能量可回收的噴油器驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，是由CPLD控制器、高端電流調(diào)理電路、BOOST控制電路及其他器件構(gòu)建的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中通過高端電流調(diào)理電路將電流信號轉(zhuǎn)換為電流控制信號，BOOST控制電路監(jiān)控BOOST電壓是否達到設(shè)定閾值并提供控制信號輸入CPLD控制器，CPLD控制器根據(jù)輸入的各種控制信號合成噴油器驅(qū)動電流調(diào)制信號，該邏輯信號可在調(diào)制噴油器驅(qū)動電流的同時對BOOST模塊進行充電。本發(fā)明的優(yōu)點是：在調(diào)制噴油器驅(qū)動電流的同時對BOOST模塊進行充電，提高了BOOST模塊的充電速度，縮短噴油器每次驅(qū)動后高壓恢復(fù)時間，有力地支持多次噴射；在多缸機應(yīng)用系統(tǒng)中，使用較少的BOOST模塊就能夠滿足驅(qū)動多路噴油器的需求，簡化PCB的設(shè)計，降低ECU的設(shè)計成本。
【專利說明】
能量可回收的噴油器驅(qū)動電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，用于柴油機電控系統(tǒng)中各種噴油電磁閥的驅(qū)動。【背景技術(shù)】
[0002]E⑶在每次驅(qū)動噴油器工作后，BOOST電壓幅值都有一定程度的跌落，一般來說 BOOST電壓恢復(fù)到設(shè)定電壓需要一定的時間。如果在電壓還沒有恢復(fù)時，又有多次噴射的需求，那么該時刻的噴射電壓就比設(shè)定值要小，此時的噴油器電流的峰值就會比正常值要小， 噴油器驅(qū)動波形的一致性就會變差。
[0003]另外在多缸機應(yīng)用領(lǐng)域，由于需要噴油器驅(qū)動的路數(shù)較多，因此需要設(shè)計較多的 BOOST模塊滿足要求，但是較多的BOOST模塊設(shè)計成本和PCB布局面積較大。[〇〇〇4]為解決BOOST電壓恢復(fù)慢的問題，一般采用提高BOOST模塊頻率的辦法來提高 BOOST模塊的充電效率，縮短BOOST電壓的恢復(fù)時間。提高BOOST模塊的充電頻率，會使ECU的 EMC性能變差，另外即使提高充電頻率，BOOST電壓的恢復(fù)時間也不會得到根本改善。
[0005]在多缸機應(yīng)用系統(tǒng)中，E⑶需要驅(qū)動多路噴油器工作，此時一般采用多個BOOST模塊來保證多路噴油器的驅(qū)動工作。增加BOOST模塊的數(shù)量，則PCB面積必然要增大，所用到的器件將明顯增多，這樣都會導(dǎo)致ECU的設(shè)計成本大幅提高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，該電路在調(diào)制噴油器驅(qū)動電流的同時，將能量回收到BOOST模塊，大大縮短BOOST電路的恢復(fù)時間，可以支持多次噴射，減少多缸機應(yīng)用時BOOST模塊的數(shù)量。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述的能量可回收的噴油器驅(qū)動電路包括:CPLD控制器、高端電流調(diào)理電路、BOOST控制電路，所述高端電流調(diào)理電路的兩個輸入端分別連接采樣電阻R的兩端，高端電流調(diào)理電路的峰值電流限制信號輸出端、一階電流控制信號輸出端和二階電流控制信號輸出端連接CPLD控制器，CPLD控制器的高壓開放輸出信號端連接 NM0S管T3的柵極，匪0S管T3漏極接BOOST電壓，NM0S管T3源極連接二極管D3的陰極并連接采樣電阻R的一端，采樣電阻R另一端連接噴油器電磁線圈L的一端，二極管D3陽極接地;CPLD 