CN103672111B - 电磁阀的驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种电磁阀的驱动电路，在对驱动线圈所产生的浪涌电压进行再生时，阻止产生不必要的能量消耗。IGBT(8)将能够提供电磁阀的驱动线圈(2)的动作用高电压的电容器(2)的高电压施加到驱动线圈(2)。IGBT(26)将针对驱动线圈(2)的保持电压从DC/DC变换器(30)施加到驱动线圈(2)。IGBT(10)能够将高电压或者保持电压施加到驱动线圈(2)。通过使IGBT(10)导通和截止来使驱动线圈(2)产生浪涌电压，IGBT(14)将该浪涌电压蓄积到电容器(4)。

Description

电磁阀的驱动电路

技术领域

本发明涉及一种电磁阀的驱动电路，特别是涉及一种利用驱动线圈的浪涌电压作为驱动用电压的电磁阀的驱动电路。

背景技术

作为电磁阀，例如在共轨方式的内燃机用燃料喷射装置中，存在喷射共轨内所蓄积的高压燃料的燃料喷射阀。作为该燃料喷射阀的驱动电路，例如存在专利文献1所公开的驱动电路。在专利文献1的技术中，将已经蓄积在电容器中的高电压施加到燃料喷射阀的驱动线圈，在紧接着施加之后使驱动线圈的电压急剧上升，使燃料喷射阀为开阀状态。在电容器所进行的高电压驱动结束之后，从直流电源对驱动线圈提供驱动电流，维持开阀状态。在从燃料喷射阀的驱动结束的时间点至下一次驱动开始为止的期间内，将电阻器、驱动线圈、开关元件以及电阻器的串联电路连接于直流电源，将电容器与开关元件并联连接，使开关元件接通、断开，由此产生浪涌电压，通过该浪涌电压对电容器充入高电压能量。

专利文献1：日本特开2002-21680号公报

发明内容

发明要解决的问题

根据专利文献1的技术，在产生浪涌电压时，电流流经电阻器，由于电阻器而消耗不必要的能量。

本发明的目的在于，阻止在使驱动线圈产生浪涌电压而再生该浪涌电压时产生不必要的能量消耗。

用于解决问题的方案

本发明的一个方式的电磁阀的驱动电路具有电磁阀的驱动线圈。作为该电磁阀，能够使用利用于各种用途的电磁阀。高电压蓄积单元能够对该驱动线圈提供动作用高电压。作为高电压蓄积单元，例如还能够使用普通的电容器，也能够使用可充电的电池。高电压用开关元件将上述高电压蓄积单元的高电压施加到上述驱动线圈。该高电压用开关元件优选介于高电压蓄积单元与上述驱动线圈之间。电源单元产生针对上述驱动线圈的保持电压，保持用开关元件从该电源单元对上述驱动线圈施加保持电压。该保持用开关元件优选介于电源单元与驱动线圈之间。驱动用开关元件能够对上述驱动线圈施加上述高电压或者上述保持电压。通过上述驱动用开关元件接通、断开使上述驱动线圈产生浪涌电压，通过蓄积用开关元件接通、断开来将该浪涌电压蓄积到上述高电压蓄积单元。该蓄积用开关元件优选介于高电压蓄积单元与上述驱动线圈之间。作为上述各开关元件，例如能够使用在两端之间施加规定的电压时自动地导通的自励式开关元件或者在接收到控制信号时导通的他励式开关元件。能够使用单向性导通元件、例如二极管作为自励式开关元件，例如能够使用双极性晶体管、FET或者IGBT等作为他励式开关元件。

在如此构成的电磁阀的驱动电路中，通过使驱动用开关元件接通、断开来产生浪涌电压，将高电压能量蓄积到高电压蓄积单元。

在将上述保持电压施加到驱动线圈时能够产生上述浪涌电压。由于这样使保持电压导通、截止，而与专利文献1的技术不同，没有特别设置用于将高电压能量蓄积到电容器的期间。因此，在蓄积期间内不产生不必要的能量消耗。

