CN115875172A - 一种无人机发动机的电感式双点火***驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，功率驱动单元根据逻辑控制单元输出的驱动信号驱动对应点火线圈完成点火，将点火线圈初级电流信号反馈给电流检测单元；电流检测单元将电流信号差值放大输入两路比较器，根据点火信号及模式选择信号，控制比较器信号输出状态，分别反馈给逻辑控制单元和微控制器，微控制器根据两路比较器信号实现点火***的自检和故障诊断，逻辑控制单元根据微控制器的点火信号和两路比较器信号决定最终的驱动信号。本发明使用双点火***确保缸内混合气可靠燃烧；点火能量自适应调节，减少电能消耗；多次点火保障低温环境冷起动，加速暖机，并可点燃更稀薄的混合气，减少燃油消耗及排放。

Description

一种无人机发动机的电感式双点火***驱动电路

技术领域

本发明涉及点火***驱动电路，具体涉及一种无人机发动机的电感式双点火***驱动电路。

背景技术

点火***是无人机发动机的起搏器，其在特定时刻引燃气缸内混合气使得高温高压气体膨胀并推动活塞做功。受排放法规限制，车用点火***的功率驱动及故障诊断模块已经成熟，主流方案是将模块集成于点火线圈顶部，电子控制单元仅输出控制信号。无人机为提升有效载荷，追求轻量化设计，其点火线圈体积小质量轻且未集成有功率驱动及故障诊断模块；且无人机为实现高可靠性，通常采用每气缸两个火花塞的双点火***，这使得电子控制单元的点火***功率驱动及故障诊断模块愈发复杂，因而大部分无人机发动机产商的电子控制单元仅配有点火***功率驱动模块而没有故障诊断模块。

为保障存储、运输及使用过程的安全性，特种无人机采用煤油或轻柴油等重油燃料替代汽油，而重油燃料在低温低压环境下难以点燃，导致无人机起动困难、燃烧不充分。高能点火技术和多次点火技术可以改善这一问题，但是高能点火技术对点火***可靠性提出了更高的要求，且加速了火花塞的烧蚀，因而需要自适应的点火能量调节控制，以减少不必要的点火线圈耗电及发热，提高火花塞乃至整个点火***的寿命；多次点火技术则对点火线圈驱动电流上升速率提出了要求，且需要高响应速率的控制程序实现。

现有特种无人机的火花点火***通常使用于汽油发动机，汽油的挥发性较好，因而仅在稀薄燃烧等特殊工况需要少量增加充磁脉宽、提升点火能量，以改善燃烧过程、降低排放。对于竞赛级的汽油发动机（比如越野摩托车的二冲程发动机），因为其长期工作在全负荷高速工况，混合气极浓，需要增强点火能量，确保燃烧过程；而二冲程发动机每圈均点火，在高转速下点火频率极高。

对于上述技术问题，有两种解决方法：

一种是采用高压DC-CDI点火，也就是电容点火，通过车载12V电源逆变至200V以上的电压，通过高压多次快充快放的方式增加点火能量和点火次数；这种方法对电容的耐压值、容量、循环寿命有很高的要求，而且逆变***电压差极大，对电路要求很高，逐渐被点火能量更大、放电时间更长的电感式点火线圈所替代。

另一种是采用双路电感式点火线圈，即两个点火线圈交替充电，并对同一个火花塞放电。有着良好设计的点火线圈可以轻易通过增加充磁脉宽提升点火能量，而双点火线圈交替点火可以提高工作频率，这个方法优点是电路简单可靠，缺点是需要增加一路点火线圈及控制电路。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，针对双点火***能够实现点火能量调节控制以及多次点火。

技术方案：本发明的一种无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，包括微控制器、DC/DC升压模块、功率驱动单元、电流检测单元和逻辑控制单元；双点火***启动后功率驱动单元根据逻辑控制单元输出的驱动信号Logical Drive驱动对应点火线圈完成点火，并将检测到的点火线圈初级电流信号Rs+、Rs-反馈给电流检测单元；所述电流检测单元将收到的电流信号Rs+、Rs-差值放大后输入两路比较器，并根据微控制器的点火信号Drive及模式选择Mode Select，来控制第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的输出状态，进而分别反馈给逻辑控制单元和微控制器；其中，点火信号Drive和模式选择Mode Select经过逻辑与门后，输入电流感应放大器第7引脚LATCH2，LATCH2引脚上信号为高电平时，将电流感应放大器第二比较器的输出信号ALERT2的低电平状态锁存，ALERT2信号经过逻辑非门后即为第二比较器信号CMP2；第二比较器信号CMP2与电流感应放大器第6引脚LATCH1相连，LATCH1引脚上信号为高电平时，将电流感应放大器第一比较器的输出信号ALERT1的低电平状态锁存，ALERT1信号经过逻辑非门后即为第一比较器信号CMP1；所述微控制器获取比较器信号上升沿对应点火信号Drive的时间间隔，从而判断点火线圈的工作状态，并实时采集、记录点火线圈初级电流值，根据模式选择ModeSelect输出高低电平信号控制电流感应放大器中第二比较器信号的锁存状态，也就是说微控制器根据两路比较器信号CMP1和CMP2实现点火***的自检和故障诊断；所述逻辑控制单元根据微控制器的点火信号Drive以及电流检测的比较器信号CMP1和CMP2共同决定最终向功率驱动单元输出的驱动信号Logical Drive，在不同模式选择Mode Select电平下，分别实现过流关断保护功能和多次点火功能（模式选择Mode Select为高电平时执行过流关断功能，模式选择Mode Select为低电平时执行多次点火功能）；所述DC/DC升压模块提升对应点火线圈的充电电压VS，提高电流上升速率，缩短达到所需点火能量(即点火线圈初级电流)的时间，从而减少能量损耗，降低点火线圈温度。

进一步地，水平对置双缸发动机具有两个点火线圈和两个气缸，采用双点火***时每个气缸上均安装有两个火花塞，点火线圈与火花塞之间交叉连接，即点火线圈一驱动气缸一上的火花塞一和气缸二上的火花塞三，点火线圈二驱动气缸一上的火花塞二和气缸二上的火花塞四；点火线圈一由功率驱动单元一驱动实现点火，并将点火线圈一的电流信号反馈给电流检测单元一，电流检测单元一向微控制器输入相应比较器信号，并根据微控制器的点火信号及模式选择来控制对应比较器信号的输出状态，最终分别反馈给逻辑控制单元一和微控制器；点火线圈二由功率驱动单元二驱动实现点火，并将点火线圈二的电流信号反馈给电流检测单元二，电流检测单元二向微控制器输入相应比较器信号，并根据微控制器的点火信号及模式选择来控制对应比较器信号的输出状态，最终分别反馈给逻辑控制单元二和微控制器；两路电流感应放大器共用一路数据输入输出模块IO输出的模式选择Mode Select信号以及两路数字模拟转换模块DAC输出的电流设置Limit1、Limit2信号；针对每一路电流感应放大器，微控制器分别提供两路输入捕捉模块IOC捕捉比较器信号，以及一路模拟数字转换模块ADC测量电流信号。

