CN201148923Y - 一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路，属于电控发动机硬件***技术领域。该驱动电路包括峰值维持脉宽产生电路、峰值维持电流设定电路、防止误喷射电路等电路；电容C7连接喷射输入信号DRVSIGNAL1和比较器A的负极端口；比较器A的输出信号COUT1连接三极管Q1基极；电阻R1连接比较器B的正极端口和输出端口；电阻R9一端连接喷射控制信号DRVSIGNAL1，另一端连接比较器C的正极端口；高低边驱动器端口2接比较器C的输出端口信号，端口8接二极管MUR1阴极；MOSFET芯片Q2的漏极接电源VBAT。本实用新型可实现峰值电流脉宽的产生；简化喷射驱动控制方式；电路可配置性较高；可有效防止误喷射发生。
Description
技术领域
一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路，涉及电控天然气发动机喷气电磁阀的驱动电路，属于电控发动机硬件***技术领域。
背景技术
在电控天然气发动机喷射***中，对电磁阀的驱动控制是实现多点喷***确控制的基础。电磁阀动作是通过控制驱动电流产生的电磁力实现的。关闭电磁阀时，接通驱动电路并产生适当的驱动电流，驱动电流又通过电磁阀线圈产生足够的电磁力驱动衔铁运动并落座，从而断开电磁阀某条天然气管路；电磁阀打开时，驱动电路断开，不再产生驱动电流与电磁力，衔铁在复位弹簧的作用下复位，接通关闭时闭合的气路。这是一个涉及到机、电、磁等诸多因素相互作用的过程，使电磁阀衔铁运动的机械能是由电磁力提供的，但电磁力受控于驱动电流，而驱动电流又是由驱动电路控制的。
为达到保护电磁阀、提高可靠性等目的，电磁阀关闭过程对驱动电流大小、持续时间等参数都有一定的要求，这些参数使驱动电流表现出特定的波形。现阶段，综合性能最好的是‘峰值+维持’波形的驱动电流，该电流波形如图1所示。为了实现该类型的驱动电流，已开发出一些驱动电路。如传统的高低端驱动结构，各电磁阀共用一个高端驱动电路，包括一个高端驱动电源和一个高端功率驱动管。每个电磁阀各有一套低端驱动电路，主要器件为一低端功率三极管为检测驱动电流，多在各电磁阀的公共端设置采样电阻。工作时，通过改变高端功率三极管控制脉冲的占空比调整驱动电流大小，通过选通低端功率三极管实现选缸功能。该驱动电路虽然实现简单，但是存在一些缺点：首先，对驱动电流进行控制需要实现软件反馈，即单片机对驱动电流采样，然后对控制脉冲占空比进行调制控制，软件工作量较大，同时控制频率较低，精度无法提高。其次，在硬件驱动上无法有效防止误喷射的发生。
传统的天然气电磁阀喷射驱动电路在驱动能力、控制可靠性上都需要改进。为克服以上不足，本实用新型的任务是提高驱动电路能力，提高驱动可靠性；同时降低驱动电路的成本。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种可配置式天然气喷射电磁阀驱动电路。整个驱动电路包括峰值维持脉宽产生电路、峰值维持电流设定电路、防止误喷射电路、高低边驱动及电流采样电路四部分组成。峰值维持脉宽产生电路包括比较器、保护二极管、电阻、电容等；峰值维持电流设定电路包括比较器、三极管、电阻、电容等；防止误喷射电路包括比较器、电阻、电容等；高低边驱动及电流采样电路包括高低边驱动芯片、二极管、电容、驱动管、运算放大器、采样电阻等。该控制电路接收喷射控制脉冲，自动产生峰值脉宽设定，可以维持驱动电流在设定范围内。
峰值维持脉宽产生电路由比较器A和两路RC电路组成。包括电阻R10、R14、R18，电容C1、C2、C7，齐纳二极管D1、D3，比较器A。电阻R10为4.7kΩ，R14为1MΩ，R18为1MΩ。电容C1为0.1μF，C2和C7都为1000pF。齐纳二极管D1、D3为5V齐纳二极管。比较器A的型号为LM2902。电容C7连接喷射输入信号DRVSIGNAL1和比较器A的负极端口。电阻R18，一端接比较器A的负极端口，另一端接地。齐纳二极管D3和电阻R18并联，阴极端接比较器A的负极端口，阳极端接地。电容C1一端接地，一端接电源VCC。电阻R8一端接地，另一端接比较器A的正极端口。电阻R14一端接电源VCC，另一端接比较器A的正极端口。齐纳二极管D1和电阻R8并联，阴极端接比较器A的正极端口，阳极端接地。电容C2连接比较器A的正极端口和输出端口。电阻R10连接电源VCC和比较器A的输出端口。该电路输入信号为喷射控制信号DRVSIGNAL1，输出给峰值维持电流设定电路的信号为比较器A的输出端口信号COUT1。