另外，还能够在对上述驱动线圈不进行普通通电的期间、例如不打开电磁阀的期间产生上述浪涌电压。在该情况下，上述浪涌电压是上述电磁阀不被驱动的大小。如果如此构成，则在对驱动线圈不进行普通通电的期间也能够在高电压蓄积单元中蓄积能量。而且，在此时的浪涌电压的大小的情况下，驱动阀不会被驱动，因此该能量蓄积不会对驱动阀的正常动作带来恶劣影响。

还能够除高电压蓄积单元以外另外设置蓄积单元。在该情况下，设置将上述浪涌电压蓄积到该蓄积单元的另外的蓄积用开关元件。作为另外的蓄积单元，例如还能够使用普通的电容器，还能够使用电双层电容器，还能够使用可充电的电池。例如还能够在高电压蓄积单元的电压成为预定值时进行对另外的蓄积单元的蓄积。

由于电磁阀不同，存在延长对驱动线圈施加保持电压的时间而延长开阀或者闭阀时间的情况。在这种情况下，当保持电压的施加时间变长时，提供给高电压蓄积单元的高电压能量有可能超过高电压蓄积单元的容量。在该情况下，例如还考虑利用电阻器来消耗超过容量的高电压能量，但是使得能量被不必要地浪费。因此，设置其它蓄积单元，蓄积超过容量的高电压能量，从而避免不必要的能量消耗。

并且，还能够将上述蓄积单元所蓄积的能量使用于上述保持电压。通过这样使用蓄积单元所蓄积的能量，能够减少从电源单元提供的保持电压，能够抑制电源单元的能量消耗。

在上述各方式中，还能够在将上述高电压施加到上述驱动线圈时，通过使上述驱动用开关元件接通、断开来产生浪涌电压，将该浪涌电压蓄积到上述高电压蓄积单元。

如果如此构成，则在以高电压进行驱动时也能够回收能量，能够进一步实现节能化。

发明的效果

如上所述，在本发明的电磁阀的驱动电路中，能够实现节能化。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的驱动电路的框图。

图2是表示在图1的驱动电路中使峰值电流流过电磁线圈2时的电流路径的图。

图3是表示在图1的驱动电路中使电容器4再生峰值电流时的电流路径的图。

图4是表示在图1的驱动电路中使电双层电容器22再生峰值电流时的电流路径的图。

图5是表示在图1的驱动电路中使保持电流从DC/DC变换器40流向电磁线圈2时的电流路径的图。

图6是表示在图1的驱动电路中使电容器4再生保持电流时的电流路径的图。

图7是表示在图1的驱动电路中使电双层电容器22再生保持电流时的电流路径的图。

图8是示意性地表示在图1的驱动电路中流过电磁线圈2的电流的图。

图9是本发明的第二实施方式的电磁阀的驱动电路的框图。

图10是本发明的第三实施方式的电磁阀的驱动电路的框图。

图11是本发明的第四实施方式的电磁阀的驱动电路的框图。

附图标记说明

2：电磁线圈(驱动线圈)；4：电容器(高电压蓄积单元)；6：二极管(高电压用开关元件)；8：IGBT(高电压用开关元件)；10：IGBT(驱动用开关元件)；12：二极管(蓄积用开关元件)；14：IGBT(蓄积用开关元件)；24：二极管(保持用开关元件)；26：IGBT(保持用开关元件)。

具体实施方式

本发明的第一实施方式的电磁阀的驱动电路例如用于驱动共轨方式的内燃机用的燃料喷射装置的燃料喷射阀，具有燃料喷射阀的驱动线圈、例如电磁线圈2。该电磁线圈2的一端经由高电压用开关元件与高电压蓄积单元、例如电容器4的一端、例如正极相连接。例如能够使用自励式开关元件和他励式开关元件的串联电路作为高电压用开关元件。例如能够使用单向性元件、具体地说二极管6作为自励式开关元件，例如能够使用半导体开关元件、例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)8作为他励式开关元件。二极管6配置在电流从电容器4的正极侧流向电磁线圈2侧的方向上。即正极位于电容器4的正极侧，负极位于电磁线圈2侧。IGBT8以其集电极-发射极导电路位于二极管6的负极侧与电磁线圈2的一端之间的方式进行连接。通过后述的控制单元、例如控制电路9对IGBT8进行导通和截止控制。

