專利名稱：一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路的制作方法
技術領域：
一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路涉及電控柴油機燃油噴射系統(tǒng)中的電磁控制旁通閥驅動，可用于電磁閥驅動的相關技術領域。
背景技術：
在電控發(fā)動機噴射系統(tǒng)中，對電磁閥的關閉動作有較嚴格的要求，由于電磁閥的關閉動作與驅動電流有密切關系，所以在完成電磁閥動作時多通過精確控制驅動電流實現，這在發(fā)動機電磁閥驅動中表現的尤為明顯，驅動電流常常要求形如附圖4所示的兩段式驅動電流，電磁閥在T1和T2時間段內完成閉合動作，在T3時間段內維持閉合狀態(tài)直至結束。為獲得該類型的驅動電流，已開發(fā)出一些驅動電路，如傳統(tǒng)的高低端驅動結構各電磁閥共用一套高端驅動電路，包括一個高端驅動電源和一個高端功率三極管，高端驅動電源電壓多采用車載蓄電池電壓——24V；每個電磁閥各有一套低端驅動電路，每套低端驅動電路的主要器件為一個低端功率三級管，為檢測驅動電流，多在各電磁閥的公共端設置一個采樣電阻。工作時，通過改變高端功率三極管控制脈沖的占空比調整驅動電流大小，通過選通低端功率三極管實現選缸工作。該驅動電路結構簡單，但其缺點也比較明顯首先，電磁閥關閉時間過長。其原因是24V的驅動電源電壓在較短時間內無法提供足夠的能量，導致驅動電流上升緩慢，不足以在短時間內產生足夠的電磁力關閉電磁閥。如果單純的依靠提高驅動電源電壓減小電磁閥關閉時間，將會極大的增加能量消耗，這種改進方案通常不被采用。其次，控制精度低。為將驅動電流的大小調整到符合要求的形狀，需對驅動電流采用電流閉環(huán)反饋控制。高低端驅動電路中，由于硬件電路只提供了驅動電流反饋值，所以對驅動電流的采樣、比較以及調整高端功率三極管控制脈沖占空比等控制動作都必須依靠軟件完成，這種控制方式被稱為軟件電流反饋控制，其控制軟件的編寫非常復雜，而且對占空比的調整頻率也非常低，一般不超過100Hz，如此低的反饋控制頻率必然導致電流波動幅度較大，控制精度較低。可見，傳統(tǒng)的驅動電路在驅動能力、控制精度上都有待改進。
實用新型內容本實用新型的目的是提出一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路。該驅動電路的驅動能力強，能夠縮短電磁閥關閉時間，還能夠提高電流控制的精度。
本實用新型含有分別連接在電磁閥兩端的高端驅動電路和低端驅動電路，其特征在于，還含有一個信號處理電路，所述信號處理電路接收由發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的控制脈沖A，并分別輸出一個高壓驅動脈沖AH和一個低壓驅動脈沖AL到所述高端驅動電路，同時接收由所述低端驅動電路對所述電磁閥采樣反饋的電流信號，進行處理后調節(jié)所述低壓驅動脈沖AL對所述高端驅動電路進行調節(jié)控制，從而調節(jié)電磁閥的驅動電流，所述低端驅動電路直接接收由發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的脈沖信號B，該脈沖信號與所述控制信號A相同。
所述高端驅動電路含有一個由高電壓驅動的高壓功率三極管MH和一個由低電壓驅動的低壓功率三極管ML，所述高壓功率三極管MH的門極接收上述信號處理電路發(fā)出的高壓驅動脈沖AH，所述低壓功率三極管ML的門極接收上述信號處理電路發(fā)出的低壓驅動脈沖AL，所述高壓功率三極管MH的發(fā)射極連接所述電磁閥的一端，在所述低壓功率三極管ML的發(fā)射極和所述高壓功率三極管MH的發(fā)射極之間連接一個實現隔離作用的二極管D0。
所述信號處理電路接收發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的控制脈沖A，該控制脈沖A經過一個定時器(1)后輸出上述高壓驅動脈沖AH到上述高端驅動電路；所述發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的控制脈沖A還輸入一個硬件反饋電流閉環(huán)反饋控制電路，該反饋控制電路接收上述低端驅動電路反饋的電流信號，該電流信號經過一個放大器U1放大后輸入一個比較器U2與一個參考電壓進行比較；所述控制脈沖A經過另一個定時器(2)后輸入一個三極管T1，并控制該三極管T1的導通和截止，所述比較器U2的參考電壓輸入端與所述三極管T1的發(fā)射極之間連接決定所述參考電壓電平的電阻，通過所述三極管T1的導通和截止，改變所述電阻的阻值，從而使參考電壓在高電平UH和低電平UL間切換，該參考電壓與所述放大器U1輸出的電流反饋信號進行比較后輸入一個觸發(fā)器，該觸發(fā)器輸出信號與所述控制脈沖A共同輸入一個與門U3，該與門U3輸出低壓驅動脈沖AL到所述高端驅動電路。
