一种多模式燃料喷射执行器驱动电路的制作方法

本发明涉及燃料喷射技术领域，具体涉及一种多模式燃料喷射执行器驱动电路。

背景技术：

燃料喷射执行器的控制是发动机电控系统的核心，电磁阀的工作过程是复杂的机械，电磁，液压的混合过程。为了满足电磁阀的控制逻辑，即高端驱动电路导通、低端驱动电路维持，选缸信号控制喷油进程的开启和结束。控制单元和驱动电路必须满足其控制时序提供脉冲信号。其驱动波形和时序关系见图1。

双燃料发动机电控系统的控制器应可以驱动多种喷射执行器、喷油器、大流量电磁阀、小流量电磁阀。实现多种驱动要求的前提是，燃料喷射执行器硬件驱动电路可以拓宽单一控制器匹配的发动机功率范围，即可采用满足与当前燃料喷射执行器型号、发动机运行工况相匹配的驱动模式。如小型低电感喷油器可采用硬件高速比较器电路、大型电磁阀适用于可灵活配置的软件比较电路等。而驱动电磁阀驱动电路的核心难点在于提供满足控制时序逻辑的驱动波形，以往的电磁阀驱动电路只能使用一种单一的工作模式驱动电磁阀，无法根据控制逻辑合理调度硬件资源，具有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多模式燃料喷射执行器驱动电路。

一种多模式燃料喷射执行器驱动电路，实现不同硬件型号、不同功率发动机的喷射执行器驱动；

控制单元可以在线控制多模式间的切换，从而可以在单次或多次喷射进程中，根据不同时段的不同驱动波形要求，采用不同的驱动方法，优化驱动波形的输出，如图2所示。

本发明提供一种多模式燃料喷射执行器驱动电路可以在(1)采集电流比较法(2)比较器判别法(3)自动比较法(4)pwm波驱动法，四种驱动模式下自由切换的燃料喷射执行器驱动电路。

为了实现上述功能，本发明采用如下技术方案。

一种多模式燃料喷射执行器驱动电路；其特征在于，包含多模式切换控制电路、选缸控制与电流反馈比较电路与电磁阀高边与低边控制电路，多模式切换控制电路通根据i/o口的状态分别控制选缸控制与电流反馈比较电路与电磁阀高边与低边控制电路。

所述多模式切换控制电路包含u5双路4输入多路复用器,r20限流电阻、r21限流电阻、r22限流电阻、r23限流电阻、r24限流电阻、r25限流电阻,滤波电容c8；u5上的引脚2和14分别连接到控制单元的i/o口i/o_0和i/o_1上；芯片u5的3、8、13号引脚接地，u5的4、12号引脚串联r23限流电阻、r21限流电阻连接选缸控制与电流反馈比较电路输出引脚h1与h2，若模式选择为自动比较法，则通过7、9号引脚输出驱动电压至电磁阀高边与低边控制电路输入引脚a1与a2；u5的5、11号引脚串联r22限流电阻和r20限流电阻连接控制单元的i/o口i/o_2和i/o_4，若模式选择为pwm波驱动法，则通过控制单元输出pwm脉冲，经由7、9号引脚输入至引脚a1与a2；u5和6、10号引脚连接到控制单元的i/o口i/o_3、i/o_5，若模式选择为采集电流比较法，则通过控制单元的a/d转换模块采集引脚a/d_1，或a/d_2；经过比较由控制单元输出驱动电压至i/o_3、i/o_5，经由7、9号引脚输入至引脚a1与a2；若模式选择为比较器判别法，则通过选缸控制与电流反馈比较电路输出高低电平至引脚i/o_8、i/o_9，由控制单元识别电平信息经程序比较输出驱动电压至i/o_3、i/o_5，经由芯片u5的7、9号引脚输入至引脚a1与a2；u5的1、15号引脚连接r24限流电阻、r25限流电阻后接地，16号引脚分别连接至5v电源，c8滤波电容后接地。