控制器的高端調(diào)制輸出信號端連接匪0S管T1的柵極，匪0S管T1漏極接電源電壓，NM0S管T1 源極經(jīng)過二極管D1也連接到采樣電阻R的一端；CPLD控制器的低端調(diào)制輸出信號端連接匪0S管T2的柵極，NM0S管T2源極接地，匪0S管T2漏極連接噴油器電磁線圈L的另一端;噴油器電磁線圈L的另一端還經(jīng)過二極管D2連接BOOST電壓以及BOOST模塊的電容C1正極，電容 C1負(fù)極接地，BOOST控制電路的兩個輸入端分別連接電容C1的兩端，BOOST控制電路的能量回收使能控制信號輸出端連接CPLD控制器。
[0008]通過所述高端電流調(diào)理電路負(fù)責(zé)采集電流信號，將電流信號轉(zhuǎn)換為峰值電流限制信號、一階電流控制信號和二階電流控制信號輸出到C P L D控制器，B 0 0 S T控制電路監(jiān)控BOOST電壓是否達到設(shè)定閾值并提供能量回收使能控制信號輸入CPLD控制器，CPLD控制器根據(jù)輸入的信號合成噴油器驅(qū)動電流調(diào)制信號，包括高壓開放輸出信號、高端調(diào)制輸出信號和低端調(diào)制輸出信號。
[0009]所述噴油器驅(qū)動電流調(diào)制信號在調(diào)制噴油器驅(qū)動電流的同時能夠?qū)OOST模塊的電容C1進行充電，根據(jù)當(dāng)時BOOST電壓是否小于設(shè)定的閾值來決定是否將續(xù)流電流的能量導(dǎo)入BOOST模塊的電容C1。
[0010]噴油器驅(qū)動電流包括三個階段，分別為高壓開放階段、一階電流維持階段、二階電流維持階段，工作過程如下:高壓開放階段:B00ST高壓迅速注入到噴油器電磁線圈L中，噴油器電磁線圈L的電流迅速拉升到設(shè)定的峰值;此時高端調(diào)制輸出信號為低，低端調(diào)制輸出信號為高，NM0S管T3，T2 同時打開;在此階段BOOST電壓還未下降到設(shè)定的閾值，因此BOOST控制電路的輸出的能量回收使能控制信號為高，即此時電路不會進行能量回收的工作。
[0011]—階電流維持階段:在本階段由于BOOST電壓下降到設(shè)定閾值以下，BOOST控制電路的輸出信號變?yōu)榈?，即此時電路將進行能量回收工作;與此同時高端調(diào)制輸出信號為高， 低端調(diào)制輸出信號為一階電流的調(diào)制脈沖，3組驅(qū)動電流調(diào)制信號的驅(qū)動下，NM0S管T1常開，匪0S管T2在一階電流調(diào)制脈沖的作用下不斷的通斷，這樣NM0S管T1，二極管D1，采樣電阻R，噴油器電磁線圈L，NM0S管T2，二極管D2，電容C1形成一個BOOST電路，在調(diào)制噴油器電流的同時，不斷把噴油器續(xù)流電流的能量導(dǎo)入電容C1;在一階電流維持階段，只要BOOST電壓沒有恢復(fù)到設(shè)定閾值則調(diào)制噴油器電流的模式都是按照能量回收的模式進行調(diào)制。
[0012]二階電流維持階段:本階段分為能量回收階段和非能量回收階段；能量回收階段，BOOST電壓下降到設(shè)定閾值以下，BOOST控制電路的輸出信號變?yōu)榈?，此時電路進行能量回收工作；與此同時高端調(diào)制輸出信號為高，低端調(diào)制輸出信號為二階電流的調(diào)制脈沖，3組驅(qū)動電流調(diào)制信號的驅(qū)動下，匪0S管T1常開，NM0S管T2在二階電流調(diào)制脈沖的作用下不斷的通斷，這樣匪0S管T1，二極管D1，采樣電阻R，噴油器電磁線圈L，NM0S管 T2,二極管D2,電容C1形成一個BOOST電路，在調(diào)制噴油器電流的同時，不斷把噴油器續(xù)流電流的能量導(dǎo)入電容C1;當(dāng)BOOST電壓恢復(fù)到設(shè)定閾值的時候，電流調(diào)制進入非能量回收階段;此時BOOST控制電路的輸出信號變?yōu)楦撸投苏{(diào)制輸出信號變?yōu)楦?