所述低端驅動電路含有連接在電磁閥一端，且個數與所述電磁閥個數一致的低端功率三極管，所述每一個低端功率三極管的門極接收一路由發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的與上述控制脈沖相同的脈沖信號B，所述低端功率三極管的發(fā)射極共同連接一個采樣電阻Rs，所述低端功率三極管的集電極分別連接所述各個電磁閥的一端；在所述低端功率三極管的發(fā)射極和電磁閥與所述高端驅動電路連接的一端之間還連接有一個續(xù)流二極管D1。
所述高壓功率三極管MH的驅動電壓為100V±50V。所述低壓功率三極管ML的驅動電壓是車載蓄電池的輸出電壓。
實驗證明，與現有技術相比，本實用新型的有益效果為1.縮短了電磁閥關閉時間。本驅動電路中實現了雙電壓分時驅動，其高壓驅動源電壓在100V±50V，可在短時間內向電磁閥提供足夠的能量，迅速提高驅動電流，完成電磁閥關閉動作。2.電流控制精度高。本驅動電路實現了硬件電流反饋控制。對驅動電流的采樣、放大、比較及低壓功率三極管的PWM脈寬調制控制信號的產生全部由硬件自動完成，不需要軟件干預，故該控制電路的調整頻率較高，可達到20Khz左右，這大大降低了驅動電流的波動范圍，提高了對電流波形的控制精度。3.控制軟件簡單。該控制電路所需的輸入控制信號極其簡單，只需兩段高電平脈沖輸入，中間不再需要進行PWM脈寬調制，這將大大降低控制軟件的復雜程度。


圖1為本實用新型的驅動電路原理圖(以驅動六路電磁閥為例)。
圖2為圖1的信號處理電路原理圖。
圖3為工作過程部分信號圖。
圖4為電磁閥的驅動電流示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖詳細描述本實用新型的具體電路以及工作過程。
見圖1，本實用新型主要包括高端驅動電路、低端驅動電路和信號處理電路三部分。以驅動六路電磁閥為例，高端驅動電路位于電磁閥L1-L6(L2-L5圖中未標出)一端，包括兩套獨立的驅動電源和功率三極管，一套包括高壓驅動電源UH和高壓功率三極管MH(型號為IRFB61N15D)，其中，高壓驅動電源電壓在100V±30V，一般可取100V，高壓功率三極管MH由信號處理電路輸出的AH脈沖信號控制。另一套包括低壓驅動電源UL和低壓功率三極管ML(型號為IRFB61N15D)，兩個功率三極管MH和ML之間采用二極管D0(60CTQ150)實現隔離保護，其中，低壓驅動電源直接使用24V車載蓄電池電源，低壓功率三極管ML由信號處理電路輸出的AL脈沖信號控制。
低端驅動電路位于電磁閥L1-L6(L2-L5圖中未標出)另一端，包括六個功率三極管M1-M6(IRFB61N15D)(M2-M5圖中未標出)，其數目應等于發(fā)動機電磁閥數目，這些功率三極管分別連接到每個電磁閥，其控制信號B1-B6直接由發(fā)動機電子控制單元(ECU)發(fā)出，都是一段高電平脈沖。在各低端功率三極管的發(fā)射極公共端設有采樣電阻Rs和續(xù)流二極管D1(60CTQ150)。
信號處理電路的輸入控制信號是A脈沖，其波形與低端驅動電路控制信號B1-B6脈沖完全一致，也是直接由發(fā)動機電子控制單元(ECU)發(fā)出的。
見圖2，信號處理電路包括定時器1(74LS123)、定時器2(74LS123)、三極管T1(9013)、放大器U1(AD8051)、比較器U2(LM193)、與門U3(74F08)、觸發(fā)器(采用D觸發(fā)器74LS74)和時鐘電路等部分。整個信號處理電路的輸入控制信號是A脈沖，其波形與低端驅動電路控制信號B1-B6脈沖完全一致，也是直接由發(fā)動機電子控制單元(ECU)發(fā)出的。輸出控制信號中，定時器1產生的脈沖信號是控制信號AH，剩余的部分組成了硬件反饋電流閉環(huán)控制電路，產生AL控制信號。在該硬件反饋電流閉環(huán)控制電路中，放大器U1負責放大采樣電阻Rs上的采樣電壓信號。比較器U2將參考電壓和反饋電壓的比較結果送到觸發(fā)器作為輸入，隨著比較結果的不同，觸發(fā)器在時鐘信號的觸發(fā)下將會產生PWM控制信號。定時器2所發(fā)出的脈沖信號是一段高電平脈沖，其高低電平可分別打開和關閉三極管T1，從而獲得具有高低兩種電平的參考電壓，其中，高電平VH等于峰值驅動電流IH經采樣電阻轉化后的電壓，低電平VL等于維持電流IL經轉換后的電壓。
