CN210799203U - 一种压电晶体喷油器驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种压电晶体喷油器驱动电路，在MC33816的基础上，使用IRS2101提高MC33816的最高驱动电压能力，同时利用MC33816本身自带的硬件电流闭环/故障防护等功能，实现压电晶体喷油器的驱动；还在压电晶体充放电回路中串联一个电感L，由于电感的储能作用，充放电过程中能量可通过电感转移到电容，降低了电流变化速率，电流变化速率降低时，电流控制精度相应提高，MOS控制频率降低，提高了电路可靠性。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及压电晶体喷油器驱动电路领域，尤其涉及压电晶体喷油器驱动电路。
背景技术
随着排放法规越来越严格，不断提高喷射压力已成为柴油机喷射控制必不可少的手段,当前，柴油机供油系统所需的喷射峰值压力已由500Pa提高到1600Pa，共轨系统已经达到2000Pa。
常用的共轨系统有电磁式和压电式两种，压电式共轨系统由于响应时间短，驱动压力大和对燃油喷射量的精确控制优于电磁式共轨系统，在近年来得到迅猛发展，具有较好的发展前景。
压电晶体等效为固定容值的电容，电容充放电速度非常快，容易产生瞬间的大电流，当前主流方案使用预驱芯片实现压电晶体喷油器驱动，压电晶体充电电流精度控制不高，电流变化速率快，MOS驱动频率过高，容易产生过流，驱动电路长时间工作容易导致MOS损坏；驱动电路功能不完善，需要单片机软件完成电流闭环，响应时间长，单片机负荷高；驱动电路驱动能力低，无法实现高电压电路驱动。
实用新型内容
本实用新型提供一种压电晶体喷油器驱动电路，实现压电晶体喷油器的驱动控制，包括：压电晶体充电电路，所述压电晶体充电电路包括：预驱芯片、升压预驱芯片、MOS管Q1、MOS管Q2、压电晶体等效负载C和采样电阻R1，预驱芯片I/O接口接单片机，预驱芯片的输出口接MOS管Q2的G极，预驱芯片输出口与升压预驱芯片连接，实现升压，升压预驱芯片输出口接MOS管Q1的G极，MOS管Q1的S极信号接入压电晶体等效负载C，压电晶体等效负载C的另一端接MOS管Q2的D极，MOS管Q2的S极接采样电阻R1，采样电阻R1的另一端接地，采样电阻R1的两端还经过导线接入预驱芯片的输入口。
优选的，MOS管Q1为高边驱动MOS管，接入升压预驱芯片的输出端，MOS管Q1的S极经过电感L后接压电晶体等效负载C。
优选的，MOS管Q2为低边驱动MOS管，接入预驱芯片的输出端。
优选的，升压预驱芯片采用IRS2101，预驱芯片采用MC33816。
优选的，还包括压电晶体放电电路，所述压电晶体放电电路包括：预驱芯片、MOS管Q3、MOS管Q2、压电晶体等效负载C和采样电阻R2，预驱芯片I/O接口接单片机，预驱芯片的输出口接MOS管Q3的G极、MOS管Q2的G极，MOS管Q3的S极接采样电阻R2，采样电阻R2的两端还经过导线接入预驱芯片的输入口；MOS管Q3的D极信号接入压电晶体等效负载C，压电晶体等效负载C的另一端接MOS管Q2的D极，MOS管Q2的S极接地。
优选的，MOS管Q3为低边驱动MOS管，接入预驱芯片的输出端，MOS管Q3的S极经过电感L后接压电晶体等效负载C。
优选的，MOS管Q2为低边驱动MOS管，G极接入预驱芯片的输出端。
本专利提出的一种压电晶体驱动电路，驱动电路以NXP芯片MC33816为基础，对电路进行改进，使其实现压电晶体喷油器驱动控制，NXP芯片MC33816为一颗预驱芯片，主要用于柴油喷嘴驱动，芯片具备电流硬件闭环，电流控制精度高，同时具备故障防护诊断功能，但该芯片最大驱动电压只能达到72V，压电晶体正常驱动电压为200V，无法实现压电晶体喷油器的驱动控制。
IRS2101属于预驱芯片，最高驱动电压可达到600V，用于高边NMOS驱动，本方案提出的，在MC33816的基础上，使用IRS2101提高MC33816的最高驱动电压能力，同时利用MC33816本身自带的硬件电流闭环/故障防护等功能，实现压电晶体喷油器的驱动。
本方案还在压电晶体充放电回路中串联一个电感L，由于电感的储能作用，充放电过程中能量可通过电感转移到电容，降低了电流变化速率，电流变化速率降低时，电流控制精度相应提高，MOS控制频率降低，提高了电路可靠性。
本实用新型的有益效果：该电路具备极高的电压驱动能力，最高可实现600V压电晶体喷油驱动电路的控制，采用电流闭环，其电流闭环控制由硬件实现，不需要单片机控制，响应速度快，电流精度高，单片机负荷小；降低电流变化速率，解决电流过冲问题，降低MOS驱动频率，提高了MOS的使用寿命，电路可靠性高。
附图说明
图1为压电晶体充电电路的电路原理图；
图2为压电晶体放电电路的电路原理图。
具体实施方式
图1所示，包括：压电晶体充电电路，所述压电晶体充电电路包括：预驱芯片、升压预驱芯片、MOS管Q1、MOS管Q2、压电晶体等效负载C和采样电阻R1，预驱芯片I/O接口接单片机，预驱芯片的输出口接MOS管Q2的G极，预驱芯片输出口与升压预驱芯片连接，实现升压，升压预驱芯片输出口接MOS管Q1的G极，MOS管Q1的S极信号接入压电晶体等效负载C，压电晶体等效负载C的另一端接MOS管Q2的D极，MOS管Q2的S极接采样电阻R1，采样电阻R1的另一端接地，采样电阻R1的两端还经过导线接入预驱芯片的输入口。
