專利名稱：帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明是一種應用于汽車產業，柴油機電控技術領域或其它需要驅動高速電磁鐵(閥)的領域，特指一種帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路。
背景技術：
在發動機控制中，為了在高速下達到良好的燃油噴射質量，需要噴油器快速的開啟，也就是要給噴油器驅動電磁閥提供比車輛蓄電池電壓高幾倍的具有一定能量的高驅動電壓，以使電磁線圈電流快速上升至最快開啟噴油器針閥所需的電流。一旦針閥達到正常位置后，只需要較小的電流來維持針閥的開啟狀態。同時，在電磁閥線圈電流被切斷時將產生較高的反向自感電壓和尖峰電壓，會對微處理器及相關電路產生干擾，這部分能量必須被吸收和利用。
發明內容
本發明的目的是為柴油機噴油器快速的開啟提供可靠的控制驅動方式，同時也可適用于其它驅動感性負載的相關應用領域的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路。
實現上述技術目的的技術方案是對噴油器的控制采用兩級供電驅動的方式來完成。高壓供電脈沖提供瞬間大電流，使噴油器針閥快速開啟；低壓供電，維持噴油器針閥的開啟狀態。其中高電壓控制輸出的方式為控制高壓脈沖電流的大小；蓄電池電系電壓控制輸出的方式為采用脈寬調制方式控制蓄電池電系的供電電流；且為實現不同時序的驅動要求，一組電源高位開關配合一組或多組低位開關使用。
驅動電路中，采取場效應管Q3為高電壓控制高位開關，漏極D接高電壓，源極S通過二級管D11接噴油器電磁閥線圈的一端即高端；場效應管Q8、Q9為低位開關，漏極D接噴油器電磁閥線圈另一端即低端，源極S接地；二極管D20、D22陽極接噴油器電磁閥線圈低端，陰極接高位開關Q3的漏極和高壓儲能電容TC2的陽極，為低位開關Q8、Q9關斷后的電磁線圈提供續流通道，并將電磁線圈的釋放能量回饋回高壓儲能電容TC2；二極管D10陽極接地，陰極接油嘴高端，為高電壓控制高位開關Q3關斷后的油嘴提供續流通道；蓄電池電系電壓控制輸出采用場效應管Q4為高位開關，漏極D接蓄電池電系電壓，源極S通過二級管D13接噴油器電磁閥線圈的一端即高端；同時根據需要可以在高位開關下接多組低位開關，因為高位開關打開只是為電磁閥提供快速開啟的高壓大電流，開啟時間很短，可以將其復用，一路高位開關可以與多路低位開關配合使用，以實現噴油器在同一工作循環的多次噴射。
升壓電路將蓄電池電系電壓提升到80V到150V，高位開關開啟的時間與負載噴油器線圈電流達到飽和的時間相關。
在發動機控制中，為了在高速下達到良好的燃油噴射質量，需要噴油嘴快速的開啟，也就是要給噴油器驅動電磁閥提供比車輛蓄電池電系電壓高幾倍的具有一定能量的高驅動電壓，以使電磁線圈電流快速上升至最快開啟噴油器針閥所需的電流。一旦針閥達到正常位置后，只需要較小的電流來維持針閥的開啟狀態。因此，對噴油器的控制要采用兩級供電的方式來完成。其中高壓開關通過控制導通的脈沖寬度，控制高壓脈沖電流的大小，以獲得最佳的開閥響應速度；低壓開關，通過脈寬調制(PWM)方式對由蓄電池電系供電的電流進行控制，以達到用小電流維持電磁閥開啟狀態的目的，本發明的有益效果是(1)在發動機控制中，對噴油器的控制采用兩級供電的方式完成，用高壓窄脈沖提供的大電流實現電磁閥的迅速開啟，用常壓PWM方式達到用小電流維持電磁閥開啟狀態的目的，從而實現在高速下達到良好的燃油噴射質量，同時減小系統的功耗和發熱。
(2)本發明將高低位開關組合使用，一路高位開關與多路低位開關復用，提高了器件的利用率，降低了成本。在性能上盡量的減小了噴油器電磁線圈上的能量損耗，大大提升了控制策略對噴油器的控制能力，同時也抑制了由于場效應管開關帶來的尖峰干擾能量。
(3)本發明的高壓發生電路能提供穩定的高壓電源，可滿足柴油機高壓共軌燃油噴射系統噴油器連續5次以上噴射所需要的能量。
圖1高低位開關組合驅動原理示意2高低位開關組合控制過程時序圖，圖中5.噴油器電磁線圈電流6.高位開關INH1控制信號 7.低位開關INL1控制信號 8.蓄電池電系電壓脈寬調制PWM信號INPWM1 9.脈寬調制INPWM1使能端圖3-1、3-2帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路4試驗波形圖，圖中1為高位開關控制波形，2為低位開關控制波形，4為負載電流波形，3為PWM控制波形具體實施方式
下面的實施例將對本發明予以進一步說明，但并不因此而限制本發明。
電路結構原理如圖1所示圖1中方框驅動1為一組驅動電路，其中場效應管Q3為高位開關；場效應管Q9為低位開關；二極管D22在場效應管Q9關斷后給油嘴L2提供能量泄放通道；二極管D10在場效應管Q3關斷后給油嘴1提供能量泄放通道；圖1中方框驅動2為另一低位開關電路，根據需要可以在高位開關下接多組低位開關。
其中具體電路構成如圖3-1、3-2所示脈寬調制控制器U4選用LM5020，場效應管選用IRF540；在本應用電路中，采用LM5020脈寬調制控制器驅動場效應管Q5、電感L1、電容TC2及二極管D9產生80到150V電壓作為驅動高壓，為噴油嘴針閥提供開啟大電流。
高電壓控制輸出電路中的高位開關Q3選用場效應管IRF540作開關管，驅動U2選用IR2117S及相關外圍電路；設置續流用二極管D10，起隔離與電系電壓控制輸出之間的互相影響的二極管D11。高電壓開啟開關電路采用負邏輯方式控制，即COMAON為低電平時高位開關打開。