下面以驅動第一缸電磁閥為例，說明該驅動電路的工作過程首先，在確定電磁閥類型后，應根據電磁閥閉合時間、閉合電磁力大小等要求匹配出如圖4所示驅動電流波形中的控制參數IH、IL、T1和T2，而控制參數T3應由發(fā)動機電子控制單元(ECU)根據發(fā)動機工況實時調整。
該驅動電路工作過程如圖3所示，t1時刻，發(fā)動機電子控制單元(ECU)發(fā)出A脈沖和B1脈沖，其高電平周期由發(fā)動機管理程序根據發(fā)動機工況計算得出。其中，A脈沖上升沿將觸發(fā)定時器1和定時器2，兩者被觸發(fā)后立刻產生一段高電平脈沖。定時器1產生的脈沖將直接作為AH脈沖輸出，打開高壓功率三極管MH。B1脈沖也將打開低端的功率三極管M1，兩個打開的功率三極管使電磁閥L1驅動電路接通，高壓驅動電源UH快速提升電磁閥L1驅動電流，產生足夠大的電磁力以關閉電磁閥L1。同時，定時器2被A脈沖觸發(fā)后也產生一段高電平脈沖，該脈沖將打開三極管T1，這使得參考電壓由R1和R2分壓決定，通過匹配R1和R2的電阻值可獲得峰值驅動電流IH對應的高電壓VH。由于此時驅動電流并沒有達到這個參考電壓，故比較器的結果是高，這一結果被觸發(fā)器鎖存，使得觸發(fā)器的輸出為高。由于此時A脈沖仍為高電平，觸發(fā)器的輸出與A脈沖進行與運算的結果仍為高，這一高電平信號將作為AL控制脈沖打開低壓功率三極管ML，但是由于此時高壓驅動電路已經工作，故低壓驅動電源UL將會被保護二極管D0隔離，不參與電磁閥L1驅動。
t2時刻，定時器1發(fā)出的高電平脈沖結束，功率三極管MH將會被關閉，高壓驅動電源UH與電磁閥L1斷開。此時，驅動電流如尚未達到設定的峰值電流IH，低壓功率三極管ML仍處于導通狀態(tài)，這使得保護二極管D0被導通，低壓驅動電源UL連通電磁閥驅動電路提升驅動電流。
t3時刻，驅動電流上升至IH，反饋的驅動電流采樣信號將高于參考電壓VH，比較器結果為低，觸發(fā)器經時鐘電路的時鐘信號觸發(fā)后輸出也為低。這將關閉低壓功率三極管ML，使得電磁閥L1不再獲得能量輸入，驅動電流開始下降。當下降到參考電壓以下后，比較器結果為高，將打開低壓功率三極管ML，低壓驅動電路再次提升驅動電流，由于觸發(fā)器的鎖存作用，這一過程將持續(xù)一個時鐘周期，這使得驅動電流又超過了IH，將導致低壓驅動電路不再工作，驅動電流下降。之后又由于驅動電流的下降導致低壓驅動電路工作，驅動電流上升。如此反復，形成低壓驅動電路間斷工作的情況，使驅動電流在一定范圍內波動。而AL脈沖高低電平交替出現的情況則形成了PWM脈寬調制信號。
一般情況下，應通過合理匹配高壓驅動電源UH電壓及AH脈沖寬度使t2時刻到t3時刻的間隔盡量短，即要求使高壓驅動電源UH直接將驅動電流提升至IH，低壓驅動電源UL沒有工作在提升驅動電流模式。這種情況下，驅動電流波形控制參數T1可認為直接對應定時器1產生的AH控制脈沖的高電平脈沖周期，針對不同的電磁閥，控制參數T1的調整可通過改變定時器1的調整電阻實現。
t4時刻，定時器2發(fā)出的高電平脈沖結束，三極管T1關閉，參考電壓由R2和R3串連后再與R1分壓，通過匹配可得到VL電平。參考電平的降低將使低壓驅動電路短時間內不再工作，驅動電流下降到維持階段。可見，驅動電流控制參數T1+T2可由參考電壓高電平的持續(xù)周期決定，而參考電壓周期由定時器2決定，所以，針對不同的電磁閥，控制參數T2的調整可通過改變定時器2的調整電阻實現。
t5時刻，當驅動電流下降到IL時，參考電壓高于反饋驅動電流信號，低壓驅動電路工作，提升驅動電流，從而使AL脈沖再次進入PWM調制階段，使驅動電流維持在一定的波動范圍內。
t6時刻，A脈沖結束，通過U3與門使AL脈沖變低，關閉低壓功率三極管ML。同時，B1脈沖也結束，將關閉低端功率三極管M1。之后，驅動電流通過續(xù)流二極管D1續(xù)流，其能量被大量消耗，會快速下降到零，整個驅動過程結束。
本實用新型與現有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果首先，實現了雙電壓分時驅動，在不增加能量損耗的前提下顯著的縮短了電磁閥關閉時間，提高了對電磁閥的驅動能力。其次，實現了硬件電流反饋控制，這極大的縮短了反饋周期，可明顯減小驅動電流波動范圍，提高控制系統(tǒng)精度，實現兩段式驅動電流。最后，本驅動電路所需控制信號及其簡單，這將極大得簡化控制軟件設計。