所述选缸控制与电流反馈比较电路包含高速双mosfet驱动器u3、差动放大器u4；d6二极管、d7二极管、d8二极管；c9滤波电容；q3mos管、q4mos管；u4差动放大器；r16限流电阻、r17限流电阻、r18放大倍数计算电阻和r26放大倍数计算电阻、r19滤波电阻；c6滤波电容、c7滤波电容、c8滤波电容；u6比较器；r9限流电阻、r13限流电阻；调试用小阻值r10电阻；r11基准电压值配置电阻、r14基准电压值配置电阻；r12上拉电阻；c5滤波电容；u7比较器；r27限流电阻、r32限流电阻；r28调试用小阻值电阻；r29基准电压值配置电阻、r30基准电压值配置电阻；r31上拉电阻；c10滤波电容；连接关系为：控制单元的i/o口i/o_6、i/o_7连接至u3的2、4号口，7号引脚串接r6限流电阻连接至q3mos管的栅极，q3mos管的源极接入差动放大器u4的8号引脚，q3mos管的栅极与源极连接d6电压抑制器，q3mos管的漏极分别连接d8整流二极管至b_vboost和电磁阀低端导通引脚output_l3；5号引脚串接r7限流电阻连接至q4mos管的栅极，q4mos管的源极接入差动放大器u4的8号引脚，q4mos管的栅极与源极连接d7电压抑制器，q3的漏极分别连接d9整流二极管至b_vboost和utput_l4电磁阀低端导通引脚o,r8分压电阻串联在u4的8号和1号引脚之间；芯片u4的1号引脚与2号引脚相连并接地；u4的引脚7连接c6电容后接地，引脚7同时连接5v电源；u4的引脚3、4连接后并联c8电容后接地；u4的引脚3、4连接r18电阻、r26电阻接入引脚5，引脚5连接r19电阻与r16电阻至控制单元的ad输入引脚a/d_1，或连接r17电阻至引脚a/d_1；r19电阻与r16电阻之间并接c7滤波电容后接地；r9电阻承接第二部分r19电阻与r16电阻之间的部分后，连接至比较器u6的引脚3，引脚2同时连接r11电阻至5v电源、r10电阻至开关量输入接口ao0、r14电阻后接地；引脚4、8分别连接12v电源和地，同时引脚4、8通过c5滤波电容相连，u6比较器的输出量分别连接r12上拉电阻至5v电源、连接r13限流电阻至控制单元的i/o口i/o_8、连接至多模式切换控制电路引脚h1；r27电阻承接第二部分r19电阻与r16电阻之间的部分后，连接至u7比较器的引脚5，引脚6同时连接r27至5v电源、r28至开关量输入接口ao1、r30后接地；引脚4、8分别连接12v电源和地，同时引脚4、8通过c10滤波电容相连，u7比较器的输出端分别连接r31上拉电阻至5v电源、连接r32限流电阻后至控制单元的i/o口i/o_9、连接至多模式切换控制电路引脚h2。

本发明的有益效果在于：

(1)本多模式燃料喷射执行器驱动电路可以拓宽单一控制器匹配的发动机功率范围，也就是可用一块控制器，实现喷油器、大流量电磁阀，小流量电磁阀等多种燃料喷射执行器的驱动，满足双燃料发动机燃料喷射执行器执行器驱动能力；

(2)可以根据不同的硬件性能要求，自由切换喷油器驱动模式。如在低电感电流变化幅度较大的小型喷油器上采用自动比较法或比较器判别法，由于硬件比较的高速，可以得到良好的驱动波形，降低cpu/协处理器运算载荷；在高电感电流变化幅度较小的大型喷油器上可采用采集电流比较法，其优势在于相较其前两种驱动模式更加灵活。

(3)控制单元可在线在多种模式中进行切换，从而可以在单次或多次喷射进程中，根据不同时段的不同驱动波形要求，采用不同的驱动方法。如在相对固定占空比的高端驱动时，可采用pwm波驱动法；在较短脉宽的低端驱动进程中，可采用软件比较法；在较长脉宽的低端驱动进程中，可采用自动比较法；实现优化驱动波形的目的

(4)多模式的驱动电路可扩宽电控系统对不同功率发动机兼容性。

附图说明

图1为喷油器驱动时序图；

图2多模式驱动进程示意图；

图3为选缸控制与电流反馈比较电路第一部分；

图4为选缸控制与电流反馈比较电路第二部分；

图5为选缸控制与电流反馈比较电路第三部分；

图6为选缸控制与电流反馈比较电路第四部分；

图7为多模式切换控制电路；

图8为电磁阀高边与低边控制电路；

图9为多模式流程示意图；

图10为多路复用器u5真值表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

为了构建双燃料发动机电控系统，控制器应可以驱动多种燃料喷射执行器，如大流量电磁阀、小流量电磁阀等。若要完成多种驱动要求的实现，需对喷油器驱动电路的功能提出如下要求：(1)喷油器硬件驱动电路可以满足宽广功率范围内的喷油器驱动要求；(2)可根据不同的燃料喷射执行器选择不同的驱动模式；(3)控制单元可以离线或在线控制模式间的切换。本发明提供的一种多模式燃料喷射执行器驱动电路是可以在(1)采集电流比较法(2)比较器判别法(3)自动比较法(4)pwm波驱动法，四种驱动模式下自由切换的喷油驱动电路，说明书中会详述四种驱动方式。本发明驱动电路可以在单次或多次喷射进程中，根据不同时段的不同驱动波形要求，采用不同的驱动方法，如摘要附图1，优化驱动波形。

