CN104564461A - 一种电流反馈控制的喷油器电磁阀驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于高压共轨柴油机燃油喷射控制技术领域，涉及到一种电流反馈控制的喷油器电磁阀驱动电路，旨在提高驱动喷油器电磁阀的快速性和可靠性。该电路由高位高电压开关电路(1)、高位低电压开关电路(2)和低位选通开关电路(3)组成，输入端口Port1接收控制喷油持续期的脉冲，输出端口Port2和Port3与电磁阀连接。该电路实时采集电磁阀电流并与实时的参考电压进行比较，使用MOSFET开关管分时控制通过电磁阀的高、低电压，自动产生需要的“峰值-维持”电流。该电路驱动喷油器时，每个电磁阀仅需控制器发出一个控制脉冲，在保证快速驱动电磁阀的前提下，既可降低对控制器资源的占用，又可防止电磁阀短路时由于开关管长时间导通对驱动电路的损坏。

Description

一种电流反馈控制的喷油器电磁阀驱动电路

技术领域  本发明属于高压共轨柴油机燃油喷射控制技术领域，具体涉及一种完全通过硬件电路实现电流反馈控制的喷油器电磁阀的驱动电路。

背景技术  在高压共轨柴油机燃油喷射控制***中，喷油器电磁阀作为关键执行部件，快速、可靠的动作是保证灵活、精确喷油的前提，由于电磁阀电磁力与通过电磁阀线圈的电流直接相关，在设计电磁阀的驱动电路时，多以产生“峰值-维持”型驱动电流为设计目标，即先让电磁阀通过较大的峰值电流产生大的电磁力从而快速打开电磁阀，当电磁阀完全打开后再给电磁阀通过较小的电流维持打开状态以降低功耗。在具体实现方面，大多采用基于单片机的开环控制技术，即单片机直接发出PWM(脉冲宽度调制)信号控制电磁阀工作。基于开环控制的驱动电路，驱动电流受驱动电压影响较大，易影响喷油的精确性；同时，工艺材料的差异使得电磁阀电参数产生偏差，会导致喷油量不一致；此外，在驱动多个喷油器实现多次喷射时需要占用较多的单片机资源，影响控制单元的可靠性。

发明内容  本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种电流反馈控制的驱动电路，由硬件电路完成电磁阀电流的实时采集反馈，采用高低电压分时驱动技术，通过MOSFET开关管分时控制加载在电磁阀上的高、低电压，该电路仅需要从单片机输入喷油持续期的控制脉冲，即可自动产生需要的“峰值-维持”电流。

本发明采用的技术方案：

一种电流反馈控制的电磁阀驱动电路，由高位高电压开关电路、高位低电压开关电路和低位选通开关电路组成。在低位选通开关电路中，电磁阀的接地端串联一个电阻作为驱动电流的采样电阻(当有多路同种规格的电磁阀时可共用一个采样电阻)，采样电压分别与高位高电压开关电路、高位低电压开关电路中的电压比较器的反相输入端连接。高位高电压比较器与周围的电阻网络形成迟滞比较器，同相输入端连接代表预设峰值电流的参考电压(可通过电位器调整)；高位低电压比较器与周围的电阻网络形成迟滞比较器，同相输入端连接代表预设维持电流的参考电压(可通过电位器调整)。两个电压比较器的输出通过两个MOSFET开关管分别控制加载在电磁阀上的高、低电压。初始状态电磁阀采样电压为零，高位高电压比较器和高位低电压比较器输出高电平，但低位选通开关处于关闭状态，电磁阀不通电。当单片机发出喷油控制脉冲后，低位选通开关导通，电磁阀开始通电，驱动电流先在高电压迟滞比较器的作用下快速达到峰值，然后在低电压迟滞比较器作用下维持在一个相对较低的水平。当喷油控制脉冲结束后，低位选通开关关闭，电磁阀电流快速下降到零。

本发明的有益效果：

1.通过高低电压分时驱动，既可保证电磁阀快速开启，又可降低电磁阀打开后的能量消耗，提高了驱动电路的可靠性；

2.采用电流反馈控制，完全使用硬件电路实现控制电流的实时采集和反馈，自动控制电路工作，无需控制器过多参与，降低了对控制器资源的占用；

3.具备故障保护作用，当电磁阀短路，由于电流反馈不会出现开关管电流过大而损坏的情况，同时驱动电路还可外扩诊断电路方便对电磁阀进行开、短路故障诊断。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为使用本发明对喷油器进行的驱动测试图。

