CN2696090Y - 一种发动机用电磁阀驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种发动机用电磁阀驱动电路涉及电控柴油机燃油喷射系统中的电磁控制旁通阀驱动技术领域。其特征是，它含有一个信号处理电路，该电路接收由发动机电子控制单元发出的控制脉冲A，并分别输出高压驱动脉冲AH和低压驱动脉冲AL到高端驱动电路，同时接收由低端驱动电路对电磁阀采样反馈的电流信号，进行处理后调节低压驱动脉冲AL对高端驱动电路进行调节控制，从而调节电磁阀的驱动电流，低端驱动电路直接接收由发动机电子控制单元发出的脉冲信号B，该脉冲信号与控制信号A相同。本实用新型能够缩短电磁阀关闭时间，提高驱动电磁阀的能力，缩短了反馈周期，减小了驱动电流波动范围，提高了控制精度。
Description
技术领域
一种发动机用电磁阀驱动电路涉及电控柴油机燃油喷射系统中的电磁控制旁通阀驱动，可用于电磁阀驱动的相关技术领域。
背景技术
在电控发动机喷射系统中，对电磁阀的关闭动作有较严格的要求，由于电磁阀的关闭动作与驱动电流有密切关系，所以在完成电磁阀动作时多通过精确控制驱动电流实现，这在发动机电磁阀驱动中表现的尤为明显，驱动电流常常要求形如附图4所示的两段式驱动电流，电磁阀在T1和T2时间段内完成闭合动作，在T3时间段内维持闭合状态直至结束。为获得该类型的驱动电流，已开发出一些驱动电路，如传统的高低端驱动结构：各电磁阀共用一套高端驱动电路，包括一个高端驱动电源和一个高端功率三极管，高端驱动电源电压多采用车载蓄电池电压——24V；每个电磁阀各有一套低端驱动电路，每套低端驱动电路的主要器件为一个低端功率三级管，为检测驱动电流，多在各电磁阀的公共端设置一个采样电阻。工作时，通过改变高端功率三极管控制脉冲的占空比调整驱动电流大小，通过选通低端功率三极管实现选缸工作。该驱动电路结构简单，但其缺点也比较明显：首先，电磁阀关闭时间过长。其原因是24V的驱动电源电压在较短时间内无法提供足够的能量，导致驱动电流上升缓慢，不足以在短时间内产生足够的电磁力关闭电磁阀。如果单纯的依靠提高驱动电源电压减小电磁阀关闭时间，将会极大的增加能量消耗，这种改进方案通常不被采用。其次，控制精度低。为将驱动电流的大小调整到符合要求的形状，需对驱动电流采用电流闭环反馈控制。高低端驱动电路中，由于硬件电路只提供了驱动电流反馈值，所以对驱动电流的采样、比较以及调整高端功率三极管控制脉冲占空比等控制动作都必须依靠软件完成，这种控制方式被称为软件电流反馈控制，其控制软件的编写非常复杂，而且对占空比的调整频率也非常低，一般不超过100Hz，如此低的反馈控制频率必然导致电流波动幅度较大，控制精度较低。可见，传统的驱动电路在驱动能力、控制精度上都有待改进。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种发动机用电磁阀驱动电路。该驱动电路的驱动能力强，能够缩短电磁阀关闭时间，还能够提高电流控制的精度。
本实用新型含有分别连接在电磁阀两端的高端驱动电路和低端驱动电路，其特征在于，还含有一个信号处理电路，所述信号处理电路接收由发动机电子控制单元发出的控制脉冲A，并分别输出一个高压驱动脉冲AH和一个低压驱动脉冲AL到所述高端驱动电路，同时接收由所述低端驱动电路对所述电磁阀采样反馈的电流信号，进行处理后调节所述低压驱动脉冲AL对所述高端驱动电路进行调节控制，从而调节电磁阀的驱动电流，所述低端驱动电路直接接收由发动机电子控制单元发出的脉冲信号B，该脉冲信号与所述控制信号A相同。
所述高端驱动电路含有一个由高电压驱动的高压功率三极管MH和一个由低电压驱动的低压功率三极管ML，所述高压功率三极管MH的门极接收上述信号处理电路发出的高压驱动脉冲AH，所述低压功率三极管ML的门极接收上述信号处理电路发出的低压驱动脉冲AL，所述高压功率三极管MH的发射极连接所述电磁阀的一端，在所述低压功率三极管ML的发射极和所述高压功率三极管MH的发射极之间连接一个实现隔离作用的二极管D0。
