源U2、电流源U3、反相器U4、反相器U5、反相器U6、mos管M1、mos管M2、mos管M3和mos管M4；

所述mos管M1的栅极经电阻R5、二极管D4、电流源U2与mos管M1的漏极连接，所述mos管M1的栅极还经二极管D5与mos管M1的源极连接；所述mos管M1的漏极与mos管M2的漏极连接，mos管M2的漏极经反相器U4与mos管M2的栅极连接，mos管M2的源极经电流源U3与mos管M3的源极连接，mos管M2的栅极依次经反相器U5、反相器U6后分别与mos管M3的栅极、mos管M4的栅极连接，mos管M3的漏极与mos管M4的漏极连接，mos管M4的源极经二极管D6、二极管D7与mos管M3的源极连接。

所述电流信号调节模块包括电阻R6、电阻R7、采样电阻R8、电阻R9、三极管Q1、放大器A1、补偿电路U7和驱动门U8；

所述三极管Q1的基极与放大器A1的3脚连接；所述三极管Q1的集电极与放大器A1的1脚连接，放大器A1的2脚经补偿电路U7接地，放大器A1的2脚还与电阻R6的一端连接；所述三极管Q1的发射极经电阻R7后接地；所述三极管Q1的发射极还与驱动门U8的一端连接；采样电阻R8的一端与V_1N-连接,采样电阻R8的另一端与V_1N+连接。

所述Boost升压模块包括芯片U9、电容C_IN1、电容C_IN2、电容C_comp1、电容C_comp2、电容C_SST、电容C_IVCC、电容_COUT、电感L_INPUT、电感L_BOOST、二极管D_BOOST、MOS管M5、电阻R_COMP、电阻R_FREO、电阻R_CS、电阻R_FBL和电阻R_FBH；

所述芯片U9的1脚经电容C_IVCC接地；所述芯片U9的6脚经电阻R_FBL接地；所述芯片U9的6脚还经电阻R_FBH、电容C_OUT接地；所述芯片U9的3脚接地；所述芯片U9的4脚经电阻R_CS接地，芯片U9的4脚还与MOS管M5的源极连接；所述芯片U9的2脚与MOS管M5的栅极连接，MOS管M5的漏极经二极管D_BOOST接电源V_BO；MOS管M5的漏极还经电感L_BOOST、电感L_INPUT、电容C_IN2后接地；所述芯片U9的14脚经电容C_IN1接地；所述芯片U9的8脚经电容C_comp2接地；所述芯片U9的8脚还经电阻R_COMP、电容C_comp1接地；所述芯片U9的11脚经电阻R_FREO接地；所述芯片U9的5脚经电容C_SST接地；所述芯片U9的12脚接地。

本实用新型具有以下优点：

（1）峰值电流与保持电流在0～25A内可调，并且控制电流上升时间的Boost升压模块生成电压在24V～100V范围内可调，可满足绝大多数高速电磁阀的驱动要求；

（2）第一高边驱动模块和第二高边驱动模块均采用先进的自举悬浮驱动，结合局部电路参数的优化设计，有效地防止了电路在工作过程中由于Latch-Up和Latch-Off等故障导致的电流波形异常，大大提高了驱动电路的工作可靠性；

（3）低边驱动模块输出电压高达15V，并且驱动电流高达1A，可快速开启低端开关；

（5）电流信号调理模块采用放大倍数为20的差分采集电路，抗干扰能力强，采集精度高；

（6）采用目前InfineonTriCore最快速的FADC端口对电流信号进行采集，采集速度快，控制精度高，当输出电流值为10A时，电流纹波可控制在1A范围内；

（7）输出电流实时的监控，可对电路故障进行及时的诊断。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为图1中第一高边驱动模块或第二高边驱动模块的电路图；