，高端調(diào)制輸出信號變?yōu)槎A電流的調(diào)制脈沖，在3組驅(qū)動電流調(diào)制信號的共同作用下，匪0S管T2常開，NM0S管T1在二階電流調(diào)制脈沖的作用下不斷通斷，此時的續(xù)流電流的能量不再導(dǎo)入電容C1而是消耗在由匪0S管T1， T2,二極管D1，噴油器電磁線圈L，采樣電阻R構(gòu)成的回路的內(nèi)阻上。[0〇13]本發(fā)明的優(yōu)點是:(1)本發(fā)明在調(diào)制噴油器驅(qū)動電流的同時對BOOST模塊進行充電，提高了BOOST模塊的充電速度，縮短噴油器每次驅(qū)動后高壓恢復(fù)時間，有力地支持多次噴射；(2)在多缸機應(yīng)用系統(tǒng)中，使用較少的BOOST模塊就能夠滿足驅(qū)動多路噴油器的需求， 簡化PCB的設(shè)計，降低ECU的設(shè)計成本?！靖綀D說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是本發(fā)明電路的邏輯相位圖?！揪唧w實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖1所示，所述能量可回收的噴油器驅(qū)動電路包括:CPLD(可編程邏輯器件)控制器、高端電流調(diào)理電路、BOOST控制電路，所述高端電流調(diào)理電路的兩個輸入端分別連接采樣電阻R的兩端，高端電流調(diào)理電路的峰值電流限制信號輸出端、一階電流控制信號輸出端和二階電流控制信號輸出端連接CPLD控制器，CPLD控制器的高壓開放輸出信號端連接NM0S 管T3的柵極，NM0S管T3漏極接BOOST電壓，NM0S管T3源極連接二極管D3的陰極并連接采樣電阻R的一端，采樣電阻R另一端連接噴油器電磁線圈L的一端，二極管D3陽極接地;CPLD控制器的高端調(diào)制輸出信號端連接NM0S管T1的柵極，NM0S管T1漏極接24V電源電壓，NM0S管T1源極經(jīng)過二極管D1也連接到采樣電阻R的一端;CPLD控制器的低端調(diào)制輸出信號端連接NM0S 管T2的柵極，匪0S管T2源極接地，NM0S管T2漏極連接噴油器電磁線圈L的另一端;噴油器電磁線圈L的另一端還經(jīng)過二極管D2連接BOOST電壓以及BOOST模塊的電容C1正極，電容C1負(fù)極接地，BOOST控制電路的兩個輸入端分別連接電容C1的兩端，BOOST控制電路的能量回收使能控制信號輸出端連接CPLD控制器。
[0018]該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的噴油器驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)，如圖1中采樣電阻R的位置。使用這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有利于在調(diào)制噴油器驅(qū)動電流的同時，對BOOST模塊進行充電，從而達到能量回收的目的。
[0019]其中，高端電流調(diào)理電路負(fù)責(zé)采集電流信號，并將調(diào)理好的電流控制信號(包括峰值電流限制信號、一階電流控制信號、二階電流控制信號)輸出到CPLD邏輯電路單元;BOOST 控制電路可以根據(jù)實際BOOST電壓是否達到設(shè)定的閾值給出控制信號；CPLD邏輯電路單元根據(jù)輸入的電流控制信號、BOOST控制電路的控制信號進行邏輯運算(使用CPLD控制器中所固化的邏輯策略)，合成噴油器驅(qū)動電流調(diào)制信號。CPLD邏輯電路單元是整個驅(qū)動電路的控制核心，它根據(jù)輸入的各種控制信號合成正確的邏輯信號來調(diào)制噴油器驅(qū)動電流。