本发明的结构设计可以减少点火线圈及功率驱动单元的数量，降低无人机发动机整备质量，提高功重比；在单个点火线圈失效时发动机仍能正常工作，保障无人机的可靠性。

进一步地，所述功率驱动单元采用隔离式低边驱动，包括光电隔离芯片TLP152、点火IGBT芯片Q和精密电流采样电阻Rs；所述光电隔离芯片TLP152将逻辑控制单元输出的驱动信号Logical Drive隔离并增强驱动后输出，驱动信号LogicalDrive为高电平时，经过限流电阻后由光电隔离驱动芯片的A脚输入、K脚输出且驱动内部光电二极管发光，次级光敏二极管接收到光电二极管的光信号后，由内部推挽电路从Vo引脚输出高电平驱动；

所述点火IGBT芯片Q（例如型号FGD3440G2-F085），内部集成有栅极驱动电阻Rg、栅极放电电阻Rgs和钳压二极管D，相比于普通IGBT可节省外部元器件和布板面积；点火IGBT芯片Q的栅极与光电隔离芯片TLP152的输出引脚Vo相连，集电极通过点火线圈IgnitionCoil与DC/DC升压模块输出电压VS相连，发射极通过电流采样电阻Rs连接至功率地，点火IGBT芯片Q根据光电隔离芯片TLP152输出引脚Vo的电压信号，控制点火线圈Ignition Coil上电流的通断；点火线圈初级电流流经精密电流采样电阻Rs时，其两端电压信号Rs+和Rs-的压差与电流正相关，其压差与电流的关系满足：

。

进一步地，所述电流检测单元包括电流信号RC滤波电路、带双路比较器的电流感应放大器（例如INA302A1）以及电流感应放大器***器件；电流信号RC滤波电路包括滤波电阻Rf+、滤波电阻Rf-以及滤波电容Cf，从功率驱动单元接收的电流信号Rs+和Rs-，经RC滤波电路后输入至放大倍率为G的电流感应放大器，其输出电压

与功率驱动电流/>

以及电流采样电阻/>

的关系满足：

例如当电流感应放大器采用INA302A1时，其放大倍率为20V/V，那么

；

经电流感应放大器第2引脚OUT输出放大后的信号即为Current信号，然后将Current信号输出至微控制器；微控制器的模拟数字转换模块ADC采集该信号后，可根据电流采样电阻

和电流感应放大器放大倍率G，实时计算点火线圈初级电流值并存储，从而获取单个点火周期的完整电流曲线；

所述电流感应放大器中两路比较器的输入正极共用Current信号，第一比较器输入负极对应第3引脚的Limit1信号，输出对应第12引脚的ALERT1信号，并经过反相缓冲器输出第一比较器信号CMP1；第二比较器输入负极对应第9引脚的Limit2信号，输出对应第11引脚的ALERT2信号，并经过反相缓冲器输出第二比较器信号CMP2；当Current信号电压值大于Limit1信号电压值，第一比较器信号CMP1为高电平，反之为低电平，当Current信号电压值大于Limit2信号电压值时，第二比较器信号CMP2为高电平，反之为低电平；

上述Limit信号的电压值由微控制器的数字模拟转换模块DAC生成并控制，设定电流值为

、电流采样电阻为/>

以及电流感应放大器放大倍率为G，则Limit信号的电压值

满足：

Limit1信号控制点火线圈初级的最大电流，Limit2信号控制点火线圈初级的最小电流；采用微控制器数字模拟转换DAC控制电流限值，无需修改硬件即可在线调整适配不同的点火线圈，有利于电子控制单元的通用化；为便于操作，在上位机预留有电流设置窗口，并且提供多组预设电流供快速选择。

进一步地，所述逻辑控制单元配置有多功能门芯片（例如SN74LVC1G58芯片），将点火信号Drive输入第3引脚In0，第一比较器信号CMP1输入第1引脚In1，第二比较器信号CMP2输入第6引脚In2，多功能门芯片体积小巧，逻辑简单，输入端有斯密特触发器，可有效抵抗干扰。

进一步地，所述微控制器中设有输入捕捉模块IOC、高速模拟数字转换模块ADC和数字模拟转换模块DAC，所述输入捕捉模块IOC获取比较器信号CMP11、CMP12、CMP21、CMP22的上升沿相对点火信号Drive的时间间隔，从而判断点火线圈的工作状态，实现开机自检及故障诊断；在***资源充足的情况下，高速模拟数字转换模块ADC可以实时采集并记录点火线圈初级电流值，通过电子控制单元的通讯协议传递至上位机操作界面，并绘制电流曲线，为用户提供直观的点火线圈驱动电流图像；所述数字模拟转换模块DAC输出Limit1和Limit2信号控制点火线圈初级的最大电流和最小电流。

本发明的微控制器即为电子控制单元的主要微控制器，电子控制单元根据当前发动机节气门开度、发动机转速、发动机工况、环境温度、缸头温度、排气温度、燃油温度等一系列发动机状态及环境状态参数，计算发动机工作所需要的点火提前角和充磁时间，也就是输出点火信号Drive的结束时刻及充磁脉宽。

进一步地，所述微控制器向电流检测单元输出模式选择Mode Select信号电平，当模式选择Mode Select为高电平时，实现过流关断保护，具体方法如下：

当模式选择Mode Select为高电平时，点火信号Drive为高电平，经过逻辑与门后LATCH2引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最小电流时，第二比较器的输出信号ALERT2为低电平且被锁存，即第二比较器信号CMP2输出高电平且被锁存，此时LATCH1引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最大电流时，第一比较器的输出信号ALERT1为低电平且被锁存，即第一比较器信号CMP1输出高电平且被锁存；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive、第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出信号Logical Drive为低电平，从而实现在过流状态及时关断输出保护点火线圈。因为两路比较器信号CMP1、CMP2已经被锁存为高电平，直至点火信号Drive变为低电平后才可以结束锁存状态，因而在下一次点火驱动之前，过流后的关断输出状态得以维持。

进一步地，所述微控制器向电流检测单元输出模式选择Mode Select信号电平，当模式选择Mode Select为低电平时，实现多次点火，具体方法如下：

当模式选择Mode Select为低电平时，点火信号Drive为高电平，经过逻辑与门后LATCH2引脚输入低电平；当点火线圈初级电流达到最小电流时，第二比较器的输出信号ALERT2为低电平但未被锁存，即第二比较器信号CMP2输出高电平但未被锁存，此时LATCH1引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最大电流时，第一比较器的输出信号ALERT1为低电平且被锁存，即CMP1输出高电平且被锁存；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive、第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出信号Logical Drive为低电平；当点火线圈初级电流降低至最大值与最小值之间时，因为比较器信号ALERT1被锁存为低电平，即第一比较器信号CMP1被锁存为高电平，输出信号Logical Drive仍为低电平；当点火线圈初级电流低于最小值时，比较器信号ALERT2输出高电平，即第二比较器信号CMP2输出低电平，此时LATCH1引脚输入低电平，第一比较器的输出信号ALERT1解锁恢复为高电平，即第一比较器信号CMP1输出低电平；逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive高电平，第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2低电平，控制输出信号Logical Drive为高电平；

此时点火***进行第二次点火，并重复，直至点火信号Drive变为低电平；

综上，模式选择Mode Select为低电平时，可实现多次点火功能。

点火线圈初级关断时，电流快速下降(仅需1us)，但由于次级线圈放电感应，点火线圈初级在点火IGBT的集电极上感应出较高的电压，需要等待次级放电电流下降后再次点火，因此在电流感应放大器的第10引脚Delay接入电容，电容容值与比较器信号延迟时间的关系满足：

