專利名稱：一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路的制作方法
技術領域：
一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路，涉及電控天然氣發動機噴氣電磁閥的驅動電路， 屬于電控發動機硬件系統技術領域。
背景技術：
在電控天然氣發動機噴射系統中，對電磁閥的驅動控制是實現多點噴射精確控制的基礎。 電磁陶動作是通過控制驅動電流產生的電磁力實現的。關閉電磁閥時，接通驅動電路并產生 適當的驅動電流，驅動電流又通過電磁閥線圈產生足夠的電磁力驅動銜鐵運動并落座，從而 斷開電磁閥某條天然氣管路；電磁閥打開時，驅動電路斷開，不再產生驅動電流與電磁力， 銜鐵在復位彈簧的作用下復位，接通關閉時閉合的氣路。這是一個涉及到機、電、磁等諸多 因素相互作用的過程，使電磁閥銜鐵運動的機械能是由電磁力提供的，但電磁力受控于驅動 電流，而驅動電流又是由驅動電路控制的。
為達到保護電磁閥、提高可靠性等目的，電磁閥關閉過程對驅動電流大小、持續時間等 參數都有一定的要求，這些參數使驅動電流表現出特定的波形。現階段，綜合性能最好的是 '峰值+維持'波形的驅動電流，該電流波形如圖l所示。為了實現該類型的驅動電流，已 開發出一些驅動電路。如傳統的高低端驅動結構，各電磁閥共用一個高端驅動電路，包括一 個高端驅動電源和一個高端功率驅動管。每個電磁閥各有一套低端驅動電路，主要器件為一 低端功率三極管為檢測驅動電流，多在各電磁閥的公共端設置采樣電阻。工作時，通過改變 高端功率三極管控制脈沖的占空比調整驅動電流大小，通過選通低端功率三極管實現選缸功 能。該驅動電路雖然實現簡單，但是存在一些缺點首先，對驅動電流進行控制需要實現軟
件反饋，即單片機對驅動電流采樣，然后對控制脈沖占空比進行調制控制，軟件工作量較大， 同時控制頻率較低，精度無法提高。其次，在硬件驅動上無法有效防止誤噴射的發生。 傳統的天然氣電磁閥噴射驅動電路在驅動能力、控制可靠性上都需要改進。為克服以上
不足，本實用新型的任務是提高驅動電路能力，提高驅動可靠性；同時降低驅動電路的成本。發明內容
本實用新型的目的在于提出一種可配置式天然氣噴射電磁閥驅動電路。整個驅動電路包 括峰值維持脈寬產生電路、峰值維持電流設定電路、防止誤噴射電路、高低邊驅動及電流采 樣電路四部分組成。峰值維持脈寬產生電路包括比較器、保護二極管、電阻、電容等；峰值 維持電流設定電路包括比較器、三極管、電阻、電容等；防止誤噴射電路包括比較器、電阻、 電容等；高低邊驅動及電流采樣電路包括高低邊驅動芯片、二極管、電容、驅動管、運算放 大器、采樣電阻等。該控制電路接收噴射控制脈沖，自動產生峰值脈寬設定，可以維持驅動 電流在設定范圍內。
峰值維持脈寬產生電路由比較器A和兩路RC電路組成。包括電阻RIO、 R14、 R18，電容 Cl、 C2、 C7，齊納二極管D1、 D3，比較器A。電阻R10為4. 7k Q ， R14為1Mfi ， R18為1MQ。 電容Cl為O. lnF， C2和C7都為1000pF。齊納二極管D1、 D3為5V齊納二極管。比較器A 的型號為LM2902。電容C7連接噴射輸入信號DRVSIGNAL1和比較器A的負極端口。電阻R18， 一端接比較器A的負極端口，另一端接地。齊納二極管D3和電阻R18并聯，陰極端接比較器 A的負極端口，陽極端接地。電容C1一端接地， 一端接電源VCC。電阻R8—端接地，另一端 接比較器A的正極端口。電阻R14—端接電源VCC，另一端接比較器A的正極端口。齊納二 極管D1和電阻R8并聯，陰極端接比較器A的正極端口，陽極端接地。電容C2連接比較器A 的正極端口和輸出端口。電阻R10連接電源VCC和比較器A的輸出端口。該電路輸入信號為 噴射控制信號DRVSIGNAL1，輸出給峰值維持電流設定電路的信號為比較器A的輸出端口信號 C0UT1。
