專利名稱：一種電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁線圈電流驅(qū)動裝置，尤其涉及一種電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置。
背景技術(shù)：
在磁流變液減震器中，需要ECU控制輸出大小在一定范圍內(nèi)可調(diào)的電流來改變減震器工作缸內(nèi)電磁線圈的磁場強(qiáng)度，用于改變阻尼通道磁流變液特性，實(shí)現(xiàn)不同阻尼力的輸出。對電磁線圈的電流驅(qū)動控制技術(shù)是ECU電控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。由于磁流變液的特性， 電流在一定范圍內(nèi)，磁流變阻尼器的阻尼力與電流成單調(diào)增加的關(guān)系，但當(dāng)電流超過一定范圍時，磁流變液開始飽和，阻尼力并不會出現(xiàn)明顯的隨電流的變化關(guān)系。因此ECU電控系統(tǒng)在控制電流的精度和動態(tài)響應(yīng)輸出上是影響系統(tǒng)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)技術(shù)之一是采用恒流源輸出電流，ECU輸出控制信號經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換成模擬控制波形再通過電流放大得到大小可調(diào)的電流，這種恒流源技術(shù)輸出電流精度受到DA器件和放大電路的影響，同時輸出信號經(jīng)過DA輸出、模擬放大后產(chǎn)生遲滯，動態(tài)響應(yīng)效果不佳；另一技術(shù)是PWM脈寬調(diào)制開關(guān)方式，ECU輸出 PWM脈寬調(diào)制波形，控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間，以達(dá)到輸出不同占空比的電壓來調(diào)節(jié)電流大小，這種方式具有動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)精度高的特點(diǎn)，但是功率開關(guān)管無自診斷功能，一旦出現(xiàn)故障如短路，不僅無法實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)，使得減震器不能正常工作，也有燒壞芯片器件的危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述存在的不足，提供一種控制輸出符合磁流變液特性范圍的精度高、動態(tài)響應(yīng)快的電流；并能夠?qū)崿F(xiàn)故障自診斷和反饋電流采樣功能的電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，它包括電源模塊、單片處理器模塊、 功率控制驅(qū)動模塊、故障診斷處理模塊和電流采樣模塊，所述的單片處理器模塊輸出的信號通過功率控制驅(qū)動模塊與電磁線圈相連，電磁線圈內(nèi)的電源電壓通過電流采樣模塊與單片處理器模塊相連，該功率控制驅(qū)動模塊通過故障診斷處理模塊將信息反饋于所述的單片處理器模塊；所述的電源模塊將穩(wěn)壓電源依次輸入于單片處理器模塊、功率控制驅(qū)動模塊、 故障診斷處理模塊和電流采樣模塊。作為優(yōu)選，所述的功率控制驅(qū)動模塊包括高邊功率器件和低邊功率器件，電磁線圈與電磁線圈電源間通過高邊功率器件內(nèi)的MOSFET開關(guān)管相連，電磁線圈與接地間通過低邊功率器件內(nèi)的低邊開關(guān)相連。作為優(yōu)選，所述的單片處理器模塊的核心為16位處理器模塊，該16位處理器模塊由16位高性能的單片機(jī)芯片、復(fù)位電路、程序仿真燒寫接口和外部晶振電路組成；16位處理器模塊一端通過控制信號線與高邊功率器件內(nèi)的MOSFET開關(guān)管相連，16位處理器模塊另一端通過PWM波形與低邊功率器件內(nèi)的低邊開關(guān)相連。
