螺線管驅動裝置的制造方法

螺線管驅動裝置的制造方法
【專利摘要】螺線管驅動裝置。一種螺線管驅動裝置(10)的電壓限制電路(32)包括限制通過升壓電壓電源電路(14)生成的升壓電壓的值的功能。電壓限制電路(32)配備有升壓電壓比較單元(52)和升壓電壓放電單元(54)。升壓電壓比較單元(52)比較升壓電壓的分壓值與參考電壓值，并且在分壓值高于參考電壓值的情況下，升壓電壓放電單元(54)將分壓值降低為小于或等于參考電壓值。
【專利說明】
螺線管驅動裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種驅動充當電感負載的螺線管(solenoid)的螺線管驅動裝置。
【背景技術】
[0002]對于直接向發動機的氣缸內部噴射燃油的燃油噴射裝置(噴油器)，通過對充當電感負載的螺線管強加高壓并且使得其中流過大電流來導致噴油器的閥門開啟狀態，隨后，通過使小的保持電流流向螺線管來維持閥門開啟狀態。在這種情況下，使電源電壓升壓并且通過諸如DC-DC轉換器等的升壓電壓電源裝置來生成高壓(升壓電壓)，并且通過將升壓電壓施加到螺線管來將噴油器置于閥門開啟狀態。
[0003]在日本專利N0.4343380中，公開了通過將作為電壓限制裝置的恒壓二極管相對于構成DC-DC轉換器的高壓充電電容器并聯連接來限制升壓電壓的值(電容器的電壓值)使其小于或等于預定電壓值的特征。

【發明內容】

[0004]然而，當使用這種恒壓二極管時，恒壓二極管本身在限制升壓電壓期間生成熱。因此，當限制升壓電壓的值時，恒壓二極管的電壓精度劣化。結果，施加到螺線管的升壓電壓的值趨向于變化，并且存在從噴油器噴射到氣缸內部的燃油噴射量發生變化的可能性。
[0005]在考慮到上述問題的同時設計出本發明，本發明的目的在于提供一種能夠抑制升壓電壓的值由于熱而發生的變化的螺線管驅動裝置。
[0006]本發明涉及一種螺線管驅動裝置，包括:螺線管驅動單元，其被配置為驅動螺線管;升壓電壓電源單元，其被配置為通過將提供給螺線管驅動單元的電源電壓升壓來生成升壓電壓;再生單元，其被配置為當螺線管驅動單元關斷時在升壓電壓電源單元中再生出通過螺線管生成的再生能量；以及升壓電壓限制單元，其被配置為限制升壓電壓的值使其小于或等于預定電壓值。
[0007]另外，為了實現上述目的，在該螺線管驅動裝置中，升壓電壓限制單元還包括:升壓電壓比較單元，其被配置為比較升壓電壓的值與預定電壓值；以及升壓電壓放電單元，其被配置為在升壓電壓比較單元確定升壓電壓的值高于預定電壓值的情況下減小升壓電壓的值。
[0008]利用升壓電壓電源單元，由于通過再生單元從螺線管向升壓電壓電源單元再生再生能量，生成過度升壓的電壓。升壓電壓限制單元將電壓被過度升壓的升壓電壓的值限制為小于或等于預定電壓值。在這種情況下，升壓電壓放電單元負責限制升壓電壓的值的功能并且在限制電壓時生成熱。
[0009]因此，根據本發明，比較升壓電壓的值與預定電壓值的升壓電壓比較單元以及升壓電壓放電單元彼此分離地設置。因此，來自升壓電壓放電單元的熱對升壓電壓比較單元的影響被抑制，升壓電壓比較單元中確定升壓電壓的值的處理可高精度地進行。
[0010]結果，利用本發明，可抑制由熱導致的升壓電壓的值的變化。另外，可進行電路配置的布局以抑制熱對升壓電壓比較單元的影響。
[0011]另外，在本發明中，術語“螺線管”包括各種類型的螺線管的含義，例如上述噴油器的螺線管以及向噴油器供應燃油的燃油栗的螺線管等。因此，根據本發明的螺線管驅動裝置不限于噴油器和燃油栗的驅動控制裝置，能夠被應用于用于驅動各種類型的螺線管的驅動控制裝置。