；

其中，

是指比较器信号延迟时间，/>

是指Delay引脚接入的延迟电容容值。

进一步地，所述微控制器根据电流检测单元的比较器信号进行故障诊断保护，包括以下步骤：

步骤（1）、发动机电子控制单元启动后，进行各项开机自检程序，其中点火***自检程序为：微控制器输出一个较长时间的点火信号Drive，以保证点火线圈初级电流达到饱和电流，经过逻辑控制单元后输出Logical Drive高电平信号，功率驱动单元输出驱动电流；如果点火线圈状态正常，微控制器在输出点火信号Drive后的固定时间内依次检测到第二比较器对应的CMP2高电平和第一比较器信号CMP1高电平，此时逻辑控制单元输出信号Logical Drive变为低电平以实现过流关断，点火线圈初级电流下降后第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2输出信号被锁存为高电平，直至点火信号Drive关闭；

自检程序根据检测到的第二比较器信号CMP2高电平信号以及点火驱动时刻至第二比较器信号CMP2输出高电平时刻的时间间隔，也就是最小充磁脉宽

，共同判定功率驱动单元正常工作；

根据检测到的第一比较器信号CMP1高电平信号以及点火驱动时刻至第一比较器信号CMP1输出高电平时刻的时间间隔，也就是最大充磁脉宽

，共同判定微控制器的故障诊断功能正常；

再根据随后关闭点火信号Drive后检测到CMP1、CMP2低电平信号，来判定微控制器的故障保护功能正常工作；

步骤（2）、在固定的驱动电压下，由于点火线圈内部电阻电感特性稳定，

和

均为固定值，通过预标定的方式将/>

和/>

记录在微控制器中；

接着微控制器根据每次点火过程检测到的CMP1、CMP2信号及

和/>

与标定值对比，判断当前功率驱动电路及点火线圈的状态，具体的判断逻辑如下：

步骤（2-1）驱动过程中，若检测到第二比较器信号CMP2的高电平，并且获取的时间参数

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常；/>

步骤（2-2）驱动过程中，若先后检测到CMP2和CMP1的高电平，并且获取的时间参数

和/>

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常，但点火信号Drive的充磁脉宽过长，提醒用户调整充磁脉宽；

步骤（2-3）驱动过程中，若无法检测到CMP1和CMP2的高电平，且点火信号Drive的脉宽大于

标定值两倍以上时，则判定点火线圈或者IGBT芯片Q两者中有一者断路；

步骤（2-4）驱动过程中，若检测到CMP2和CMP1的高电平，但时间参数

和/>

远小于标定值，此时微控制器迅速关闭点火信号Drive，如果随后检测到CMP1和CMP2的低电平，则判定点火线圈短路，功率驱动电路正常；如果长期（比如10ms内）未检测到第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的低电平，则判定点火线圈及IGBT芯片均短路，此时主动切断DC/DC升压模块供电，并提醒用户检查点火线圈，维修功率驱动单元；

点火线圈短路时，电流会迅速上升，并在达到最大驱动电流后由逻辑控制单元实现过流关断保护，从而更好地保护功率驱动电路。

进一步地，通过微控制器具备高速模数转换模块ADC，且***资源充足时，则通过电流信号Current进行故障诊断，此时微控制器进行故障诊断的过程如下：

步骤（A）、发动机电子控制单元启动后，进行各项开机自检程序，其中点火***自检程序为：微控制器输出一个较长时间的点火信号Drive，在微控制器输出点火信号Drive时开始实时记录驱动电流值，记录驱动电流I上升的波形，直至驱动电流I达到最大电流后由硬件关断；所记录的波形为标准电流波形；

步骤（B）、微控制器根据每次点火过程检测到的电流波形与标准波形对比，具体的判断逻辑如下：

步骤（B1）、驱动过程中，若在充磁脉宽内检测到驱动电流I的电流波形与标准电流波形一致，则判定功率驱动电路及点火线圈正常；

步骤（B2）、驱动过程中，若检测不到驱动电流I，且点火信号Drive的脉宽大于

时，判定点火线圈或IGBT芯片Q至少有一者断路；

步骤（B3）、驱动过程中，若检测到驱动电流I上升速率远大于标准电流波形，此时微控制器迅速关闭点火信号Drive，如果随后检测到驱动电流I下降，则判定点火线圈短路，功率驱动电路正常，如果随后检测到驱动电流I持续上升，则点火线圈和IGBT芯片Q均短路。此时主动切断DC/DC升压模块供电，并提醒用户检查点火线圈，维修功率驱动单元。

有益效果：本发明使用双点火***确保缸内混合气可靠燃烧；点火能量自适应调节，减少电能消耗；多次点火保障低温环境冷起动，加速暖机，并可点燃更稀薄的混合气，减少燃油消耗及排放。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1） 本发明的驱动电路具备故障诊断保护功能和多次点火功能，功能多样，使用广泛；本发明的驱动电路能够集成于电子控制单元内ECU，体积小不占空间；

（2） 本发明根据驱动电路反馈的比较器信号和电流信号，结合电子控制单元的点火能量自适应控制程序，可根据发动机工况需求实时调整充磁脉宽，提升发动机工作极限和输出功率，并减少点火线圈能源消耗及发热；

（3） 本发明的点火线圈初级电流最大值最小值可由微控制器控制，从而可以通过上位机控制，增强了电子控制单元对不同型号点火线圈的通用适应性；

本发明为点火***配备了DC/DC升压电路，通过提升驱动电压，缩短充磁脉宽，降低了点火线圈发热并可以提供更高的点火能量，并可以实现短时间能更多的点火次数。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为实施例一中功率驱动单元示意图；

图3为实施例一中电流检测单元示意图；

图4为实施例一中逻辑控制单元示意图；

图5为实施例一中微控制器示意图；

图6为实施例一中驱动电流示意图；

图7为实施例一中驱动电流示意图；

图8为实施例二中电流检测单元示意图；

图9为实施例二中逻辑控制单元示意图；

图10为实施例二中微控制器示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例一

如图1所示，本实施例的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，包括微控制器、DC/DC升压模块、功率驱动单元、电流检测单元和逻辑控制单元；双点火***启动后功率驱动单元根据逻辑控制单元输出的驱动信号Logical Drive驱动对应点火线圈完成点火，并将检测到的点火线圈初级电流信号Rs+、Rs-反馈给电流检测单元；电流检测单元将收到的电流信号Rs+、Rs-差值放大后输入两路比较器，并根据微控制器的点火信号Drive及模式选择Mode Select，来控制第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的输出状态，进而分别反馈给逻辑控制单元和微控制器；其中，点火信号Drive和模式选择Mode Select经过逻辑与门后，输入电流感应放大器第7引脚LATCH2，LATCH2引脚上信号为高电平时，将电流感应放大器第二比较器的输出信号ALERT2的低电平状态锁存，ALERT2信号经过逻辑非门后即为第二比较器信号CMP2；第二比较器信号CMP2与电流感应放大器第6引脚LATCH1相连，LATCH1引脚上信号为高电平时，将电流感应放大器第一比较器的输出信号ALERT1的低电平状态锁存，ALERT1信号经过逻辑非门后即为第一比较器信号CMP1；微控制器获取比较器信号上升沿对应点火信号Drive的时间间隔，从而判断点火线圈的工作状态，并实时采集、记录点火线圈初级电流值，根据模式选择ModeSelect输出高低电平信号控制电流感应放大器中第二比较器信号的锁存状态；逻辑控制单元根据微控制器的点火信号Drive、第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2共同决定最终向功率驱动单元输出的驱动信号LogicalDrive，模式选择Mode Select为高电平时执行过流关断功能，模式选择Mode Select为低电平时执行多次点火功能；DC/DC升压模块提升对应点火线圈的充电电压VS。

