本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種電控單體泵電磁閥驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境污染問題成為近年來困擾著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人們生活環(huán)境急需解決的難題，特別是發(fā)展中國(guó)家，環(huán)境問題尤為突出。因此，各國(guó)政府通過加嚴(yán)乘用車和非道路發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)，促使相關(guān)生產(chǎn)廠商對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。電控單體泵系統(tǒng)具有較高的噴射壓力，能夠適應(yīng)現(xiàn)有的排放法規(guī)要求降低排放。我國(guó)是內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)大國(guó)，而單缸或小型非道路柴油機(jī)又是我國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的一大特色，具有年產(chǎn)量和社會(huì)保有量大、減排空間巨大的特點(diǎn)。隨著非道路柴油機(jī)排放法規(guī)的加嚴(yán)，電控單體泵系統(tǒng)的應(yīng)用將更加廣泛。

電控單體泵中的電磁閥是電控系統(tǒng)中的主要執(zhí)行器，也是實(shí)現(xiàn)燃油噴射的主要控制對(duì)象。電磁閥驅(qū)動(dòng)從能耗、性能等方面考慮采用經(jīng)典的Peak&Hold驅(qū)動(dòng)方式，即高壓快速關(guān)斷閥門，低電壓保持閥門關(guān)閉狀態(tài)同時(shí)保證快速泄流。從驅(qū)動(dòng)電壓波形來看，主要的控制要點(diǎn)在于高壓的快速開啟及保持階段電壓波動(dòng)控制，同時(shí)兼顧其他驅(qū)動(dòng)要求。

電磁閥驅(qū)動(dòng)電路主要包括四個(gè)部分，分別是DC/DC升壓電路、高端低端控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、續(xù)留/泄流電路和電流采樣電路。其中續(xù)留/泄流電路用于在電磁閥關(guān)斷過程中降低驅(qū)動(dòng)電壓的穩(wěn)態(tài)誤差，降低相應(yīng)元器件的工作噪聲，并在電磁閥開啟的時(shí)刻快速釋放掉電磁閥線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電流采樣電路則在電磁閥工作工程中對(duì)電路中的電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋到單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓的準(zhǔn)確控制。

傳統(tǒng)的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路中電流采樣電路多采用精密電阻來進(jìn)行電壓電流監(jiān)測(cè)，并通過運(yùn)放輸入到MCU，稱之為電阻采樣方式。電阻采樣方式具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也是很明顯的，主要是響應(yīng)速度慢，運(yùn)放電路比較多，容易受到干擾，電阻的溫漂比較嚴(yán)重等。本發(fā)明的電流采樣電路可以采用霍爾電流傳感器，即霍爾采樣方式，具有響應(yīng)速度快、溫漂小、線性度好和外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的電控單體泵電磁閥驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行改進(jìn)，即驅(qū)動(dòng)電路中電流采樣方式采用霍爾采樣，并對(duì)續(xù)留/泄流回路進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)合相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制方法使電控單體泵電磁閥在滿足Peak&Hold驅(qū)動(dòng)方式的同時(shí)，能夠快速關(guān)斷和打開閥門，對(duì)電壓波動(dòng)進(jìn)行了很好的控制。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種電控單體泵電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，包括電源、DC/DC升壓模塊、MOS管Q_A、高端驅(qū)動(dòng)芯片、二極管D_A、MOS管Q_B、低端驅(qū)動(dòng)芯片、電磁閥、二極管D_B、霍爾電流傳感器H和單片機(jī)；

所述電源的輸出端口連接到DC/DC升壓模塊的輸入端口，所述DC/DC升壓模塊將電源的電壓升壓后輸入到MOS管Q_A的漏極，所述MOS管Q_A的柵極與高端驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端口相連，對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行調(diào)制；所述高端驅(qū)動(dòng)芯片輸入端口與單片機(jī)的PWM模塊相連，提升來自單片機(jī)高端控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)力；所述MOS管Q_A的源極輸入到二極管D_A的正極，所述二極管D_A的負(fù)極與MOS管Q_B的漏極相連，所述MOS管Q_B的柵極與低端驅(qū)動(dòng)芯片輸出端口相連，通過低端控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的選通、建立續(xù)流回路和快速泄流；所述低端驅(qū)動(dòng)芯片輸入端口與單片機(jī)的PWM模塊相連，提升來自單片機(jī)低端控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)力；所述MOS管Q_B的源極與電磁閥的正極相連，所述電磁閥的負(fù)極分別與二極管D_B的正極、霍爾電流傳感器H的輸入端口相連接，所述二極管D_B的負(fù)極連接到MOS管Q_B的漏極，所述霍爾電流傳感器H的輸出端口連接到單片機(jī)的A/D模塊，用于對(duì)電磁閥的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行檢測(cè)并反饋到單片機(jī)中構(gòu)成閉環(huán)控制；所述單片機(jī)的電源輸入引腳連接到電源的輸出端口。