峰值维持电流设定电路包括比较器B，NPN三极管Q1，电阻R1、R2、R3、R5、R7、R11、R12、R16，电容C4。电阻R1、R2都为1MΩ，R3为4.7kΩ，R5为47kΩ，R7为20kΩ，R11为5.1kΩ，R12和R16都为为39kΩ。电容C4为0.01μF。NPN三极管Q1的型号为9013。比较器B的型号为LM2902。比较器A的输出信号COUT1输入三极管Q1的基极，三极管的发射极接地。电阻R16一端接电阻R12，另一端接地。电阻R12连接R16和三极管Q1的发射极。电阻R11一端与三极管Q1的发射极相连，另一端和电阻R7相连。电阻R7一端连接电源VCC，另一端连接电阻R11。电容C4一端连接电阻R11，另一端连接电阻R5。电阻R5连接电容C4和电阻R2。电阻R2一端接比较器B的正极端口，另一端接地。比较器B的负极端口输入来自高低边驱动及电流采样电路输出的电流反馈信号CRT1。电阻R1连接比较器B的正极端口和输出端口。电阻R3一端接电源VCC，另一端接比较器B的输出端口。该电路的输入信号为来自峰值维持脉宽产生电路的COUT1信号和来自高低边驱动及电流采样电路的CRT1信号，输出到防止误喷射电路的信号为比较器B的输出端口信号COUT2。
防止误喷射电路包括比较器C，电阻R4、R6、R9、R13、R15、R17。电阻R4为4.7kΩ，R6和R9都为100kΩ，R13为39kΩ，R15和R17都为1kΩ。比较器C的型号为LM2902。电阻R6一端连接比较器B的输出端口，另一端连接比较器C的正极端口。电阻R9一端连接喷射控制信号DRVSIGNAL1，另一端连接比较器C的正极端口。电阻R15一端连接比较器C的正极端口，另一端接地。电阻R17一端连接比较器C的负极端口，另一端接地。电阻R13一端连接电源VCC，另一端连接比较器C的负极端口。电阻R4一端连接电源VCC，另一端连接比较器C的输出端口。该电路的输入信号为喷射控制信号DRVSIGNAL1和来自峰值维持电流设定电路的COUT2信号，输出给高低边驱动及电流采样电路的信号为比较器C的输出端口信号COUT3。
高低边驱动及电流采样电路包括高低边驱动器，运算放大器，MOSFET芯片Q2、Q3，二极管MUR1、D2、D4，电阻R19、R20、R21、R22、R23、R25，采样电阻R24，电容C3、C5、C6、C8、C9、C10。电阻R19、R20和R21都为100Ω，R22为6.8kΩ，R23为1kΩ，R25为2.2kΩ。采样电阻R24的型号为0.01Ω，功率2W。电容C3、C6和C10都为0.1μF，C5为4.7μF，C8为47nF，C9为0.01μF。二极管MUR1的12V稳压二极管，二极管D2为齐纳15V二极管，二极管D4为SK55L泻流二极管。MOSFET芯片Q2和Q3的型号为IRLR2905。运算放大器的型号为AD8051。高低边驱动器的型号为IR2101。电容C3一端接电平V_D12，另一端接地。高低边驱动器端口1接电平V_D12，端口2接比较器C的输出端口信号，端口3接喷射控制信号DRVSIGNAL1，端口4接地，端口5接电阻R20，端口6接电容C6，端口7接电阻R19，端口8接二极管MUR1阴极。二极管MUR1的阳极接电平V_D12，阴极接高低边驱动器的端口8。电容C5的正极接高低边驱动器的端口8，负极接高低边驱动器的端口6。电容C6两端连接高低边驱动器的端口8和端口6。二极管D2的阳极接高低边驱动器的端口6，阴极接MOSFET芯片Q2的栅极。二极管D4的阴极接高低边驱动器的端口6，阳极接地。电阻R19一端接高低边驱动器的端口7，另一端接MOSFET芯片Q2的栅极。电阻R20一端接高低边驱动器的端口5，另一端接MOSFET芯片Q3的栅极。MOSFET芯片Q2的漏极接电源VBAT，源极接电磁阀一端。MOSFET芯片Q3的漏极接电磁阀的另一端，源极接采样电阻R24。采样电阻R24一端接MOSFET芯片Q3的源极，另一端接地。电阻R21一端接电容C10，另一端接采样电阻R24。电容C10和C8并联，一端接电阻R21，另一端接地。电阻R23一端接运算放大器的负极，另一端接地。电阻R22一端接运算放大器的负极，另一端接电阻R25。电阻R25一端接电阻R22，另一端接运算放大器的输出端口。电容C9一端接电源VCC，另一端接地。运算放大器的输出端口信号是CRT1。该电路的输入信号为喷射控制信号DRVSIGNAL1和来自防止误喷射电路的信号COUT3，输出信号为电流反馈信号CRT1，CRT1信号输入峰值维持电流设定电路。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：1.简化了喷射驱动控制方式，单片机只需要发出喷射方波脉冲即可，选缸脉冲和喷射脉冲完全一样，单片机不用占用很大资源来产生复杂的喷射控制脉冲。2.电路的可配置性较高，通过电路中不同电阻值的设定，可以实现不同峰值电流和维持电流的设定。3.电路的可靠性提高，通过电路模块的设计，可以有效地防止误喷射发生。