本实施例的发动机具有两个点火线圈和两个气缸，每个气缸上均安装有两个火花塞，点火线圈与火花塞之间交叉连接，即点火线圈一驱动气缸一上的火花塞一和气缸二上的火花塞三，点火线圈二驱动气缸一上的火花塞二和气缸二上的火花塞四；点火线圈一由功率驱动单元一驱动实现点火，并将点火线圈一的电流信号反馈给电流检测单元一，电流检测单元一向微控制器输入相应比较器信号，并根据微控制器的点火信号及模式选择信号来控制对应比较器信号的输出状态，最终分别反馈给逻辑控制单元一和微控制器；点火线圈二由功率驱动单元二驱动实现点火，并将点火线圈二的电流信号反馈给电流检测单元二，电流检测单元二向微控制器输入相应比较器信号，并根据微控制器的点火信号及模式选择信号来控制对应比较器信号的输出状态，最终分别反馈给逻辑控制单元二和微控制器；两路电流感应放大器共用一路数据输入输出模块IO输出的模式选择Mode Select信号以及两路数字模拟转换模块DAC输出的电流设置Limit1、Limit2信号；针对每一路电流感应放大器，微控制器分别提供两路输入捕捉模块IOC捕捉比较器信号，以及一路模拟数字转换模块ADC测量电流信号。

如图2所示，本实施例的功率驱动单元采用隔离式低边驱动，包括光电隔离芯片、点火IGBT芯片Q和精密电流采样电阻Rs；光电隔离芯片将逻辑控制单元输出的驱动信号Logical Drive隔离并增强驱动后输出，驱动信号Logical Drive为高电平时，经过限流电阻后由光电隔离驱动芯片的A脚输入、K脚输出且驱动内部光电二极管发光，次级光敏二极管接收到光电二极管的光信号后，由内部推挽电路从Vo引脚输出高电平驱动；点火IGBT芯片Q内部集成有栅极驱动电阻Rg、栅极放电电阻Rgs和钳压二极管D，点火IGBT芯片Q的栅极与光电隔离芯片的输出引脚Vo相连，集电极通过点火线圈Ignition Coil与DC/DC升压模块输出电压VS相连，发射极通过电流采样电阻Rs连接至功率地，点火IGBT芯片Q根据光电隔离芯片输出引脚Vo的电压信号，控制点火线圈Ignition Coil上电流的通断；

点火线圈初级电流流经精密电流采样电阻Rs时，其两端电压信号Rs+和Rs-的压差与电流正相关，其压差与电流的关系满足：

。

如图3所示，本实施例的电流检测单元从功率驱动单元接收的电流信号Rs+和Rs-，经RC滤波电路后输入至放大倍率为G的电流感应放大器，其输出电压

与功率驱动电流/>

以及电流采样电阻/>

的关系满足：

经电流感应放大器第2引脚OUT输出放大后的信号即为Current信号，然后将Current信号输出至微控制器；微控制器收到Current信号后根据电流采样电阻

和电流感应放大器放大倍率G，实时计算点火线圈初级电流值并存储，从而获取单个点火周期的完整电流曲线；

电流感应放大器中两路比较器的输入正极共用Current信号，第一比较器信号CMP1输入负极对应第3引脚的Limit1信号，输出对应第12引脚的ALERT1信号，并经过反相缓冲器输出第一比较器信号CMP1；第二比较器输入负极对应第9引脚的Limit2信号，输出对应第11引脚的ALERT2信号，并经过反相缓冲器输出第二比较器信号CMP2；当Current信号电压值大于Limit1信号电压值时，第一比较器信号CMP1为高电平，反之为低电平；当Current信号电压值大于Limit2信号电压值时，第二比较器信号CMP2为高电平，反之为低电平。上述Limit1信号和Limit2信号的电压值由微控制器生成并控制，设定电流值为

、电流采样电阻为/>

以及电流感应放大器放大倍率为G，则Limit信号的电压值/>

满足：

；

Limit1信号控制点火线圈初级的最大电流，Limit2信号控制点火线圈初级的最小电流。

如图4所示，本实施例的逻辑控制单元配置有多功能门芯片，将点火信号Drive输入第3引脚In0，第一比较器信号CMP1输入第1引脚In1，第二比较器信号CMP2输入第6引脚In2。

如图5所示，本实施例的微控制器中设有输入捕捉模块IOC、高速模拟数字转换模块ADC和数字模拟转换模块DAC，输入捕捉模块IOC获取比较器信号四路CMP11、CMP12、CMP21、CMP22的上升沿与点火信号Drive的时间间隔，从而判断点火线圈的工作状态，实现开机自检及故障诊断；高速模拟数字转换模块ADC实时采集并记录点火线圈初级电流值，通过电子控制单元的通讯协议传递至上位机操作界面，并绘制电流曲线；数字模拟转换模块DAC输出Limit1和Limit2信号控制点火线圈初级的最大电流和最小电流。

本实施例首先标定点火初级线圈内阻为0.5Ω，电感为2.14mH，饱和电路为20A；然后设置最小驱动电流为6A保证基础的点火能量，设置最大驱动电流为15A避免无效的热损耗；因此，电流采样电阻

为10mΩ，微控制器控制Limit1电压信号为3V，Limit2电压信号为1.2V。微控制器根据发动机工况向电流检测单元输出模式选择Mode Select信号电平，当模式选择Mode Select为高电平时，实现过流关断保护，具体方法如下：

当模式选择Mode Select为高电平时，点火信号Drive为高电平，经过逻辑与门后LATCH2引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最小电流时，第二比较器的输出信号ALERT2为低电平且被锁存，即第二比较器信号CMP2输出高电平且被锁存，此时LATCH1引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最大电流时，第一比较器的输出信号ALERT1为低电平且被锁存，即第一比较器信号CMP1输出高电平且被锁存；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive、第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出信号Logical Drive为低电平，最终实现在过流状态及时关断输出保护点火线圈。其驱动电流效果如图6和表1所示。

表1驱动电流变化表

	T0-T1	T1-T2	T2-T3	T3-
					Drive(In0)	L	H	H	H
CMP2(In1，由Drive信号锁存)	L	L	H	H
					CMP1(In2，由CMP2信号锁存)	L	L	L	H
Logical Drive(Y)	L	H	H	L

表1可以看出，T0-T1时刻，点火信号Drive为低电平，第一比较器信号CMP1、CMP2为低电平，逻辑输出信号Logical Drive为低电平；T1-T2时刻，点火信号Drive为高电平，两路比较器信号CMP1、CMP2为低电平，逻辑输出信号Logical Drive为高电平，此时点火线圈开始充磁；如果此时将点火信号Drive切换为低电平，逻辑输出信号Logical Drive也将切换为低电平，点火线圈充磁结束，火花塞点火，充磁电流如虚线所示，微控制器因未接收到第二比较器信号CMP2的上升沿判断充磁电流不足，应增加充磁脉宽；T2-T3时刻，点火信号Drive仍为高电平，当充磁电流在T2时刻达到最小电流6A时，第一比较器信号CMP1不变，第二比较器信号CMP2切换为高电平且被点火信号Drive锁定为高电平，此时微控制器根据接收到第二比较器信号CMP2的上升沿判断充磁电流达到最小值；如果此时将点火信号Drive切换为低电平，逻辑输出信号LogicalDrive也将切换为低电平，点火线圈充磁结束，火花塞点火，充磁电流如点划线所示。