所述信号处理电路接收发动机电子控制单元发出的控制脉冲A，该控制脉冲A经过一个定时器(1)后输出上述高压驱动脉冲AH到上述高端驱动电路；所述发动机电子控制单元发出的控制脉冲A还输入一个硬件反馈电流闭环反馈控制电路，该反馈控制电路接收上述低端驱动电路反馈的电流信号，该电流信号经过一个放大器U1放大后输入一个比较器U2与一个参考电压进行比较；所述控制脉冲A经过另一个定时器(2)后输入一个三极管T1，并控制该三极管T1的导通和截止，所述比较器U2的参考电压输入端与所述三极管T1的发射极之间连接决定所述参考电压电平的电阻，通过所述三极管T1的导通和截止，改变所述电阻的阻值，从而使参考电压在高电平UH和低电平UL间切换，该参考电压与所述放大器U1输出的电流反馈信号进行比较后输入一个触发器，该触发器输出信号与所述控制脉冲A共同输入一个与门U3，该与门U3输出低压驱动脉冲AL到所述高端驱动电路。
所述低端驱动电路含有连接在电磁阀一端，且个数与所述电磁阀个数一致的低端功率三极管，所述每一个低端功率三极管的门极接收一路由发动机电子控制单元发出的与上述控制脉冲相同的脉冲信号B，所述低端功率三极管的发射极共同连接一个采样电阻Rs，所述低端功率三极管的集电极分别连接所述各个电磁阀的一端；在所述低端功率三极管的发射极和电磁阀与所述高端驱动电路连接的一端之间还连接有一个续流二极管D1。
所述高压功率三极管MH的驱动电压为100V±50V。所述低压功率三极管ML的驱动电压是车载蓄电池的输出电压。
实验证明，与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：1.缩短了电磁阀关闭时间。本驱动电路中实现了双电压分时驱动，其高压驱动源电压在100V±50V，可在短时间内向电磁阀提供足够的能量，迅速提高驱动电流，完成电磁阀关闭动作。2.电流控制精度高。本驱动电路实现了硬件电流反馈控制。对驱动电流的采样、放大、比较及低压功率三极管的PWM脉宽调制控制信号的产生全部由硬件自动完成，不需要软件干预，故该控制电路的调整频率较高，可达到20Khz左右，这大大降低了驱动电流的波动范围，提高了对电流波形的控制精度。3.控制软件简单。该控制电路所需的输入控制信号极其简单，只需两段高电平脉冲输入，中间不再需要进行PWM脉宽调制，这将大大降低控制软件的复杂程度。
附图说明
图1为本实用新型的驱动电路原理图(以驱动六路电磁阀为例)。
图2为图1的信号处理电路原理图。
图3为工作过程部分信号图。
图4为电磁阀的驱动电流示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细描述本实用新型的具体电路以及工作过程。
见图1，本实用新型主要包括高端驱动电路、低端驱动电路和信号处理电路三部分。以驱动六路电磁阀为例，高端驱动电路位于电磁阀L1-L6(L2-L5图中未标出)一端，包括两套独立的驱动电源和功率三极管，一套包括高压驱动电源UH和高压功率三极管MH(型号为IRFB61N15D)，其中，高压驱动电源电压在100V±30V，一般可取100V，高压功率三极管MH由信号处理电路输出的AH脉冲信号控制。另一套包括低压驱动电源UL和低压功率三极管ML(型号为IRFB61N15D)，两个功率三极管MH和ML之间采用二极管D0(60CTQ150)实现隔离保护，其中，低压驱动电源直接使用24V车载蓄电池电源，低压功率三极管ML由信号处理电路输出的AL脉冲信号控制。
低端驱动电路位于电磁阀L1-L6(L2-L5图中未标出)另一端，包括六个功率三极管M1-M6(IRFB61N15D)(M2-M5图中未标出)，其数目应等于发动机电磁阀数目，这些功率三极管分别连接到每个电磁阀，其控制信号B1-B6直接由发动机电子控制单元(ECU)发出，都是一段高电平脉冲。在各低端功率三极管的发射极公共端设有采样电阻Rs和续流二极管D1(60CTQ150)。
信号处理电路的输入控制信号是A脉冲，其波形与低端驱动电路控制信号B1-B6脉冲完全一致，也是直接由发动机电子控制单元(ECU)发出的。
