柴油機電磁閥驅(qū)動電路設(shè)計x0001

1、柴油機電磁閥驅(qū)動電路設(shè)計 近年國內(nèi)汽車零部件企業(yè)涌現(xiàn)出電控系統(tǒng)的開發(fā)熱潮，其中電子 控制單元（ECU）的開發(fā)成為柴油機燃油噴射系統(tǒng)的重點，尤其是隨 著國家尾氣排放法規(guī)的升級，高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)己成為主流產(chǎn)品。 因此ECU電路中對燃油噴射量的控制變得尤為重要。在柴油機高壓燃 油噴射系統(tǒng)中，油泵負(fù)責(zé)產(chǎn)生燃油的高壓，噴油器負(fù)責(zé)高壓燃油的噴 射，而噴油器電磁閥則負(fù)責(zé)對燃油噴射進(jìn)行精準(zhǔn)控制，包括對噴油正 時、噴油量和噴射速率的控制等。為了精確計量燃油，要求噴油器電 磁閥的開啟響應(yīng)和關(guān)閉響應(yīng)快速。因此，對電磁閥的控制策略將直接 影響著柴油機的排放和燃燒質(zhì)量，加強對電磁閥驅(qū)動電路的研究對于 提高柴油機的性

2、能起著舉足輕重的作用。 2.電磁閥驅(qū)動電路設(shè)計 1.1噴油器高速電磁閥工作特性 噴油器高速電磁閥的工作過程可分為5個階段（如圖1所示）： 快速吸合階段tl高維持電流階段t2、由IH到IL的低維持電流快速 切換階段t3、IL吸合階段t4、快速關(guān)斷階段t5o電控噴油器是高壓 共軌燃油噴油系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它的開發(fā)是噴油系統(tǒng)開發(fā)工作中至 關(guān)重要的一環(huán)，電控噴油器功能的實現(xiàn)需要噴油器電磁閥的快速響應(yīng)。 電磁閥理想的驅(qū)動特性：需要快速注入峰值電流，使其迅速吸合，即 tl階段。吸合吸合后，因磁路中氣隙減小磁阻降低，電磁閥僅需較小 的電流就能夠維持吸合，即t2和t3階段。在維持吸合階段只需采用 較小的維持電

3、流，一方面可以加快電磁閥的釋放速度；另一方而可以 減少電磁閥線圈的發(fā)熱，保證整個噴油系統(tǒng)長期可靠地運行，即t4 階段。最后，為減少電磁閥的釋放延時，應(yīng)盡快切斷驅(qū)動電流，即t5 階段。為實現(xiàn)噴油器電磁閥的快速響應(yīng)，需要引入升壓電路。 1.2噴油器升壓電路原理 一般情況下，噴油器電磁閥的驅(qū)動電壓越高時，其閉合速度也就 越快，噴油器的響應(yīng)速度也就越快。電磁閥驅(qū)動電源應(yīng)具備分階段驅(qū) 動、高低電壓分時供電的特性，以滿足電磁閥大電流快速開啟、低電 流可靠維持的要求。這種特性既利于減小電磁閥線圈的功耗，又便于 及時關(guān)閉電磁閥，實現(xiàn)快速斷油。為實現(xiàn)這種理想的驅(qū)動方式，目前 最常使用的是PWM升壓驅(qū)動電路，如圖

4、2所示。升壓電路主要有升 壓儲能電感L,儲能電解電容C,開關(guān)二極管D以及功率NMOS管Q 組成。當(dāng)Q導(dǎo)通時，電流流經(jīng)電感L,電感線圈飽和之前，線圈中產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢E, E的方向與電流變化方向相反；同時C向負(fù)載放電， 快速回復(fù)二極管D承受反向電壓，儲能電容C不會通過二極管放電； 當(dāng)Q截止時，電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E與電源電壓形成串聯(lián), 以很高的電壓通過快速二極管向C充電，C兩端形成高壓，并向負(fù)載 供電。 2.3噴油器升壓電路設(shè)計 本研究采用Boost原理進(jìn)行噴油器升壓電路設(shè)計，設(shè)計時遵循原 則如下：（3）設(shè)計電磁閥電源電壓為12V,用以提供電磁閥低電流 可靠維持的要求；（b）對蓄電池12V

5、電源進(jìn)行升壓至48V,用以提供 電磁閥開啟時的高壓驅(qū)動電流;（c ）采用PWM方式控制MOS管通斷， 實現(xiàn)電磁閥高低壓驅(qū)動電流保持在一個固定值。此設(shè)計以ST品牌的 L9781TR作為升壓電路控制芯片，通過預(yù)驅(qū)直接控制MOS管的通斷， 實現(xiàn)升壓功能。12V電源接入L9781TR的VBAT供電端，經(jīng)GLS_T腳 產(chǎn)生PWM信號輸入到MOS管Q的柵極，以實現(xiàn)對MOS管的導(dǎo)通和 關(guān)斷，完成對電感的充電過程。MOS管的源極接入毫歐級的檢流電 阻Rl, R1兩端分別接到L9781TR的RSP_T和RSN_T端，利用該芯片 內(nèi)部集成的觸發(fā)器和比較器，從而實現(xiàn)DC/DC轉(zhuǎn)換控制。Q關(guān)斷時, 二極管D導(dǎo)通，對電

6、解電容C開始充電，產(chǎn)生輸出電壓Vout,通過 合理設(shè)定R2、R3 R4的值，將VT_FB處電壓維持在2.472.60,并輸 入至L9781TR對應(yīng)第12腳來實時檢測Vout數(shù)值，將Vout維持在48V 左右。 2.4噴油器高邊控制 電路（圖4） L9781TR通過GHST_A輸出模擬信號來控制QL的通 斷，Q1導(dǎo)通時將48V高電壓提供給噴油器電磁閥工作。同樣，L9781TR 通過GHSB_A輸出模擬信號來控制Q2的導(dǎo)通，Q2導(dǎo)通時將12V電源 電壓提供給噴油器電磁閥工作。毫歐級電阻R9用來進(jìn)行過流監(jiān)測， 其兩端RSPHS_A和INJH_A分別接至L9781TR的第15腳和第17腳。 通過設(shè)置兩

7、腳之間的電壓差來間接控制噴油器高邊的通斷。 1.5噴油器低邊控制 電路（圖5） L9781TR通過GLS_AX輸出模擬信號來控制Q3的通 斷，Q3的Vgson取8.5, 10伏間電壓時，Q3導(dǎo)通，若對應(yīng)高邊也接 通時噴油器電磁閥就開始工作。同理，Q4導(dǎo)通時，另一路噴油器電 磁閥開始工作。毫歐級電阻R15用來進(jìn)行過流監(jiān)測，與圖3中R9的 功能相同。 2.電磁閥驅(qū)動電路生產(chǎn)檢測 由于噴油器電磁閥工作時電流波形的特殊性，如圖6所示，MCU 無法直接對該波形進(jìn)行讀取，因此生產(chǎn)簡易工裝需要對該波形進(jìn)行特 殊處理后才能檢測。將毫歐級電阻R16與電磁閥電路串聯(lián)，用TI品 牌的INA271將R16的電流變化轉(zhuǎn)化成兩端的電壓變化，見圖7中的 波形一，再用電壓比較器對電壓波形進(jìn)行處理，高維持電流處理后的 波形見圖7中的波形三，低維持電流處理后的波形見圖8中的波形四。 通過MCU讀取處理后波形的脈寬，用來判斷電磁閥是否正常。結(jié)語 木文選用L9781TR芯片對升壓電路及電磁閥進(jìn)行