电磁线圈2的另一端经由驱动用开关元件、例如他励式开关元件、具体地说半导体开关元件、更具体地说IGBT10的集电极-发射极导电路与电容器4的负极相连接。通过控制电路9对IGBT10进行导通和截止控制。在IGBT8、10导通时，来自电容器4的正极的电流经由二极管6、IGBT8、电磁线圈2、IGBT10流向电容器4的负极。

另外，电磁线圈2的另一端与IGBT10的连接点经由蓄积用开关元件、例如二极管12与IGBT14的串联电路连接到电容器4的正极。二极管12是自励式开关元件、例如单向性元件的一例，IGBT14是他励式开关元件、例如半导体开关元件的一例。二极管12配置在电流从电磁线圈2的另一端侧流向电容器4的正极侧的方向上。即正极位于电磁线圈2的另一端侧，负极位于电容器4的正极侧。IGBT14的集电极-发射极导电路以位于二极管6的负极侧与电容器4的正极侧之间的方式进行连接。通过控制电路9对IGBT14进行导通和截止控制。另外，在电容器4的负极侧与电磁线圈2的一端侧之间连接有自励式开关元件、例如单向性元件、具体地说二极管16。在电流从电容器4的负极侧流向电磁线圈2的一端侧的方向上进行该连接。即正极位于电容器4的负极侧，负极位于电磁线圈2的一端侧。在IGBT14导通时，来自电磁线圈2的一端侧的电流经由二极管12、IGBT14、电容器4、二极管16流向电磁线圈2的另一端。

在电磁线圈2的另一端与电容器4的负极之间还经由蓄积用开关元件与二极管12、IGBT14、电容器4的串联电路并联地设置蓄积单元。蓄积用开关元件由二极管18与IGBT20的串联电路构成。二极管18是自励式开关元件、例如单向性元件的一例，IGBT20是他励式开关元件、例如半导体开关元件的一例。通过控制电路9对IGBT20进行导通和截止控制。例如使用电双层电容器22作为蓄积单元。当IGBT20导通时，来自电磁线圈2的一端的电流经由二极管18、IGBT20、电双层电容器22、二极管16流向电磁线圈2的另一端。

电磁线圈2的一端经由保持用开关元件与逆流阻止元件的串联电路连接有电源单元的一端。使用自励式开关元件、例如单向性元件、具体地说二极管24以及他励式开关元件、例如半导体开关元件、具体地说IGBT26作为保持用开关元件。使用单向性元件、例如二极管28作为逆流阻止元件，例如使用DC/DC变换器30作为电源单元。DC/DC变换器30的一端例如为正极，另一端例如为负极，负极与电容器4的负极侧相连接。二极管26配置成在电流仅从DC/DC变换器30侧流过的方向上、即正极位于DC/DC变换器30的正极侧，负极位于二极管24的负极侧。二极管24也配置在电流流向电磁线圈2侧的方向上。即如上所述那样正极与二极管28的负极侧相连接，二极管28的负极经由IGBT26的集电极-发射极导电路与电磁线圈2的一端相连接。通过控制电路9对IGBT26进行导通和截止控制。当IGBT26导通时，电流从DC/DC变换器28经由二极管28、24、IGBT26流向电磁线圈2的一端。

此外，在电双层电容器22的正极侧与二极管28的负极之间连接有逆流阻止元件、例如单向性元件、例如二极管32。二极管32的正极与电双层电容器22的正极相连接，负极与二极管28的负极相连接。因而，来自DC/DC变换器28的电流被二极管32阻止，不流入电双层电容器22，来自电双层电容器22的正极的电流被二极管28阻止，不流入DC/DC变换器28侧，经由二极管24、IGBT26流向电磁线圈2的一端侧。