峰值維持電流設定電路包括比較器B， NPN三極管Q1，電阻R1、 R2、 R3、 R5、 R7、 Rll、
R12、 R16，電容C4。電阻R1、 R2都為1MQ， R3為4. 7kQ， R5為47kQ ， R7為20kQ， Rll
為5.1kQ,R12和R16都為為39kQ。電容C4為0.01yF。 NPN三極管Ql的型號為9013。比
較器B的型號為LM2902。比較器A的輸出信號C0UT1輸入三極管Ql的基極，三極管的發射
極接地。電阻R16—端接電阻R12，另一端接地。電阻R12連接R16和三極管Q1的發射極。
電阻R11—端與三極管Q1的發射極相連，另一端和電阻R7相連。電阻R7 —端連接電源VCC，
另一端連接電阻Rll。電容C4一端連接電阻R11，另一端連接電阻R5。電阻R5連接電容C4
和電阻R2。電阻R2—端接比較器B的正極端口，另一端接地。比較器B的負極端口輸入來
自高低邊驅動及電流采樣電路輸出的電流反饋信號CRT1。電阻Rl連接比較器B的正極端口
和輸出端口。電阻R3—端接電源VCC，另一端接比較器B的輸出端口。該電路的輸入信號為來自峰值維持脈寬產生電路的C0UT1信號和來自高低邊驅動及電流釆樣電路的CRT1信號，輸 出到防止誤噴射電路的信號為比較器B的輸出端口信號C0UT2。
防lh誤噴射電路包括比較器C，電阻R4、 R6、 R9、 R13、 R15、 R17。電阻R4為4. 7k Q , R6 和R9都為100kQ， R13為39kQ, R15和R17都為lk Q 。比較器C的型號為LM2902。電阻 R6—端連接比較器B的輸出端口，另一端連接比較器C的正極端口。電阻R9—端連接噴射 控制信號DRVSIGNAL1，另一端連接比較器C的正極端口 。電阻R15—端連接比較器C的正極 端口，另一端接地。電阻R17—端連接比較器C的負極端口，另一端接地。電阻R13—端連 接電源VCC,另一端連接比較器C的負極端口。電阻R4—端連接電源VCC，另一端連接比較 器C的輸出端口 。該電路的輸入信號為噴射控制信號DRVSIGNAL1和來自峰值維持電流設定電 路的C0UT2信號，輸出給高低邊驅動及電流采樣電路的信號為比較器C的輸出端口信號C0UT3 。
高低邊驅動及電流采樣電路包括高低邊驅動器，運算放大器，M0SFET芯片Q2、 Q3， 二極 管ML.R1、 D2、 D4，電阻R19、 R20、 R21、 R22、 R23、 R25，采樣電阻R24，電容C3、 C5、 C6、 C8、 C9、 CIO。電阻R19、 R20和R21都為100 。 ， R22為6. 8k Q ， R23為lk Q ， R25為2. 2k Q 。 采樣電阻R24的型號為0. 01Q,功率2W。電容C3、 C6和C10都為0. 1 y F, C5為4. 7 w F, C8 為47nF， C9為0. OlyF。 二極管MUR1的12V穩壓二極管，二極管D2為齊納15V 二極管，二 極管M為SK55L瀉流二極管。M0SFET芯片Q2和Q3的型號為IRLR2905。運算放大器的型號 為AD8051。高低邊驅動器的型號為IR2101。電容C3—端接電平V—D12，另一端接地。高低 邊驅動器端口 1接電平V—D12，端口 2接比較器C的輸出端口信號，端口3接噴射控制信號 DRVSIGNAL1，端口4接地，端口5接電阻R20，端口6接電容C6，端口7接電阻R19，端口8 接二極管MUR1陰極。