寬域氧傳感器加熱方法及其控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種寬域氧傳感器加熱方法及其控制電路，用于柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng) 中氧傳感器內(nèi)部溫度加熱。
【背景技術(shù)】
[0002] 在發(fā)明專利CN101976086A中，采用電橋電路，通過電壓調(diào)整電路向電橋電路提供 加熱電壓，并通過誤差放大電路調(diào)節(jié)輸出電壓大小，從而控制氧傳感器的內(nèi)阻阻值恒定。該 專利是通過硬件方式來調(diào)節(jié)氧傳感器的加熱電壓，缺乏調(diào)節(jié)靈活性。
[0003] 另外，目前方案中，有采用專門的驅(qū)動(dòng)芯片，把氧傳感器的加熱信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓 值，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)據(jù)此判斷氧傳感器溫度是否達(dá)到了標(biāo)定值。這種 方案不僅增加了測(cè)量誤差的可能性和計(jì)算誤差，還增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種寬域氧傳感器加熱方法及 其控制電路，使氧傳感器在較短的時(shí)間內(nèi)（小于20s)達(dá)到要求的最佳工作溫度，并且保證 氧傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0005] 按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述的寬域氧傳感器加熱控制電路包括：氧傳感器、 比較輸出電路、微處理器、加熱驅(qū)動(dòng)電路，其中氧傳感器的內(nèi)阻Ri-端接電源VCC，內(nèi)阻Ri 的另一端接比較輸出電路，氧傳感器加熱電阻R h的高端接氧傳感器供電電壓VPP，加熱電阻 Rh的低端接加熱驅(qū)動(dòng)電路；所述比較輸出電路的輸出端接微處理器，微處理器向加熱驅(qū)動(dòng) 電路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；根據(jù)氧傳感器的標(biāo)定電阻值，預(yù)先設(shè)定比較輸出電路中比較器的閾值 電壓，加熱過程中，氧傳感器的內(nèi)阻Ri逐漸減小，使得比較器的輸入電壓逐漸增大，導(dǎo)致比 較器翻轉(zhuǎn)，微處理器根據(jù)比較器輸出的脈沖信號(hào)來控制氧傳感器加熱的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū) 動(dòng)信號(hào)為占空比可調(diào)的PWM波，通過加熱驅(qū)動(dòng)電路調(diào)整加熱電阻心上的電壓，讓氧傳感器 探頭溫度維持在恒定值。
[0006] 其中，所述的比較輸出電路包括電阻1?1、1?2、1?3，電容(：1以及比較器1]1，電阻1?1的 一端接電源VCC，電阻Rl另一端連接比較器Ul的反向輸入端，并經(jīng)過電阻R2接地，比較器 Ul的同向輸入端連接氧傳感器內(nèi)阻Ri的另一端，并經(jīng)過電阻R3接地；電容Cl的一端接氧 傳感器供電電壓VPP，另一端接地；比較器Ul的輸出端信號(hào)Sl進(jìn)入微處理器，微處理器根 據(jù)邏輯判斷，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2 ;所述加熱驅(qū)動(dòng)電路包括MOS管Ql，MOS管Ql的柵極接驅(qū)動(dòng) 信號(hào)S2, MOS管Ql漏極接氧傳感器加熱電阻&的低端，MOS管Ql源極接地。
[0007] 電阻RU R2、R3之間滿足關(guān)系：
其中，電阻RU R2、R3為固定 值，電阻為氧傳感器的標(biāo)定電阻值。
[0008] 上述電路的寬域氧傳感器加熱方法為：設(shè)比較器Ul的同向輸入端輸入電壓VA，比 較器Ul的反向輸入端輸入電壓VB，加熱過程如下：
[0009] (a)電阻RU R2、R3為固定值，Ri隨著溫度的升高而減小，在加熱過程中，電壓VA 逐漸增大，在加熱到目標(biāo)值溫度之前，比較器Ul輸出的信號(hào)Sl為低電平，加熱到目標(biāo) 溫度時(shí)，信號(hào)Sl由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑?br>[0010] (b)當(dāng)微處理器檢測(cè)到信號(hào)Sl為低電平時(shí)，則輸出信號(hào)S2,信號(hào)S2為PffM波，若 微處理器檢測(cè)到信號(hào)Sl為高電平，則關(guān)閉信號(hào)S2的輸出；
[0011] (C)在信號(hào)S2的驅(qū)動(dòng)下，MOS管Ql打開，加熱電阻Rh工作，氧傳感器溫度升高。
[0012] 在加熱過程中，信號(hào)S2的PffM波信號(hào)的占空比變化分為3個(gè)階段：（1)預(yù)熱階段， 占空比為一個(gè)較小值，且保持不變；（2)溫度上升階段，占空比按一定規(guī)律逐漸增大；（3)溫 度保持階段，占空比的大小由PID調(diào)節(jié)得到。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0014] (1)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要專門的驅(qū)動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化控制邏輯；
[0015] (2)初始工作時(shí)，采用軟啟動(dòng)模式，氧傳感器探頭溫度緩慢上升，可在20s左右時(shí) 間達(dá)到標(biāo)定值；