[0012]順便提一句，根據日本專利N0.4343380，用于限制電流值的裝置沒有設置在地與電容器和恒壓二極管之間的路徑中。因此，當限制升壓電壓時，從電容器流動的放電電流的波形變陡，并且存在電容器將變得劣化從而導致其電容值降低的問題等。
[0013]因此，在本發明中，升壓電壓放電單元還包括:開關單元，其被配置為基于升壓電壓比較單元的判斷結果導通或關斷；以及電流限制電阻裝置，其被配置為當開關單元導通時限制在升壓電壓電源單元中流動的放電電流。由于通過電流限制電阻裝置抑制放電電流的值并且防止放電電流的波形變陡，所以可有效地防止電容器的劣化。
[0014]另外，如果電流限制電阻裝置通過被分成多個電阻器來構成，則可在各個電阻器之間劃分電流限制電阻裝置所消耗的功率。通過此特征，各個電阻器的電阻值和額定功率可降低。
[0015]另外，如果多個電阻器串聯連接，則各個電阻器變得易于被鋪設在基板上。
[0016]本發明的以上和其它目的、特征和優點將從以下結合附圖的描述變得更顯而易見，附圖中通過例示性示例示出了本發明的優選實施方式。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據本發明的實施方式的螺線管驅動裝置的電路圖；
[0018]圖2是圖1所示的電壓限制電路的電路圖；
[0019]圖3A是電流限制電阻裝置的各個電阻器并聯連接的情況的電路圖；以及
[0020]圖3B是電流限制電阻裝置的各個電阻器串聯連接的情況的電路圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將參照附圖詳細描述根據本發明的螺線管驅動裝置的優選實施方式。
[0022]如圖1所示，例如，根據本實施方式的螺線管驅動裝置10可被應用于直接向發動機的氣缸中噴射燃油的直接噴射型噴油器的驅動控制裝置以及向上述噴油器供應燃油的燃油栗的驅動控制裝置。更具體地講，螺線管驅動裝置10包括相對于車輛的電池12并聯連接的升壓電壓電源電路(升壓電壓電源單元)14以及螺線管驅動電路(螺線管驅動單元)16。
[0023]升壓電壓電源電路14通過將電池12的電源電壓升壓來生成高壓(升壓電壓)，并且通過將所生成的升壓電壓提供給噴油器等的高壓驅動電路18來操作高壓驅動電路18。
[0024]更具體地講，在升壓電壓電源電路14中，線圈20的一端連接到電池12的正極，而線圈20的另一端連接到N溝道增強模式MOSFET 22的漏極端子。MOSFET 22的源極端子連接到電池12的負(接地)電極。MOSFET 22的柵極端子連接到控制單元24。寄生二極管26形成在MOSFET 22的漏極端子與源極端子之間。
[0025]由二極管28和電容器30構成的串聯電路相對于MOSFET22并聯連接。更具體地講，二極管28的陽極端子連接到線圈20的另一端和MOSFET 22的漏極端子。二極管28的陰極端子連接到電容器30(是電解電容器)。電壓限制電路(電壓限制單元)32和高壓驅動電路18并聯連接到生成升壓電壓的高壓充電電容器30
[0026]另一方面，通過將電池12的電源電壓施加到燃油栗34的螺線管36的螺線管驅動電路16，螺線管36作為電感負載被驅動。
[0027]更詳細地，利用螺線管驅動電路16，由P溝道增強模式MOSFET38和二極管40構成的串聯電路相對于電池12并聯連接。更具體地講，MOSFET 38的漏極端子連接到電池12的正極，MOSFET 38的源極端子和二極管40的陰極端子彼此連接，二極管40的陽極端子連接到電池12的負極。MOSFET 38的柵極端子連接到控制單元42，寄生二極管44形成在MOSFET 38的漏極端子與源極端子之間。