见图2，信号处理电路包括定时器1(74LS123)、定时器2(74LS123)、三极管T1(9013)、放大器U1(AD8051)、比较器U2(LM193)、与门U3(74F08)、触发器(采用D触发器74LS74)和时钟电路等部分。整个信号处理电路的输入控制信号是A脉冲，其波形与低端驱动电路控制信号B1-B6脉冲完全一致，也是直接由发动机电子控制单元(ECU)发出的。输出控制信号中，定时器1产生的脉冲信号是控制信号AH，剩余的部分组成了硬件反馈电流闭环控制电路，产生AL控制信号。在该硬件反馈电流闭环控制电路中，放大器U1负责放大采样电阻Rs上的采样电压信号。比较器U2将参考电压和反馈电压的比较结果送到触发器作为输入，随着比较结果的不同，触发器在时钟信号的触发下将会产生PWM控制信号。定时器2所发出的脉冲信号是一段高电平脉冲，其高低电平可分别打开和关闭三极管T1，从而获得具有高低两种电平的参考电压，其中，高电平VH等于峰值驱动电流IH经采样电阻转化后的电压，低电平VL等于维持电流IL经转换后的电压。
下面以驱动第一缸电磁阀为例，说明该驱动电路的工作过程：
首先，在确定电磁阀类型后，应根据电磁阀闭合时间、闭合电磁力大小等要求匹配出如图4所示驱动电流波形中的控制参数IH、IL、T1和T2，而控制参数T3应由发动机电子控制单元(ECU)根据发动机工况实时调整。
该驱动电路工作过程如图3所示，t1时刻，发动机电子控制单元(ECU)发出A脉冲和B1脉冲，其高电平周期由发动机管理程序根据发动机工况计算得出。其中，A脉冲上升沿将触发定时器1和定时器2，两者被触发后立刻产生一段高电平脉冲。定时器1产生的脉冲将直接作为AH脉冲输出，打开高压功率三极管MH。B1脉冲也将打开低端的功率三极管M1，两个打开的功率三极管使电磁阀L1驱动电路接通，高压驱动电源UH快速提升电磁阀L1驱动电流，产生足够大的电磁力以关闭电磁阀L1。同时，定时器2被A脉冲触发后也产生一段高电平脉冲，该脉冲将打开三极管T1，这使得参考电压由R1和R2分压决定，通过匹配R1和R2的电阻值可获得峰值驱动电流IH对应的高电压VH。由于此时驱动电流并没有达到这个参考电压，故比较器的结果是高，这一结果被触发器锁存，使得触发器的输出为高。由于此时A脉冲仍为高电平，触发器的输出与A脉冲进行与运算的结果仍为高，这一高电平信号将作为AL控制脉冲打开低压功率三极管ML，但是由于此时高压驱动电路已经工作，故低压驱动电源UL将会被保护二极管D0隔离，不参与电磁阀L1驱动。
t2时刻，定时器1发出的高电平脉冲结束，功率三极管MH将会被关闭，高压驱动电源UH与电磁阀L1断开。此时，驱动电流如尚未达到设定的峰值电流IH，低压功率三极管ML仍处于导通状态，这使得保护二极管D0被导通，低压驱动电源UL连通电磁阀驱动电路提升驱动电流。
t3时刻，驱动电流上升至IH，反馈的驱动电流采样信号将高于参考电压VH，比较器结果为低，触发器经时钟电路的时钟信号触发后输出也为低。这将关闭低压功率三极管ML，使得电磁阀L1不再获得能量输入，驱动电流开始下降。当下降到参考电压以下后，比较器结果为高，将打开低压功率三极管ML，低压驱动电路再次提升驱动电流，由于触发器的锁存作用，这一过程将持续一个时钟周期，这使得驱动电流又超过了IH，将导致低压驱动电路不再工作，驱动电流下降。之后又由于驱动电流的下降导致低压驱动电路工作，驱动电流上升。如此反复，形成低压驱动电路间断工作的情况，使驱动电流在一定范围内波动。而AL脉冲高低电平交替出现的情况则形成了PWM脉宽调制信号。
一般情况下，应通过合理匹配高压驱动电源UH电压及AH脉冲宽度使t2时刻到t3时刻的间隔尽量短，即要求使高压驱动电源UH直接将驱动电流提升至IH，低压驱动电源UL没有工作在提升驱动电流模式。这种情况下，驱动电流波形控制参数T1可认为直接对应定时器1产生的AH控制脉冲的高电平脉冲周期，针对不同的电磁阀，控制参数T1的调整可通过改变定时器1的调整电阻实现。
t4时刻，定时器2发出的高电平脉冲结束，三极管T1关闭，参考电压由R2和R3串连后再与R1分压，通过匹配可得到VL电平。参考电平的降低将使低压驱动电路短时间内不再工作，驱动电流下降到维持阶段。可见，驱动电流控制参数T1+T2可由参考电压高电平的持续周期决定，而参考电压周期由定时器2决定，所以，针对不同的电磁阀，控制参数T2的调整可通过改变定时器2的调整电阻实现。