本發(fā)明的有益效果為本裝置能控制輸出符合磁流變液特性范圍的精度高、動態(tài)響應(yīng)快的電流；并能夠?qū)崿F(xiàn)故障自診斷和反饋電流采樣功能等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的電磁線圈電流驅(qū)動技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明的電磁線圈電流驅(qū)動技術(shù)的電路原理示意圖； 圖3為本發(fā)明的電磁線圈電流驅(qū)動技術(shù)的電流反饋采樣電路原理圖。附圖中的標(biāo)號分別為1、電源模塊，2、單片處理器模塊，3、功率控制驅(qū)動模塊，4、故障診斷處理模塊，5、電流采樣模塊，6、電磁線圈，7、接地，21、16位處理器模塊，31、高邊功率器件，32、低邊功率器件，61、電磁線圈電源。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖1對本發(fā)明的電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置的具體實(shí)施例作說明描述。本發(fā)明包括電源模塊1、單片處理器模塊2、功率控制驅(qū)動模塊3、電磁線圈6、故障診斷處理模塊4和電流采樣模塊5。電源模塊1 提供本發(fā)明的電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置電流的穩(wěn)壓電源和電磁線圈6的工作電源。單片處理器模塊2 輸出功率控制驅(qū)動模塊的PWM控制信號、采樣反饋電阻的電流信號，捕捉故障診斷處理信號，并判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)和修正電流輸出精度。電流采樣模塊5 對串接在電磁線圈上的低阻值高精密采樣電阻的電壓進(jìn)行放大濾波處理，輸出符合單片微處理器ADC (模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換)模塊標(biāo)準(zhǔn)電壓的電壓信號。所述的功率控制驅(qū)動模塊3包括高邊功率器件31和低邊功率器件32，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁線圈供電電壓的占空比調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)電磁線圈電流大小的動態(tài)改變，當(dāng)出現(xiàn)故障時，如系統(tǒng)出現(xiàn)局部短路，功率開關(guān)短路、斷路故障時，高邊功率器件內(nèi)的開關(guān)能夠快速的關(guān)斷電磁線圈的供電電源。結(jié)合圖2與圖3對本發(fā)明的電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置的具體實(shí)施例作說明描述。如圖2所示，電磁線圈電流驅(qū)動控制裝置的核心是16位處理器模塊21，由16位高性能的單片機(jī)芯片和微處理最小系統(tǒng)(復(fù)位電路、程序仿真燒寫接口、外部晶振電路等)組成。工作時，其主要功能是確保系統(tǒng)無故障，特別是功率開關(guān)器件的正常工作，通過控制信號線發(fā)出信號到高邊功率器件31內(nèi)部的MOSFET管，使得MOSFET開關(guān)管打開電磁線圈電源 61。高邊功率開關(guān)器件優(yōu)選具有自診斷、短路自鎖保護(hù)、電流限制、超負(fù)載及過電壓保護(hù)等功能的功率器件。電磁線圈電源開關(guān)打開后，處理器根據(jù)運(yùn)算產(chǎn)生不同周期或者占空比的 PWM波形控制低邊功率器件的低邊開關(guān)，低邊開關(guān)在PWM波形控制下，按照PWM電壓波形的規(guī)律將電磁線圈同回路接地之間保持短路一斷路的反復(fù)狀態(tài)，這樣就使得加在電磁線圈電源同電磁線圈的回路不斷的處于通電一斷電的狀態(tài)，即在不同時間段內(nèi)，加在電磁線圈的平均電壓隨P麗波形周期和占空比的變化而不斷變化，以達(dá)到改變電磁線圈電流的目的。 在PWM脈寬調(diào)試技術(shù)中，例如使用定頻調(diào)寬的方式及PWM波形頻率固定不變，僅調(diào)節(jié)占空比大小，16位的處理器輸出IOWiz周期、16位的PWM波形，其響應(yīng)時間在100微秒范圍，精度達(dá)到216。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常，自診斷系統(tǒng)將確保在異常異常情況下的故障處理和反饋，以此保護(hù)電磁線圈和功率控制驅(qū)動模塊內(nèi)的元器件。如圖2所示，如果當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓即電磁線圈電源61電壓超出正常范圍或者電磁線圈回路電流異常時，高邊功率器件31和低邊功率器件32的自診斷系統(tǒng)都能切斷電磁線圈的回路，并將信息反饋給處理器，這樣高低邊功率器件的自診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整個電路的雙保險。