驱动电磁致动器的驱动电路的制作方法
驱动电磁致动器的驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于驱动多个感应式致动器的技术。依照该技术，驱动单元包括接收由外部控制单元使用的外部时钟信号的时钟终端。该驱动单元进一步包括配置为通过串行总线与外部控制单元通信的串行总线接口。该串行总线配置为与以下两者通信：同步到外部时钟信号的触发指令，该触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个响应于触发指令生成与外部时钟信号同步的驱动信号，以及与多个PCU中的至少一个相关联并且与外部时钟信号同步的数据，其中该数据由多个PCU中的至少一个使用，以响应于触发指令生成驱动信号。
【专利说明】驱动电磁致动器的驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于驱动电磁致动器的驱动电路的领域，特别是用于驱动电磁阀(螺线管阀)的驱动电路。
【背景技术】
[0002]对电磁致动器的一种重要应用是用于内燃机的燃料注入系统，在该系统中螺线管阀被用作螺线管燃料注入器。通常，具有电子燃料注入系统的燃烧机包括引擎控制单元(ECU),该控制单元使用专用的微控制器以确定燃料注入的精确时间点(time instant)和输送燃料的量。然而，微控制器并不直接向螺线管燃料注入器供应所需电流，而是将指令发送至分开的驱动单元，该驱动单元配置为用于致动螺线管燃料注入器的功率级(例如，M0SFET)生成所需的驱动信号(driver signal)。驱动单元可配置为获得(例如,测量)出现在螺线管中或者功率级中的反馈信号。一个这样的反馈信号，例如是在注入器运行期间流经螺线管的实际电流。其他的反馈信号可以是功率级的内部信号(例如，MOSFET的漏-源电压)，或者是驱动单元的内部信号。由于在当前的注入系统中对燃料注入的计时要求比较严格，故微控制器和驱动单元之间的通信必须遵守严格的实时约束。
【发明内容】
[0003]依据一个示例，在此描述了用于驱动多个感应式致动器的驱动单元。该驱动单元包括配置为接收由外部控制单元所使用的外部时钟信号的时钟终端，该外部控制单元在该驱动单元之外。串行总线接口配置为通过串行总线与该外部控制单元通信。该串行总线接口配置为传达同步到外部时钟信号的触发指令。该触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个，从而响应与外部时钟信号同步的触发指令来生成用于多个感应式致动器的驱动信号(drive signal)。串行总线接口配置为还传达与多个P⑶中的至少一个相关联的并且与外部时钟信号同步的数据。该数据由多个PCU中的至少一个使用，以响应触发指令而生成驱动信号。
[0004]依据第二个示例，描述了用于驱动多个感应式致动器的方法。该方法包括接收由外部控制单元所使用的外部时钟信号。在多个可编程控制电路(PCU)中，与外部时钟信号同步地从外部控制单元接收触发指令。多个PCU各自与多个感应式致动器中的一个相关联。用于多个感应式致动器的驱动信号，是响应于所接收到的触发指令并使用多个PCU来产生的，其中该驱动信号与外部时钟信号同步。接收与多个PCU中的至少一个相关联的并且与外部时钟信号同步的数据。响应于触发指令该数据被多个PCU中的至少一个用来生成驱动信号。
[0005]依据第三个示例，在此描述了引擎控制单元。该引擎控制单元包括微控制器单元(MCU)和配置为驱动多个感应式致动器的驱动单元。该驱动单元包括配置为接收由外部控制单元所使用的外部时钟信号的时钟终端，该外部控制单元在该驱动单元之外。串行总线接口配置为通过串行总线与该外部控制单元通信。该串行总线接口配置为传达与外部时钟信号同步的触发指令。该触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个，响应该与外部时钟信号同步的触发指令来生成用于多个感应式致动器的驱动信号。串行总线接口配置为还传达与多个PCU中的至少一个相关联的并且与外部时钟信号同步的数据。响应于触发指令该数据被多个PCU中的至少一个使用以生成驱动信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过参考下面的附图和【具体实施方式】，可更好地理解各个实施例。附图中的部件不一定是按比例的，重点反而是放在举例说明本发明的原理。此外，在附图中，相似的附图标记指相应的零件。附图中:
[0007]图1描述了一个依据本公开的一个或者多个方面的引擎控制单元的示例，该引擎控制单元包括耦合至用于驱动螺线管燃料注入器的驱动单元的微控制器单元；
[0008]图2描述了一个用于驱动螺线管阀的功率级的示例，并且符合本公开的一个或者多个方面；
[0009]图3描述了与图2中举例说明的示例功率级相关联的一个或多个时序关系的时序图；以及
[0010]图4是依照本公开描述的一种用于驱动感应式致动器的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011]下面的描述总的来说涉及与内燃机一起使用的燃料注入系统。这种燃料注入系统包括多个螺线管注入器。下面的描述特别地涉及用于控制该螺线管注入器的运行的驱动单元。然而，这种驱动单元还可以应用于其他感应式致动器(比如，液压阀)中，而不仅应用于燃烧机的螺线管注入器。因此，本描述不应认为是对用于螺线管燃料注入器的驱动单元的限制。
[0012]依据本公开的一个或者多个方面，驱动多个感应式致动器的驱动单元配置为与时钟信号同步地与外部控制器通信，该时钟信号由该外部控制器使用或者生成。外部控制器可包括微控制器单元(MCU)以及振荡器，该振荡器可集成在MCU中或者连接至MCU。依据在此描述的同步技术，驱动单元的功能可得到改善和/或者可简化驱动单元和外部控制器的实施。例如，使用这些技术可允许触发指令以及与触发指令的执行相关联的数据在外部控制器和驱动单元之间的实时串行交换，而不需要外部控制器和驱动单元之间的模拟和/或并行通信接口。又如另一个示例，这些技术能够使驱动单元和/或外部控制器的实施比其他实施的更简单、更可靠和更便宜。
[0013]图1举例说明了用于控制感应式致动器的运行的系统(特别是用于控制在燃料注入器中使用的多个螺线管阀的运行的系统)的一些重要部件。螺线管阀(在图1中标为La和Lb)的运行由控制单元控制，在上下文的燃料注入系统中该控制单元可称为微控制器单元10 (MCU)。螺线管阀La和Lb的运行由配置为生成驱动信号SDa、SDb的驱动单元20控制，该驱动信号直接或者间接地通过包括一个或者多个功率晶体管(例如，M0SFET)的功率级提供给螺线管阀La、Lb。驱动单元20可配置为监测(即，获取和处理)代表致动器(即，螺线管阀)的物理状态或者各自的功率级的状态的信号(例如，表明对流经螺线管阀的电流的测量)，并且将涉及致动器和功率级的物理状态的信息反馈给MCU 10。此外或者可选地，该信息可在驱动单元20内使用，例如用于调整螺线管电路。
[0014]MCUlO和驱动单元20均可以是引擎控制单元I (ECT)的一部分，该引擎控制单元通常控制燃烧机的运行。MCUlO和驱动单元20可各自集成在分开的芯片和/或封装中，并且可装配在一个印刷电路板(PCB)上，或者可集成在相同的半导体封装中。ECU I可进一步包括用于与其他电子控制单元2进行通信的总线接口 30 (例如，控制器局域网(CAN)接口、所谓的“单边半字节传输”(SENT)接口，或者任何其他的通信接口)，该电子控制单元2可提供表明一个或者多个汽车部件的状态(例如，油门踏板位置、曲柄角度等)的一个或者多个信号。在一些示例中，总线接口 30可与MCUlO—起集成在集成电路中和/或者随着MCUlO封装在同一封装中。在其他示例中，总线接口 30可随MCUlO和驱动电路20装配在同一印刷电路板(PCB)上的分开的芯片封装中，其中该PCB构成上述的ECUl的一部分。