图3为图1中低边驱动模块的电路图；

图4为图1中电流信号调节模块的电路图；

图5为图1中Boost升压模块的电路图；

图6为本实用新型所生成的电路波形图；

其中：1、Boost升压模块，2、高压电源，3、24V电源，4、第一高边驱动模块，5、第二高边驱动模块，6、高速电磁阀负载，7、低边驱动模块，8、电流信号调节模块，9、单片机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示的电流驱动电路，包括Boost升压模块1、高压电源2、24V电源3、单片机9、第一高边驱动模块4、第二高边驱动模块5、电流信号调节模块8和低边驱动模块7，所述单片机9分别与Boost升压模块1、第一高边驱动模块4、第二高边驱动模块5、电流信号调节模块8电连接，所述电流信号调节模块8与低边驱动模块7连接，所述第一高边驱动模块4与高压电源2连接，第二高边驱动模块5与24V电源3连接，所述高压电源2与Boost升压模块1连接。其中，单片机9采用InfineonTricoreTC1797。

使用时，如图1所示，将高速电磁阀负载6分别与第一高边驱动模块4、第二高边驱动模块5、低边驱动模块7连接，高速电磁阀负载6的数量与低边驱动模块7的数量相同，且一一对应连接，即一个高速电磁阀负载6需要一个低边驱动模块7来控制。

所述Boost升压模块1产生的电压在24V～100V范围内可调，用于控制电流上升时间。所述第一高边驱动模块4、第二高边驱动模块5及低边驱动模块7用于控制电流值以及电流波形纹波，在0～25A范围内可调。所述低边驱动模块7输出电压高达15V，并且驱动电流高达1A，可快速开启低端开关。所述第一高边驱动模块4、第二高边驱动模块5均采用自举悬浮驱动，结合布局电路参数的优化设计，能够有效防止该电流驱动电路在工作过程中由于Latch-Up和Latch-Off等故障导致的电流波形异常，大大提高了电流驱动电路的工作可靠性；所述电流信号调理模块采用放大20倍的差分采集电路，抗干扰能力强，采集精度高，可实时、精确地采集电流值，并反馈给单片机9。所述单片机9通过FADC端口对电流信号进行采集，其采集速度快、控制精度高，当输出电流值为10A时，电流纹波可控制在1A范围内，不仅可以实时采集电流信号，还可以起到监控作用，从而可对电路故障进行诊断。故本实用新型所述的电流驱动电路具有抗干扰能力强、工作可靠性高的优点，可适用于绝大多数高速电磁阀的驱动。图6为本实用新型所生成的电路波形图。

如图2所示，所述第一高边驱动模块和第二高边驱动模块的电路相同，其包括芯片U1（其型号为IR2125S）、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2和二极管D3；各元器件的连接关系如下：

所述芯片U1的1脚经电容C2与芯片U1的4脚连接，芯片U1的2脚经电阻R4与芯片U1的4脚连接，芯片U1的5脚经电阻R3与芯片U1的6脚连接，芯片U1的5脚还经电容C1与芯片U1的8脚连接，二极管D2与电容C1并联；芯片U1的7脚分别与二极管D3的负极连接，电阻R2与二极管D3并联；芯片U1的8脚经二极管D1、电阻R1与芯片U1的1脚连接；电阻R1和电容C2的连接点接电源VCC，电阻R4与电容C2的连接点接地。

在产生斩波前，先打开低边驱动模块7，电容C1（自举电容）通过VCC、电阻R1、二极管D1、电容C1、高速电磁阀负载6、低边驱动模块7、采样电阻R8（图4中）进行充电，当电容C1两端的电压高于一定值后，第一高边驱动模块4或第二高边驱动模块5开始产生斩波，用于使第一高边驱动模块4或第二高边驱动模块5导通。电阻R1的作用是防止电容C1过充，二极管D2的作用是防止电容C1在过冲时两端产生负压，二极管D3和电阻R2的作用是协调第一高边驱动模块4、第二高边驱动模块5的导通和关断速度。

如图3所示，所述低边驱动模块包括电阻R5、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电流源U2、电流源U3、反相器U4、反相器U5、反相器U6、mos管M1、mos管M2、mos管M3和mos管M4；各元器件的连接关系如下：