[0028]螺線管36的一端連接在MOSFET 38的源極端子與二極管40的陰極端子之間。螺線管36的另一端通過N溝道增強模式MOSFET 46連接到電池12的負極。更具體地講，MOSFET 46的漏極端子連接到螺線管36的另一端，MOSFET 46的源極端子連接到電池12的負極，寄生二極管48形成在MOSFET 46的漏極端子與源極端子之間。MOSFET 46的柵極端子連接到控制單元42。
[0029]二極管(再生單元)50的陽極端子連接在螺線管36的另一端與MOSFET 46的漏極端子之間，二極管50的陰極端子連接在電容器30與構成升壓電壓電源電路14的二極管28的陰極端子之間。
[0030]電壓限制電路32是用于限制升壓電壓的值的升壓電壓限制單元，并且如圖2所示，包括升壓電壓比較單元52和升壓電壓放電單元54。
[0031]升壓電壓比較單元52包括三個電阻器56至60和比較器62。由兩個電阻器56、58構成的串聯電路相對于電容器30并聯連接。比較器62的正相輸入端子(+輸入端子)連接到兩個電阻器56、58之間的連接點，比較器62的反相輸入端子(-輸入端子)連接到電阻器60。
[0032]在這種情況下，通過兩個電阻器56和58分壓的升壓電壓被提供給比較器62的正相輸入端子，而通過電阻器60將參考電壓提供給反相輸入端子。比較器62的輸出端子連接到構成升壓電壓放電單元54的MOSFET(開關單元)64的柵極端子。
[0033]升壓電壓放電單元54包括N溝道增強模式MOSFET 64和電流限制電阻裝置66。在這種情況下，由MOSFET 64和電流限制電阻裝置66構成的串聯電路相對于電容器30、由兩個電阻器56、58構成的串聯電路以及高壓驅動電路18并聯連接。
[0034]更具體地講，電流限制電阻裝置66的一端相對于電容器30和高壓驅動電路18以及電阻器56的一端連接。電流限制電阻裝置66的另一端連接到MOSFET 64的漏極端子。MOSFET64的源極端子連接到電容器30和高壓驅動電路18以及電阻器58的另一端。
[0035]電流限制電阻裝置66通過將多個電阻器68串聯連接在一起來構成。更具體地講，電流限制電阻裝置66通過利用布線70將單獨的多個電阻器68串聯連接來構造。作為其一個示例，如圖2所示，示出通過利用九條布線70將八個電阻器68串聯連接來構造電流限制電阻裝置66的情況。
[0036]根據本實施方式的螺線管驅動裝置10基本上如上所述構造。接下來，參照圖1和圖2，將描述螺線管驅動裝置10的連接操作。在這種情況下，將分別描述螺線管驅動裝置10的升壓電壓電源電路14、螺線管驅動電路16、二極管50和電壓限制電路32的操作。
[0037]首先，將描述升壓電壓電源電路14的操作。
[0038]當控制單元24將選通信號提供給MOSFET22的柵極端子時，MOSFET 22的漏極端子與源極端子之間的結從關斷切換為導通。因此，電流通過線圈20和MOSFET 22從電池12的正極流向電池12的負極。
[0039]接下來，當控制單元24通過停止提供選通信號而使MOSFET 22關斷時，在線圈20中流動的電流通過二極管28流向電容器30并且對電容器30充電。因此，在電容器30中生成電池12的電源電壓被升壓的高壓(升壓電壓)。所生成的升壓電壓被施加到例如高壓驅動電路18，并且作為高壓驅動電路18驅動構成噴油器的螺線管。