上述方案中，所述DC/DC升壓模塊采用的芯片是LM3488。

上述方案中，所述二極管D_B為肖特基二極管。

上述方案中，所述MOS管Q_B與電磁閥、二極管D_B建立續(xù)流回路和實(shí)現(xiàn)快速泄流。

一種電控單體泵電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，單片機(jī)控制高端和低端兩路控制信號(hào)輸出，霍爾電流傳感器H獲得的電流采樣信號(hào)輸入到單片機(jī)，具體如下：

(1)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電壓及脈寬取決于確定工況下既定的相關(guān)噴油參數(shù)，并作為PID控制器的目標(biāo)參考值；

(2)霍爾電流傳感器的輸出值作為PID控制器的反饋值；

(3)PID控制器基于目標(biāo)參考值和反饋值做出誤差控制輸入到PWM調(diào)制模塊中，PWM調(diào)制模塊產(chǎn)生高端控制信號(hào)，用于控制電路電壓的調(diào)制及電路的通斷；

(4)低端控制信號(hào)控制電路的選通，并建立續(xù)流回路及實(shí)現(xiàn)快速泄流控制；低端控制信號(hào)由噴油脈寬參數(shù)確定，在電磁閥關(guān)斷的時(shí)候，低端控制信號(hào)控制建立續(xù)留回路；在電磁閥打開的瞬間，低端控制信號(hào)斷開續(xù)留回路，實(shí)現(xiàn)快速泄流。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所提供的驅(qū)動(dòng)電路，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且性能穩(wěn)定；MOS管Q_B與電磁閥、二極管D_B建立的續(xù)流回路能夠減少電路中驅(qū)動(dòng)電壓的穩(wěn)態(tài)波動(dòng)、降低穩(wěn)態(tài)誤差及MOS管Q_A的開關(guān)頻率，從而減少工作噪聲，并且通過低端控制信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)快速泄流，提高電磁閥控制下的燃油噴射穩(wěn)定性；驅(qū)動(dòng)電路采用霍爾電流傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的閉環(huán)控制，具有響應(yīng)時(shí)間少、溫漂小、輸出線性好和耐用性高等優(yōu)點(diǎn)。另外，基于電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的控制方法具有針對(duì)性的電壓誤差控制，使實(shí)際驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)目標(biāo)參考電壓具有快速響應(yīng)和趨向的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為電控單體泵電磁閥Peak&Hold驅(qū)動(dòng)方式示意圖；

圖2為本發(fā)明電磁閥驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明高、低端控制信號(hào)示例波形圖，圖3(a)為高端控制信號(hào)示例波形圖，圖3(b)為低端控制信號(hào)示例波形圖；

圖4為基于本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路的控制方法流程圖；

圖5為本發(fā)明基于高、低端控制信號(hào)下續(xù)留/泄流回路仿真驅(qū)動(dòng)電壓波形效果圖。

圖中：1-電源；2-DC/DC升壓模塊；3-MOS管Q_A；4-高端驅(qū)動(dòng)芯片；5-二極管D_A；6-MOS管Q_B；7-低端驅(qū)動(dòng)芯片；8-電磁閥；9-二極管D_B；10-霍爾電流傳感器H；11-單片機(jī)。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，下述僅作為示例性不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例：

圖1所示為電控單體泵電磁閥采用Peak&Hold驅(qū)動(dòng)方式，將其劃分為五個(gè)階段：需要供給大電壓使電磁閥門快速閉合的第一階段，保持峰值電壓以便閥門快速落座的第二階段，峰值電壓向低電壓過渡的第三階段，保持電磁閥閉合狀態(tài)的低壓保持第四階段和實(shí)現(xiàn)快速泄流的第五階段；其中在二、四階段需要配合霍爾電流傳感器對(duì)電壓波動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，在第五階段配合圖2中的泄流電路(圖2中虛線部分)實(shí)現(xiàn)電磁閥的快速泄流。