所述mos管M1的栅极经电阻R5、二极管D4、电流源U2与mos管M1的漏极连接，所述mos管M1的栅极还经二极管D5与mos管M1的源极连接；所述mos管M1的漏极与mos管M2的漏极连接，mos管M2的漏极经反相器U4与mos管M2的栅极连接，mos管M2的源极经电流源U3与mos管M3的源极连接，mos管M2的栅极依次经反相器U5、反相器U6后分别与mos管M3的栅极、mos管M4的栅极连接，mos管M3的漏极与mos管M4的漏极连接，mos管M4的源极经二极管D6、二极管D7与mos管M3的源极连接。

将输入的3.3VCMOS电平，经过逐级放大，产生15V、1A输出电平，用于控制低边开光管，使其导通的速度快、导通内阻低。

如图4所示，所述电流信号调节模块8包括电阻R6、电阻R7、采样电阻R8、电阻R9、三极管Q1、放大器A1、补偿电路U7和驱动门U8；

所述三极管Q1的基极与放大器A1的3脚连接；所述三极管Q1的集电极与放大器A1的1脚连接，放大器A1的2脚经补偿电路U7接地，放大器A1的2脚还与电阻R6的一端连接；所述三极管Q1的发射极经电阻R7后接地；所述三极管Q1的发射极还与驱动门U8的一端连接；采样电阻R8的一端与V_1N-连接,采样电阻R8的另一端与V_1N+连接。

首先将经过采样电阻R8两端的小电压信号通过电阻R9、电阻R6分别流向放大器A1的正向端（即1脚）和反向端（即2脚），从而产生一个差异电流I_IN，再经过三极管Q1、电阻R7重新转换成电压信号，经过放大20倍之后，送入单片机9的FADC端口，该电流信号调节模块8可达到0.01%精度。

如图5所示，所述Boost升压模块1包括芯片U9、电容C_IN1、电容C_IN2、电容C_comp1、电容C_comp2、电容C_SST、电容C_IVCC、电容C_OUT、电感L_INPUT、电感L_BOOST、二极管D_BOOST、MOS管M5、电阻R_COMP、电阻R_FREO、电阻R_CS、电阻R_FBL和电阻R_FBH；各元器件的连接关系如下：

所述芯片U9（其型号为TLE8386）的1脚经电容C_IVCC接地；所述芯片U9的6脚经电阻R_FBL接地；所述芯片U9的6脚还经电阻R_FBH、电容C_OUT接地；所述芯片U9的3脚接地；所述芯片U9的4脚经电阻R_CS接地，芯片U9的4脚还与MOS管M5的源极连接；所述芯片U9的2脚与MOS管M5的栅极连接，MOS管M5的漏极经二极管D_BOOST接电源V_BO；MOS管M5的漏极还经电感L_BOOST、电感L_INPUT、电容C_IN2后接地；所述芯片U9的14脚经电容C_IN1接地；所述芯片U9的8脚经电容C_comp2接地；所述芯片U9的8脚还经电阻R_COMP、电容C_comp1接地；所述芯片U9的11脚经电阻R_FREO接地；所述芯片U9的5脚经电容C_SST接地；所述芯片U9的12脚接地。

采用经典的Boost电源拓扑结构，通过合理选择电阻R_FBH和电阻R_FBL的值来设置Boost升压模块的输出电压值，如果需要做成输出电压软件可调，只需要将电阻R_FBH或电阻_RFBL换成可调电位计即可。

Claims (6)

1.一种电流驱动电路，其特征在于：包括Boost升压模块（1）、高压电源（2）、24V电源（3）、单片机（9）、第一高边驱动模块（4）、第二高边驱动模块（5）、电流信号调节模块（8）和低边驱动模块（7），所述单片机（9）分别与Boost升压模块（1）、第一高边驱动模块（4）、第二高边驱动模块（5）、电流信号调节模块（8）电连接，所述电流信号调节模块（8）与低边驱动模块（7）连接，所述第一高边驱动模块（4）与高压电源（2）连接，第二高边驱动模块（5）与24V电源（3）连接，所述高压电源（2）与Boost升压模块（1）连接。