为了控制各IGBT8、10、14、20，对控制电路9提供电流检测信号和电压检测信号。电流检测信号表示通过电流检测器34检测出的流过电磁线圈2的电流，电压检测信号表示通过电压检测器36检测出的电容器4的两端间电压。电流检测器34与电磁线圈2串联连接，电压检测器36与电容器4并联连接。

如此构成的驱动电路进行如下动作。当前，在电容器4中，充分充电初始电荷，充电到比DC/DC变换器30的电压高的电压。在该状态下，当控制电路9使IGBT8、10导通时，如图2的箭头所示，大峰值电流开始从电容器4的正极经由二极管6、IGBT8、电磁线圈2、IGBT10流向电容器4的负极。该峰值电流大于后述的保持电流。由于该峰值电流被提供给电磁线圈2，燃料喷射阀高速地进行动作，例如处于开阀状态。峰值电流流过电磁线圈2，由此能量蓄积到电磁线圈2。

在这样峰值电流流过电磁线圈2的期间，按每个规定周期多次反复进行使IGBT10截止并使IGBT14导通。即，进行PWM控制。由此，通过电磁线圈2所蓄积的能量产生浪涌电压，如图3所示，该浪涌电压的电流经由二极管12、IGBT14、电容器4、二极管16流向电磁线圈2，电磁线圈2所蓄积的能量蓄积到电容器4，进行能量的再生。

由于该再生而电容器4的电压逐渐上升，在图1示出的电压检测器36检测出电容器4的两端间电压为预定值以上时，控制电路9中止IGBT14的导通和截止控制，按每个规定周期反复进行如下的导通和截止控制：在IGBT10截止时，使IGBT20导通，在IGBT10导通时，使IGBT20截止。即，进行PWM控制。如图4所示，在IGBT20导通时，来自电磁线圈2的电流经由二极管18、IGBT20、电双层电容器22、二极管16流向电磁线圈2。其结果，代替电容器4而在电双层电容器22中进行能量的再生。此外，在流过峰值电流的期间，在电容器4的两端间电压未成为预定电压以上的情况下，不对电双层电容器22进行充电。

即，当由图1示出的电流检测器34检测出来自电容器4的峰值电流降至规定值以下时，控制电路9使IGBT20截止并使IGBT26导通。IGBT10保持导通。其结果，如图5所示，电流从DC/DC变换器30(在图5中表示为电池)经由二极管24、IGBT26、电磁线圈2、IGBT10流向DC/DC变换器30，维持开阀状态的固定的保持电流流过电磁线圈2。另外，电磁线圈2蓄积能量。

在流过该保持电流的期间，按每个规定周期反复进行使IGBT10截止并使IGBT14导通。即，进行PWM控制。在该IGBT10截止且IGBT14导通时，电磁线圈2产生浪涌电压，通过该浪涌电压产生的电流如图6所示那样经由二极管12、IGBT14、电容器4、二极管16流向电磁线圈2，对电容器4进行充电。即，进行能量再生。

当对电容器4进行充电而其电压为预定的电压以上的值时，按每个规定周期反复进行使IGBT20导通和截止，来代替每个规定周期反复进行使IGBT14导通和截止。当然在IGBT20导通时，IGBT10截止，在IGBT20截止时，IGBT10导通。即，进行PWM控制。在IGBT20导通时，如图7所示，来自电磁线圈2的电流经由二极管18、IGBT20、电双层电容器22、二极管16流向电磁线圈2，对电双层电容器22进行充电。此外，在电容器4的两端间电压不为预定的电压以上的情况下，不对电双层电容器22进行充电。