具体实施方式

本发明涉一种电流反馈控制的喷油器电磁阀驱动电路，由高位高电压开关电路(1)、高位低电压开关电路(2)和低位选通开关电路(3)组成，控制喷油持续期的选通信号从端口Port1输入，喷油器电磁阀两个接线端与输出端口Port2和Port3连接。

高位高电压开关电路(1)控制高电压VH与电磁阀的通断，电压比较器U1的同相、反相输入端分别与三脚电位器R1的调整端及电阻R13的一端连接，输出端经过上拉电阻R3与电源VCC1连接，经过反馈电阻R2与R1的一端连接，形成了高位高电压迟滞比较器。R1的另一端接GND，驱动芯片U2的Vcc引脚与电源VCC1和电容C1一端连接，C1另一端接GND，U2的IN引脚与U1的输出端连接，U2的COM引脚接GND，U2的VB引脚与二极管D1的负极及电容C2的正极连接，D1的正极接VCC1，U2的HO引脚通过电阻R10与MOSFET开关管Q1的栅级连接，Q1的源极与高电压VH连接，Q1的漏极与U2的Vs引脚和保护二极管D2的阳极连接。

高位低电压开关电路(2)控制低电压VL与电磁阀的通断，电压比较器U3的同相、反相输入端分别与电位器R7的一端及电阻R13的一端连接，R7的另一端与三脚电位器R6的调整端连接，R6的另外两端分别电源VCC1和地连接，U3的输出端经过上拉电阻R9与电源VCC1连接，输出端经过反馈电阻R8与R7的另一端连接，形成了高低低电压迟滞比较器。驱动芯片U4的Vcc引脚与电源VCC1和电容C3一端连接，C3另一端接GND，U4的IN引脚与U3的输出端连接，U4的COM引脚接GND，U4的VB引脚与二极管D3的负极及电容C4的正极连接，D3的正极接VCC1，U4的HO引脚通过电阻R12与MOSFET开关管Q2的栅级连接，Q2的源极与低电压VL连接，Q2的漏极与U4的Vs引脚和保护二极管D4的阳极连接；

低位选通开关电路(3)控制喷油持续期，光电隔离芯片U5的A引脚与电源VCC2连接，U5的K引脚经过限流电阻R11与输入端口Port1连接，U5的VCC引脚与电源VCC1连接，U5的GND引脚接GND，U5的VO引脚经过限流电阻R12与稳压二极管D7的阳极和开关管Q3的栅级连接，D7的阴极接GND，Q3的源极与输出端口Port3连接，Q3的漏极经过采样电阻R14接GND，R14的非接GND端与电阻R13连接，R13的另一端与U1、U2的反相输入端和低通滤波器电容C6连接，C6的另一端接GND，Port2与D4、D2的阴极和续流二极管D5、D6的阴极连接，D5的阳极与Port3连接，D6的阳极接GND。

本发明的具体工作过程：

电路通电后，初始状态电磁阀上无电流，采样电压为零，高位高电压开关电路(1)中比较器U1的同相输入端电压可由VCC1和电阻R3、R2及电位器R1的分压得到，即为预设的代表峰值电流的参考电压Vref1，可通过调整R1可改变其大小；高位低电压开关电路(2)中比较器U3的同相输入端电压可由VCC1和电阻R5、R8、R9及电位器R6、R7的分压得到，即为预设的代表维持电流的参考电压Vref2，可通过调整R6可其大小。两个电压比较器的同相端电压均大于反相端电压，输出均为高电平，但低位选通开关电路(3)中开关管Q3截止，电磁阀不通电。