[0040]例如，通過控制單元24執行PWM控制(其通過調節作為選通信號的脈沖信號的脈沖寬度來改變升壓電壓的值)，期望的值和持續時間的升壓電壓從升壓電壓電源電路14施加到高壓驅動電路18，從而使得噴油器的螺線管能夠被驅動。另外，通過控制單元24執行PWM控制，固定值和固定寬度的脈沖電壓(升壓電壓)從升壓電壓電源電路14重復地施加到高壓驅動電路18，由此可維持螺線管的被驅動狀態。
[0041 ]接下來，將描述螺線管驅動電路16的操作。
[0042]當控制單元42將選通信號分別提供給MOSFET 38和MOSFET 46的柵極端子時，MOSFET 38、46的漏極端子與源極端子之間的結二者均從關斷切換為導通。因此，電流通過MOSFET 38、螺線管36和MOSFET 46從電池12的正極流向電池12的負極。結果，由于電池12的電源電壓被施加到螺線管36，燃油栗34被驅動，并且燃油可被供應給噴油器。
[0043]此外，當停止從控制單元42向MOSFET 38、46的柵極端子提供選通信號時，MOSFET38、46分別切換為關斷，隨之螺線管36的驅動暫停。另外，例如，利用控制單元42，在MOSFET46導通的條件下，固定寬度的脈沖作為選通信號被重復地提供給MOSFET 38，由此重復地實現MOSFET 38的導通和關斷狀態，可按照預定電流驅動螺線管36。
[0044]另外，在MOSFET 46處于導通狀態的時候MOSFET 38重復地導通和關斷的情況下，在螺線管36中生成浪涌電壓，由浪涌電壓導致的電流通過MOSFET 46、電池12的負極和二極管40從螺線管36的另一端被換流至一端。在這種情況下，由于MOSFET 38導通和關斷的周期較短，所以換流能量可減小。
[0045]接下來，將描述作為再生單元的二極管50的操作。
[0046]當停止從控制單元42向MOSFET 38、46的柵極端子提供選通信號并且MOSFET 38、46關斷時，在螺線管36中生成浪涌電壓，并且電流通過二極管50從螺線管36的另一端流向電容器30的正電極側。電流是再生電流，其流動以便在電容器30中生成已經累積在螺線管36中的再生能量(導致浪涌電壓)，繼而通過二極管50、電容器30、電池12的負極和二極管40從螺線管36的另一端流向螺線管36的一端。結果，通過在作為電感負載的螺線管36中流動的再生電流，螺線管36的再生能量累積并存儲在電容器30中。
[0047]接下來，將描述作為升壓電壓限制單元的電壓限制電路32的操作。
[0048]如先前所討論的，再生電流從螺線管36流向電容器30，并且由于螺線管36的再生能量被累積并存儲在電容器30中，通過升壓電壓電源電路14生成過度升壓的電壓。因此，需要限制變得過度的升壓電壓的值使其小于或等于預定電壓值。
[0049]傳統上，例如如日本專利N0.4343380中所公開的，通過相對于電容器并聯連接恒壓二極管，升壓電壓的值被限制為小于或等于預定電壓值。然而，當使用恒壓二極管時，恒壓二極管本身在限制升壓電壓期間生成熱。因此，當限制升壓電壓的值時，恒壓二極管的電壓精度劣化。結果，施加到高壓驅動電路的升壓電壓的值趨向于變化，并且存在從噴油器向氣缸內部噴射的燃油噴射量發生變化的可能性。
[0050]因此，利用根據本實施方式的螺線管驅動裝置10，如圖1和圖2所示，電壓限制電路32與電容器30并聯連接。
