专利名称：集成式双电压电磁阀驱动电路的制作方法
技术领域：
集成式双电压电磁阀驱动电路，涉及电控柴油机燃油喷射系统中的电磁阀驱动，属于电磁阀驱动相关技术领域。
背景技术：
传统的电控燃油喷射系统中，对应每次压缩冲程，电磁阀只动作一次，即只能完成一次燃油喷射动作。而现代电控燃油喷射系统中，电磁阀可能在一次压缩冲程内动作多次，将燃油分阶段喷入燃烧室，这一技术被称为多次喷射技术。由于多次喷射技术在降低噪音、减少排放等方面都表现出巨大的潜力，所以该技术得到了越来越广泛的应用。多次喷射技术的应用要求电磁阀能在很短的时间内完成多次开关动作，这对电磁阀的快速响应能力提出了非常高的要求。电磁阀的响应能力通常由电磁阀内部机械结构、驱动电路、驱动策略共同决定。现阶段，为缩短电磁阀响应时间，驱动电路多采用双电压驱动电路。该电路有两个驱动电源高电压驱动电源与低电压驱动电源，其具体驱动电路可参照专利《一种发动机用电磁阀驱动电路》(申请号200410033776.x)，该电路工作过程为电磁阀动作时，高压驱动电源先工作，可迅速将电磁阀驱动电流提升至较高的水平以获得较大的电磁力；之后，低压驱动电源工作，驱动电流先后两次进入PWM调制阶段，第一次PWM调制阶段中，驱动电流维持在一较高的范围内，可在降低功耗的同时获得较大的电磁力加快电磁阀的关闭过程，当电磁阀关闭后，驱动电流进入第二次PWM调制阶段，并维持在一较低的范围内，此时，较低的电磁力即可保持电磁阀的关闭状态，直至完成整个喷射动作。该专利只提出了双电压驱动电路的基本结构，并未涉及其所用高压驱动电源的获取途径。
当前，双电压驱动电路中的高电压驱动电源多通过外接升压电路获得，该外接升压电路以车载蓄电池作为电源，可采用DC/DC变换、变压器等多种方式实现。
常用外接升压电路多采用DC/DC变换技术，其主要部件包括电感、电容、功率三极管、二极管等，其电路原理图如图1所示。该方案虽然具有易于控制等优点，但其缺点也非常明显首先，由于多次喷射动作要求在短时间内完成，所以升压电路中的电感需具有较高的感值以便在较短的时间内提供足够多的能量，这将导致该电感体积过大，不便于驱动电路的设计；其次，由于该升压电路中流经电感的电流受一PWM信号控制，而该PWM控制信号的频率非常高，所以流经电感的电流具有非常高频的交流分量，这将造成非常严重电磁干扰，不利于驱动电路控制系统的电磁兼容系设计。
发明内容
本发明的目的在于将DC/DC升压电路集成到现有双电压驱动电路中，从而省去外接的专用升压电路。本发明采用双电压驱动电路的电磁阀作为DC/DC电路的电感部件，在原驱动电路的基础上，通过增加少量器件组成了DC/DC电路，因而无需再接专用升压电路；并且该DC/DC电路中的电感、三极管等器件都可采用原双电压驱动电路器件，即可将该DC/DC电路的主体与原双电压驱动电路集成在一起，故将本发明命名为集成式双电压驱动电路。
一种集成式双电压电磁阀驱动电路，包括高端驱动电路、低端驱动电路和DC/DC扩展电路三部分。其中，高端驱动电路与低端驱动电路组成了双电压驱动电路。
高端驱动电路包括高压与低压两套驱动电路。
高压驱动电路包括高压驱动电源与高压功率三极管两个部件。其中，高压驱动电源接于高压功率三极管的漏极，高压功率三极管的栅极接控制信号，高压功率三极管的源极与电磁阀的公共端相连，也即所有电磁阀均有一端直接连到该公共端；低压驱动电路包括低压驱动电源、低压功率三极管和保护二极管三个部件。其中，低压驱动电源接于功率三极管的漏极，功率三极管的栅极接控制信号，功率三极管的源极与保护二极管的阳极相连，保护二极管的阴极与电磁阀公共端相连。
低端驱动电路位于电磁阀的另一端，包括一个采样电阻、一个泻流二极管和若干个低端功率三极管，低端功率三极管的个数应与驱动缸数相同，即每缸对应一低端功率三极管。
其中，每个低端功率三极管的漏极分别接对应缸电磁阀的一端，栅极接各个缸的低端控制信号，源极相连，共同接于采样电阻的一端，采样电阻的另一端接地，泻流二极管的阳极接于各低端功率三极管源极相连的公共端，阴极接于高端驱动电路中各电磁阀相连的公共端。
DC/DC扩展电路位于驱动电路外，包括一个储能电容与若干个保护二极管组成，二极管的个数应与驱动缸数相同，即每缸对应一保护二极管。其中，储能电容一端接地，另一端接高压驱动电源，每个保护二极管的阳极分别接于对应低端功率三极管的漏极，阴极共同接连到高压驱动电源。