[0015]MCUlO和驱动单元20通过串行总线耦合，该串行总线例如允许MCUlO和驱动单元20之间的双向通信。此外，MCUlO可经由允许非同步的、单向的数据传输的CAN接口或者SENT接口，(数字地)接收由外部部件提供的其他的输入信息，比如(上下文中的内燃机中的)曲柄角度、加速器踏板位置和各种其他信息。然而，外部信号还可以通过其他的信号路径提供给MCUlO，而不是使用CAN或者SENT。
[0016]依照发明的本示例，MCU与生成时钟信号CLK的振荡器XTAL (例如，晶体振荡器)耦合。然而，该振荡器可集成在MCUlO中。在MCUlO或者在驱动单元20中执行的信号处理(例如对上述的输入信息的处理)可以与时钟信号CLK同步地执行。类似地，MCUlO和驱动单元20之间的串行数据传送可以作为同步于时钟信号CLK的时钟控制(clocked)的数据传送来实施。因此，振荡器XTAL可以看作是使MCUlO和驱动单元20之间能够进行串行通信的MCUlO的接口的一部分。在本示例中，MCUlO作为控制通信的总线主控来运行，并且MCUlO通过定义为MOSI (主控输出/受控输入(master out/slave in)的简称)的第一总线线路传输数据至驱动单元20，并通过定义为MISO (主控输入/受控输出(master in/slave out)的简称)的第二总线线路从驱动单元20接收数据。如果有不止一个总线从设备(bus slave)连接到串行总线，则需要可选的芯片选择信号CS。该CS信号允许MCU寻址(address)总线接口。例如，MCU能处理驱动单元20的总线接口(在本示例中充当总线受控)。驱动单元20将关于螺线管La、Lb和/或者驱动单元20运行的反馈信息发送回至MCUlO的能力，使MCUlO能够实施控制环路。在一些示例中，MCUlO和驱动单元20之间的双向同步串行数据传送可用于将信息从驱动单元20反馈至MCU10。
[0017]依照本示例，驱动单元20包括同步电路21，如果使用了外部振荡器XTAL，则将由MCUlO生成的或者由MCUlO使用的时钟信号CLK提供给该同步电路。因此，同步电路21与驱动单元20的外部终端连接，该外部终端通过时钟线路与振荡器XTAL或者与MCUlO连接，以从MCUlO接收时钟信号。依照一个示例性的实施，同步电路21可包括锁相环路(PLL)以生成至少一个内部时钟信号CLKint，该内部时钟信号CLKint同步到(S卩，同相于(in phasewith))由振荡器XTAL或者MCUlO提供的外部时钟信号CLK而且可充当时基(time base),该时基用于使驱动单元20的运行与内部时钟信号CLKint同步并实际上(间接地)与由MCUlO或者振荡器XTAL( S卩，由外部控制器)提供的时钟信号同步。
[0018]驱动单元20包括串行总线接口 22，该串行总线接口 22通过上述的串行总线线路MISO和MOSI耦合至MCU10。应当注意的是，串行通信是基于二进制信息的传送，而且该数据传送是钟控的并因此与内部时钟信号CLKint或者外部时钟信号CLK同步，该外部时钟信号CLK由外部控制器(即，MCUlO (充当总线主控)或者振荡器XTAL)提供。与其他常用的串行总线接口(例如，常用的串行外围接口 SPI)相比，对驱动单元20从MCUlO接收的触发指令和数据的后续处理也与由MCUlO提供的时钟信号CLK同步。在一些实施例中，串行总线线路MOS1、MISO和时钟线路CLK可各自包括一对导体以允许差分信号的传输。如一个非限制的示例，串行总线线路MOS1、MISO和时钟线路CLK可使用低压差分信号(LVDS)来运行。
[0019]对于多个螺线管致动器La、Lb中的每一个，驱动单元20包括对应的控制电路。在图1示例的情况下，这些控制电路23更多地称为“可编程控制单元”(P⑶)，且P⑶23a、23b (统称为P⑶23)中的每一个与一个或者多个对应的螺线管致动器La、Lb相关联。P⑶23连接至串行总线接口 22，以通过总线线路从MCUlO接收数据。每个K:U23配置(B卩，被编程)为还通过总线线路从MCUlO接收触发指令，此外还生成用于各自的感应式致动器La、Lb的驱动信号SDa、SDb。而且，PCU23与同步电路21耦合，并从而与内部时基，即与内部时钟信号CLKint同步地运行。因此，每个P⑶23可与MCUlO或者外部振荡器XTAL提供给驱动单元20的时钟信号同步，该时钟信号还给MCUlO计时(clock)。由于这个同步，触发指令和数据的接收，以及驱动信号SDa、SDb的生成均与内部时钟信号同步(并且，因此，也与耦合至MCUlO的振荡器XTAL生成的时钟信号同步)。P⑶23可包括用于存储数字驱动信号模板(signaltemplate)(例如，负载电流模板)的存储器，该数字驱动信号模板相当于或者表示特定的(例如，所期望的)螺线管电流分布(current profile)。对每个螺线管，这种数字驱动信号模板可表明响应于PCU23接收到的触发指令螺线管如何运行。PCU23中的每一个可存储与其他的PCU23相同的或者类似的数字驱动信号模板，或者可存储与其他的PCU23不同的数字驱动信号模板。在一些示例中，每个P⑶的内存可包括控制P⑶运行的程序代码。如此，PCU可实现状态机。当接收到触发器信号时，PCU23a、23b基于所存储的信号模板的产生驱动信号，以依照上述的电流分布生成对应的螺线管电流。该信号模板可在驱动单元20的初始化期间由MCUlO加载至PCU23中，然后在运行期间由各自的PCU进行适配。该适配的完成可依赖于从MCU接收到的外部指令，和/或依赖于PCU从监测电路24 (将在下面讨论)接收到的反馈信号。
[0020]依照本示例，驱动单元20可包括监测电路24a、24b (统称为监测电路24)。监测电路24a、24b可提供给每个螺线管致动器La、Lb,或者与每个螺线管致动器La、Lb相关联。也即，每个致动器与PCU(其生成用于致动器的驱动信号)和监测电路(其提供来自致动器的反馈信号)是相关联的。每个监测电路24a、24b配置为监测相关联的螺线管致动器的一个或者多个物理参数(也就是，测量该一个或者多个物理参数，比如螺线管电流)，并提供各自的反馈信号SFa、SFb，该反馈信号SFa、SFb代表所测得的参数。反馈信号SFa、SFb可由对应的PCU23a、23b 接收。
[0021]依照本公开的一个示例，由监测电路24获得的信息(也就是，反馈信号SFa、SFb)可反馈给对应的PCU23，且该信息可用于生成各自的驱动信号SDa、SDb。对于每个螺线管致动器L，可将所期望的负载电流模板加载至各自的PCU23中。当(通过总线接口 22)从MCUlO接收到驱动特定的螺线管致动器的触发器指令时，各PCU23生成驱动信号Sd(见图1中的信号SDa、SDb，图2中的信号SDH、Sdl)，该驱动信号Sd被提供给耦合至各自的螺线管致动器的功率级21，从而使用所存储的电流分布作为参考电流信号。实际的螺线管电流可被监测(监测电路24)并(例如，由PCU23)与参考电流信号相比较，这允许对驱动信号Sd的调节，以使实际的螺线管电流与已存储的所期望的电流分布匹配。监测实际的螺线管电流以及(可选地)在对应的功率级中螺线管两端或者功率晶体管两端的电压降(也就是，漏-源电压，参见图2)，使得螺线管燃料注入器实际开启和关闭时的时间点能够检测。这些时间点可代表显著的(先前未知的)延迟时间，该延迟时间接在由PCU23接收的各自的触发指令后面。