附图说明
图1为驱动电流示意图。
图2为本实用新型电路示意图。
图3为工作过程部分信号图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图进一步说明本实用新型。
图1为驱动电流示意图。图2为本实用新型电路示意图。图3为工作过程部分信号图。
整个驱动电路包括峰值维持脉宽产生电路、峰值维持电流设定电路、防止误喷射电路、高低边驱动及电流采样电路四部分组成。峰值维持脉宽产生电路由比较器A和两路RC电路组成，喷射驱动脉冲信号输入一路RC电路，然后输入LM2902比较器A负极端口。当脉冲输入端为低电平时，比较器A正极端口的电平比负极端口高，则比较器A输出低电平。在脉冲输入端变成高电平后，比较器A的正极端口电平从0V上升到2.5V，负极端口电平从5V下降到0V，在两端口电平相等前，比较器A输出高电平。该段高电平的宽度即为峰值电流脉宽。
峰值维持电流设定电路包括LM2902比较器B、NPN三极管、电阻和电容。比较器A输出的峰值脉冲通过NPN三极管组成的电阻配置电路，在比较器B的正极端口形成两种不同的电平，比较器B的负极端口为采样电流经过运算放大器放大后的电平，相应的比较器B的输出端口对不同电平进行比较控制，即可实现不同峰值和维持电流的配置。
防止误喷射电路由比较器C和一系列电阻组成，在喷射信号输入端为低电平时，比较器C的正极端口的电平一直低于负极端口的电平，因此输出端口的电平一直为低，可以有效防止误喷射的发生。
高低边驱动及电流采样电路由高低边驱动器IR2101、MOSFET、二极管、电阻、电容、高精度的功率采样电阻、AD8051运算放大器等组成。比较器C的输出控制信号作为高边驱动控制信号，喷射控制脉冲作为低边驱动控制信号，可以有效地实现高低边驱动方式。通过电阻配置可以实现电流的采样和放大。采样后的电平与设定的电平比较，实现不同峰值和维持电流的电流控制方式。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：首先，通过LM2902比较器和相应的电路设置在硬件上实现了峰值电流脉宽的产生；其次，通过不同的电阻设置可以实现不同幅值的峰值和维持电流设置；最后，本驱动电路具有较高的可靠性，可以有效地防止误喷射发生。
Claims (5)
1、一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括峰值维持脉宽产生电路、峰值维持电流设定电路、防止误喷射电路、高低边驱动及电流采样电路；
所述峰值维持脉宽产生电路包括电阻R10、R14、R18，电容C1、C2、C7，齐纳二极管D1、D3，比较器A；电容C7连接喷射输入信号DRVSIGNAL1和比较器A的负极端口；电阻R18一端接比较器A的负极端口，另一端接地；齐纳二极管D3和电阻R18并联，阴极端接比较器A的负极端口，阳极端接地；电容C1一端接地，一端接电源VCC；电阻R8一端接地，另一端接比较器A的正极端口；电阻R14一端接电源VCC，另一端接比较器A的正极端口；齐纳二极管D1和电阻R8并联，阴极端接比较器A的正极端口，阳极端接地；电容C2连接比较器A的正极端口和输出端口；电阻R10连接电源VCC和比较器A的输出端口；
所述峰值维持电流设定电路包括比较器B，NPN三极管Q1，电阻R1、R2、R3、R5、R7、R11、R12、R16，电容C4；比较器A的输出信号COUT1输入三极管Q1的基极，三极管的发射极接地；电阻R16一端接电阻R12，另一端接地；电阻R12连接R16和三极管Q1的发射极；电阻R11一端与三极管Q1的发射极相连，另一端和电阻R7相连；电阻R7一端连接电源VCC，另一端连接电阻R11；电容C4一端连接电阻R11，另一端连接电阻R5；电阻R5连接电容C4和电阻R2；电阻R2一端接比较器B的正极端口，另一端接地；比较器B的负极端口输入来自高低边驱动及电流采样电路输出的电流反馈信号CRT1；电阻R1连接比较器B的正极端口和输出端口；电阻R3一端接电源VCC，另一端接比较器B的输出端口