当单片机发出喷油控制脉冲后，在驱动芯片U5及电阻R11、R12的作用下，开关管Q3导通，电磁阀通电，驱动电流快速上升。当驱动电流大于Vref2时，比较器U2翻转输出低电平，在R7、R8和R9的作用下，Vref2稍微降低，但仍远大于零。当驱动电流大于Vref1时，比较器U1翻转输出低电平，开关管Q1截止，高电压VH与电磁阀断开，电磁阀电流下降，同时U1同相输入端电压Vref1降低(略大于零，当电流小于此时的Vref1后，比较器U1才会重新翻转变为高电平)。当驱动电流继续降低直到小于Vref2时，U3翻转输出高电平，并通过U4、R10使得开关管Q2处于导通状态，电磁阀由低电压VL驱动，驱动电流又重新上升，同时Vref2在R7、R8和R9的作用下稍微上升，Q2在Vref2附近小范围内不断翻转，形成维持电流。高位低电压开关电路中用到迟滞比较器的目的是便于控制Q2的翻转频率，通过调整R7即可获得合理的维持频率。二极管D2、D4的作用是保护电磁阀通、断电时的电流对开关管Q1、Q2的冲击；D5、D6的作用是在电磁阀断电时形成续流通道。

当喷油控制脉冲结束后，开关管Q3截止，电磁阀断电，驱动电流快速下降，当驱动电流小于Vref2时，U3翻转输出高电平，当驱动电流小于Vref1时，U1翻转输出高电平，为下一次驱动电磁阀做准备。

本发明通过一个电阻实时采集驱动电流，反馈给两个迟滞比较器，使用MOSFET开关管分时控制通过电磁阀的高、低电压，自动产生需要的“峰值-维持”电流，每个电磁阀仅需输入一个控制脉冲。使用该电路在保证快速驱动喷油器电磁阀的前提下，既可降低对控制器资源的占用，又可以防止在电磁阀短路时由于开关管长时间导通对驱动电路的损坏，提高了驱动电路的可靠性。

Claims (1)

1.一种基于电流反馈控制的喷油器电磁阀驱动电路，其特征在于，所述电路由高位高电压开关电路(1)、高位低电压开关电路(2)和低位选通开关电路(3)组成，控制喷油持续期的选通信号从端口Port1输入，喷油器电磁阀两个接线端与输出端口Port2和Port3连接；

高位高电压开关电路(1)控制高电压VH与电磁阀的通断，电压比较器U1的同相、反相输入端分别与三脚电位器R1的调整端及电阻R13的一端连接，输出端经过上拉电阻R3与电源VCC1连接，经过反馈电阻R2与R1的一端连接，R1的另一端接GND，驱动芯片U2的Vcc引脚与电源VCC1和电容C1一端连接，C1另一端接GND，U2的IN引脚与U1的输出端连接，U2的COM引脚接GND，U2的VB引脚与二极管D1的负极及电容C2的正极连接，D1的正极接VCC1，U2的HO引脚通过电阻R10与MOSFET开关管Q1的栅级连接，Q1的源极与高电压VH连接，Q1的漏极与U2的Vs引脚和保护二极管D2的阳极连接；

高位低电压开关电路(2)控制低电压VL与电磁阀的通断，电压比较器U3的同相、反相输入端分别与电位器R7的一端及电阻R13的一端连接，R7的另一端与三脚电位器R6的调整端连接，R6的另外两端分别电源VCC1和地连接，U3的输出端经过上拉电阻R9与电源VCC1连接，输出端经过反馈电阻R8与R7的另一端连接，驱动芯片U4的Vcc引脚与电源VCC1和电容C3一端连接，C3另一端接GND，U4的IN引脚与U3的输出端连接，U4的COM引脚接GND，U4的VB引脚与二极管D3的负极及电容C4的正极连接，D3的正极接VCC1，U4的HO引脚通过电阻R12与MOSFET开关管Q2的栅级连接，Q2的源极与低电压VL连接，Q2的漏极与U4的Vs引脚和保护二极管D4的阳极连接；

低位选通开关电路(3)控制喷油持续的时间，光电隔离芯片U5的A引脚与电源VCC2连接，U5的K引脚经过限流电阻R11与输入端口Port1连接，U5的VCC引脚与电源VCC1连接，U5的GND引脚接GND，U5的VO引脚经过限流电阻R12与稳压二极管D7的阳极和MOSFET开关管Q3的栅级连接，D7的阴极接GND，Q3的源极与输出端口Port3连接，Q3的漏极经过采样电阻R14接GND，R14的非接GND端与电阻R13连接，R13的另一端与U1、U2的反相输入端和低通滤波器电容C6连接，C6的另一端接GND，Port2与D4、D2的阴极和续流二极管D5、D6的阴极连接，D5的阳极与Port3连接，D6的阳极接GND。