与现有技术相比，本发明的有益效果为(1)节省原材料。本发明中，DC/DC电路采用了双电压驱动电路原有的电磁阀与三极管，只需外接少量器件并合理组织控制信号即可组成完整的DC/DC电路，在驱动电路内部成功的集成了DC/DC电路，故无需再使用完整的外接升压电路，从而节省了大量原材料。
(2)简化电路设计。传统驱动电路中，外接升压电路无论采用何种技术都需采用高感值电感，其体积往往较大，这造成了驱动电路元器件布置困难；同时，该电感元件内长期运行高频、大电流信号，这也加大了驱动电路电磁兼容性设计的难度。本发明中，采用放置在驱动电路外的喷油器电磁阀作为DC/DC电感，从而避免了上述问题。
图1为传统的外接专用DC/DC升压电路的双电压驱动电路原理图。
图2为本发明的驱动电路原理图(以驱动四路电磁阀为例)。
图3为图2工作过程的控制信号。
图4为DC/DC电路的工作波形。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图详细描述本发明的具体电路以及工作过程。
图1为传统的外接专用DC/DC升压电路的双电压驱动电路原理图。传统双电压驱动电路中，只包括高端驱动电路、低端驱动电路两部分。高端驱动电路位于电磁阀一端，包括高压驱动电源与低压驱动电源及其控制三极管，其高压驱动电源依靠外接完整的DC/DC升压电路获得；DC/DC电路包括专用的电感、电容、二极管、三极管等部件；低端驱动电路位于电磁阀另一端，包括与电磁阀数目相等的三极管。该系统工作时，驱动电路中的高压、低压驱动电源先后工作，完成电磁阀的关闭动作；升压电路中，三极管由一PWM信号控制，可向电容内充入能量，直至达到要求电压。整个系统中，驱动电路与升压电路是分别工作的，两者之间并无特定联系。
图2为本发明的驱动电路原理图。本发明主要包括高端驱动电路、低端驱动电路和DC/DC扩展电路三部分。其中，具有两套驱动电源的高端驱动电路与低端驱动电路组成了双电压驱动电路。以驱动四缸电磁阀为例说明该电路。
高端驱动电路位于电磁阀L1-L4一端，包括两套独立的驱动电源和功率三极管，一套包括高压驱动电源UH和高压功率三极管MH，其中，高压驱动电源电压在60V以上，高压功率三极管MH由控制信号AH控制。另一套包括低压驱动电源UL和低压功率三极管ML，两个功率三极管MH和ML之间采用二极管D0实现隔离保护，其中，低压驱动电源直接使用24V车载蓄电池电源，低压功率三极管ML由控制信号AL控制。
低端驱动电路位于电磁阀L1-L4另一端，包括四个功率三极管M1-M4，其数目应等于发动机电磁阀数目，这些功率三极管分别连接在每个电磁阀与电源地之间，其控制信号B1-B4直接由发动机电子控制单元(ECU)发出。在各电磁阀公共端设有续流二极管D5。
DC/DC扩展电路位于驱动电路外，包括四个二极管D1-D4和储能电容C1。二极管D1-D4一端接高电压驱动电源，另一端接于低端驱动电路功率三极管与电磁阀之间，其数目应等于发动机电磁阀数目。电容C1位于高电压驱动电源与电源地之间。
图3为图2工作过程的控制信号。见图3，以驱动四缸电磁阀为例，说明该驱动电路的工作过程(1)TA1时刻至TA2时刻，完成第一缸喷射动作。该动作过程可通过改变控制信号AH、AL和B1波形实现TA1时刻，AH、AL和B1同时跳变为高电平，对应第一缸的喷射过程开始。其中，AH导通一段时间使高压驱动电源迅速提升驱动电流；AL根据驱动电流设定值先后两次进入PWM调制阶段，将驱动电流维持在设定范围内；B1始终为高，实现选缸功能。整个喷射动作至TA2时刻结束，三个控制信号都跳变为低电平。
(2)TA3时刻至TA4时刻，依靠DC/DC电路实现升压变换。该工作过程中，需用到工作缸(此时为第一缸)以外的电磁阀作为DC/DC电路电感，该电感的选取并无特别要求，可任选除工作缸外的每一缸电磁阀。本例中，选取了第四缸电磁阀作为DC/DC电路电感。
具体工作过程如下TA3时刻，AL跳变为高电平，B4进入PWM调制过程，依靠第四缸电磁阀完成升压斩波过程。具体DC/DC电路工作波形如图4所示TA3时刻，B4、AL控制信号跳变为高电平，使三极管M4、ML导通，第4缸电磁阀接通低压驱动电源，电感中电流I开始上升，能量存储于电磁阀中；T1时刻，B4跳变为低电平，M4断开，电磁阀产生感应电动势，击穿二极管D4，储存在电磁阀中的能量通过该二极管转换到负载中去。T2时刻，B4跳变为高电平，电磁阀开始储存能量。T3时刻，B4跳变为低电平，电磁阀开始泄放能量。如此往复，直到TA4时刻，高压驱动电源的电容C1接收到足够多的能量，使驱动电压达到了正常喷射的要求。此时，DC/DC升压过程结束，所有信号变为低电平。