[0022]依照本公开的另一个示例，使用监测电路24获得的数据可传输回至MCU10。从驱动单元20 (特别是从P⑶23)传输至MCUlO的信息可包括，例如特定的螺线管致动器开启或者关闭时所观测的时间点、触发指令和螺线管致动器对应的反应之间的延迟时间、在螺线管中所测得的电流水平的数字表示、在耦合至特定的螺线管致动器的功率级的晶体管处测得的电压水平的数字表示，或者其他直接地或者间接地测得的值。然而，这并不能视为是一个完整的列表。此外，根据应用的实际实施和要求，信号可传输回到MCU10。如下面更详细地说明，这些信号与内部时钟信号同步。
[0023]需要强调的是，P⑶23以及MCUlO和驱动单元20之间的串行通信的运行与内部时钟信号CLKint同步，并因此也与由MCUlO或者振荡器XTAL提供给的驱动单元20的时钟信号CLK同步。
[0024]图2描述了耦合至螺线管致动器Li的一个示例性的功率级21i。虽然在图2中仅描述了配置为驱动单个螺线管的单个功率级，但这里所描述的电路布置可以包括任意数量的功率级21i，该功率级21i配置为驱动如同指示符“i”所示的(适用于如图2中举例说明的各种器件)任意数量的对应的螺线管Li。功率级可以像驱动单元20—样，在分离的芯片封装中实施并且装配至相同的PCB。可替换地，功率级21i可以是驱动单元20的一部分或者也集成在螺线管致动器L中。在本实例中，螺线管燃料注入器的螺线管(由感应器L表示)电连接在高压侧晶体管Thsi和低压侧晶体管IYs之间，以使晶体管THS1、Tls和感应器的负载电流通路串联电耦合。高压侧晶体管Thsi耦合在提供电源电压Vbtost的第一电源端和螺线管的第一末端之间。低压侧晶体管IYs耦合在提供参考电位V_(例如，地电位)的第二电源端和螺线管的第二末端之间。感应电阻器Rs(sense resistor)可以被额外地连接在第二电源端GND和低压侧晶体管IVs之间。电阻器Rs两端的电压降k *RS于是可用作表示螺线管电流k的测量信号。包括两个二极管DHS2、Dm和另外的高压侧晶体管Ths2的串联电路可耦合在另外的电源端和第二电源端(V_)之间，该另外的电源端被提供以另外的电源电压Vb (Vb < Vboost)，其中一个二极管连接在第二电源端GND和另一个二极管Dhs2之间，而高压侧晶体管Ths2连接在该另外的电源端(Vb)和二极管Dhs2之间。两个二极管DHS2、Dls2之间的共同的电路节点连接至感应器L的第一末端。第三二极管I连接在第一电源端(Vbmbt)与低压侧晶体管IYs和感应电阻器Rs共同的电路节点之间。
[0025]由驱动单元20生成并提供的驱动信号Sd (在本实例中三个驱动信号SDH1、SDH1、Sm，使用Sd统称)被分别地提供给三个MOS晶体管Ths1、Ths2和IYs的栅电极。
[0026]图2还举例说明了可由监测单元24i监测的两个示例性信号。在本示例中，电阻器Rs两端的电压Vs作为反馈信号SFi提供给驱动单元20，并且高压侧晶体管Ths的源极电压作为反馈信号Sf2提供给驱动单元20。根据应用的实际实施和要求，可使用更复杂的功率级并可将另外的或者不同的信号反馈给驱动单元20。
[0027]图3描述了与耦合至螺线管燃料注入器的驱动单元20和功率级相关联的信号波形的一个示例。特别的是，图3包括三个时序图。顶部的图形示出了时间点1^和toFF,在该时间点可编程控制电路23 (PCU)分别地接收触发指令(在时间时的上升沿)驱动螺线管(也就是，通过注入器输送燃料)和(在时间tQFF时的下降沿)停止流经螺线管的电流(也就是，停止输送燃料，螺线管致动器的去激活)。触发指令从而标记外部注入控制信号的上升沿和下降沿。该信号被归类为“外部的”是由于其由MCUlO控制，而MCUlO是在驱动单元20之外的器件。
[0028]第二个图形表示了对应的螺线管电流k。相应地，螺线管电流k相当于典型的称为“峰值电流和维持电流分布”(peak&hold current profile)。在注入周期开始时需要高的峰值电流，以快速地开启注入阀，而较低的电流足够维持注入器的开启。第三个图形示出了螺线管L的第一末端(高压侧)处的电SVm，而第四个图形示出了螺线管L的第二末端(低压侧)处的电压Vw从电压Vu^PVa的波形可以看到，在外部注入器控制信号的“动作”(也就是，在时间tw时的上升沿和在时间时的下降沿)以及螺线管的“反应”之间，螺线管电流中存在可见的延迟时间tDEkm和tD^ff。因此，螺线管电流在时间h时开始上升，该时间^是在时间七?延迟时间tDE_。后的时间。类似地，螺线管电流时间t3时开始降至零，该时间t3是在时间延迟时间tDEk)ff后的时间。然而，直到螺线管电流在时间t4(t4=t3+tDE0P)时最终降为零还需要另外的延迟时间t_P。
[0029]第五个图形示出了在时间t2开始并在时间&停止的燃料输送估计的结果。SP，时间点t2和t5分别地指的是，注入器实际开启阀并开始燃料输送的时间，以及注入器实际关闭阀并停止燃料输送的时间。阀的机械延迟分别地用tDastart和t—p表示，其中t2 =ti+tDELstart,而t5 = t4+tDELst0pO时间点t2和t5(或者延迟时间tDastart和tmstop)分别地，当注入器应该要开启时通过观测螺线管电流的电流梯度来决定，以及当注入器应该要关闭时通过观测注入器电压Vu的电压梯度来决定。上升的注入器电流或者下降的注入器电压中的不连续分别地表明了注入器阀的机械开启和机械关闭。
[0030]由于MCUlO和驱动单元20之间的触发指令和数据的串行传送的运行与P⑶23的运行的完全同步，延迟时间tDE_和tD^ff可限制在亚微秒的范围内。在螺线管电流的上升沿中，中间峰值的位置表明螺线管注入器实际开启并输送燃料的时间点t2。类似地，在螺线管两端的电压'的下降沿中，中间峰值的位置表明螺线管注入器关闭并停止燃料输送时的时间点t5。如上所述，这些时间点可以以信号传送回MCU10。
[0031]图4总结了用于驱动多个感应式致动器的一个示例性方法。依照一个实施例，该方法包括接收由外部控制单元(例如图1中示出的MCU10)使用的外部时钟信号CLK(见图4流程图中的步骤41)。时钟信号CLK可在包括同步电路的驱动单元20中接收，该同步电路配置为生成与所接收到的外部时钟信号CLK同步的一个或者多个内部(即在驱动单元内部使用的)时钟信号CLKINTa、CLKINTb。此外，该方法包括(图4的流程图中的步骤42)在多个PCU23a、23b中与外部时钟信号CLK同步地接收来自外部控制单元(例如，MCU10)的触发指令。多个感应式致动器中的每一个均与P⑶23a、23b中的一个相关联。P⑶23a、23b包括在驱动电路中，并且被编程(例如使用适当的软件)。依照当前描述的方法，驱动信号SDa、SDb由PCU响应于所接收到的触发指令生成，并且与外部时钟信号同步(见图4的流程图中的步骤43)。驱动信号SDa、SDb还与外部时钟信号CLK同步，并且对应与各自的P⑶23a、23b相关联的用于感应式致动器La、Lb的一个或者多个预编程负载电流模板。与外部时钟信号CLK的同步可通过与内部时钟信号CLKINTa、CLKmb其中的一个的同步来间接地完成。
[0032]虽然本文已公开了各种示例性的实施例，但根据各种实施例的特定的实施和不脱离本发明的精神和范围，对本领域的技术人员而言显然可以做出变化和修改。对于本领域娴熟的技术人员来说显然可以适当地用执行相同功能的其他部件来代替。特别地，当能够实现实质上相等的结果时，信号处理功能可以在时域或者是在频域中执行。应当提及的是，参考特定的【专利附图】
【附图说明】的特征可以与其他附图中的特征相结合，即使这些特征在其他附图中并未明确地提及。而且，本发明的方法可以全部使用适当的处理器指令在软件实现中完成，或者利用硬件逻辑和软件逻辑结合的混合实现以达到相同的结果。这种对概念的修改旨在被所附权利要求覆盖。
【权利要求】