二極管MUR1的陽極接電平V—D12，陰極接高低邊驅動器的端口 8。電容 C5的正極接高低邊驅動器的端口 8，負極接高低邊驅動器的端U 6。電容C6兩端連接高低邊 驅動器的端口 8和端口 6。 二極管D2的陽極接高低邊驅動器的端口 6，陰極接M0SFET芯片 Q2的柵極。二極管D4的陰極接高低邊驅動器的端口 6,陽極接地。電阻R19—端接高低邊驅 動器的端口 7，另一端接MOSFET芯片Q2的柵極。電阻R20 —端接高低邊驅動器的端口 5，另 一端接M0SFET芯片Q3的柵極。M0SFET芯片Q2的漏極接電源VBAT，源極接電磁閥一端。M0SFET 芯片Q3的漏極接電磁閥的另一端，源極接采樣電阻R24。采樣電阻R24 —端接M0SFET芯片 Q3的源極，另一端接地。電阻R21—端接電容C10，另一端接采樣電阻R24。電容C10和C8 并聯， 一端接電阻R21，另一端接地。電阻R23—端接運算放大器的負極，另一端接地。電 阻R22—端接運算放大器的負極，另一端接電阻R25。電阻R25—端接電阻R22，另一端接運算放大器的輸出端口。電容C9一端接電源VCC，另一端接地。運算放大器的輸出端口信號是 CRT1。該電路的輸入信號為噴射控制信號DRVSIGNAL1和來自防止誤噴射電路的信號C0UT3， 輸出信號為電流反饋信號CRT1， CRT1信號輸入峰值維持電流設定電路。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果為1.簡化了噴射驅動控制方式，單片機只需 要發出噴射方波脈沖即可，選缸脈沖和噴射脈沖完全一樣，單片機不用占用很大資源來產生 復雜的噴射控制脈沖。2.電路的可配置性較高，通過電路中不同電阻值的設定，可以實現不 同峰值電流和維持電流的設定。3.電路的可靠性提高，通過電路模塊的設計，可以有效地防 止誤噴射發生。
圖1為驅動電流示意圖。
圖2為本實用新型電路示意圖。
圖3為工作過程部分信號圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖進一步說明本實用新型。
圖l為驅動電流示意圖。圖2為本實用新型電路示意圖。圖3為工作過程部分信號圖。
整個驅動電路包括峰值維持脈寬產生電路、峰值維持電流設定電路、防止誤噴射電路、 高低邊驅動及電流采樣電路四部分組成。峰值維持脈寬產生電路由比較器A和兩路RC電路組 成，噴射驅動脈沖信號輸入一路RC電路，然后輸入LM2902比較器A負極端口。當脈沖輸入 端為低電平時，比較器A正極端口的電平比負極端口高，則比較器A輸出低電平。在脈沖輸 入端變成高電平后，比較器A的正極端口電平從0V上升到2.5V，負極端口電平從5V下降到 0V，在兩端口電平相等前，比較器A輸出高電平。該段高電平的寬度即為峰值電流脈寬。
峰值維持電流設定電路包括LM2902比較器B、 NPN三極管、電阻和電容。比較器A輸出 的峰值脈沖通過NPN三極管組成的電阻配置電路，在比較器B的正極端口形成兩種不同的電 平，比較器B的負極端口為采樣電流經過運算放大器放大后的電平，相應的比較器B的輸出 端口對不同電平進行比較控制，即可實現不同峰值和維持電流的配置。
防止誤噴射電路由比較器C和一系列電阻組成，在噴射信號輸入端為低電平時，比較器 C的正極端口的電平一直低于負極端口的電平，因此輸出端口的電平一直為低，可以有效防止誤噴射的發生。
高低邊驅動及電流采樣電路由高低邊驅動器IR2101、 MOSFET、 二極管、電阻、電容、高 精度的功率采樣電阻、AD8051運算放大器等組成。比較器C的輸出控制信號作為高邊驅動控 制信號，噴射控制脈沖作為低邊驅動控制信號，可以有效地實現高低邊驅動方式。通過電阻 配置可以實現電流的采樣和放大。采樣后的電平與設定的電平比較，實現不同峰值和維持電 流的電流控制方式。