所述实现本方案的多模式燃料喷射执行器驱动电路包括：多模式切换控制电路、选缸控制与电流反馈比较电路、电磁阀高边与低边控制电路，其电路模块连接关系示意图如摘要附图2。本发明可用一种驱动电路，实现不同硬件型号、不同功率发动机的喷射执行器驱动；本发明可以根据不同的燃料喷射执行器特性要求，自由切换燃料喷射执行器驱动模式。如在低电感电流变化幅度较大的小型喷油器上采用自动比较法或pwm波驱动法，由于硬件比较的高速，可以得到良好的驱动波形并且节省控制单元的ad转换接口，降低cpu/协处理器运算载荷；在高电感电流变化幅度较小的大型喷油器上可采用采集电流比较法或比较器判别法，软件比较法的优势在于其基准电流值可以灵活配置，满足控制系统对不同功率的需求、可以根据实际情况选择节省ecu的i/o口或ad转换接口；本发明的多模式驱动电路可以在单次或多次喷射进程中，灵活切换驱动模式，兼顾各种驱动模式的优缺点，优化驱动波形。

为了突破单一模式驱动电路的局限性，更合理的调度硬件资源，使得：

一种多模式燃料喷射执行器驱动电路适用于不同类型的燃料喷射执行器，实现不同硬件型号、不同功率发动机的喷射执行器驱动；

控制单元可以在线控制多模式间的切换，从而可以在单次或多次喷射进程中，根据不同时段的不同驱动波形要求，采用不同的驱动方法，优化驱动波形的输出，如图2所示。

本发明提供一种多模式燃料喷射执行器驱动电路可以在(1)采集电流比较法(2)比较器判别法(3)自动比较法(4)pwm波驱动法，四种驱动模式下自由切换的燃料喷射执行器驱动电路。

为了实现上述功能，本发明采用如下技术方案。

一种多模式燃料喷射执行器驱动电路；所述多模式燃料喷射执行器驱动电路包括：

选缸控制与电流反馈比较电路；电磁阀高边与低边控制电路；多模式切换控制电路。

所述选缸控制与电流反馈比较电路分四部分描述。第一部分见图3包括u3高速双mosfet驱动器、u4差动放大器；d6二极管、d7二极管、d8二极管；c9滤波电容；q3mos管、q4mos管。其连接关系是这样的：控制单元的i/o口i/o_6、i/o_7连接至u3的2、4号口，7号引脚串接r6限流电阻连接至q3mos管的栅极，q3的源极接入差动放大器u4的8号引脚，q3的栅极与源极同时连接电压抑制器d6，q3的漏极分别连接整流d8二极管至b_vboost和电磁阀低端导通引脚output_l3；5号引脚串接r7限流电阻连接至q4mos管的栅极，q4的源极接入u4差动放大器的8号引脚，q4的栅极与源极同时连接电压抑制器d7，q4的漏极分别连接整流二极管d9至b_vboost和电磁阀低端导通引脚output_l4分压电阻r8串联在u4的8号和1号引脚之间；u4差动放大器的1号引脚与2号引脚相连并接地。

第二部分见图4，包括差动放大器u4；r16限流电阻、r17限流电阻、r18放大倍数计算电阻和r26放大倍数计算电阻、r19滤波电阻；c6滤波电容、c7滤波电容、c8滤波电容。其连接关系是这样的：u4的引脚7连接c6滤波电容后接地，引脚7同时连接5v电源；u4的引脚3、4连接后连接c8滤波电容后接地；u4的引脚3、4连接r18放大倍数计算电阻、r26放大倍数计算电阻接入引脚5，引脚5连接r19与r16至控制单元的ad输入引脚a/d_1(或连接r17至引脚a/d_1)，r19与r16之间并接c7后接地，另一处连接第三部分。