1.一种用于驱动多个感应式致动器的驱动单元，包括: 时钟终端，配置为接收由处于所述驱动单元外部的外部控制单元使用的外部时钟信号; 串行总线接口，配置为通过串行总线与所述外部控制单元通信，其中所述串行总线配置为传送以下两者: 与所述外部时钟信号同步的触发指令，所述触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个响应于与所述外部时钟信号同步的所述触发指令来生成用于所述多个感应式致动器的驱动信号；以及 与所述多个PCU中的至少一个PCU相关联并且与所述外部时钟信号同步的数据，其中所述数据由所述多个PCU中的至少一个使用，以响应于所述触发指令生成所述驱动信号。
2.如权利要求1所述的驱动单元， 其中在所述串行总线接口没有接收到与所述外部时钟信号同步的所述触发指令中的至少一个触发指令的至少一个时段内，所述串行总线接口接收与所述多个PCU中的至少一个相关联并与所述外部时钟信号同步的所述数据。
3.如权利要求1所述的驱动单元， 其中传送与所述外部时钟信号同步的所述触发指令以及与所述多个PCU中的至少一个相关联并与所述外部时钟信号同步的所述数据是基于: 响应于与所述外部时钟信号相关联的至少一个边沿的检测来检测所述触发指令中的一个或者多个和所述数据。
4.如权利要求1所述的驱动单元， 其中使用所述串行总线接口进行传送的触发指令和数据被接收作为与所述外部时钟信号同相的串行比特流。
5.如权利要求1所述驱动单元，进一步包括: 同步电路，耦合至所述时钟终端并配置为: 接收所述外部时钟信号；以及 生成与所述外部时钟信号同步的一个或者多个内部时钟信号； 其中，基于所述一个或者多个内部时钟信号，所述多个PCU通过所述串行总线接口从所述外部控制单元接收与所述外部时钟信号同步的所述触发指令。
6.如权利要求5所述的驱动单元， 其中所述驱动单元提供所述一个或者多个生成的内部时钟信号至所述串行总线接口，以使所述外部控制单元和所述驱动单元之间的数据传输同步。
7.如权利要求5所述的驱动单元， 其中所述同步电路包括锁相环路(PLL)，所述锁相环路配置为生成与所述外部时钟信号同步的所述一个或者多个内部时钟信号。
8.如权利要求1所述的驱动单元，进一步包括: 多个测量电路，所述多个测量电路各自耦合至所述串行总线接口，并与所述多个感应式致动器中的一个相关联，并配置为: 从所述多个感应式致动器中的一个接收至少一个反馈信号； 数字化所述至少一个反馈信号；以及 通过所述串行总线接口，将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据发送给所述外部控制器单元。
9.如权利要求8所述的驱动单元， 其中所述测量电路进一步配置为: 将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据通过所述多个PCU中的一个或者多个发送给所述外部控制器单元。
10.如权利要求1所述的驱动单元，进一步包括 多个测量电路，所述多个测量电路各自耦合至所述串行总线接口并与所述多个感应式致动器中的一个相关联，并且配置为: 从所述多个感应式致动器中的一个接收至少一个反馈信号； 数字化所述至少一个反馈信号；并 将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据通过所述多个PCU中的一个或者多个发送给所述外部控制器单元。
11.如权利要求10所述的驱动单元， 其中所述多个PCU中的一个或者多个被编程为根据所述至少一个反馈信号调整所述驱动信号。
12.一种用于驱动多个感应式致动器的方法，该方法包括: 接收由外部控制单元使用的外部时钟信号； 在多个可编程控制电路(PCU)处从所述外部控制单元接收触发指令，所述触发指令与所述外部时钟信号同步，其中所述多个PCU各自与所述多个感应式致动器中的一个相关联； 响应于所述的所接收到的触发指令并使用所述多个PCU，生成与所述外部时钟信号同步的用于所述多个感应式致动器的驱动信号；以及 接收与所述多个PCU中的至少一个相关联并与所述外部时钟信号同步的数据，其中所述数据由所述多个PCU中的至少一个使用，以响应于所述触发指令生成所述驱动信号。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括: 生成一个或者多个内部时钟信号，所述内部时钟信号与从所述外部控制单元接收到的所述外部时钟信号同步； 其中生成与所述外部时钟信号同步的所述驱动信号的步骤包括: 使用所述生成的一个或者多个内部时钟信号，与所述外部时钟信号同步地对所述多个PCU中的一个或者多个进行时钟控制。
14.如权利要求12所述的方法， 其中将去往所述外部控制单元和来自所述外部控制单元的数据传输与所述外部时钟信号同步的步骤包括: 生成一个或者多个内部时钟信号，所述一个或者多个内部时钟信号与从所述外部控制单元接收到的所述外部时钟信号同步；并且 使用所述内部时钟信号中的至少一个以同步从所述外部控制单元接收所述触发指令。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 使用所述内部时钟信号中的至少一个，以同步去往所述外部控制单元和来自所述外部控制单元的数据传输。
16.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 针对与所述各自的PCU相关联的所述感应式致动器，使用所述内时钟信号中的至少一个来使用所述PCU同步地生成与所述外部时钟信号同步的并且对应于一个或者多个预编程负载电流模板的驱动信号。
17.如权利要求13所述的方法，进一步包括: 使用锁相环路(PLL)以根据所述外部时钟信号生成所述内部时钟信号。
18.如权利要求12所述的方法，进一步包括: 使用各自与所述多个感应式致动器中的一个相关联的所述多个测量电路中的至少一个，测量来自所述感应式致动器的至少一个反馈信号。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括: 使用所述多个测量电路中的至少一个，数字化所述至少一个反馈信号；以及 与所述内部时钟信号同步地，将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据发送给所述外部控制单元。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括: 数字化所述至少一个反馈信号，并且将所述至少一个反馈信号或者所述来源于所述至少一个反馈信号的数据，发送给与所述感应式致动器相关联的所述PCU，所述反馈信号已在所述感应式致动器处被测量。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括: 基于所述至少一个反馈信号，使用所述PCU调整与所述外部时钟信号同步的所述驱动信号的生成。
22.一种引擎控制单元包括: 微控制器单元(MCU);以及 驱动单元，配置为驱动多个感应式致动器，所述驱动单元包括: 时钟终端，配置为接收由所述MCU使用的外部时钟信号； 串行总线接口，配置为通过串行总线与所述MCU通信；以及 多个可编程控制电路(PCU)，所述多个PCU各自与所述多个感应式致动器中的一个相关联，并且与所述外部时钟信号同步，而且耦合至所述串行总线接口，其中所述多个PCU各自配置为: 通过所述串行总线接口，从所述MCU接收与所述外部时钟信号同步的触发指令；以及 针对与所述各自的PCU相关联的所述感应式致动器，响应于接收到的触发指令，生成对应于所述外部时钟信号同步的一个或者多个预编程负载电流模板的驱动信号。
23.如权利要求22所述的引擎控制单元，进一步包括: 印刷电路板(PCB)； 其中所述MCU和所述驱动单元均布置在装配在所述PCB上的分开的芯片封装中。
【文档编号】F02D41/14GK104421022SQ201410409445