本實用新型與現有技術相比，具有以下優點和效果首先，通過LM2902比較器和相應的 電路設置在硬件上實現了峰值電流脈寬的產生；其次，通過不同的電阻設置可以實現不同幅 值的峰值和維持電流設置；最后，本驅動電路具有較高的可靠性，可以有效地防止誤噴射發生。
權利要求1、一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路，其特征在于，所述驅動電路包括峰值維持脈寬產生電路、峰值維持電流設定電路、防止誤噴射電路、高低邊驅動及電流采樣電路；所述峰值維持脈寬產生電路包括電阻R10、R14、R18，電容C1、C2、C7，齊納二極管D1、D3，比較器A；電容C7連接噴射輸入信號DRVSIGNAL1和比較器A的負極端口；電阻R18一端接比較器A的負極端口，另一端接地；齊納二極管D3和電阻R18并聯，陰極端接比較器A的負極端口，陽極端接地；電容C1一端接地，一端接電源VCC；電阻R8一端接地，另一端接比較器A的正極端口；電阻R14一端接電源VCC，另一端接比較器A的正極端口；齊納二極管D1和電阻R8并聯，陰極端接比較器A的正極端口，陽極端接地；電容C2連接比較器A的正極端口和輸出端口；電阻R10連接電源VCC和比較器A的輸出端口；所述峰值維持電流設定電路包括比較器B，NPN三極管Q1，電阻R1、R2、R3、R5、R7、R11、R12、R16，電容C4；比較器A的輸出信號COUT1輸入三極管Q1的基極，三極管的發射極接地；電阻R16一端接電阻R12，另一端接地；電阻R12連接R16和三極管Q1的發射極；電阻R11一端與三極管Q1的發射極相連，另一端和電阻R7相連；電阻R7一端連接電源VCC，另一端連接電阻R11；電容C4一端連接電阻R11，另一端連接電阻R5；電阻R5連接電容C4和電阻R2；電阻R2一端接比較器B的正極端口，另一端接地；比較器B的負極端口輸入來自高低邊驅動及電流采樣電路輸出的電流反饋信號CRT1；電阻R1連接比較器B的正極端口和輸出端口；電阻R3一端接電源VCC，另一端接比較器B的輸出端口所述防止誤噴射電路包括比較器C，電阻R4、R6、R9、R13、R15、R17；電阻R6一端連接比較器B的輸出端口，另一端連接比較器C的正極端口；電阻R9一端連接噴射控制信號DRVSIGNAL1，另一端連接比較器C的正極端口；電阻R15一端連接比較器C的正極端口，另一端接地；電阻R17一端連接比較器C的負極端口，另一端接地；電阻R13一端連接電源VCC，另一端連接比較器C的負極端口；電阻R4一端連接電源VCC，另一端連接比較器C的輸出端口；所述高低邊驅動及電流采樣電路包括高低邊驅動器，運算放大器，MOSFET芯片Q2、Q3，二極管MUR1、D2、D4，電阻R19、R20、R21、R22、R23、R25，采樣電阻R24，電容C3、C5、C6、C8、C9、C10；電容C3一端接電平V_D12，另一端接地；高低邊驅動器端口1接電平V_D12，端口2接比較器C的輸出端口信號，端口3接噴射控制信號DRVSIGNAL1，端口4接地，端口5接電阻R20，端口6接電容C6，端口7接電阻R19，端口8接二極管MUR1陰極；二極管MUR1的陽極接電平V_D12，陰極接高低邊驅動器的端口8；電容C5的正極接高低邊驅動器的端口8，負極接高低邊驅動器的端口6；電容C6兩端連接高低邊驅動器的端口8和端口6；二極管D2的陽極接高低邊驅動器的端口6，陰極接MOSFET芯片Q2的柵極；二極管D4的陰極接高低邊驅動器的端口6，陽極接地；電阻R19一端接高低邊驅動器的端口7，另一端接MOSFET芯片Q2的柵極；電阻R20一端接高低邊驅動器的端口5，另一端接MOSFET芯片Q3的柵極；MOSFET芯片Q2的漏極接電源VBAT，源極接電磁閥一端；MOSFET芯片Q3的漏極接電磁閥的另一端，源極接采樣電阻R24；采樣電阻R24一端接MOSFET芯片Q3的源極，另一端接地；電阻R21一端接電容C10，另一端接采樣電阻R24；電容C10和C8并聯，一端接電阻R21，另一端接地；電阻R23一端接運算放大器的負極，另一端接地；電阻R22一端接運算放大器的負極，另一端接電阻R25；電阻R25一端接電阻R22，另一端接運算放大器的輸出端口；電容C9一端接電源VCC，另一端接地。
2、根據權利要求l所述的一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路，其特征在于，所述電 阻R10為4. 7kQ,R14為1MQ， R18為1MQ;電容Cl為0. 1 n F， C2和C7為1000pF;齊納二 極管D1、 D3為5V齊納二極管；比較器A的型號為LM2902。
3、根據權利要求l所述的一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路，其特征在于，所述 電阻R1、 R2都為1MQ， R3為4. 7kQ， R5為47kQ ， R7為20kQ， Rll為5. lk Q ， R12和R16 都為為39k Q ;電容C4為0. Olu F; NPN三極管Ql的型號為9013;比較器B的型號為LM2902。
4、 根據權利要求l所述的一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路，其特征在于，所述電 阻R4為4. 7kQ，R6和R9都為100kQ， R13為39kQ， R15和R17都為lk Q ;比較器C的型 號為LM2902。
5、 根據權利要求l所述的一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路，其特征在于，電阻 R19、 R20和R21都為100 Q， R22為6. 8k Q, R23為lk Q ， R25為2. 2kQ;采樣電阻R24的型 號為0. 01 Q ，功率2W;電容C3、 C6和C10為0. 1 y F, C5為4. 7 y F， C8為47nF， C9為0. 01 u F; 二極管MUR1的12V穩壓二極管，二極管D2為齊納15V 二極管，二極管D4為SK55L瀉流二極 管；M0SFET芯片Q2和Q3的型號為IRLR2905;運算放大器的型號為AD8051;高低邊驅動器 的型號為IR2101。
專利摘要一種天然氣發動機電磁閥噴射驅動電路，屬于電控發動機硬件系統技術領域。該驅動電路包括峰值維持脈寬產生電路、峰值維持電流設定電路、防止誤噴射電路等電路；電容C7連接噴射輸入信號DRVSIGNAL1和比較器A的負極端口；比較器A的輸出信號COUT1連接三極管Q1基極；電阻R1連接比較器B的正極端口和輸出端口；電阻R9一端連接噴射控制信號DRVSIGNAL1，另一端連接比較器C的正極端口；高低邊驅動器端口2接比較器C的輸出端口信號，端口8接二極管MUR1陰極；MOSFET芯片Q2的漏極接電源VBAT。本實用新型可實現峰值電流脈寬的產生；簡化噴射驅動控制方式；電路可配置性較高；可有效防止誤噴射發生。
文檔編號F02M21/02GK201148923SQ200820078739
公開日2008年11月12日 申請日期2008年1月25日 優先權日2008年1月25日
發明者李建秋, 歐陽明高, 洪木南, 章健勇, 林 陳 申請人:清華大學