在TA3至TA4时间段内，依靠B4控制信号实现PWM调制过程，完成由低压电源向电磁阀，电磁阀再向高压电源的能量转换过程。该过程中，应该注意控制电流峰值IP，因为过高的IP值将打开电磁阀，造成异常喷射。可采用反馈电路控制IP值，实现B4控制信号的PWM调制过程。
(3)TB1时刻至TB2时刻，完成第三缸喷射动作，控制过程与第一缸类似。
(4)TB3时刻至TB4时刻，可依靠第二缸电磁阀组成DC/DC电路，完成对高压驱动电源的充电过程，控制过程与第四缸类似。
(5)TC1时刻至TC2时刻，完成第四缸喷射动作，控制过程与第一缸类似。
(6)TC3时刻至TC4时刻，可依靠第一缸电磁阀组成DC/DC电路，完成对高压驱动电源的充电过程，控制过程与第四缸类似。
(7)TD1时刻至TD2时刻，完成第二缸喷射动作，控制过程与第一缸类似。
(8)TD3时刻至TD4时刻，可依靠第一缸电磁阀组成DC/DC电路，完成对高压驱动电源的充电过程，控制过程与第四缸类似。
至此，一个工作循环结束。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果每缸正常喷射后，依靠外接的少量元器件，并采用非工作缸电磁阀作为DC/DC电路电感，可完成对高压驱动电源的充电过程，从而节省了专用的升压电路，具有节省原材料，简化电路设计，降低电路电磁污染等优点。
权利要求
1.一种集成式双电压电磁阀驱动电路，其特征在于，该驱动电路包括高端驱动电路、低端驱动电路和DC/DC扩展电路，其中，高端驱动电路与低端驱动电路组成了双电压驱动电路；高端驱动电路包括高压与低压两套驱动电路高压驱动电路包括高压驱动电源与高压功率三极管，高压驱动电源接于高压功率三极管的漏极，高压功率三极管的栅极接控制信号，高压功率三极管的源极与电磁阀的公共端相连；低压驱动电路包括低压驱动电源、低压功率三极管和保护二极管，低压驱动电源输出端接功率三极管的漏极，功率三极管的栅极接控制信号，功率三极管的源极与保护二极管的阳极相连，保护二极管的阴极与电磁阀公共端相连；低端驱动电路位于电磁阀的另一端，包括一个采样电阻、一个泻流二极管和若干个低端功率三极管；每个低端功率三极管的漏极分别接对应缸电磁阀的一端，栅极接各个缸的低端控制信号，源极相连，共同接于采样电阻的一端，采样电阻的另一端接地，泻流二极管的阳极接于各低端功率三极管源极相连的公共端，阴极接于高端驱动电路中各电磁阀相连的公共端；DC/DC扩展电路位于驱动电路外，包括一个储能电容与若干个保护二极管组成，储能电容一端接地，另一端接高压驱动电源，每个保护二极管的阳极分别接于对应低端功率三极管的漏极，阴极共同接连到高压驱动电源。
2.根据权利要求1所述的集成式双电压电磁阀驱动电路，其特征在于，所有电磁阀均有一端直接连到该公共端。
3.根据权利要求1所述的集成式双电压电磁阀驱动电路，其特征在于，低端功率三极管的个数应与驱动缸数相同，即每缸对应一低端功率三极管。
4.根据权利要求1所述的集成式双电压电磁阀驱动电路，其特征在于，二极管的个数应与驱动缸数相同，即每缸对应一保护二极管。
全文摘要
集成式双电压电磁阀驱动电路，涉及电控柴油机燃油喷射系统中的电磁阀驱动，属于电磁阀驱动相关技术领域，它包括高端驱动电路、低端驱动电路和DC/DC扩展电路；其中，高端驱动电路与低端驱动电路组成了双电压驱动电路；通过双电压驱动电路外接二极管与电容构成集成式DC/DC电路；二极管一端接高电压驱动电源，另一端接于低端驱动电路功率三极管与电磁阀之间；电容位于高电压驱动电源与电源地之间；所有电磁阀均有一端直接连到该公共端；二极管的个数应与驱动缸数相同，即每缸对应一保护二极管；低端功率三极管的个数应与驱动缸数相同，即每缸对应一低端功率三极管。本发明具有节省原材料，简化电路设计，降低电路电磁污染优点。
文档编号F02D41/02GK1651742SQ200510011109
公开日2005年8月10日 申请日期2005年1月7日 优先权日2005年1月7日
发明者张科勋, 李建秋, 欧阳明高 申请人:清华大学