t5时刻，当驱动电流下降到IL时，参考电压高于反馈驱动电流信号，低压驱动电路工作，提升驱动电流，从而使AL脉冲再次进入PWM调制阶段，使驱动电流维持在一定的波动范围内。
t6时刻，A脉冲结束，通过U3与门使AL脉冲变低，关闭低压功率三极管ML。同时，B1脉冲也结束，将关闭低端功率三极管M1。之后，驱动电流通过续流二极管D1续流，其能量被大量消耗，会快速下降到零，整个驱动过程结束。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：首先，实现了双电压分时驱动，在不增加能量损耗的前提下显著的缩短了电磁阀关闭时间，提高了对电磁阀的驱动能力。其次，实现了硬件电流反馈控制，这极大的缩短了反馈周期，可明显减小驱动电流波动范围，提高控制系统精度，实现两段式驱动电流。最后，本驱动电路所需控制信号及其简单，这将极大得简化控制软件设计。
Claims (6)
1、一种发动机用电磁阀驱动电路，含有分别连接在电磁阀两端的高端驱动电路和低端驱动电路，其特征在于，还含有一个信号处理电路，所述信号处理电路接收由发动机电子控制单元发出的控制脉冲A，并分别输出一个高压驱动脉冲AH和一个低压驱动脉冲AL到所述高端驱动电路，同时接收由所述低端驱动电路对所述电磁阀采样反馈的电流信号，进行处理后调节所述低压驱动脉冲AL对所述高端驱动电路进行调节控制，从而调节电磁阀的驱动电流，所述低端驱动电路直接接收由发动机电子控制单元发出的脉冲信号B，该脉冲信号与所述控制信号A相同。
2、如权利要求1所述的一种发动机用电磁阀驱动电路，其特征在于，所述高端驱动电路含有一个由高电压驱动的高压功率三极管MH和一个由低电压驱动的低压功率三极管ML，所述高压功率三极管MH的门极接收上述信号处理电路发出的高压驱动脉冲AH，所述低压功率三极管ML的门极接收上述信号处理电路发出的低压驱动脉冲AL，所述高压功率三极管MH的发射极连接所述电磁阀的一端，在所述低压功率三极管ML的发射极和所述高压功率三极管MH的发射极之间连接一个实现隔离作用的二极管D0。
3、如权利要求1所述的一种发动机用电磁阀驱动电路，其特征在于，所述信号处理电路接收发动机电子控制单元发出的控制脉冲A，该控制脉冲A经过一个定时器(1)后输出上述高压驱动脉冲AH到上述高端驱动电路；所述发动机电子控制单元发出的控制脉冲A还输入一个硬件反馈电流闭环反馈控制电路，该反馈控制电路接收上述低端驱动电路反馈的电流信号，该电流信号经过一个放大器U1放大后输入一个比较器U2与一个参考电压进行比较；所述控制脉冲A经过另一个定时器(2)后输入一个三极管T1，并控制该三极管T1的导通和截止，所述比较器U2的参考电压输入端与所述三极管T1的发射极之间连接决定所述参考电压电平的电阻，通过所述三极管T1的导通和截止，改变所述电阻的阻值，从而使参考电压在高电平UH和低电平UL间切换，该参考电压与所述放大器U1输出的电流反馈信号进行比较后输入一个触发器，该触发器输出信号与所述控制脉冲A共同输入一个与门U3，该与门U3输出低压驱动脉冲AL到所述高端驱动电路。
4、如权利要求1所述的一种发动机用电磁阀驱动电路，其特征在于，所述低端驱动电路含有连接在电磁阀一端，且个数与所述电磁阀个数一致的低端功率三极管，所述每一个低端功率三极管的门极接收一路由发动机电子控制单元发出的与上述控制脉冲相同的脉冲信号B，所述低端功率三极管的发射极共同连接一个采样电阻RS，所述低端功率三极管的集电极分别连接所述各个电磁阀的一端；在所述低端功率三极管的发射极和电磁阀与所述高端驱动电路连接的一端之间还连接有一个续流二极管D1。
5、如权利要求2所示的一种发动机用电磁阀驱动电路，其特征在于，所述高压功率三极管MH的驱动电压为100V±50V。
6、如权利要求2所示的一种发动机用电磁阀驱动电路，其特征在于，所述低压功率三极管ML的驱动电压是车载蓄电池的输出电压。
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