另外由于功率器件中的開關(guān)管在PWM 脈寬調(diào)試時，頻率的開關(guān)，容易造成MOSFET管的短路和斷路現(xiàn)象，特別是低邊功率器件的低邊開關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)低邊功率器件中低邊開關(guān)短路和短路時，低邊功率器件32的診斷反饋信號輸出異常波形至16位處理器模塊21，16位處理器模塊21將根據(jù)異常波形判斷故障類型并控制高邊功率器件開關(guān)斷開電源，以此保護(hù)電磁線圈6和高低邊功率器件避免損壞。電流反饋電路是通過串接在電磁線圈回路上的精密電阻的兩端電壓放大后達(dá)到輸入到16位處理器模塊的ADC (模擬/數(shù)字采樣模塊)供處理器采樣處理。如圖3所示， 由兩級運(yùn)算放大器構(gòu)成采樣電路，第一級OPl預(yù)放大后再通過第二級放大輸入到處理器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行采樣。本系統(tǒng)放大電路優(yōu)先集成差分運(yùn)算放大器，內(nèi)部具有EMI (防電磁干擾)濾波器，通過不同電阻值的調(diào)節(jié)可以使得放大倍數(shù)達(dá)到20倍以上。電流反饋電路使得電磁線圈電流控制系統(tǒng)形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)PWM調(diào)節(jié)輸出電流同實(shí)際電磁線圈的電流產(chǎn)生偏差時可以動態(tài)的修正補(bǔ)償，使得PWM調(diào)節(jié)控制效果更精確。除上述實(shí)施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置，包括電源模塊(1)、單片處理器模塊(2)、功率控制驅(qū)動模塊(3)、故障診斷處理模塊(4)和電流采樣模塊(5)，其特征在于所述的單片處理器模塊(2 )輸出的信號通過功率控制驅(qū)動模塊(3 )與電磁線圈(6 )相連，電磁線圈(6 )內(nèi)的電源電壓通過電流采樣模塊(5 )與單片處理器模塊(2 )相連，該功率控制驅(qū)動模塊(3 )通過故障診斷處理模塊(4)將信息反饋于所述的單片處理器模塊(2);所述的電源模塊(1)將穩(wěn)壓電源依次輸入于單片處理器模塊(2)、功率控制驅(qū)動模塊(3)、故障診斷處理模塊(4) 和電流采樣模塊(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置，其特征在于所述的功率控制驅(qū)動模塊(3 )包括高邊功率器件(31)和低邊功率器件(32 )，電磁線圈(6 )與電磁線圈電源(61)間通過高邊功率器件(31)內(nèi)的MOSFET開關(guān)管相連，電磁線圈(6)與接地(7)間通過低邊功率器件(32)內(nèi)的低邊開關(guān)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置，其特征在于所述的單片處理器模塊(2)的核心為16位處理器模塊(21)，該16位處理器模塊(21)由16位高性能的單片機(jī)芯片、復(fù)位電路、程序仿真燒寫接口和外部晶振電路組成；16位處理器模塊(21) — 端通過控制信號線與高邊功率器件(31)內(nèi)的MOSFET開關(guān)管相連，16位處理器模塊(21)另一端通過PWM波形與低邊功率器件(32)內(nèi)的低邊開關(guān)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁線圈的電流驅(qū)動控制裝置，包括電源模塊、單片處理器模塊、功率控制驅(qū)動模塊、故障診斷處理模塊和電流采樣模塊，所述的單片處理器模塊輸出的信號通過功率控制驅(qū)動模塊與電磁線圈相連，電磁線圈內(nèi)的電源電壓通過電流采樣模塊與單片處理器模塊相連，該功率控制驅(qū)動模塊通過故障診斷處理模塊將信息反饋于所述的單片處理器模塊；所述的電源模塊將穩(wěn)壓電源依次輸入于單片處理器模塊、功率控制驅(qū)動模塊、故障診斷處理模塊和電流采樣模塊。本發(fā)明的有益效果為本裝置能控制輸出符合磁流變液特性范圍的精度高、動態(tài)響應(yīng)快的電流；并能夠?qū)崿F(xiàn)故障自診斷和反饋電流采樣功能等特點(diǎn)。
文檔編號H02P13/00GK102570955SQ20111044827
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者張 杰, 李霖, 潘杰鋒, 諶文思, 資小林 申請人:萬向錢潮股份有限公司, 萬向集團(tuán)公司