圖2所示為本發(fā)明電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，包括電源1、DC/DC升壓模塊2、MOS管Q_A 3、高端驅(qū)動(dòng)芯片4、二極管D_A 5、MOS管Q_B 6、低端驅(qū)動(dòng)芯片7、電磁閥8、肖特基二極管D_B 9、霍爾電流傳感器H10和單片機(jī)11，DC/DC升壓模塊2采用的芯片是LM3488；

電源1的輸出端口連接到DC/DC升壓模塊2的輸入端口，DC/DC升壓模塊2將蓄電池12/24V電壓升壓到60V以驅(qū)動(dòng)單體泵電磁閥快速閉合，并受控于高端控制信號(hào)提供各個(gè)驅(qū)動(dòng)階段的調(diào)制電壓；DC/DC升壓模塊2的輸出端口連接到MOS管Q_A 3的漏極，MOS管Q_A 3的柵極與高端驅(qū)動(dòng)芯片4的輸出端口相連，并受控于單片機(jī)11的高端控制信號(hào)(PWM信號(hào)，占空比85％，頻率1kHz，高端控制信號(hào)示例波形圖如圖3(a)所示)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路驅(qū)動(dòng)電壓的調(diào)制，使電壓滿足各個(gè)驅(qū)動(dòng)階段的電壓要求；高端驅(qū)動(dòng)芯片4輸入端口與單片機(jī)11的PWM模塊相連，接收單片機(jī)11的高端控制信號(hào)并提升其驅(qū)動(dòng)力；MOS管Q_A 3的源極輸入到二極管D_A 5的正極，二極管D_A 5的負(fù)極與MOS管Q_B 6的漏極相連，MOS管Q_B 6的柵極與低端驅(qū)動(dòng)芯片7輸出端口相連，并受控于單片機(jī)11的低端控制信號(hào)(示例波形圖如圖3(b)所示)實(shí)現(xiàn)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的選通、建立續(xù)流回路(圖2中虛線部分)和快速泄流；低端驅(qū)動(dòng)芯片7輸入端口與單片機(jī)11的PWM模塊相連，接收單片機(jī)11的低端控制信號(hào)并提升其驅(qū)動(dòng)力；MOS管Q_B 6的源極與電磁閥8的正極相連，電磁閥8的負(fù)極分別與肖特基二極管D_B 9的正極、霍爾電流傳感器H 10的輸入端口相連接，肖特基二極管D_B 9的負(fù)極連接到MOS管Q_B 6的漏極，霍爾電流傳感器H 10的輸出端口連接到單片機(jī)11的A/D模塊，用于對(duì)電磁閥8的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行檢測(cè)并反饋到單片機(jī)11中構(gòu)成閉環(huán)控制；MOS管Q_B 6與電磁閥8、二極管D_B 9建立續(xù)流回路和實(shí)現(xiàn)快速泄流，同時(shí)可降低驅(qū)動(dòng)電壓穩(wěn)態(tài)誤差、減少電壓波動(dòng)、降低電路工作噪聲；單片機(jī)11的電源輸入引腳連接到電源1的輸出端口，電源1將蓄電池電壓進(jìn)行降壓輸入到單片機(jī)11。

本發(fā)明電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的工作過程為：

電源1通過DC/DC升壓模塊2將蓄電池電壓進(jìn)行升壓，在噴油時(shí)刻到來之前，高端控制信號(hào)輸出低電平控制MOS管Q_A 3斷開狀態(tài)。當(dāng)噴油時(shí)刻到來時(shí)，高端控制信號(hào)輸出高電平控制MOS管Q_A 3處于導(dǎo)通狀態(tài)，由于在不同噴射階段(即圖1中的二、三、四階段)，電磁閥對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的要求也不相同，這時(shí)通過輸出一定占空比和頻率的PWM高端控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)MOS管Q_A 3不停地開關(guān)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)來自DC/DC升壓模塊2的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行調(diào)制，獲得所需要的目標(biāo)電壓，電路中電壓的波動(dòng)情況由霍爾電流傳感器H 10反饋到單片機(jī)11，最終輸出確定的高端控制信號(hào)。MOS管Q_B 6、電磁閥8和二極管D_B 9則在電磁閥導(dǎo)通狀態(tài)(即圖1中一、二、三、四階段)構(gòu)成續(xù)留回路，此時(shí)低端控制信號(hào)輸出高電平，MOS管Q_B 6處于導(dǎo)通狀態(tài)，目的在于當(dāng)MOS管Q_A 3處于斷開狀態(tài)時(shí)，電磁閥8中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過續(xù)留回路的作用不會(huì)迅速降低，從而降低電壓波動(dòng)。當(dāng)噴油時(shí)刻結(jié)束時(shí)(即圖1中第五階段)，此時(shí)，高端控制信號(hào)輸出低電平控制MOS管Q_A 3斷開，同時(shí)低端控制信號(hào)輸出低電平控制MOS管Q_B 6斷開，即斷開續(xù)留回路，此時(shí)電磁閥8中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)迅速下降，稱為泄流。電路中高端驅(qū)動(dòng)芯片4、低端驅(qū)動(dòng)芯片7作用在于提升高、低端控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，霍爾電流傳感器H 10作用是在圖1中一、二、三、四階段對(duì)電路中的電壓進(jìn)行檢測(cè)和反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓波動(dòng)的閉環(huán)控制。