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】C·施魏克特, J·沙弗 申请人:英飞凌科技股份有限公司
【专利摘要】本发明公开了用于驱动多个感应式致动器的技术。依照该技术，驱动单元包括接收由外部控制单元使用的外部时钟信号的时钟终端。该驱动单元进一步包括配置为通过串行总线与外部控制单元通信的串行总线接口。该串行总线配置为与以下两者通信：同步到外部时钟信号的触发指令，该触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个响应于触发指令生成与外部时钟信号同步的驱动信号，以及与多个PCU中的至少一个相关联并且与外部时钟信号同步的数据，其中该数据由多个PCU中的至少一个使用，以响应于触发指令生成驱动信号。
【专利说明】驱动电磁致动器的驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于驱动电磁致动器的驱动电路的领域，特别是用于驱动电磁阀(螺线管阀)的驱动电路。
【背景技术】
[0002]对电磁致动器的一种重要应用是用于内燃机的燃料注入系统，在该系统中螺线管阀被用作螺线管燃料注入器。通常，具有电子燃料注入系统的燃烧机包括引擎控制单元(ECU),该控制单元使用专用的微控制器以确定燃料注入的精确时间点(time instant)和输送燃料的量。然而，微控制器并不直接向螺线管燃料注入器供应所需电流，而是将指令发送至分开的驱动单元，该驱动单元配置为用于致动螺线管燃料注入器的功率级(例如，M0SFET)生成所需的驱动信号(driver signal)。驱动单元可配置为获得(例如,测量)出现在螺线管中或者功率级中的反馈信号。一个这样的反馈信号，例如是在注入器运行期间流经螺线管的实际电流。其他的反馈信号可以是功率级的内部信号(例如，MOSFET的漏-源电压)，或者是驱动单元的内部信号。由于在当前的注入系统中对燃料注入的计时要求比较严格，故微控制器和驱动单元之间的通信必须遵守严格的实时约束。
【发明内容】
[0003]依据一个示例，在此描述了用于驱动多个感应式致动器的驱动单元。该驱动单元包括配置为接收由外部控制单元所使用的外部时钟信号的时钟终端，该外部控制单元在该驱动单元之外。串行总线接口配置为通过串行总线与该外部控制单元通信。该串行总线接口配置为传达同步到外部时钟信号的触发指令。该触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个，从而响应与外部时钟信号同步的触发指令来生成用于多个感应式致动器的驱动信号(drive signal)。串行总线接口配置为还传达与多个P⑶中的至少一个相关联的并且与外部时钟信号同步的数据。该数据由多个PCU中的至少一个使用，以响应触发指令而生成驱动信号。
[0004]依据第二个示例，描述了用于驱动多个感应式致动器的方法。该方法包括接收由外部控制单元所使用的外部时钟信号。在多个可编程控制电路(PCU)中，与外部时钟信号同步地从外部控制单元接收触发指令。多个PCU各自与多个感应式致动器中的一个相关联。用于多个感应式致动器的驱动信号，是响应于所接收到的触发指令并使用多个PCU来产生的，其中该驱动信号与外部时钟信号同步。接收与多个PCU中的至少一个相关联的并且与外部时钟信号同步的数据。响应于触发指令该数据被多个PCU中的至少一个用来生成驱动信号。
[0005]依据第三个示例，在此描述了引擎控制单元。该引擎控制单元包括微控制器单元(MCU)和配置为驱动多个感应式致动器的驱动单元。该驱动单元包括配置为接收由外部控制单元所使用的外部时钟信号的时钟终端，该外部控制单元在该驱动单元之外。串行总线接口配置为通过串行总线与该外部控制单元通信。该串行总线接口配置为传达与外部时钟信号同步的触发指令。该触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个，响应该与外部时钟信号同步的触发指令来生成用于多个感应式致动器的驱动信号。串行总线接口配置为还传达与多个PCU中的至少一个相关联的并且与外部时钟信号同步的数据。响应于触发指令该数据被多个PCU中的至少一个使用以生成驱动信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过参考下面的附图和【具体实施方式】，可更好地理解各个实施例。附图中的部件不一定是按比例的，重点反而是放在举例说明本发明的原理。此外，在附图中，相似的附图标记指相应的零件。附图中:
[0007]图1描述了一个依据本公开的一个或者多个方面的引擎控制单元的示例，该引擎控制单元包括耦合至用于驱动螺线管燃料注入器的驱动单元的微控制器单元；
[0008]图2描述了一个用于驱动螺线管阀的功率级的示例，并且符合本公开的一个或者多个方面；
[0009]图3描述了与图2中举例说明的示例功率级相关联的一个或多个时序关系的时序图；以及
[0010]图4是依照本公开描述的一种用于驱动感应式致动器的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011]下面的描述总的来说涉及与内燃机一起使用的燃料注入系统。这种燃料注入系统包括多个螺线管注入器。下面的描述特别地涉及用于控制该螺线管注入器的运行的驱动单元。然而，这种驱动单元还可以应用于其他感应式致动器(比如，液压阀)中，而不仅应用于燃烧机的螺线管注入器。因此，本描述不应认为是对用于螺线管燃料注入器的驱动单元的限制。
[0012]依据本公开的一个或者多个方面，驱动多个感应式致动器的驱动单元配置为与时钟信号同步地与外部控制器通信，该时钟信号由该外部控制器使用或者生成。外部控制器可包括微控制器单元(MCU)以及振荡器，该振荡器可集成在MCU中或者连接至MCU。依据在此描述的同步技术，驱动单元的功能可得到改善和/或者可简化驱动单元和外部控制器的实施。例如，使用这些技术可允许触发指令以及与触发指令的执行相关联的数据在外部控制器和驱动单元之间的实时串行交换，而不需要外部控制器和驱动单元之间的模拟和/或并行通信接口。又如另一个示例，这些技术能够使驱动单元和/或外部控制器的实施比其他实施的更简单、更可靠和更便宜。
[0013]图1举例说明了用于控制感应式致动器的运行的系统(特别是用于控制在燃料注入器中使用的多个螺线管阀的运行的系统)的一些重要部件。螺线管阀(在图1中标为La和Lb)的运行由控制单元控制，在上下文的燃料注入系统中该控制单元可称为微控制器单元10 (MCU)。螺线管阀La和Lb的运行由配置为生成驱动信号SDa、SDb的驱动单元20控制，该驱动信号直接或者间接地通过包括一个或者多个功率晶体管(例如，M0SFET)的功率级提供给螺线管阀La、Lb。驱动单元20可配置为监测(即，获取和处理)代表致动器(即，螺线管阀)的物理状态或者各自的功率级的状态的信号(例如，表明对流经螺线管阀的电流的测量)，并且将涉及致动器和功率级的物理状态的信息反馈给MCU 10。此外或者可选地，该信息可在驱动单元20内使用，例如用于调整螺线管电路。
[0014]MCUlO和驱动单元20均可以是引擎控制单元I (ECT)的一部分，该引擎控制单元通常控制燃烧机的运行。MCUlO和驱动单元20可各自集成在分开的芯片和/或封装中，并且可装配在一个印刷电路板(PCB)上，或者可集成在相同的半导体封装中。ECU I可进一步包括用于与其他电子控制单元2进行通信的总线接口 30 (例如，控制器局域网(CAN)接口、所谓的“单边半字节传输”(SENT)接口，或者任何其他的通信接口)，该电子控制单元2可提供表明一个或者多个汽车部件的状态(例如，油门踏板位置、曲柄角度等)的一个或者多个信号。在一些示例中，总线接口 30可与MCUlO—起集成在集成电路中和/或者随着MCUlO封装在同一封装中。在其他示例中，总线接口 30可随MCUlO和驱动电路20装配在同一印刷电路板(PCB)上的分开的芯片封装中，其中该PCB构成上述的ECUl的一部分。