优选的，MOS管Q1为高边驱动MOS管，用于电流波形调制，接入升压预驱芯片的输出端，MOS管Q1的S极经过电感L后接压电晶体等效负载C。
优选的，MOS管Q2为低边驱动MOS管，接入预驱芯片的输出端。
优选的，升压预驱芯片采用IRS2101，预驱芯片采用MC33816。
充电电路工作时，单片机设置电流限制，驱动预驱芯片MC33816，压电晶体充电时，负载电容电压可达到200V，MC33816控制信号需要经过IRS2101进行升压，IRS2101控制MOS管Q1开启，对压电晶体等效负载进行充电。
MC33816采集采样电阻R1上的反馈电压，电压高于设定值时，MOS管Q1关断，电流减小；电压持续降低，低于设定值时，MOS管Q1导通，电流增大。如此往复，即实现压电晶体充电控制，充电过程中，MMOS管Q2一直保持导通。
压电晶体喷油器充放电过程中，压电晶体等效为一个容性负载C，充放电时，回路阻抗非常小，电流急速变化，压电晶体喷油器等效电容C前串联电感L，电感在充放电时有储能作用，充放电过程中能量可通过电感转移到电容，降低了电流变化速率。
优选的，还包括压电晶体放电电路，所述压电晶体放电电路包括：预驱芯片、MOS管Q3、MOS管Q2、压电晶体等效负载C和采样电阻R2，预驱芯片I/O接口接单片机，预驱芯片的输出口接MOS管Q3的G极、MOS管Q2的G极，MOS管Q3的S极接采样电阻R2，采样电阻R2的两端还经过导线接入预驱芯片的输入口；MOS管Q3的D极信号接入压电晶体等效负载C，压电晶体等效负载C的另一端接MOS管Q2的D极，MOS管Q2的S极接地。
优选的，MOS管Q3为低边驱动MOS管，用于电流波形调制，接入预驱芯片的输出端，MOS管Q3的S极经过电感L后接压电晶体等效负载C。
优选的，MOS管Q2为低边驱动MOS管，G极接入预驱芯片的输出端。
放电电路工作时，单片机设置电流限制，驱动预驱芯片MC33816，MC33816控制低边MOS Q1/Q2，放电电路MOS不需要高压驱动，故不需要IRS2101进行信号放大。
MC33816采集采样电阻R2上的反馈电压，电压高于设定值时，MOS管Q3关断，电流减小；电压持续降低，低于设定值时，MOS管Q3导通，电流增大，如此往复，即实现压电晶体充电控制，充电过程中，MOS管Q2一直保持导通。
该电路具备极高的电压驱动能力，最高可实现600V压电晶体喷油驱动电路的控制，采用电流闭环，其电流闭环控制由硬件实现，不需要单片机控制，响应速度快，电流精度高，单片机负荷小。
降低电流变化速率，解决电流过冲问题，降低MOS驱动频率，提高了MOS的使用寿命，电路可靠性高。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种压电晶体喷油器驱动电路，其特征在于：包括：压电晶体充电电路，所述压电晶体充电电路包括：预驱芯片、升压预驱芯片、MOS管Q1、MOS管Q2、压电晶体等效负载C和采样电阻R1，预驱芯片I/O接口接单片机，预驱芯片的输出口接MOS管Q2的G极，预驱芯片输出口与升压预驱芯片连接，实现升压，升压预驱芯片输出口接MOS管Q1的G极，MOS管Q1的S极信号接入压电晶体等效负载C，压电晶体等效负载C的另一端接MOS管Q2的D极，MOS管Q2的S极接采样电阻R1，采样电阻R1的另一端接地，采样电阻R1的两端还经过导线接入预驱芯片的输入口。
2.根据权利要求1所述的一种压电晶体喷油器驱动电路，其特征在于：MOS管Q1为高边驱动MOS管，接入升压预驱芯片的输出端，MOS管Q1的S极经过电感L后接压电晶体等效负载C。
3.根据权利要求1所述的一种压电晶体喷油器驱动电路，其特征在于：MOS管Q2为低边驱动MOS管，接入预驱芯片的输出端。
4.根据权利要求2或3所述的一种压电晶体喷油器驱动电路，其特征在于：升压预驱芯片采用IRS2101，预驱芯片采用MC33816。
5.根据权利要求4所述的一种压电晶体喷油器驱动电路，其特征在于：还包括压电晶体放电电路，所述压电晶体放电电路包括：预驱芯片、MOS管Q3、MOS管Q2、压电晶体等效负载C和采样电阻R2，预驱芯片I/O接口接单片机，预驱芯片的输出口接MOS管Q3的G极、MOS管Q2的G极，MOS管Q3的S极接采样电阻R2，采样电阻R2的两端还经过导线接入预驱芯片的输入口；MOS管Q3的D极信号接入压电晶体等效负载C，压电晶体等效负载C的另一端接MOS管Q2的D极，MOS管Q2的S极接地。
6.根据权利要求5所述的一种压电晶体喷油器驱动电路，其特征在于：MOS管Q3为低边驱动MOS管，接入预驱芯片的输出端，MOS管Q1的S极经过电感L后接压电晶体等效负载C。
7.根据权利要求5所述的一种压电晶体喷油器驱动电路，其特征在于：MOS管Q2为低边驱动MOS管，G极接入预驱芯片的输出端。
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| CN112746920A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | 卓品智能科技无锡有限公司 | 一种压电晶体喷油器驱动电路 |
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2019
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