2.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征在于：所述Boost升压模块（1）产生的电压在24V～100V范围内可调，用于控制电流上升时间；所述第一高边驱动模块（4）、第二高边驱动模块（5）及低边驱动模块（7）用于控制电流值以及电流波形纹波，在0～25A范围内可调；所述第一高边驱动模块（4）、第二高边驱动模块（5）均采用自举悬浮驱动；所述电流信号调理模块采用放大20倍的差分采集电路；所述单片机（9）通过FADC端口对电流信号进行采集。

3.根据权利要求1或2所述的电流驱动电路，其特征在于：所述第一高边驱动模块（4）和第二高边驱动模块（5）的电路相同，其包括芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2和二极管D3；

所述芯片U1的1脚经电容C2与芯片U1的4脚连接，芯片U1的2脚经电阻R4与芯片U1的4脚连接，芯片U1的5脚经电阻R3与芯片U1的6脚连接，芯片U1的5脚还经电容C1与芯片U1的8脚连接，二极管D2与电容C1并联；芯片U1的7脚分别与二极管D3的负极连接，电阻R2与二极管D3并联；芯片U1的8脚经二极管D1、电阻R1与芯片U1的1脚连接；电阻R1和电容C2的连接点接电源，电阻R4与电容C2的连接点接地。

4.根据权利要求1或2所述的电流驱动电路，其特征在于：所述低边驱动模块（7）包括电阻R5、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电流源U2、电流源U3、反相器U4、反相器U5、反相器U6、mos管M1、mos管M2、mos管M3和mos管M4；

所述mos管M1的栅极经电阻R5、二极管D4、电流源U2与mos管M1的漏极连接，所述mos管M1的栅极还经二极管D5与mos管M1的源极连接；所述mos管M1的漏极与mos管M2的漏极连接，mos管M2的漏极经反相器U4与mos管M2的栅极连接，mos管M2的源极经电流源U3与mos管M3的源极连接，mos管M2的栅极依次经反相器U5、反相器U6后分别与mos管M3的栅极、mos管M4的栅极连接，mos管M3的漏极与mos管M4的漏极连接，mos管M4的源极经二极管D6、二极管D7与mos管M3的源极连接。

5.根据权利要求1或2所述的电流驱动电路，其特征在于：所述电流信号调节模块（8）包括电阻R6、电阻R7、采样电阻R8、电阻R9、三极管Q1、放大器A1、补偿电路U7和驱动门U8；

所述三极管Q1的基极与放大器A1的3脚连接；所述三极管Q1的集电极与放大器A1的1脚连接，放大器A1的2脚经补偿电路U7接地，放大器A1的2脚还与电阻R6的一端连接；所述三极管Q1的发射极经电阻R7后接地；所述三极管Q1的发射极还与驱动门U8的一端连接；采样电阻R8的一端与V_1N-连接,采样电阻R8的另一端与V_1N+连接。

6.根据权利要求1或2所述的电流驱动电路，其特征在于：所述Boost升压模块（1）包括芯片U9、电容C_IN1、电容C_IN2、电容C_comp1、电容C_comp2、电容C_SST、电容C_IVCC、电容C_OUT、电感L_INPUT、电感L_BOOST、二极管D_BOOST、MOS管M5、电阻R_COMP、电阻R_FREO、电阻R_CS、电阻R_FBL和电阻R_FBH；

所述芯片U9的1脚经电容C_IVCC接地；所述芯片U9的6脚经电阻R_FBL接地；所述芯片U9的6脚还经电阻R_FBH、电容C_OUT接地；所述芯片U9的3脚接地；所述芯片U9的4脚经电阻R_CS接地，芯片U9的4脚还与MOS管M5的源极连接；所述芯片U9的2脚与MOS管M5的栅极连接，MOS管M5的漏极经二极管D_BOOST接电源V_BO；MOS管M5的漏极还经电感L_BOOST、电感L_INPUT、电容C_IN2后接地；所述芯片U9的14脚经电容C_IN1接地；所述芯片U9的8脚经电容C_comp2接地；所述芯片U9的8脚还经电阻R_COMP、电容C_comp1接地；所述芯片U9的11脚经电阻R_FREO接地；所述芯片U9的5脚经电容C_SST接地；所述芯片U9的12脚接地。