第三部分见图5，包括比较器u6；r9限流电阻、r13限流电阻；r10调试用小阻值电阻；r11基准电压值配置电阻、r14基准电压值配置电阻；r12上拉电阻；c5滤波电容。其连接关系是这样的：r9承接第二部分，连接至比较器u6的引脚3，引脚2同时连接r11至5v电源、r10至开关量输入接口ao0、r14后接地；引脚4、8分别连接12v电源和地，同时引脚4、8通过滤波电容c5相连，比较器u6的输出量分别连接上拉电阻r12至5v电源、连接限流电阻r13至控制单元的i/o口i/o_8、连接至多模式切换控制电路引脚h1。

第三部分见图6，包括比较器u7；r27限流电阻、r32限流电阻；调试用小阻值电阻r28；r29基准电压值配置电阻、r30基准电压值配置电阻；r31上拉电阻；c10滤波电容。其连接关系是这样的：r27电阻承接第二部分，连接至比较器u7的引脚5，引脚6同时连接r27至5v电源、r28至开关量输入接口ao1、r30后接地；引脚4、8分别连接12v电源和地，同时引脚4、8通过滤波电容c10相连，比较器u7的输出端分别连接r31上拉电阻至5v电源、连接r32后至控制单元的i/o口i/o_9、连接至多模式切换控制电路引脚h2。

所述多模式切换控制电路(见图7)包括双路4输入多路复用器u5,r20限流电阻、r21限流电阻、r22限流电阻、r23限流电阻、r24限流电阻、r25限流电阻,滤波电容c8，芯片u5真值表见图10。其连接关系是这样的：u5上的引脚2和14分别连接到控制单元的i/o口i/o_0和i/o_1上，由控制单元输出高低电平来控制选择不同的驱动模式；芯片u5的3、8、13号引脚接地，u5的4、12号引脚串联r23、r21连接选缸控制与电流反馈比较电路输出引脚h1与h2，若模式选择为自动比较法，则通过7、9号引脚输出驱动电压至电磁阀高边与低边控制电路输入引脚a1与a2；u5的5、11号引脚串联r22限流电阻和r20限流电阻连接控制单元的i/o口i/o_2和i/o_4，若模式选择为pwm波驱动法，则通过控制单元输出pwm脉冲，经由7、9号引脚输入至引脚a1与a2；u5和6、10号引脚连接到控制单元的i/o口i/o_3、i/o_5，若模式选择为采集电流比较法，则通过控制单元的a/d转换模块采集引脚a/d_1(或a/d_2)，经过比较由控制单元输出驱动电压至i/o_3、i/o_5，经由7、9号引脚输入至引脚a1与a2；若模式选择为比较器判别法，则通过选缸控制与电流反馈比较电路输出高低电平至引脚i/o_8、i/o_9，由控制单元识别电平信息经程序比较输出驱动电压至i/o_3、i/o_5，经由芯片u5的7、9号引脚输入至引脚a1与a2；u5的1、15号引脚连接限流电阻r24、r25后接地，16号引脚分别连接至5v电源，滤波电容c8后接地。

所述电磁阀高边与低边控制电路(见图8)包括高端和低端驱动器u1、u2；mos管q1、q2；r1电阻、r2电阻、r3电阻、r4电阻、r5电阻；c1电容、c2电容、c3电容、c4电容；d1二极管、d2二极管、d3二极管、d4二极管、d5二极管。其连接关系是这样的：u1的引脚2连接多模式切换控制电路的输出驱动信号a1；u1的引脚7连接r3至q1mos管栅极；b_vboost连接q1漏极；q1源极至电磁阀驱动电压高边信号output_h3-4；q1栅极与源极之间连接电压抑制器d3；u1的引脚3连接r1电阻至引脚4；u1的引脚4接地；u1的引脚1连接12v电源，并且连接二极管d1至u1的引脚8；u1的引脚8连接电容c3至output_h3-4；u1的引脚6连接至output_h3-4；u1的引脚4连接电阻r5至引脚6；12v电源连接滤波电容c1后接地；u2的引脚2连接多模式切换控制电路的输出驱动信号a2；引脚7连接r4电阻至q2mos管栅极；bat+连接q2漏极；q2源极至电磁阀驱动电压高边信号output_h3-4；q2栅极与源极之间连接电压抑制器d4；u2的引脚3连接r2电阻至引脚4；u2的引脚4接地；u2的引脚1连接12v电源，并且连接二极管d2至u2的引脚8；u2的引脚8连接电容c4至output_h3-4；u2的引脚6连接电压抑制器d5至output_h3-4；12v电源连接电容c2后接地。