如果点火信号Drive始终维持高电平，当充磁电流在T3时刻达到最大电流15A时，第一比较器信号CMP1切换为高电平，且被第二比较器信号CMP2锁定为高电平，此时逻辑输出信号Logical Drive将切换为低电平，充磁过程被强制结束并点火，充磁电流如实线所示，微控制器根据接收到第一比较器信号CMP1的上升沿判断充磁电流超过最大值，应减小充磁脉宽。由于点火信号Drive、第二比较器信号CMP2和第一比较器信号CMP1依次锁存的关系，逻辑输出信号Logical Drive将维持低电平，避免了控制软件错误时点火信号Drive长期高电平导致的点火线圈损坏。当点火信号Drive切换为低电平，使得第二比较器信号CMP2和第一比较器信号CMP1依次解锁，从而可以准备进入下一次点火。

当模式选择Mode Select为低电平时，实现多次点火，具体方法如下：

当模式选择Mode Select为低电平时，点火信号Drive为高电平，经过逻辑与门后LATCH2引脚输入低电平；当点火线圈初级电流达到最小电流时，第二比较器的输出信号ALERT2为低电平但未被锁存，即第二比较器信号CMP2输出高电平但未被锁存，此时LATCH1引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最大电流时，第一比较器的输出信号ALERT1为低电平且被锁存，即第一比较器信号CMP1输出高电平且被锁定；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive、第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出信号Logical Drive为低电平；当点火线圈初级电流降低至最大值与最小值之间时，由于ALERT1被锁存为低电平，即CMP1被锁存为高电平，输出信号LogicalDrive仍为低电平；当点火线圈初级电流低于最小值时，由于ALERT2输出高电平，即第二比较器信号CMP2输出低电平，此时LATCH1引脚输入低电平，第一比较器的输出信号ALERT1解锁恢复为高电平，即第一比较器信号CMP1输出低电平；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive高电平，第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2低电平，控制输出信号Logical Drive为高电平；此时点火***进行第二次点火，并重复，直至点火信号Drive变为低电平；最终实现多次点火功能；

电流感应放大器的第10引脚Delay接入电容，电容容值与比较器信号延迟时间的关系满足：

。

此时驱动电流效果如图7和表2所示。

表2 驱动电流变化表

T0-T1

T1-T2

T2-T3

T3

T4

T5

Drive(In0)

L

H

H

H

H

L

CMP2(In1)

L

L

H

H

L

H

CMP1(In2，由CMP2信号锁存)

L

L

L

H

L

L

Logical Drive(Y)

L

H

H

L

H

L

从表2可以看出，T0-T1时刻，点火信号Drive为低电平，第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2为低电平，逻辑输出信号Logical Drive为低电平；T1-T2时刻，点火信号Drive为高电平，两路比较器信号CMP1、CMP2为低电平，逻辑输出信号Logical Drive为高电平，此时点火线圈开始充磁；当充磁电流在T2时刻达到最小电流6A，第二比较器信号CMP2在T_D时间后切换为高电平且锁存第一比较器信号CMP1；当充磁电流在T3时刻达到最大电流15A时，第一比较器信号CMP1切换为高电平且被第二比较器信号CMP2锁存。此时逻辑输出信号Logical Drive切换为低电平，充磁过程被强制结束并点火；在电流降低至最小电流6A的T_D时间后，即T4时刻，第二比较器信号CMP2切换为低电平并解锁第一比较器信号CMP1，因而第一比较器信号CMP1也切换为低电平，此时逻辑输出信号Logical Drive切换为高电平，点火线圈开始新的充磁过程，并重复点火过程；直至T5时刻达到预设的充磁脉宽后，点火信号Drive切换为低电平，多次点火的最后一次点火过程完成。

微控制器根据电流检测单元的比较器信号执行故障诊断保护，包括以下步骤：

步骤（1）、发动机电子控制单元启动后，微控制器输出一个较长时间的点火信号Drive，经过逻辑控制单元后输出Logical Drive高电平信号，功率驱动单元输出驱动电流；如果点火线圈状态正常，微控制器在输出点火信号Drive后的固定时间内依次检测到第二比较器CMP2高电平和第一比较器信号CMP1高电平，此时逻辑控制单元输出信号LogicalDrive变为低电平以实现过流关断，点火线圈初级电流下降后CMP1、CMP2输出信号被锁存为高电平，直至点火信号Drive关闭；

先根据检测到的第二比较器信号CMP2高电平以及点火驱动时刻至第二比较器信号CMP2输出高电平时刻的时间间隔，也就是最小充磁脉宽

，共同判定功率驱动单元正常工作；然后根据检测到的第一比较器信号CMP1高电平以及点火驱动时刻至第一比较器信号CMP1输出高电平时刻的时间间隔，也就是最大充磁脉宽/>

，共同判定微控制器的故障诊断功能正常；再根据随后关闭点火信号Drive后检测到CMP1、CMP2低电平信号，来判定微控制器的故障保护功能正常工作；

步骤（2）、在固定的驱动电压下，由于点火线圈内部电阻电感特性稳定，

和

均为固定值，先通过预标定的方式将/>

和/>

记录在微控制器中；接着微控制器根据每次点火过程检测到的CMP1、CMP2信号及/>

和/>

与标定值对比，判断当前功率驱动电路及点火线圈的状态，具体的判断逻辑如下：

步骤（2-1）驱动过程中，若检测到第二比较器信号CMP2的高电平，并且获取的时间参数

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常；

步骤（2-2）驱动过程中，若先后检测到CMP2和CMP1的高电平，并且获取的时间参数

和/>

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常，但点火信号Drive的充磁脉宽过长，提醒用户调整充磁脉宽；

步骤（2-3）驱动过程中，若无法检测到CMP1和CMP2的高电平，且点火信号Drive的脉宽大于

标定值两倍以上时，则判定点火线圈或者IGBT芯片Q两者中有一者断路；

步骤（2-4）驱动过程中，若检测到CMP2和CMP1的高电平，但时间参数

和/>

远小于标定值，此时微控制器迅速关闭点火信号Drive，如果随后检测到CMP1和CMP2的低电平，则判定点火线圈短路，功率驱动电路正常；如果长期未检测到第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的低电平，则判定点火线圈及点火IGBT芯片Q均短路，此时主动切断DC/DC升压模块供电，并提醒用户检查点火线圈，维修功率驱动单元；

点火线圈短路时，电流会迅速上升，并在达到最大驱动电流后由逻辑控制单元实现过流关断保护，从而更好地保护功率驱动电路。

当微控制器的高速模数转换模块ADC***资源充足时，则通过电流信号Current进行故障诊断，此时微控制器进行故障诊断的过程如下：

步骤（A）、微控制器输出一个较长时间的点火信号Drive，在微控制器输出点火信号Drive时开始实时记录驱动电流值，记录驱动电流I上升的波形，直至驱动电流I达到最大电流后由硬件关断；所记录的波形为标准电流波形；