当经过规定的时间而燃料喷射阀不需要维持开阀状态时，使全部IGBT截止，将燃料喷射阀设为闭阀状态，准备下一次的燃料喷射阀的开阀。

这样，为了在下一次开阀时将上述那样的峰值电流提供给电磁线圈2而使用进行了充电的电容器4的电压。另外，当电双层电容器22的电压大于DC/DC变换器30的电压时，在使保持电流流过电磁线圈2时，电双层电容器22的电流经由图1示出的二极管32流向二极管24、IGBT26。此时，由于设置有二极管28，因此电双层电容器22的电流不会流到DC/DC变换器30。即，电双层电容器22仅使用于使保持电流流动。另外，即使在电双层电容器22的电压低于DC/DC变换器30的电压的情况下，由于设置有二极管32，因此电双层电容器22也不会被DC/DC变换器30充电。

图8是概要地表示流过电磁线圈2的电流的图，在各峰值电流所流动的期间和保持电流所流动的期间分别将驱动阀设为开阀状态，并且在这些期间如上所述那样进行基于PWM控制的再生，对电容器4或者电双层电容器22进行充电。在进行该基于PWM控制的再生时，在图8中并未示出，但是在各峰值电流和各保持电流中与IGBT14或者20的导通和截止相应地产生振动。

根据该驱动电路，在为了对电容器4、电双层电容器22进行充电而电流从电磁线圈2流向电容器4、电双层电容器22的路径中，完全没有配置消耗能量的电阻器。因而，在对电容器4、电双层电容器22进行充电时能够抑制不必要的电力消耗，从而能够实现节能化。而且，在为了维持燃料喷射阀的开阀状态而使固定的保持电流流到电磁线圈2时、即稳定状态下进行再生，在保持电流的上升沿、下降沿时的过渡状态下不对电容器4等进行充电。另外，构成为设置电双层电容器22并在电容器4被充电到规定容量时对电双层电容器22进行充电，因此能够不浪费地使用电磁线圈2所蓄积的能量。特别是，将来自电双层电容器22的电流用作保持电流，因此能够抑制DC/DC变换器30的能量消耗。另外，在使峰值电流流到电磁线圈2时，也在电容器4等中再生，因此能够进一步实现节能化。

图9示出第二实施方式的电磁阀的驱动电路。该电磁阀的驱动电路在第一实施方式的电磁阀的驱动电路中，将高电压用开关元件仅设为他励式开关元件的IGBT8，将蓄积用开关元件仅设为自励式开关元件的二极管12。其它结构与第一实施方式的电磁阀驱动电路的结构相同。对相同部分附加相同的附图标记，省略说明。该电磁阀的驱动电路也与第一实施方式的电磁阀的驱动电路同样地进行动作，但是在对电容器4进行充电的情况下，对IGBT10进行导通和截止控制，作为蓄积用开关元件而发挥功能。

图10示出第三实施方式的电磁阀的驱动电路。该电磁阀的驱动电路也与第一实施方式和第二实施方式的电磁阀的驱动电路同样地用于对共轨方式的内燃机用的燃料喷射装置的燃料喷射阀进行驱动。但是，与第一实施方式的电磁阀的驱动电路相比，去除电双层电容器22以及针对电双层电容器22的蓄积用开关元件即二极管18和IGBT10。取而代之，在对电磁线圈2不进行普通通电的期间、例如不需要维持燃料喷射阀的开阀状态的期间、具体地说图8示出的闭阀期间A，也为了利用电磁线圈2的蓄积能量对电容器4进行充电，而反复进行在使IGBT10导通时使IGBT14截止并在使IGBT10截止时使IGBT14导通。此时，电磁线圈2产生浪涌电压，但是此时流动的电流能够维持打开着的燃料喷射阀的开阀状态，但是未达到使燃料喷射阀开阀所需的大小，因此燃料喷射阀不会被开阀。

图11示出第四实施方式的电磁阀的驱动电路。该电磁阀的驱动电路例如用于驱动气体阀。在驱动气体阀的情况下，与驱动共轨方式的内燃机用的燃料喷射装置的喷射阀的情况相比，电磁线圈2的功耗大，因此追加了充电用线圈38以用于对电容器4进行充电用。但是，与第二实施方式同样地将高电压用开关元件仅设为他励式开关元件的IGBT8，将蓄积用开关元件仅设为自励式开关元件的二极管12，与第三实施方式的电磁阀的驱动电路同样地，去除电双层电容器22以及针对电双层电容器22的蓄积用开关元件即二极管18和IGBT10。