实施例2：

本发明的原理是，用一种驱动电路，实现四种不同的方式提供燃料喷射执行器驱动所需要的高边与低边驱动脉冲，并可以由控制单元控制自由切换。

下面对本发明做更详尽的描述。

根据发动机相位，控制单元首先根据控制逻辑进行选缸，结合图3、图4、图5、图6，选缸控制与电流反馈比较电路可以实现两缸的选取，以i/o_6口代表的2缸为例，当i/o_6口输出高电平时，经u3放大作用，mos管q3导通，电磁阀驱动output_l端导通，此时若output_h导通则实现喷油器驱动。结合图8，若此时a1端输出高电平，经u1放大后，mos管q1导通，电磁阀驱动output_h端导通，此时q1管漏极接高压电源，实现电磁阀高端驱动；若此时a2端输出高电平，经u2放大后，mos管q2导通，电磁阀驱动output_h端导通，此时q2管漏极接低压电源，实现电磁阀低端驱动。

为了实现“高端打开，低端维持”的控制脉冲，需对驱动电流进行检测。结合图3、图4、图5、图6，驱动电流经采样电阻r8后接地，在差分放大器u4引脚2、8间形成差分电压信号。此电压信号经u4差分放大作用和外围r18电阻、r26电阻的放大作用(r18、r26的阻值选取决定放大倍数)，送入控制单元的ad转换通道a/d_1(或a/d_2)；当高端驱动时，差分电压信号进入比较器u6，如图6，与控制单元通过串行通信ao0口输入的电压值进行比较，输出一定波形的pwm波分别进入单片机的i/o口i/o_8和多模式切换控制电路的h1端。小阻值电阻r10为调试用，当r10不存在于电路时，可用r11与r14组合配置比较器基准电压值；当低端驱动时，差分电压信号进入比较器u7，如图6，与控制单元通过串行通信ao1口输入的电压值进行比较，输出一定占空比的pwm波分别进入单片机的i/o口i/o_9和多模式切换控制电路的h2端。r29为调试用，当r28不存在于电路时，可用r29与r30组合配置比较器基准电压值。

控制单元根据控制策略,由发动机管理软件模块提供当前的模式信息。下面结合图9具体说明多模式驱动电路的主要工作过程：控制单元输出高低电平来控制选择不同的驱动模式，控制单元的i/o口i/o_0和i/o_1连接多路复用器u5的引脚2和14。根据真值表，当i/o_0为高电平同时i/o_1为低电平时，4引脚与12引脚电平有效，此时为自动比较模式，经过串行通信通道ao0输入电压比较基准值，此时为纯硬件比较无需控制单元计算，若此时高端驱动电压信号小于高端基准值，h1输出高电平；若此时低端驱动电压小于低端基准值，h2输出高电平。h1、h2电压信号经r23限流电阻、r21限流电阻进入多路复用器u5，由引脚7和9输出高电平至电磁阀驱动端a1和a2；

当i/o_0为低电平同时i/o_1为高电平时，5引脚与11引脚电平有效此时为pwm波模式，根据控制策略，控制单元引脚i/o_2和i/o_4向u5引脚5和11输入一定的脉冲波形，由引脚7和9输出相应的高低电平至电磁阀驱动端a1和a2；

当i/o_0与i/o_1同时为低电平时，6引脚与10引脚电平有效且与控制单元的i/o口i/o_3、i/o_5相连，此时为采集电流比较模式或比较器判别模式。

当控制逻辑输出控制逻辑为采集电流比较模式时，则通过控制单元的a/d转换模块采集引脚a/d_1(或a/d_2)，当经由ad模块采样出的驱动电流的数字量大于控制逻辑给出的电流基准值时，输出低电平；当经由ad模块采样出的电流数字量小于控制逻辑给出的电流基准值时，控制单元输出高电平至i/o_3、i/o_5经由7、9号引脚输入至引脚a1与a2。

当控制逻辑输出控制逻辑为比较器判别模式时。当高端驱动时，差分电压信号进入比较器u6，如图6。差分电压信号与控制单元通过串行通信ao0口输入的电压值进行比较，输出一定波形的pwm波至控制单元的i/o口i/o_8，由控制单元识别经由硬件比较电路采集到的电平信息，若为高电平，控制单元则通过i/o口i/o_3输出高电平；当低端驱动时，差分电压信号进入比较器u7，如图7。差分电压信号与控制单元通过串行通信ao1口输入的电压值进行比较，输出一定脉冲波形的pwm波至控制单元的i/o口i/o_9，由控制单元识别经由硬件比较电路采集到的电平信息，若为高电平，控制单元则通过i/o口i/o_5输出高电平。i/o_3、i/o_5与u5引脚6、10相连，由引脚7和9输出相应的高低电平至电磁阀驱动端a1和a2。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。