步骤（B）、微控制器根据每次点火过程检测到的电流波形与标准波形对比，具体的判断逻辑如下：

步骤（B1）、驱动过程中，若在充磁脉宽内检测到驱动电流I的电流波形与标准电流波形一致，则判定功率驱动电路及点火线圈正常；

步骤（B2）、驱动过程中，若检测不到驱动电流I，且点火信号Drive的脉宽大于

时，判定点火线圈或点火IGBT芯片Q至少有一者断路；

步骤（B3）、驱动过程中，若检测到驱动电流I上升速率远大于标准电流波形，此时微控制器迅速关闭点火信号Drive，如果随后检测到驱动电流I下降，则判定点火线圈短路，功率驱动电路正常，如果随后检测到驱动电流I持续上升，则点火线圈和点火IGBT芯片Q均短路；

此时，主动切断DC/DC升压模块供电，并提醒用户检查点火线圈，维修功率驱动单元。

实施例二

上述实施例技术方案功能全面，能够实现过流关断保护、多次点火等，但是微控制器引脚占用较多，如果点火线圈最大电流/最小电流无需在线调整，且不需要过流关断保护，则可对驱动电路做如下改进：更换电流感应放大器芯片和逻辑控制单元芯片，并对电流检测单元和微控制器简化。如图8至图10所示，具体改进如下：

电流感应放大器改用窗口比较器（比如INA303A1），在点火线圈初级电流低于最小电流或高于最大电流时输出低电平ALERT信号；电流的最大值、最小值分别通过电阻RL1、RL2设定，满足：

此外，为减少微控制器输入捕捉模块IOC引脚占用，将第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2输入逻辑与门后输出的比较器信号CMP传入微控制器进行故障诊断。

根据变化后的逻辑关系，选中可配置多功能门芯片SN74LVC1G57，并将点火信号Drive输入第1引脚In1，比较器信号CMP1输入第6引脚In2，比较器信号CMP2输入第3引脚In0。本实施例的微控制器取消了图5中的输入输出模块IO提供的模式选择Mode Select信号，取消数字模拟转换模块DAC提供的最大最小电流Limit1、Limit2信号，取消模拟数字转换模块ADC的电流信号Current检测，并将输入捕捉模块IOC捕捉的两路比较器信号精简为一路比较器信号CMP，从而最大限度的降低了对微控制器引脚及资源的需求。

实施例三

本实施例基于实施例二的硬件改进可实现多次点火，实施方法如下：

首先标定点火初级线圈内阻为0.5Ω，电感为2.14mH，饱和电路为20A；然后设置最小驱动电流为6A保证基础的点火能量，设置最大驱动电流为15A避免无效的热损耗；因此，电流采样电阻

为10mΩ，RL1为37.5kΩ，RL2为15kΩ。

点火信号Drive为低电平时，第一比较器信号CMP1为高电平，第二比较器信号CMP2为低电平（点火线圈初级电流为0，低于最小电流）；点火信号Drive为高电平，当点火线圈初级电流达到最小电流时，第二比较器信号CMP2输出变为高电平，此时LATCH1引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最大电流时，第一比较器信号CMP1输出变为低电平且被锁定。逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive高电平、第一比较器信号CMP1低电平、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出驱动信号Logical Drive为低电平；当点火线圈初级电流降低至最大值与最小值之间时，因为第一比较器信号CMP1被锁存为低电平，输出信号LogicalDrive仍为低电平；当点火线圈初级电流低于最小值时，第二比较器信号CMP2输出变为低电平，此时LATCH1引脚输入低电平，第一比较器信号CMP1输出解锁并变为高电平，逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive高电平，第一比较器信号CMP1低电平、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出的驱动信号Logical Drive为高电平；点火***进行第二次点火，并重复，直至点火信号Drive变为低电平。

此时驱动电流效果如图7和表3所示。

表3驱动电流变化表

T0-T1

T1-T2

T2-T3

T3

T4

T5

Drive(In1)

L

H

H

H

H

L

CMP2(In0)

L

L

H

H

L

H

CMP1(In2，由CMP2信号锁存)

H

H

H

L

H

H

CMP

L

L

H

L

L

H

Logical Drive(Y)

L

H

H

L

H

L

从表3可以看出，T0-T1时刻，点火信号Drive为低电平，第一比较器信号CMP1为高电平，第二比较器信号CMP2为低电平，逻辑输出信号Logical Drive为低电平；T1-T2时刻，点火信号Drive为高电平，第一比较器信号CMP1为高电平，第二比较器信号CMP2为低电平，逻辑输出信号Logical Drive为高电平，此时点火线圈开始充磁；当充磁电流在T2时刻达到最小电流6A，第二比较器信号CMP2在T_D时间后切换为高电平且锁存第一比较器信号CMP1；当充磁电流在T3时刻达到最大电流15A时，第一比较器信号CMP1切换为低电平且被第二比较器信号CMP2锁存。此时逻辑输出信号Logical Drive切换为低电平，充磁过程被强制结束并点火；在电流降低至最小电流6A的T_D时间后，即T4时刻，第二比较器信号CMP2切换为低电平并解锁第一比较器信号CMP1，因而第一比较器信号CMP1也切换为高电平，此时逻辑输出信号Logical Drive切换为高电平，点火线圈开始新的充磁过程，并重复点火过程；直至T5时刻达到预设的充磁脉宽后，点火信号Drive切换为低电平，多次点火的最后一次点火过程完成。

实施例四

本实施例基于实施例二的硬件改进，可实现点火***的初始自检以及发动机运行过程中的故障诊断。微控制器进行故障诊断的过程包括以下步骤：

步骤（1）、发动机电子控制单元启动后，微控制器输出一个较长时间的点火信号Drive，经过逻辑控制单元后输出Logical Drive高电平信号，功率驱动单元输出驱动电流；如果点火线圈状态正常，微控制器在输出点火信号Drive后的固定时间内依次检测到比较器信号CMP的上升沿和下降沿；其中上升沿对应点火线圈初级电流达到最小电流时第二比较器信号CMP2由低变高，下降沿对应点火线圈初级电流达到最大电流时第一比较器信号CMP1由高变低。此后由于驱动电路的多次点火功能，会持续检测到比较器信号CMP的上升沿和下降沿，直至点火信号Drive关闭；

先根据检测到的比较器信号CMP的上升沿以及点火驱动时刻至上升沿时刻的时间间隔，也就是最小充磁脉宽

，共同判定功率驱动单元正常工作；然后根据检测到的比较器信号CMP的下降沿以及点火驱动时刻至下降沿时刻的时间间隔，也就是最大充磁脉宽

，共同判定微控制器的故障诊断功能正常；再根据随后多次比较器信号CMP的上升沿和下降沿以及关闭点火信号Drive后检测到比较器信号低电平，判定多次点火功能正常；

步骤（2）、在固定的驱动电压下，由于点火线圈内部电阻电感特性稳定，

和

均为固定值，通过预标定的方式将/>

和/>

记录在微控制器中；

接着微控制器根据每次点火过程检测到的比较器信号CMP边沿变化及

和/>

与标定值对比，判断当前功率驱动电路及点火线圈的状态，具体的判断逻辑如下：

步骤（2-1）驱动过程中，若检测到比较器信号CMP的上升沿，并且获取的时间参数

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常；

步骤（2-2）驱动过程中，若先后检测到比较器信号CMP的上升沿和下降沿，并且获取的时间参数

和/>

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常，但点火信号Drive的充磁脉宽过长，提醒用户调整充磁脉宽；