[0015]MCUlO和驱动单元20通过串行总线耦合，该串行总线例如允许MCUlO和驱动单元20之间的双向通信。此外，MCUlO可经由允许非同步的、单向的数据传输的CAN接口或者SENT接口，(数字地)接收由外部部件提供的其他的输入信息，比如(上下文中的内燃机中的)曲柄角度、加速器踏板位置和各种其他信息。然而，外部信号还可以通过其他的信号路径提供给MCUlO，而不是使用CAN或者SENT。
[0016]依照发明的本示例，MCU与生成时钟信号CLK的振荡器XTAL (例如，晶体振荡器)耦合。然而，该振荡器可集成在MCUlO中。在MCUlO或者在驱动单元20中执行的信号处理(例如对上述的输入信息的处理)可以与时钟信号CLK同步地执行。类似地，MCUlO和驱动单元20之间的串行数据传送可以作为同步于时钟信号CLK的时钟控制(clocked)的数据传送来实施。因此，振荡器XTAL可以看作是使MCUlO和驱动单元20之间能够进行串行通信的MCUlO的接口的一部分。在本示例中，MCUlO作为控制通信的总线主控来运行，并且MCUlO通过定义为MOSI (主控输出/受控输入(master out/slave in)的简称)的第一总线线路传输数据至驱动单元20，并通过定义为MISO (主控输入/受控输出(master in/slave out)的简称)的第二总线线路从驱动单元20接收数据。如果有不止一个总线从设备(bus slave)连接到串行总线，则需要可选的芯片选择信号CS。该CS信号允许MCU寻址(address)总线接口。例如，MCU能处理驱动单元20的总线接口(在本示例中充当总线受控)。驱动单元20将关于螺线管La、Lb和/或者驱动单元20运行的反馈信息发送回至MCUlO的能力，使MCUlO能够实施控制环路。在一些示例中，MCUlO和驱动单元20之间的双向同步串行数据传送可用于将信息从驱动单元20反馈至MCU10。
[0017]依照本示例，驱动单元20包括同步电路21，如果使用了外部振荡器XTAL，则将由MCUlO生成的或者由MCUlO使用的时钟信号CLK提供给该同步电路。因此，同步电路21与驱动单元20的外部终端连接，该外部终端通过时钟线路与振荡器XTAL或者与MCUlO连接，以从MCUlO接收时钟信号。依照一个示例性的实施，同步电路21可包括锁相环路(PLL)以生成至少一个内部时钟信号CLKint，该内部时钟信号CLKint同步到(S卩，同相于(in phasewith))由振荡器XTAL或者MCUlO提供的外部时钟信号CLK而且可充当时基(time base),该时基用于使驱动单元20的运行与内部时钟信号CLKint同步并实际上(间接地)与由MCUlO或者振荡器XTAL( S卩，由外部控制器)提供的时钟信号同步。
[0018]驱动单元20包括串行总线接口 22，该串行总线接口 22通过上述的串行总线线路MISO和MOSI耦合至MCU10。应当注意的是，串行通信是基于二进制信息的传送，而且该数据传送是钟控的并因此与内部时钟信号CLKint或者外部时钟信号CLK同步，该外部时钟信号CLK由外部控制器(即，MCUlO (充当总线主控)或者振荡器XTAL)提供。与其他常用的串行总线接口(例如，常用的串行外围接口 SPI)相比，对驱动单元20从MCUlO接收的触发指令和数据的后续处理也与由MCUlO提供的时钟信号CLK同步。在一些实施例中，串行总线线路MOS1、MISO和时钟线路CLK可各自包括一对导体以允许差分信号的传输。如一个非限制的示例，串行总线线路MOS1、MISO和时钟线路CLK可使用低压差分信号(LVDS)来运行。
[0019]对于多个螺线管致动器La、Lb中的每一个，驱动单元20包括对应的控制电路。在图1示例的情况下，这些控制电路23更多地称为“可编程控制单元”(P⑶)，且P⑶23a、23b (统称为P⑶23)中的每一个与一个或者多个对应的螺线管致动器La、Lb相关联。P⑶23连接至串行总线接口 22，以通过总线线路从MCUlO接收数据。每个K:U23配置(B卩，被编程)为还通过总线线路从MCUlO接收触发指令，此外还生成用于各自的感应式致动器La、Lb的驱动信号SDa、SDb。而且，PCU23与同步电路21耦合，并从而与内部时基，即与内部时钟信号CLKint同步地运行。因此，每个P⑶23可与MCUlO或者外部振荡器XTAL提供给驱动单元20的时钟信号同步，该时钟信号还给MCUlO计时(clock)。由于这个同步，触发指令和数据的接收，以及驱动信号SDa、SDb的生成均与内部时钟信号同步(并且，因此，也与耦合至MCUlO的振荡器XTAL生成的时钟信号同步)。P⑶23可包括用于存储数字驱动信号模板(signaltemplate)(例如，负载电流模板)的存储器，该数字驱动信号模板相当于或者表示特定的(例如，所期望的)螺线管电流分布(current profile)。对每个螺线管，这种数字驱动信号模板可表明响应于PCU23接收到的触发指令螺线管如何运行。PCU23中的每一个可存储与其他的PCU23相同的或者类似的数字驱动信号模板，或者可存储与其他的PCU23不同的数字驱动信号模板。在一些示例中，每个P⑶的内存可包括控制P⑶运行的程序代码。如此，PCU可实现状态机。当接收到触发器信号时，PCU23a、23b基于所存储的信号模板的产生驱动信号，以依照上述的电流分布生成对应的螺线管电流。该信号模板可在驱动单元20的初始化期间由MCUlO加载至PCU23中，然后在运行期间由各自的PCU进行适配。该适配的完成可依赖于从MCU接收到的外部指令，和/或依赖于PCU从监测电路24 (将在下面讨论)接收到的反馈信号。
[0020]依照本示例，驱动单元20可包括监测电路24a、24b (统称为监测电路24)。监测电路24a、24b可提供给每个螺线管致动器La、Lb,或者与每个螺线管致动器La、Lb相关联。也即，每个致动器与PCU(其生成用于致动器的驱动信号)和监测电路(其提供来自致动器的反馈信号)是相关联的。每个监测电路24a、24b配置为监测相关联的螺线管致动器的一个或者多个物理参数(也就是，测量该一个或者多个物理参数，比如螺线管电流)，并提供各自的反馈信号SFa、SFb，该反馈信号SFa、SFb代表所测得的参数。反馈信号SFa、SFb可由对应的PCU23a、23b 接收。
[0021]依照本公开的一个示例，由监测电路24获得的信息(也就是，反馈信号SFa、SFb)可反馈给对应的PCU23，且该信息可用于生成各自的驱动信号SDa、SDb。对于每个螺线管致动器L，可将所期望的负载电流模板加载至各自的PCU23中。当(通过总线接口 22)从MCUlO接收到驱动特定的螺线管致动器的触发器指令时，各PCU23生成驱动信号Sd(见图1中的信号SDa、SDb，图2中的信号SDH、Sdl)，该驱动信号Sd被提供给耦合至各自的螺线管致动器的功率级21，从而使用所存储的电流分布作为参考电流信号。实际的螺线管电流可被监测(监测电路24)并(例如，由PCU23)与参考电流信号相比较，这允许对驱动信号Sd的调节，以使实际的螺线管电流与已存储的所期望的电流分布匹配。监测实际的螺线管电流以及(可选地)在对应的功率级中螺线管两端或者功率晶体管两端的电压降(也就是，漏-源电压，参见图2)，使得螺线管燃料注入器实际开启和关闭时的时间点能够检测。这些时间点可代表显著的(先前未知的)延迟时间，该延迟时间接在由PCU23接收的各自的触发指令后面。