[0020]噴油器電流調(diào)制一般采用PEAK-HOLD模式，即首先用高壓快速拉升噴油器的電流到達設(shè)定的峰值，然后用電池電壓(24伏或者12伏)分2個階段將電流維持在設(shè)定的閾值。下面將分階段詳細敘述整個電路的工作過程。由于本發(fā)明的重點在于構(gòu)建能量可回收新型驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和能量回收的邏輯控制，因此對于電流的調(diào)制邏輯不做重點描述。[〇〇21](1)如圖1所示，本發(fā)明由高端電流調(diào)理電路，BOOST控制電路，CPLD控制器以及圖示的各離散器件構(gòu)成了一個新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在電流調(diào)制階段根據(jù)此時BOOST 電壓是否小于設(shè)定的閾值來決定是否將續(xù)流電流的能量導(dǎo)入BOOST模塊的電容Cl(以下稱 BOOST電容)，電阻R的位置可以確保電路能全面監(jiān)控噴油器中調(diào)制電流的變化情況。[〇〇22](2)如圖2所示，噴油器驅(qū)動電流(圖2最上方一條波形)一共可分為三個階段分別為高壓開放階段(t0時刻到tl時刻)、一階電流維持階段(tl時刻到t2時刻)、二階電流維持階段(t2時刻到t4時刻)。下面分階段描述這三個階段的工作過程:高壓開放階段(t0時刻到tl時刻):該階段BOOST高壓迅速注入到噴油器中，噴油器的電流迅速拉升到設(shè)定的峰值。此時高端調(diào)制輸出信號為低，低端調(diào)制輸出信號為高，即圖1所示的M0S管T3，T2同時打開。在此階段BOOST電壓還未下降到設(shè)定的閾值，因此BOOST控制電路的輸出的能量回收使能控制信號為高，即此時電路不會進行能量回收的工作。
[0023]一階電流維持階段(tl時刻到t2時刻):在該階段由于BOOST電壓下降到設(shè)定閾值以下，BOOST控制電路的輸出信號變?yōu)榈图创藭r電路將進行能量回收工作。與此同時高端調(diào)制輸出信號為高，低端調(diào)制輸出信號為一階電流的調(diào)制脈沖，在這3組邏輯信號的驅(qū)動下， 圖1中的M0S管T1常開，T2在電流調(diào)制脈沖的作用下不斷的通斷，這樣!1，01，1?，噴油器，12， D2，C1就形成了一個BOOST電路，在調(diào)制噴油器電流的同時，不斷把噴油器續(xù)流電流的能量導(dǎo)入BOOST電容C1，實現(xiàn)了能量回收的目的。只要BOOST電壓沒有恢復(fù)到設(shè)定閾值則調(diào)制噴油器電流的模式都是按照能量回收的模式進行調(diào)制。
[0024]二階電流維持階段(t2時刻到t4時刻):由圖2所示，該階段一共分2個階段，分別為能量回收階段(t2時刻到t3時刻)和非能量回收階段(t3時刻到t4時刻)能量回收階段的工作模式和上面所述的原理相同，只是此時能量回收時噴油器電流調(diào)制的幅值為二階電流的幅值。當(dāng)BOOST電壓恢復(fù)到設(shè)定閾值的時候，電流調(diào)制進入非能量回收階段。此時BOOST控制電路的輸出信號變?yōu)楦?，低端調(diào)制輸出信號變?yōu)楦?，高端調(diào)制輸出信號變?yōu)槎A電流的調(diào)制脈沖，在這3組邏輯信號的共同作用下，圖1中的T2常開，T1在電流調(diào)制脈沖的作用下不斷通斷，此時的續(xù)流電流的能量不再導(dǎo)入BOOST電容C1而是消耗在由 T1，T2，D1，噴油器，R構(gòu)成的回路的內(nèi)阻上。這樣的邏輯避免了 BOOST電容C1過充的危險，保持了BOOST電壓的穩(wěn)定。