步骤（2-3）驱动过程中，若比较器信号CMP保持低电平，且点火信号Drive的脉宽大于

标定值两倍以上时，则判定点火线圈或者点火IGBT芯片Q两者中有一个断路；

步骤（2-4）驱动过程中，若检测到比较器信号CMP的上升沿和下降沿，但时间参数

和/>

远小于标定值，此时微控制器迅速关闭点火信号Drive，如果随后检测到比较器信号CMP上升沿和下降沿，则判定点火线圈短路，功率驱动电路正常；如果长期未检测到比较器信号CMP的变化，则判定点火线圈及IGBT芯片均短路，此时主动切断DC/DC升压模块供电，并提醒用户检查点火线圈，维修功率驱动单元；

点火线圈短路时，电流会迅速上升，虽然无法使用过流关断功能，但多次点火功能中的设定延迟可以降低点火线圈的导通时间，并通过连续的比较器信号CMP跳变，提醒微控制器及时关闭点火信号Drive，从而保护功率驱动单元和点火线圈

上述实施例不但可以继续实现故障诊断和多次点火功能，而且所需电路板布局空间更少，对微控制器的引脚和资源占用更少。

Claims (10)

1.一种无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：包括微控制器、DC/DC升压模块、功率驱动单元、电流检测单元和逻辑控制单元；

双点火***启动后功率驱动单元根据逻辑控制单元输出的驱动信号Logical Drive驱动对应点火线圈完成点火，并将检测到的点火线圈初级电流信号Rs+、Rs-反馈给电流检测单元；

所述电流检测单元将收到的电流信号Rs+、Rs-差值放大后输入两路比较器，并根据微控制器的点火信号Drive及模式选择Mode Select，来控制第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的输出状态，进而分别反馈给逻辑控制单元和微控制器；其中，点火信号Drive和模式选择Mode Select经过逻辑与门后，输入电流感应放大器第7引脚LATCH2，LATCH2引脚上信号为高电平时，将电流感应放大器第二比较器的输出信号ALERT2的低电平状态锁存，ALERT2信号经过逻辑非门后即为第二比较器信号CMP2；第二比较器信号CMP2与电流感应放大器第6引脚LATCH1相连，LATCH1引脚上信号为高电平时，将电流感应放大器第一比较器的输出信号ALERT1的低电平状态锁存，ALERT1信号经过逻辑非门后即为第一比较器信号CMP1；

所述微控制器获取比较器信号上升沿对应点火信号Drive的时间间隔，从而判断点火线圈的工作状态，并实时采集、记录点火线圈初级电流值，根据模式选择Mode Select输出高低电平信号控制电流感应放大器中第二比较器信号的锁存状态；

所述逻辑控制单元根据微控制器的点火信号Drive、第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2共同决定最终向功率驱动单元输出的驱动信号Logical Drive，模式选择ModeSelect为高电平时执行过流关断功能，模式选择Mode Select为低电平时执行多次点火功能；

所述DC/DC升压模块提升对应点火线圈的充电电压VS。

2.根据权利要求1所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述发动机具有两个点火线圈和两个气缸，每个气缸上均安装有两个火花塞，点火线圈与火花塞之间交叉连接，即点火线圈一驱动气缸一上的火花塞一和气缸二上的火花塞三，点火线圈二驱动气缸一上的火花塞二和气缸二上的火花塞四；

点火线圈一由功率驱动单元一驱动实现点火，并将点火线圈一的电流信号反馈给电流检测单元一，电流检测单元一向微控制器输入相应比较器信号，并根据微控制器的点火信号及模式选择来控制对应比较器信号的输出状态，最终分别反馈给逻辑控制单元一和微控制器；

点火线圈二由功率驱动单元二驱动实现点火，并将点火线圈二的电流信号反馈给电流检测单元二，电流检测单元二向微控制器输入相应比较器信号，并根据微控制器的点火信号及模式选择来控制对应比较器信号的输出状态，最终分别反馈给逻辑控制单元二和微控制器；

两路电流感应放大器共用一路数据输入输出模块IO输出的模式选择Mode Select信号以及两路数字模拟转换模块DAC输出的电流设置Limit1、Limit2信号；针对每一路电流感应放大器，微控制器分别提供两路输入捕捉模块IOC捕捉比较器信号，以及一路模拟数字转换模块ADC测量电流信号。

3.根据权利要求1所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述功率驱动单元采用隔离式低边驱动，包括光电隔离芯片、点火IGBT芯片Q和精密电流采样电阻Rs；所述光电隔离芯片将逻辑控制单元输出的驱动信号Logical Drive隔离并增强驱动后输出，驱动信号Logical Drive为高电平时，经过限流电阻后由光电隔离驱动芯片的A脚输入、K脚输出且驱动内部光电二极管发光，次级光敏二极管接收到光电二极管的光信号后，由内部推挽电路从Vo引脚输出高电平驱动；

所述点火IGBT芯片Q内部集成有栅极驱动电阻Rg、栅极放电电阻Rgs和钳压二极管D，点火IGBT芯片Q的栅极与光电隔离芯片的输出引脚Vo相连，集电极通过点火线圈IgnitionCoil与DC/DC升压模块输出电压VS相连，发射极通过电流采样电阻Rs连接至功率地，点火IGBT芯片Q根据光电隔离芯片输出引脚Vo的电压信号，控制点火线圈Ignition Coil上电流的通断；

点火线圈初级电流流经精密电流采样电阻Rs时，其两端电压信号Rs+和Rs-的压差与电流正相关，其压差与电流的关系满足：

。

4.根据权利要求1所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述电流检测单元从功率驱动单元接收电流信号Rs+和Rs-，经RC滤波电路后输入至放大倍率为G的电流感应放大器，其输出电压

与功率驱动电流/>

以及电流采样电阻/>

的关系满足：

；

经电流感应放大器第2引脚OUT输出放大后的信号即为Current信号，然后将Current信号输出至微控制器；微控制器收到Current信号后根据电流采样电阻

和电流感应放大器放大倍率G，实时计算点火线圈初级电流值并存储，从而获取单个点火周期的完整电流曲线；

所述电流感应放大器中两路比较器的输入正极共用Current信号，第一比较器信号CMP1输入负极对应第3引脚的Limit1信号，输出对应第12引脚的ALERT1信号，并经过反相缓冲器输出第一比较器信号CMP1；第二比较器输入负极对应第9引脚的Limit2信号，输出对应第11引脚的ALERT2信号，并经过反相缓冲器输出第二比较器信号CMP2；当Current信号电压值大于Limit1信号电压值时，第一比较器信号CMP1为高电平，反之为低电平；当Current信号电压值大于Limit2信号电压值时，第二比较器信号CMP2为高电平，反之为低电平；

上述Limit1信号和Limit2信号的电压值由微控制器生成并控制，设定电流值为

、电流采样电阻为/>

以及电流感应放大器放大倍率为G，则Limit信号的电压值/>

满足：

；

Limit1信号控制点火线圈初级的最大电流，Limit2信号控制点火线圈初级的最小电流。

5.根据权利要求1所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述逻辑控制单元配置有多功能门芯片，将点火信号Drive输入第3引脚In0，第一比较器信号CMP1输入第1引脚In1，第二比较器信号CMP2输入第6引脚In2。