[0022]依照本公开的另一个示例，使用监测电路24获得的数据可传输回至MCU10。从驱动单元20 (特别是从P⑶23)传输至MCUlO的信息可包括，例如特定的螺线管致动器开启或者关闭时所观测的时间点、触发指令和螺线管致动器对应的反应之间的延迟时间、在螺线管中所测得的电流水平的数字表示、在耦合至特定的螺线管致动器的功率级的晶体管处测得的电压水平的数字表示，或者其他直接地或者间接地测得的值。然而，这并不能视为是一个完整的列表。此外，根据应用的实际实施和要求，信号可传输回到MCU10。如下面更详细地说明，这些信号与内部时钟信号同步。
[0023]需要强调的是，P⑶23以及MCUlO和驱动单元20之间的串行通信的运行与内部时钟信号CLKint同步，并因此也与由MCUlO或者振荡器XTAL提供给的驱动单元20的时钟信号CLK同步。
[0024]图2描述了耦合至螺线管致动器Li的一个示例性的功率级21i。虽然在图2中仅描述了配置为驱动单个螺线管的单个功率级，但这里所描述的电路布置可以包括任意数量的功率级21i，该功率级21i配置为驱动如同指示符“i”所示的(适用于如图2中举例说明的各种器件)任意数量的对应的螺线管Li。功率级可以像驱动单元20—样，在分离的芯片封装中实施并且装配至相同的PCB。可替换地，功率级21i可以是驱动单元20的一部分或者也集成在螺线管致动器L中。在本实例中，螺线管燃料注入器的螺线管(由感应器L表示)电连接在高压侧晶体管Thsi和低压侧晶体管IYs之间，以使晶体管THS1、Tls和感应器的负载电流通路串联电耦合。高压侧晶体管Thsi耦合在提供电源电压Vbtost的第一电源端和螺线管的第一末端之间。低压侧晶体管IYs耦合在提供参考电位V_(例如，地电位)的第二电源端和螺线管的第二末端之间。感应电阻器Rs(sense resistor)可以被额外地连接在第二电源端GND和低压侧晶体管IVs之间。电阻器Rs两端的电压降k *RS于是可用作表示螺线管电流k的测量信号。包括两个二极管DHS2、Dm和另外的高压侧晶体管Ths2的串联电路可耦合在另外的电源端和第二电源端(V_)之间，该另外的电源端被提供以另外的电源电压Vb (Vb < Vboost)，其中一个二极管连接在第二电源端GND和另一个二极管Dhs2之间，而高压侧晶体管Ths2连接在该另外的电源端(Vb)和二极管Dhs2之间。两个二极管DHS2、Dls2之间的共同的电路节点连接至感应器L的第一末端。第三二极管I连接在第一电源端(Vbmbt)与低压侧晶体管IYs和感应电阻器Rs共同的电路节点之间。
[0025]由驱动单元20生成并提供的驱动信号Sd (在本实例中三个驱动信号SDH1、SDH1、Sm，使用Sd统称)被分别地提供给三个MOS晶体管Ths1、Ths2和IYs的栅电极。
[0026]图2还举例说明了可由监测单元24i监测的两个示例性信号。在本示例中，电阻器Rs两端的电压Vs作为反馈信号SFi提供给驱动单元20，并且高压侧晶体管Ths的源极电压作为反馈信号Sf2提供给驱动单元20。根据应用的实际实施和要求，可使用更复杂的功率级并可将另外的或者不同的信号反馈给驱动单元20。
[0027]图3描述了与耦合至螺线管燃料注入器的驱动单元20和功率级相关联的信号波形的一个示例。特别的是，图3包括三个时序图。顶部的图形示出了时间点1^和toFF,在该时间点可编程控制电路23 (PCU)分别地接收触发指令(在时间时的上升沿)驱动螺线管(也就是，通过注入器输送燃料)和(在时间tQFF时的下降沿)停止流经螺线管的电流(也就是，停止输送燃料，螺线管致动器的去激活)。触发指令从而标记外部注入控制信号的上升沿和下降沿。该信号被归类为“外部的”是由于其由MCUlO控制，而MCUlO是在驱动单元20之外的器件。
[0028]第二个图形表示了对应的螺线管电流k。相应地，螺线管电流k相当于典型的称为“峰值电流和维持电流分布”(peak&hold current profile)。在注入周期开始时需要高的峰值电流，以快速地开启注入阀，而较低的电流足够维持注入器的开启。第三个图形示出了螺线管L的第一末端(高压侧)处的电SVm，而第四个图形示出了螺线管L的第二末端(低压侧)处的电压Vw从电压Vu^PVa的波形可以看到，在外部注入器控制信号的“动作”(也就是，在时间tw时的上升沿和在时间时的下降沿)以及螺线管的“反应”之间，螺线管电流中存在可见的延迟时间tDEkm和tD^ff。因此，螺线管电流在时间h时开始上升，该时间^是在时间七?延迟时间tDE_。后的时间。类似地，螺线管电流时间t3时开始降至零，该时间t3是在时间延迟时间tDEk)ff后的时间。然而，直到螺线管电流在时间t4(t4=t3+tDE0P)时最终降为零还需要另外的延迟时间t_P。
[0029]第五个图形示出了在时间t2开始并在时间&停止的燃料输送估计的结果。SP，时间点t2和t5分别地指的是，注入器实际开启阀并开始燃料输送的时间，以及注入器实际关闭阀并停止燃料输送的时间。阀的机械延迟分别地用tDastart和t—p表示，其中t2 =ti+tDELstart,而t5 = t4+tDELst0pO时间点t2和t5(或者延迟时间tDastart和tmstop)分别地，当注入器应该要开启时通过观测螺线管电流的电流梯度来决定，以及当注入器应该要关闭时通过观测注入器电压Vu的电压梯度来决定。上升的注入器电流或者下降的注入器电压中的不连续分别地表明了注入器阀的机械开启和机械关闭。
[0030]由于MCUlO和驱动单元20之间的触发指令和数据的串行传送的运行与P⑶23的运行的完全同步，延迟时间tDE_和tD^ff可限制在亚微秒的范围内。在螺线管电流的上升沿中，中间峰值的位置表明螺线管注入器实际开启并输送燃料的时间点t2。类似地，在螺线管两端的电压'的下降沿中，中间峰值的位置表明螺线管注入器关闭并停止燃料输送时的时间点t5。如上所述，这些时间点可以以信号传送回MCU10。
[0031]图4总结了用于驱动多个感应式致动器的一个示例性方法。依照一个实施例，该方法包括接收由外部控制单元(例如图1中示出的MCU10)使用的外部时钟信号CLK(见图4流程图中的步骤41)。时钟信号CLK可在包括同步电路的驱动单元20中接收，该同步电路配置为生成与所接收到的外部时钟信号CLK同步的一个或者多个内部(即在驱动单元内部使用的)时钟信号CLKINTa、CLKINTb。此外，该方法包括(图4的流程图中的步骤42)在多个PCU23a、23b中与外部时钟信号CLK同步地接收来自外部控制单元(例如，MCU10)的触发指令。多个感应式致动器中的每一个均与P⑶23a、23b中的一个相关联。P⑶23a、23b包括在驱动电路中，并且被编程(例如使用适当的软件)。依照当前描述的方法，驱动信号SDa、SDb由PCU响应于所接收到的触发指令生成，并且与外部时钟信号同步(见图4的流程图中的步骤43)。驱动信号SDa、SDb还与外部时钟信号CLK同步，并且对应与各自的P⑶23a、23b相关联的用于感应式致动器La、Lb的一个或者多个预编程负载电流模板。与外部时钟信号CLK的同步可通过与内部时钟信号CLKINTa、CLKmb其中的一个的同步来间接地完成。
[0032]虽然本文已公开了各种示例性的实施例，但根据各种实施例的特定的实施和不脱离本发明的精神和范围，对本领域的技术人员而言显然可以做出变化和修改。对于本领域娴熟的技术人员来说显然可以适当地用执行相同功能的其他部件来代替。特别地，当能够实现实质上相等的结果时，信号处理功能可以在时域或者是在频域中执行。应当提及的是，参考特定的【专利附图】
【附图说明】的特征可以与其他附图中的特征相结合，即使这些特征在其他附图中并未明确地提及。而且，本发明的方法可以全部使用适当的处理器指令在软件实现中完成，或者利用硬件逻辑和软件逻辑结合的混合实现以达到相同的结果。这种对概念的修改旨在被所附权利要求覆盖。
【权利要求】