蓄電池電系電壓控制輸出電路中的高位開關Q4選用場效應管IRF540作開關管，驅動U3選用IR2117S及相關外圍電路，起隔離與高電壓控制輸出之間的互相影響的二極管D13。
低位開關電路中的低位開關Q8～Q19選用場效應管IRF540作開關管，低位開關驅動U5、U6選用TPIC46L02及相關外圍電路，將IRF540的漏極分壓后反饋回芯片TPIC46L02，實現故障診斷功能。二極管D14～D20、D22、D24、D26、D28、D30，為續流二極管，為低位開關Q8～Q19關斷后的電磁線圈提供續流通道，并將電磁線圈的釋放能量回饋回高壓儲能電容TC2；上述電路組合按照圖2所示給定的時序進行工作噴油器針閥動作的時序，低位開關要先于高位開關打開，便于確定噴油器開啟時刻由高位開關H1決定，tH時間為噴油器線圈電流上升到第一個拐點時的時間，這段時間噴油器針閥將以最大的加速度上升，此時噴油器線圈電流可達到磁飽和狀態時的電流，但實用中不會使它達到飽和。在高位開關H1關閉后，噴油器線圈上的電流將下降，當下降到接近維持電流時，電系電壓脈寬調制PWM輸出為負載提供的維持電流開始起作用，保持噴油器針閥吸合狀態。噴油器針閥的關閉由低位開關控制。這樣便盡量的減小了噴油器針閥上的能量損耗，同時也減小了由于場效應管開關帶來的尖峰能量。這種配合通過軟件來控制各個場效應管的開啟時間，大大提高了器件的利用率，大大延長了噴油器的壽命，增加了系統可靠性，抑制了電磁脈沖干擾，降低了成本。
本實施例的組合電路按照給定的時序要求工作，達到很好的效果，試驗實測波形見圖4。
權利要求
1.帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于采用兩級供電的驅動電路控制噴油器，高壓輸出的方式為控制高壓脈沖電流的大小；蓄電池電系電壓控制輸出的方式為采用脈寬調制方式控制蓄電池電系的供電電流；且為實現不同時序的驅動要求，一組電源高位開關配合一組或多組低位開關使用。
2.根據權利要求1所述的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于所述驅動電路中，采取場效應管Q3為高位開關，漏極D接高電壓，源極S通過二級管D11接噴油器電磁閥線圈的一端即高端；場效應管Q8--Q19為低位開關，漏極D接噴油器電磁閥線圈另一端即低端，源極S接地；二極管D14--D20、D22、D24、D26、D28、D30陽極接噴油器電磁閥線圈低端，陰極接高位開關Q3的漏極和高壓儲能電容TC2的陽極；二極管D10陽極接地，陰極接油嘴高端。蓄電池電系電壓控制輸出采用場效應管Q4為開關，漏極D接蓄電池電系電壓，源極S通過二級管D13接噴油器電磁閥線圈的一端即高端。
3.根據權利要求1所述的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于所述低位開關Q8--Q19選用IRF540，低位開關驅動U5、U6選用TPIC46L02及相關外圍電路；高位開關Q6選用IRF540，高位開關驅動U2、U3選用IR2117S及相關外圍電路。
4.根據權利要求1所述的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于所述高電壓控制輸出電路中設置起隔離多路輸出之間的互相影響的二極管。
5.根據權利要求1所述的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于所述高電壓開啟開關電路采用負邏輯方式控制，即COMAON為低電平時高位開關打開。
6.根據權利要求1所述的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于實現故障診斷功能的方式采用將IRF540的DRAIN極分壓后反饋回芯片。
7.根據權利要求1所述的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于采用脈寬調制控制器LM5020驅動場效應管IRF540、電感L1、電容TC2及二極管D9產生80到150V電壓作為驅動高壓。
8.根據權利要求1所述的帶升壓電路的高低位開關組合驅動電路，其特征在于所述蓄電池電系電壓控制輸出電路中設置起隔離多路輸出之間的互相影響作用的二極管。
全文摘要
本發明涉及柴油機電控技術領域或其它需要驅動高速電磁鐵(閥)的領域，其采用兩級供電的驅動電路控制噴油器，高壓供電脈沖提供瞬間大電流，使電磁閥驅動的噴油器針閥快速開啟；低壓供電，維持噴油器針閥的開啟狀態。高壓由升壓電路提供，通過控制高壓導通的脈沖寬度來調整噴油器針閥快速開啟電流的大小，以獲得最佳的開閥響應速度；低壓為蓄電池電系電壓，通過對低壓采用脈寬調制方式來調整維持噴油器針閥開啟狀態的電流大小，減小能量損失。其實現了用小電流維持電磁閥開啟狀態，在高速下達到良好的燃油噴射質量，且減小系統的功耗和發熱。同時將高低位開關組合使用，一路高位開關與多路低位開關復用，提高了器件的利用率，降低了成本。
文檔編號F16K31/06GK1728497SQ200510041109
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月20日 優先權日2005年7月20日
發明者張育華, 鄧金滔 申請人:鎮江江奎科技有限公司