充电用线圈38的一端与电磁线圈2的一端(IGBT8侧的端)相连接。充电用线圈38的另一端经由驱动用开关元件、例如他励式开关元件、具体地说半导体开关元件、更具体地说IGBT42的集电极-发射极导电路与电容器4的负极相连接。并且，充电用线圈38的另一端与IGBT40的连接点经由蓄积用开关元件、例如自励式蓄积用开关元件、具体地说二极管12与电容器4的正极相连接。

与IGBT10同步地通过控制电路40对IGBT40进行导通和截止控制。因而，在IGBT10、40导通时，来自电容器4或者DC/DC变换器30的电流流到电磁线圈2，并且也流到充电用线圈38，充电用线圈38与电磁线圈2一起也蓄积能量。而且，在IGBT10、40截止时，电流从电磁线圈2和充电用线圈38经由二极管12和二极管40流向电容器4，进行能量的再生。

在上述第一实施方式中，使用电容器4作为高电压蓄积单元，使用电双层电容器22作为蓄积单元，但是例如还能够使用可充电的电池来替代它们。还能够使用与电容器4相同的普通的电容器来代替电双层电容器22。另外，在第一实施方式中，构成为在电容器4的电压为预定电压以上时对电双层电容器22进行充电，但是还能够构成为在电容器4的电压为预定电压以上时对电容器4和电双层电容器22同时进行充电。在该情况下，使IGBT14、20同步地进行导通和截止。在上述各实施方式中，使用IGBT作为半导体开关元件，但是并不限定于此，例如还能够使用双极性晶体管、FET、例如MOSFET等。在上述各实施方式中，为了打开阀而使用了本发明，但是相反还能够为了关闭阀而使用本发明。

Claims (9)

1.一种电磁阀的驱动电路，具备：

电磁阀的驱动线圈；

高电压蓄积单元，其能够提供上述驱动线圈的动作用高电压；

高电压用开关元件，其将上述高电压蓄积单元的高电压施加到上述驱动线圈；

保持用开关元件，其将针对上述驱动线圈的保持电压从电源单元施加到上述驱动线圈；以及

驱动用开关元件，其使得能够将上述高电压或者上述保持电压施加到上述驱动线圈，

该电磁阀的驱动电路的特征在于，

设置有蓄积用开关元件，该蓄积用开关元件通过使上述驱动用开关元件接通、断开来使上述驱动线圈产生浪涌电压，将该浪涌电压蓄积到上述高电压蓄积单元。

2.根据权利要求1所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

在将上述保持电压施加到上述驱动线圈时产生上述浪涌电压。

3.根据权利要求1所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

在对上述驱动线圈不进行能够维持上述电磁阀的开阀状态的通电的期间产生上述浪涌电压，上述浪涌电压是上述电磁阀不被驱动的大小。

4.根据权利要求1所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

设置有其它蓄积单元，并设置有将上述浪涌电压蓄积到该其它蓄积单元的其它蓄积用开关元件。

5.根据权利要求4所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

将上述其它蓄积单元所蓄积的能量用作上述保持电压。

6.根据权利要求1所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

在将上述高电压施加到上述驱动线圈时，通过使上述驱动用开关元件接通、断开来产生浪涌电压，将该浪涌电压蓄积到上述高电压蓄积单元。

7.根据权利要求2所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

设置有其它蓄积单元，并设置有将上述浪涌电压蓄积到该其它蓄积单元的其它蓄积用开关元件。

8.根据权利要求7所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

将上述其它蓄积单元所蓄积的能量用作上述保持电压。

9.根据权利要求2所述的电磁阀的驱动电路，其特征在于，

在将上述高电压施加到上述驱动线圈时，通过使上述驱动用开关元件接通、断开来产生浪涌电压，将该浪涌电压蓄积到上述高电压蓄积单元。