權利要求1.一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路，含有分別連接在電磁閥兩端的高端驅動電路和低端驅動電路，其特征在于，還含有一個信號處理電路，所述信號處理電路接收由發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的控制脈沖A，并分別輸出一個高壓驅動脈沖AH和一個低壓驅動脈沖AL到所述高端驅動電路，同時接收由所述低端驅動電路對所述電磁閥采樣反饋的電流信號，進行處理后調節(jié)所述低壓驅動脈沖AL對所述高端驅動電路進行調節(jié)控制，從而調節(jié)電磁閥的驅動電流，所述低端驅動電路直接接收由發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的脈沖信號B，該脈沖信號與所述控制信號A相同。
2.如權利要求1所述的一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路，其特征在于，所述高端驅動電路含有一個由高電壓驅動的高壓功率三極管MH和一個由低電壓驅動的低壓功率三極管ML，所述高壓功率三極管MH的門極接收上述信號處理電路發(fā)出的高壓驅動脈沖AH，所述低壓功率三極管ML的門極接收上述信號處理電路發(fā)出的低壓驅動脈沖AL，所述高壓功率三極管MH的發(fā)射極連接所述電磁閥的一端，在所述低壓功率三極管ML的發(fā)射極和所述高壓功率三極管MH的發(fā)射極之間連接一個實現隔離作用的二極管D0。
3.如權利要求1所述的一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路，其特征在于，所述信號處理電路接收發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的控制脈沖A，該控制脈沖A經過一個定時器(1)后輸出上述高壓驅動脈沖AH到上述高端驅動電路；所述發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的控制脈沖A還輸入一個硬件反饋電流閉環(huán)反饋控制電路，該反饋控制電路接收上述低端驅動電路反饋的電流信號，該電流信號經過一個放大器U1放大后輸入一個比較器U2與一個參考電壓進行比較；所述控制脈沖A經過另一個定時器(2)后輸入一個三極管T1，并控制該三極管T1的導通和截止，所述比較器U2的參考電壓輸入端與所述三極管T1的發(fā)射極之間連接決定所述參考電壓電平的電阻，通過所述三極管T1的導通和截止，改變所述電阻的阻值，從而使參考電壓在高電平UH和低電平UL間切換，該參考電壓與所述放大器U1輸出的電流反饋信號進行比較后輸入一個觸發(fā)器，該觸發(fā)器輸出信號與所述控制脈沖A共同輸入一個與門U3，該與門U3輸出低壓驅動脈沖AL到所述高端驅動電路。
4.如權利要求1所述的一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路，其特征在于，所述低端驅動電路含有連接在電磁閥一端，且個數與所述電磁閥個數一致的低端功率三極管，所述每一個低端功率三極管的門極接收一路由發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的與上述控制脈沖相同的脈沖信號B，所述低端功率三極管的發(fā)射極共同連接一個采樣電阻RS，所述低端功率三極管的集電極分別連接所述各個電磁閥的一端；在所述低端功率三極管的發(fā)射極和電磁閥與所述高端驅動電路連接的一端之間還連接有一個續(xù)流二極管D1。
5.如權利要求2所示的一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路，其特征在于，所述高壓功率三極管MH的驅動電壓為100V±50V。
6.如權利要求2所示的一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路，其特征在于，所述低壓功率三極管ML的驅動電壓是車載蓄電池的輸出電壓。
專利摘要一種發(fā)動機用電磁閥驅動電路涉及電控柴油機燃油噴射系統(tǒng)中的電磁控制旁通閥驅動技術領域。其特征是，它含有一個信號處理電路，該電路接收由發(fā)動機電子控制單元發(fā)出的控制脈沖A，并分別輸出高壓驅動脈沖A
文檔編號H01F7/08GK2696090SQ20042004819
公開日2005年4月27日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權日2004年4月16日
發(fā)明者張科勛, 鹿笑冬, 張奇, 李建秋, 歐陽明高 申請人:清華大學