所述防止误喷射电路包括比较器C，电阻R4、R6、R9、R13、R15、R17；电阻R6一端连接比较器B的输出端口，另一端连接比较器C的正极端口；电阻R9一端连接喷射控制信号DRVSIGNAL1，另一端连接比较器C的正极端口；电阻R15一端连接比较器C的正极端口，另一端接地；电阻R17一端连接比较器C的负极端口，另一端接地；电阻R13一端连接电源VCC，另一端连接比较器C的负极端口；电阻R4一端连接电源VCC，另一端连接比较器C的输出端口；
所述高低边驱动及电流采样电路包括高低边驱动器，运算放大器，MOSFET芯片Q2、Q3，二极管MUR1、D2、D4，电阻R19、R20、R21、R22、R23、R25，采样电阻R24，电容C3、C5、C6、C8、C9、C10；电容C3一端接电平V_D12，另一端接地；高低边驱动器端口1接电平V_D12，端口2接比较器C的输出端口信号，端口3接喷射控制信号DRVSIGNAL1，端口4接地，端口5接电阻R20，端口6接电容C6，端口7接电阻R19，端口8接二极管MUR1阴极；二极管MUR1的阳极接电平V_D12，阴极接高低边驱动器的端口8；电容C5的正极接高低边驱动器的端口8，负极接高低边驱动器的端口6；电容C6两端连接高低边驱动器的端口8和端口6；二极管D2的阳极接高低边驱动器的端口6，阴极接MOSFET芯片Q2的栅极；二极管D4的阴极接高低边驱动器的端口6，阳极接地；电阻R19一端接高低边驱动器的端口7，另一端接MOSFET芯片Q2的栅极；电阻R20一端接高低边驱动器的端口5，另一端接MOSFET芯片Q3的栅极；MOSFET芯片Q2的漏极接电源VBAT，源极接电磁阀一端；MOSFET芯片Q3的漏极接电磁阀的另一端，源极接采样电阻R24；采样电阻R24一端接MOSFET芯片Q3的源极，另一端接地；电阻R21一端接电容C10，另一端接采样电阻R24；电容C10和C8并联，一端接电阻R21，另一端接地；电阻R23一端接运算放大器的负极，另一端接地；电阻R22一端接运算放大器的负极，另一端接电阻R25；电阻R25一端接电阻R22，另一端接运算放大器的输出端口；电容C9一端接电源VCC，另一端接地。
2、根据权利要求1所述的一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路，其特征在于，所述电阻R10为4.7kΩ，R14为1MΩ，R18为1MΩ；电容C1为0.1μF，C2和C7为1000pF；齐纳二极管D1、D3为5V齐纳二极管；比较器A的型号为LM2902。
3、根据权利要求1所述的一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路，其特征在于，所述电阻R1、R2都为1MΩ，R3为4.7kΩ，R5为47kΩ，R7为20kΩ，R11为5.1kΩ，R12和R16都为为39kΩ；电容C4为0.01μF；NPN三极管Q1的型号为9013；比较器B的型号为LM2902。
4、根据权利要求1所述的一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路，其特征在于，所述电阻R4为4.7kΩ，R6和R9都为100kΩ，R13为39kΩ，R15和R17都为1kΩ；比较器C的型号为LM2902。
5、根据权利要求1所述的一种天然气发动机电磁阀喷射驱动电路，其特征在于，电阻R19、R20和R21都为100Ω，R22为6.8kΩ，R23为1kΩ，R25为2.2kΩ；采样电阻R24的型号为0.01Ω，功率2W；电容C3、C6和C10为0.1μF，C5为4.7μF，C8为47nF，C9为0.01μF；二极管MUR1的12V稳压二极管，二极管D2为齐纳15V二极管，二极管D4为SK55L泻流二极管；MOSFET芯片Q2和Q3的型号为IRLR2905；运算放大器的型号为AD8051；高低边驱动器的型号为IR2101。
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2008
- 2008-01-25 CN CNU2008200787394U patent/CN201148923Y/zh not_active Expired - Lifetime
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