圖4所示為針對(duì)本發(fā)明電路的電磁閥驅(qū)動(dòng)控制方法，對(duì)應(yīng)兩路控制信號(hào)輸出，即高端控制信號(hào)和低端控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)一個(gè)電流采樣信號(hào)的輸入，具體為：

(1)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電壓及脈寬取決于確定工況下既定的相關(guān)噴油參數(shù)，并作為PID控制器的目標(biāo)參考值；

(2)霍爾電流傳感器的輸出值作為PID控制器的反饋值；

(3)PID控制器基于目標(biāo)參考值和反饋值做出誤差控制輸入到PWM調(diào)制模塊中，PWM調(diào)制模塊產(chǎn)生高端控制信號(hào)，用于控制電路電壓的調(diào)制及電路的通斷；

(4)低端控制信號(hào)控制電路的選通，并建立續(xù)流回路及實(shí)現(xiàn)快速泄流控制；低端控制信號(hào)由噴油脈寬參數(shù)確定，在電磁閥關(guān)斷的時(shí)候，低端控制信號(hào)控制建立續(xù)留回路；在電磁閥打開的瞬間，低端控制信號(hào)斷開續(xù)留回路，實(shí)現(xiàn)快速泄流。

在圖4中由輸入到單片機(jī)11的轉(zhuǎn)速油門信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行工況，執(zhí)行當(dāng)前工況下對(duì)應(yīng)的噴油方法，確定下一個(gè)曲軸周期對(duì)應(yīng)的噴油脈寬，噴油脈寬再轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的高端和低端兩路控制信號(hào)，分別控制MOS管Q_A 3和MOS管Q_B 6；低端控制信號(hào)直接輸入到低端驅(qū)動(dòng)芯片7以提升驅(qū)動(dòng)能力并最終作用到MOS管Q_B 6，高端控制信號(hào)則主要由高端目標(biāo)信號(hào)輸入到PID控制器與來自霍爾電流傳感器H 10采集到的電流信號(hào)做PID控制，通過PID控制器實(shí)現(xiàn)實(shí)際電壓信號(hào)對(duì)高端目標(biāo)信號(hào)的響應(yīng)與追蹤，并將PID輸出用于PWM調(diào)制，最終得到高端控制信號(hào)經(jīng)高端驅(qū)動(dòng)芯片4提升驅(qū)動(dòng)力作用于MOS管Q_A 3，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的控制。低端控制信號(hào)用于電路的導(dǎo)通，建立續(xù)流回路和實(shí)現(xiàn)快速泄流，其輸出電平在噴油開始前為低電平，使得MOS管Q_B 6為截止?fàn)顟B(tài)；在整個(gè)噴油階段輸出高電平，與肖特基二極管D_B 9一起建立續(xù)流回路，可以顯著降低驅(qū)動(dòng)電壓的穩(wěn)態(tài)誤差、降低電壓波動(dòng)及高端控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)頻率(如圖5所示，圖中a為本發(fā)明電磁閥驅(qū)動(dòng)電路中續(xù)留/泄流回路仿真驅(qū)動(dòng)電壓波形，b為半橋電路仿真驅(qū)動(dòng)電壓波形)，從而降低電路噪聲；噴油結(jié)束后，低端控制信號(hào)則輸出低電平，電路斷路，電磁閥8內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)迅速下降實(shí)現(xiàn)快速泄流。本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路中電流采樣元件采用了霍爾電流傳感器H 10，具有響應(yīng)時(shí)間短、溫漂小，電路線性度好，耐用度高等特點(diǎn)，同時(shí)由于其采用霍爾效應(yīng)原理，不會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生壓降等影響，從而能夠保證測(cè)量精度。

如上所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式,但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式,在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下,本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。