6.根据权利要求1所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述微控制器中设有输入捕捉模块IOC、高速模拟数字转换模块ADC和数字模拟转换模块DAC，所述输入捕捉模块IOC获取四路比较器信号CMP11、CMP12、CMP21、CMP22的上升沿与点火信号Drive的时间间隔，从而判断点火线圈的工作状态，实现开机自检及故障诊断；高速模拟数字转换模块ADC实时采集并记录点火线圈初级电流值，通过电子控制单元的通讯协议传递至上位机操作界面，并绘制电流曲线；所述数字模拟转换模块DAC输出Limit1和Limit2信号控制点火线圈初级的最大电流和最小电流。

7.根据权利要求1或6所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述微控制器根据发动机工况向电流检测单元输出模式选择Mode Select信号电平，当模式选择Mode Select为高电平时，实现过流关断保护，具体方法如下：

当模式选择Mode Select为高电平时，点火信号Drive为高电平，经过逻辑与门后LATCH2引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最小电流时，第二比较器的输出信号ALERT2为低电平且被锁存，即第二比较器信号CMP2输出高电平且被锁存，此时LATCH1引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最大电流时，第一比较器的输出信号ALERT1为低电平且被锁存，即第一比较器信号CMP1输出高电平且被锁存；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive、第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出信号Logical Drive为低电平，最终实现在过流状态及时关断输出保护点火线圈。

8.根据权利要求1或6所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述微控制器向电流检测单元输出模式选择Mode Select信号电平，当模式选择ModeSelect为低电平时，实现多次点火，具体方法如下：

当模式选择Mode Select为低电平时，点火信号Drive为高电平，经过逻辑与门后LATCH2引脚输入低电平；当点火线圈初级电流达到最小电流时，第二比较器的输出信号ALERT2为低电平但未被锁存，即第二比较器信号CMP2输出高电平但未被锁存，此时LATCH1引脚输入高电平；当点火线圈初级电流达到最大电流时，第一比较器的输出信号ALERT1为低电平且被锁存，即第一比较器信号CMP1输出高电平且被锁存；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive、第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2高电平，控制输出信号Logical Drive为低电平；当点火线圈初级电流降低至最大值与最小值之间时，由于ALERT1被锁存为低电平，即第一比较器信号CMP1被锁存为高电平，输出信号Logical Drive仍为低电平；当点火线圈初级电流低于最小值时，由于ALERT2输出高电平，即第二比较器信号CMP2输出低电平，此时LATCH1引脚输入低电平，第一比较器的输出信号ALERT1解锁恢复为高电平，即第一比较器信号CMP1输出低电平；

逻辑控制单元根据检测到点火信号Drive高电平，第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2低电平，控制输出信号Logical Drive为高电平；此时点火***进行第二次点火，并重复，直至点火信号Drive变为低电平；最终实现多次点火功能；

电流感应放大器的第10引脚Delay接入电容，电容值与比较器信号延迟时间的关系满足：

；

其中，

是指比较器信号延迟时间，/>

是指Delay引脚接入的延迟电容容值。

9.根据权利要求1或6所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：所述微控制器根据电流检测单元的比较器信号进行故障诊断保护，包括以下步骤：

步骤（1）、发动机电子控制单元启动后，微控制器输出一个较长时间的点火信号Drive，经过逻辑控制单元后输出Logical Drive高电平信号，功率驱动单元输出驱动电流；如果点火线圈状态正常，微控制器在输出点火信号Drive后的固定时间内依次检测到第二比较器信号CMP2高电平和第一比较器信号CMP1高电平，此时逻辑控制单元输出信号LogicalDrive变为低电平以实现过流关断，点火线圈初级电流下降后第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2输出信号被锁存为高电平，直至点火信号Drive关闭；

先根据检测到的第二比较器信号CMP2高电平信号以及点火驱动时刻至第二比较器信号CMP2输出高电平时刻的时间间隔，也就是最小充磁脉宽

，共同判定功率驱动单元正常工作；然后根据检测到的第一比较器信号CMP1高电平信号以及点火驱动时刻至第一比较器信号CMP1输出高电平时刻的时间间隔，也就是最大充磁脉宽/>

，共同判定微控制器的故障诊断功能正常；再根据随后关闭点火信号Drive后检测到第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2低电平信号，来判定微控制器的故障保护功能正常工作；

步骤（2）、在固定的驱动电压下，由于点火线圈内部电阻电感特性稳定，

和/>

均为固定值，先通过预标定的方式将/>

和/>

记录在微控制器中；接着微控制器根据每次点火过程检测到的第一比较器信号CMP1、第二比较器信号CMP2及/>

和/>

与标定值对比，判断当前功率驱动电路及点火线圈的状态，具体的判断逻辑如下：

步骤（2-1）驱动过程中，若检测到第二比较器信号CMP2的高电平，并且获取的时间参数

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常；

步骤（2-2）驱动过程中，若先后检测到第二比较器信号CMP2和第一比较器信号CMP1的高电平，并且获取的时间参数

和/>

与标定值差异在10%以内，则判定功率驱动电路及点火线圈正常，但点火信号Drive的充磁脉宽过长，提醒用户调整充磁脉宽；

步骤（2-3）驱动过程中，若无法检测到第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的高电平，且点火信号Drive的脉宽大于

标定值两倍以上时，则判定点火线圈或者IGBT芯片Q两者中有一者断路；

步骤（2-4）驱动过程中，若检测到第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的高电平，但时间参数

和/>

远小于标定值，此时微控制器迅速关闭点火信号Drive，如果随后检测到第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的低电平，则判定点火线圈短路，功率驱动电路正常；如果长期未检测到第一比较器信号CMP1和第二比较器信号CMP2的低电平，则判定点火线圈及点火IGBT芯片Q均短路，此时主动切断DC/DC升压模块供电，并提醒用户检查点火线圈，维修功率驱动单元；

点火线圈短路时，电流会迅速上升，并在达到最大驱动电流后由逻辑控制单元实现过流关断保护，从而更好地保护功率驱动电路。

10.根据权利要求9所述的无人机发动机的电感式双点火***驱动电路，其特征在于：当所述微控制器具备高速模数转换模块ADC且***资源充足时，则通过电流信号Current进行故障诊断，此时微控制器进行故障诊断的过程如下：

步骤（A）、微控制器输出一个较长时间的点火信号Drive，在微控制器输出点火信号Drive时开始实时记录驱动电流值，记录驱动电流I上升的波形，直至驱动电流I达到最大电流后由硬件关断；所记录的波形为标准电流波形；

步骤（B）、微控制器根据每次点火过程检测到的电流波形与标准波形对比，具体的判断逻辑如下：

步骤（B1）、驱动过程中，若在充磁脉宽内检测到驱动电流I的电流波形与标准电流波形一致，则判定功率驱动电路及点火线圈正常；

步骤（B2）、驱动过程中，若检测不到驱动电流I，且点火信号Drive的脉宽大于

时，判定点火线圈或点火IGBT芯片Q至少有一者断路；

步骤（B3）、驱动过程中，若检测到驱动电流I上升速率远大于标准电流波形，此时微控制器迅速关闭点火信号Drive，如果随后检测到驱动电流I下降，则判定点火线圈短路，功率驱动电路正常，如果随后检测到驱动电流I持续上升，则点火线圈和点火IGBT芯片Q均短路；

此时，主动切断DC/DC升压模块供电，并提醒用户检查点火线圈，维修功率驱动单元。

Images