[0025]噴油器在啟動時需要大電流的注入迅速開啟，傳統(tǒng)的驅(qū)動電路在工作時，續(xù)流電流并沒有導(dǎo)入到BOOST模塊，而是消耗在驅(qū)動電路構(gòu)建的續(xù)流支路內(nèi)阻上面，這部分能量以熱能的形式消耗掉了。如果采用本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將維持電流的續(xù)流電流能量導(dǎo)入到 BOOST模塊中，就可將這部分續(xù)流電流的能量轉(zhuǎn)換為BOOST高壓，實現(xiàn)了能量回收，并大大縮短每次噴射后BOOST高壓的恢復(fù)時間，提高了BOOST模塊的充電效率，能很好滿足多次噴射的需求。在設(shè)計大功率ECU時，由于需要驅(qū)動的噴油器數(shù)量較多，相應(yīng)的也需要較大功率的 BOOST模塊。采用這種基于能量回收結(jié)構(gòu)的噴油器驅(qū)動電路可減少BOOST模塊的數(shù)量，簡化 PCB板的設(shè)計。
【主權(quán)項】
1.能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，其特征是，包括:CPLD控制器、高端電流調(diào)理電路、 BOOST控制電路，所述高端電流調(diào)理電路的兩個輸入端分別連接采樣電阻R的兩端，高端電 流調(diào)理電路的峰值電流限制信號輸出端、一階電流控制信號輸出端和二階電流控制信號輸 出端連接CPLD控制器，CPLD控制器的高壓開放輸出信號端連接匪0S管T3的柵極，NM0S管T3 漏極接BOOST電壓，NM0S管T3源極連接二極管D3的陰極并連接采樣電阻R的一端，采樣電阻R 另一端連接噴油器電磁線圈L的一端，二極管D3陽極接地;CPLD控制器的高端調(diào)制輸出信號 端連接NM0S管T1的柵極，匪0S管T1漏極接電源電壓，NM0S管T1源極經(jīng)過二極管D1也連接到 采樣電阻R的一端;CPLD控制器的低端調(diào)制輸出信號端連接NM0S管T2的柵極，NM0S管T2源極 接地，NM0S管T2漏極連接噴油器電磁線圈L的另一端；噴油器電磁線圈L的另一端還經(jīng)過二 極管D2連接BOOST電壓以及BOOST模塊的電容C1正極，電容C1負(fù)極接地，BOOST控制電路的兩 個輸入端分別連接電容C1的兩端，BOOST控制電路的能量回收使能控制信號輸出端連接 CPLD控制器。2.如權(quán)利要求1所述的能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，其特征是，通過所述高端電流調(diào) 理電路負(fù)責(zé)采集電流信號，將電流信號轉(zhuǎn)換為峰值電流限制信號、一階電流控制信號和二 階電流控制信號輸出到CPLD控制器，BOOST控制電路監(jiān)控BOOST電壓是否達到設(shè)定閾值并提 供能量回收使能控制信號輸入CPLD控制器，CPLD控制器根據(jù)輸入的信號合成噴油器驅(qū)動電 流調(diào)制信號，包括高壓開放輸出信號、高端調(diào)制輸出信號和低端調(diào)制輸出信號。3.如權(quán)利要求2所述的能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，其特征是，所述噴油器驅(qū)動電流 調(diào)制信號在調(diào)制噴油器驅(qū)動電流的同時能夠?qū)OOST模塊的電容C1進行充電，根據(jù)當(dāng)時 BOOST電壓是否小于設(shè)定的閾值來決定是否將續(xù)流電流的能量導(dǎo)入BOOST模塊的電容C1。