[0051]在這種情況下，升壓電壓通過兩個電阻器56、58來分壓，并且在這種分壓之后，升壓電壓被提供給升壓電壓比較單元52的比較器62的正相輸入端子。比較器62比較在其分壓之后的升壓電壓的值(分壓值)與通過電阻器60輸入到反相輸入端子的參考電壓的值(與預定電壓值對應的參考電壓值)。
[0052]更具體地講，在分壓值小于或等于參考電壓值的情況下，比較器62從輸出端子輸出基本上零(O)電平信號(低電平信號)，而在分壓值超過參考電壓值的情況下，比較器62從輸出端子輸出高電平信號。換句話講，比較器62比較分壓值與參考電壓值，并且如果確定分壓值高于參考電壓值，則將高電平信號提供給MOSFET 64的柵極端子。
[0053]在從比較器62的輸出端子向柵極端子提供低電平信號的情況下，升壓電壓放電單元54的MOSFET 64維持漏極端子與源極端子之間的關斷狀態，而在從輸出端子向柵極端子提供高電平信號的情況下，MOSFET 64使漏極端子與源極端子之間的結導通。
[0054]因此，如果MOSFET 64導通，則電流限制電阻裝置66的另一端子通過MOSFET 64連接到電容器30的負極。結果，累積并存儲在電容器30中的能量放電，成為從電容器30的正端子通過電流限制電阻裝置66和MOSFET 64流向電容器30的負端子的放電電流。
[0055]在這種情況下，由于電流限制電阻裝置66被設置在放電電流流經的路徑中，所以可抑制放電電流的值，并且可防止放電電流的波形變陡。
[0056]比較器62能夠一直監測升壓電壓的值。因此，通過使累積并存儲在電容器30中的能量放電，如果分壓值小于或等于參考電壓值，從輸出端子輸出低電平信號。因此，MOSFET64從導通切換為關斷，電容器30的放電操作可停止。
[0057]如上面已描述的，依據根據本實施方式的螺線管驅動裝置10，電壓限制電路32還包括:升壓電壓比較單元52，用于比較升壓電壓的值(分壓值)與預定電壓值(與之對應的參考電壓值)；以及升壓電壓放電單元54，用于在升壓電壓比較單元52確定分壓值高于參考電壓值的情況下減小升壓電壓的值。
[0058]由于通過二極管50從螺線管36向升壓電壓電源電路14中再生的再生能量，通過升壓電壓電源電路14生成過度升壓的電壓。電壓限制電路32限制電壓過度升壓的升壓電壓的值使其小于或等于預定電壓值。在這種情況下，升壓電壓放電單元54負責限制升壓電壓的值的功能，并且在限制電壓時生成熱。
[0059]根據本實施方式，比較升壓電壓的分壓值與參考電壓值的升壓電壓比較單元52以及升壓電壓放電單元54彼此分離地設置。因此，來自升壓電壓放電單元54的熱對升壓電壓比較單元52的影響被抑制，在升壓電壓比較單元5 2中確定升壓電壓的值的處理可按照高精度來進行。
[0060]結果，通過本實施方式，可抑制由熱導致的升壓電壓的值的變化。另外，可進行電路配置的布局以抑制熱對升壓電壓比較單元52的影響。
[0061 ]順便提一句，根據日本專利N0.4343380，用于限制電流值的單元沒有設置在地與電容器和恒壓二極管之間的路徑中。因此，當限制升壓電壓時，從電容器流動的放電電流的波形變陡，并且存在電容器將變得劣化從而導致其電容值降低等問題。
[0062]因此，在本實施方式中，升壓電壓放電單元54還包括= MOSFET 64，其基于升壓電壓比較單元52的判斷結果來導通或關斷；以及電流限制電阻裝置66，其限制當MOSFET 64導通時流動的放電電流。由于通過電流限制電阻裝置66抑制放電電流的值并且可防止放電電流的波形變陡，所以可有效地防止電容器30劣化。
[0063]另外，電流限制電阻裝置66通過被分成多個電阻器68來構成，由此可在各個電阻器68之間劃分電流限制電阻裝置66所消耗的功率。通過此特征，各個電阻器68的電阻值和額定功率可降低。