[0016] (3)氧傳感器的加熱電阻的有效加熱電壓由軟件控制，可靈活調(diào)節(jié)。
[0017] (4)整個(gè)電路中使用普通元器件，實(shí)現(xiàn)成本低。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的氧傳感器加熱控制電路圖。
[0019] 圖2是信號(hào)波形圖。
[0020] 圖3是氧傳感器內(nèi)阻與溫度的關(guān)系曲線。
[0021] 圖4是信號(hào)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023] 如圖1所示，一種寬域氧傳感器加熱控制電路包括：氧傳感器、比較輸出電路、微 處理器、加熱驅(qū)動(dòng)電路，氧傳感器部件包含加熱電阻&以及傳感器內(nèi)阻Ri，其中氧傳感器的 內(nèi)阻Ri -端接電源VCC，內(nèi)阻Ri的另一端接比較輸出電路，氧傳感器加熱電阻&的高端接 氧傳感器供電電壓VPP，加熱電阻心的低端接加熱驅(qū)動(dòng)電路。傳感器內(nèi)阻Ri被看作一可變 電阻，參與外部電路的分壓計(jì)算。微處理器接收比較輸出電路的輸出信號(hào)S1，控制加熱驅(qū)動(dòng) 電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的輸出。信號(hào)Sl為脈沖信號(hào)，微處理器根據(jù)信號(hào)Sl的狀態(tài)控制信號(hào)S2 的輸出。信號(hào)S2為可變占空比的PffM波信號(hào)。
[0024] 所述的比較輸出電路包括電阻RU R2、R3,電容Cl以及比較器U1，電阻Rl的一端 接電源VCC，電阻Rl另一端連接比較器Ul的反向輸入端，并經(jīng)過電阻R2接地，電阻R2的分 壓值為VB，VB送入比較器Ul的反向輸入端。比較器Ul的同向輸入端連接氧傳感器內(nèi)阻Ri 的另一端，并經(jīng)過電阻R3接地；電阻R3的分壓值為VA，VA送入比較器Ul的同向輸入端。 電容Cl的一端接氧傳感器供電電壓VPP，另一端接地；比較器Ul的輸出端信號(hào)Sl進(jìn)入微 處理器，微處理器根據(jù)邏輯判斷，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2 ;所述加熱驅(qū)動(dòng)電路包括MOS管Ql，MOS 管Ql的柵極接驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2, MOS管Ql漏極接氧傳感器加熱電阻心的低端，MOS管Ql源極 接地。
[0025] 根據(jù)氧傳感器的標(biāo)定電阻值，預(yù)先設(shè)定比較輸出電路中比較器的閾值電壓，加熱 過程中，氧傳感器的內(nèi)阻Ri逐漸減小，使得比較器的輸入電壓逐漸增大，導(dǎo)致比較器翻轉(zhuǎn)， 微處理器根據(jù)比較器輸出的脈沖信號(hào)來控制氧傳感器加熱的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為占空比 可調(diào)的PffM波，通過加熱驅(qū)動(dòng)電路靈活調(diào)整加熱電阻&上的電壓，讓氧傳感器探頭溫度維 持在恒定值。
[0026] 基于上述電路的氧傳感器加熱方法，包括如下步驟：
[0027] (a)采樣氧傳感器內(nèi)阻Ri與電阻R3組成的回路中的電壓值VA，送入比較器Ul的 正向輸入端，在電阻RU R2組成的回路中，采樣電壓VB，送入比較器Ul的反向輸入端。其 中，電阻RU R2、R3為固定值，Ri隨著溫度的升高而減小，在加熱過程中，VA處的電壓值逐 漸增大，在加熱到目標(biāo)值溫度之前，比較器Ul的輸出信號(hào)Sl為低電平，加熱到目標(biāo)溫 度時(shí)，信號(hào)Sl由低電平跳變?yōu)楦唠娖健?br>[0028] (b)當(dāng)微處理器檢測(cè)到信號(hào)Sl為低電平時(shí)，則輸出加熱信號(hào)S2,信號(hào)S2為PffM波。 若微處理器檢測(cè)到信號(hào)Sl為高電平，則關(guān)閉信號(hào)S2的輸出。
[0029] (c)在信號(hào)S2的驅(qū)動(dòng)下，MOS管Ql打開，加熱電路工作，氧傳感器溫度升高。 [0030] 在加熱過程中，PffM波信號(hào)的占空比變化分為3個(gè)階段：（1)預(yù)熱階段，占空比為 一個(gè)較小值，且保持不變；（2)溫度上升階段，占空比按一定規(guī)律逐漸增大；(3)溫度保持階 段，占空比的大小由PID調(diào)節(jié)得到。
[0031 ] 以下對(duì)電路的具體工作方法進(jìn)行更為詳細(xì)的分析。
[0032] VA、VB的計(jì)算公式如下：
[0035] 其中，電阻R1、R2、R3滿足如下關(guān)系：
[0033]
[0034]
[0036]
[0037] 式⑴中，電阻IW為寬域氧傳感器的標(biāo)定電阻，是已知量，不同型號(hào)的寬域氧傳 感器其標(biāo)定電阻值不同。若V A〈VB，那么信號(hào)Sl為高電平，微處理器輸出信號(hào)S2, MOS管Ql 工作，對(duì)氧傳感器進(jìn)行加熱；SVA>VB，那么信號(hào)Sl為低電平，微處理器禁止輸出信號(hào)S2, MOS 管Ql不工作，停止對(duì)氧傳感器的加熱。
[0038] 所述的微處理器根據(jù)邏輯判斷，輸出加熱驅(qū)動(dòng)電路中MOS管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2 ; MOS管Ql的柵極接微處理器的信號(hào)S2輸出端，MOS管Ql的漏極接氧傳感器加熱電阻心的 低端，MOS管Ql的源極接地。當(dāng)信號(hào)S2的電平為高，則MOS管Ql導(dǎo)通，開始對(duì)&加熱，氧 傳感器溫度升高；當(dāng)信號(hào)S2的電平為低，則M