4.如權(quán)利要求3所述的能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，其特征是，噴油器驅(qū)動電流包括 三個階段，分別為高壓開放階段、一階電流維持階段、二階電流維持階段，工作過程如下:高壓開放階段:B00ST高壓迅速注入到噴油器電磁線圈L中，噴油器電磁線圈L的電流迅 速拉升到設(shè)定的峰值;此時高端調(diào)制輸出信號為低，低端調(diào)制輸出信號為高，NM0S管T3，T2 同時打開;在此階段BOOST電壓還未下降到設(shè)定的閾值，因此BOOST控制電路的輸出的能量 回收使能控制信號為高，即此時電路不會進行能量回收的工作；一階電流維持階段:在本階段由于BOOST電壓下降到設(shè)定閾值以下，BOOST控制電路的 輸出信號變?yōu)榈?，即此時電路將進行能量回收工作;與此同時高端調(diào)制輸出信號為高，低端 調(diào)制輸出信號為一階電流的調(diào)制脈沖，3組驅(qū)動電流調(diào)制信號的驅(qū)動下，匪0S管T1常開， NM0S管T2在一階電流調(diào)制脈沖的作用下不斷的通斷，這樣NM0S管T1，二極管D1，采樣電阻R， 噴油器電磁線圈L，匪0S管T2,二極管D2,電容C1形成一個BOOST電路，在調(diào)制噴油器電流的 同時，不斷把噴油器續(xù)流電流的能量導(dǎo)入電容C1;二階電流維持階段:本階段分為能量回收階段和非能量回收階段；能量回收階段，BOOST電壓下降到設(shè)定閾值以下，BOOST控制電路的輸出信號變?yōu)榈停?時電路進行能量回收工作；與此同時高端調(diào)制輸出信號為高，低端調(diào)制輸出信號為二階電 流的調(diào)制脈沖，3組驅(qū)動電流調(diào)制信號的驅(qū)動下，匪0S管T1常開，NM0S管T2在二階電流調(diào)制 脈沖的作用下不斷的通斷，這樣匪0S管T1，二極管D1，采樣電阻R，噴油器電磁線圈L，NM0S管 T2,二極管D2,電容C1形成一個BOOST電路，在調(diào)制噴油器電流的同時，不斷把噴油器續(xù)流電 流的能量導(dǎo)入電容C1;當(dāng)BOOST電壓恢復(fù)到設(shè)定閾值的時候，電流調(diào)制進入非能量回收階段;此時BOOST控制 電路的輸出信號變?yōu)楦?，低端調(diào)制輸出信號變?yōu)楦?，高端調(diào)制輸出信號變?yōu)槎A電流的調(diào) 制脈沖，在3組驅(qū)動電流調(diào)制信號的共同作用下，匪0S管T2常開，NM0S管T1在二階電流調(diào)制 脈沖的作用下不斷通斷，此時的續(xù)流電流的能量不再導(dǎo)入電容C1而是消耗在由匪0S管T1， T2,二極管D1，噴油器電磁線圈L，采樣電阻R構(gòu)成的回路的內(nèi)阻上。5.如權(quán)利要求4所述的能量可回收的噴油器驅(qū)動電路，其特征是，在所述一階電流維持 階段，只要BOOST電壓沒有恢復(fù)到設(shè)定閾值則調(diào)制噴油器電流的模式都是按照能量回收的 模式進行調(diào)制。
【文檔編號】F02D41/20GK106014731SQ201610346217
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】謝宏斌, 黃城健, 曾偉, 俞謝斌, 蔣誠, 唐立群, 王穎, 高崴, 徐劍飛
【申請人】中國第汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所, 中國第一汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所, 中國第汽車股份有限公司, 中國第一汽車股份有限公司