[0064]另外，通過將多個電阻器68串聯連接在一起，各個電阻器68變得易于被鋪設在基板上。關于此結果，將參照圖3A和圖3B更詳細地給出描述。
[0065]圖3A示出根據比較例的電流限制電阻裝置72，其中多個電阻器68并聯連接。在這種情況下，電流限制電阻裝置72的八個單獨的電阻器68并聯連接，因此，總共需要十六條布線70，其中八條在電流限制電阻裝置72的一端側，八條在另一端側。因此，當各個電阻器68被鋪設在基板(未示出)上時，難以自由地鋪設各個電阻器68。
[0066]與之相比，在圖3B所示的本實施方式中的電流限制電阻裝置66中，多個電阻器68串聯連接。在這種情況下，電流限制電阻裝置66使得八個單獨的電阻器68能夠僅利用總共九條布線70就連接起來。因此，各個電阻器68能夠被自由地鋪設在基板上。
[0067]根據本發明的螺線管驅動裝置不限于上述實施方式，在不脫離本發明的實質的情況下，這里可采用各種附加或修改配置。
[0068]以上描述了當從燃油栗34的螺線管36通過二極管50在電容器30中再生出再生能量時，通過電壓限制電路32限制升壓電壓的值的情況。然而，本實施方式不限于以上描述，即使在從噴油器的螺線管通過未示出的二極管在電容器30中再生出再生能量的情況下，也可通過電壓限制電路32類似地限制升壓電壓的值。另外，盡管未示出，在本實施方式中，通過向升壓電壓比較單元52的比較器62增加遲滯電路，可防止升壓電壓的振蕩。另外，本發明不限于構成噴油器和燃油栗34的部件的螺線管的驅動控制裝置，可被應用于用于驅動各種類型的螺線管的驅動控制裝置。
【主權項】
1.一種螺線管驅動裝置(10)，該螺線管驅動裝置包括: 螺線管驅動單元(16)，該螺線管驅動單元被配置為驅動螺線管(36); 升壓電壓電源單元(14)，該升壓電壓電源單元被配置為通過將提供給所述螺線管驅動單元(16)的電源電壓升壓來生成升壓電壓； 再生單元(50)，該再生單元被配置為當所述螺線管驅動單元(16)關斷時，在所述升壓電壓電源單元(14)中再生通過所述螺線管(36)生成的再生能量；以及 升壓電壓限制單元(32)，該升壓電壓限制單元被配置為將所述升壓電壓的值限制為小于或等于預定電壓值， 其中，所述升壓電壓限制單元(32)還包括: 升壓電壓比較單元(52)，該升壓電壓比較單元被配置為比較所述升壓電壓的所述值與所述預定電壓值；以及 升壓電壓放電單元(54)，該升壓電壓放電單元被配置為在所述升壓電壓比較單元(52)確定所述升壓電壓的所述值高于所述預定電壓值的情況下，減小所述升壓電壓的所述值。2.根據權利要求1所述的螺線管驅動裝置(10)，其中，所述升壓電壓放電單元(54)還包括: 開關單元(64)，該開關單元被配置為基于所述升壓電壓比較單元(52)的判斷結果來導通或關斷；以及 電流限制電阻裝置(66)，該電流限制電阻裝置被配置為當所述開關單元(64)導通時，限制在所述升壓電壓電源單元(14)中流動的放電電流。3.根據權利要求2所述的螺線管驅動裝置(10)，其中，所述電流限制電阻裝置(66)通過被分成多個電阻器(68)來構成。4.根據權利要求3所述的螺線管驅動裝置(10)，其中，所述多個電阻器(68)串聯連接。
【文檔編號】F02M51/06GK105888865SQ201610084009
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月6日
【發明人】若井元志, 木村方哉
【申請人】株式會社京浜