1.一种用于驱动多个感应式致动器的驱动单元，包括: 时钟终端，配置为接收由处于所述驱动单元外部的外部控制单元使用的外部时钟信号; 串行总线接口，配置为通过串行总线与所述外部控制单元通信，其中所述串行总线配置为传送以下两者: 与所述外部时钟信号同步的触发指令，所述触发指令指示多个可编程控制电路(PCU)中的至少一个响应于与所述外部时钟信号同步的所述触发指令来生成用于所述多个感应式致动器的驱动信号；以及 与所述多个PCU中的至少一个PCU相关联并且与所述外部时钟信号同步的数据，其中所述数据由所述多个PCU中的至少一个使用，以响应于所述触发指令生成所述驱动信号。
2.如权利要求1所述的驱动单元， 其中在所述串行总线接口没有接收到与所述外部时钟信号同步的所述触发指令中的至少一个触发指令的至少一个时段内，所述串行总线接口接收与所述多个PCU中的至少一个相关联并与所述外部时钟信号同步的所述数据。
3.如权利要求1所述的驱动单元， 其中传送与所述外部时钟信号同步的所述触发指令以及与所述多个PCU中的至少一个相关联并与所述外部时钟信号同步的所述数据是基于: 响应于与所述外部时钟信号相关联的至少一个边沿的检测来检测所述触发指令中的一个或者多个和所述数据。
4.如权利要求1所述的驱动单元， 其中使用所述串行总线接口进行传送的触发指令和数据被接收作为与所述外部时钟信号同相的串行比特流。
5.如权利要求1所述驱动单元，进一步包括: 同步电路，耦合至所述时钟终端并配置为: 接收所述外部时钟信号；以及 生成与所述外部时钟信号同步的一个或者多个内部时钟信号； 其中，基于所述一个或者多个内部时钟信号，所述多个PCU通过所述串行总线接口从所述外部控制单元接收与所述外部时钟信号同步的所述触发指令。
6.如权利要求5所述的驱动单元， 其中所述驱动单元提供所述一个或者多个生成的内部时钟信号至所述串行总线接口，以使所述外部控制单元和所述驱动单元之间的数据传输同步。
7.如权利要求5所述的驱动单元， 其中所述同步电路包括锁相环路(PLL)，所述锁相环路配置为生成与所述外部时钟信号同步的所述一个或者多个内部时钟信号。
8.如权利要求1所述的驱动单元，进一步包括: 多个测量电路，所述多个测量电路各自耦合至所述串行总线接口，并与所述多个感应式致动器中的一个相关联，并配置为: 从所述多个感应式致动器中的一个接收至少一个反馈信号； 数字化所述至少一个反馈信号；以及 通过所述串行总线接口，将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据发送给所述外部控制器单元。
9.如权利要求8所述的驱动单元， 其中所述测量电路进一步配置为: 将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据通过所述多个PCU中的一个或者多个发送给所述外部控制器单元。
10.如权利要求1所述的驱动单元，进一步包括 多个测量电路，所述多个测量电路各自耦合至所述串行总线接口并与所述多个感应式致动器中的一个相关联，并且配置为: 从所述多个感应式致动器中的一个接收至少一个反馈信号； 数字化所述至少一个反馈信号；并 将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据通过所述多个PCU中的一个或者多个发送给所述外部控制器单元。
11.如权利要求10所述的驱动单元， 其中所述多个PCU中的一个或者多个被编程为根据所述至少一个反馈信号调整所述驱动信号。
12.一种用于驱动多个感应式致动器的方法，该方法包括: 接收由外部控制单元使用的外部时钟信号； 在多个可编程控制电路(PCU)处从所述外部控制单元接收触发指令，所述触发指令与所述外部时钟信号同步，其中所述多个PCU各自与所述多个感应式致动器中的一个相关联； 响应于所述的所接收到的触发指令并使用所述多个PCU，生成与所述外部时钟信号同步的用于所述多个感应式致动器的驱动信号；以及 接收与所述多个PCU中的至少一个相关联并与所述外部时钟信号同步的数据，其中所述数据由所述多个PCU中的至少一个使用，以响应于所述触发指令生成所述驱动信号。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括: 生成一个或者多个内部时钟信号，所述内部时钟信号与从所述外部控制单元接收到的所述外部时钟信号同步； 其中生成与所述外部时钟信号同步的所述驱动信号的步骤包括: 使用所述生成的一个或者多个内部时钟信号，与所述外部时钟信号同步地对所述多个PCU中的一个或者多个进行时钟控制。
14.如权利要求12所述的方法， 其中将去往所述外部控制单元和来自所述外部控制单元的数据传输与所述外部时钟信号同步的步骤包括: 生成一个或者多个内部时钟信号，所述一个或者多个内部时钟信号与从所述外部控制单元接收到的所述外部时钟信号同步；并且 使用所述内部时钟信号中的至少一个以同步从所述外部控制单元接收所述触发指令。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 使用所述内部时钟信号中的至少一个，以同步去往所述外部控制单元和来自所述外部控制单元的数据传输。
16.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 针对与所述各自的PCU相关联的所述感应式致动器，使用所述内时钟信号中的至少一个来使用所述PCU同步地生成与所述外部时钟信号同步的并且对应于一个或者多个预编程负载电流模板的驱动信号。
17.如权利要求13所述的方法，进一步包括: 使用锁相环路(PLL)以根据所述外部时钟信号生成所述内部时钟信号。
18.如权利要求12所述的方法，进一步包括: 使用各自与所述多个感应式致动器中的一个相关联的所述多个测量电路中的至少一个，测量来自所述感应式致动器的至少一个反馈信号。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括: 使用所述多个测量电路中的至少一个，数字化所述至少一个反馈信号；以及 与所述内部时钟信号同步地，将所述至少一个反馈信号中的一个或者多个和来源于所述至少一个反馈信号的数据发送给所述外部控制单元。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括: 数字化所述至少一个反馈信号，并且将所述至少一个反馈信号或者所述来源于所述至少一个反馈信号的数据，发送给与所述感应式致动器相关联的所述PCU，所述反馈信号已在所述感应式致动器处被测量。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括: 基于所述至少一个反馈信号，使用所述PCU调整与所述外部时钟信号同步的所述驱动信号的生成。
22.一种引擎控制单元包括: 微控制器单元(MCU);以及 驱动单元，配置为驱动多个感应式致动器，所述驱动单元包括: 时钟终端，配置为接收由所述MCU使用的外部时钟信号； 串行总线接口，配置为通过串行总线与所述MCU通信；以及 多个可编程控制电路(PCU)，所述多个PCU各自与所述多个感应式致动器中的一个相关联，并且与所述外部时钟信号同步，而且耦合至所述串行总线接口，其中所述多个PCU各自配置为: 通过所述串行总线接口，从所述MCU接收与所述外部时钟信号同步的触发指令；以及 针对与所述各自的PCU相关联的所述感应式致动器，响应于接收到的触发指令，生成对应于所述外部时钟信号同步的一个或者多个预编程负载电流模板的驱动信号。
23.如权利要求22所述的引擎控制单元，进一步包括: 印刷电路板(PCB)； 其中所述MCU和所述驱动单元均布置在装配在所述PCB上的分开的芯片封装中。
【文档编号】F02D41/14GK104421022SQ201410409445
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】C·施魏克特, J·沙弗 申请人:英飞凌科技股份有限公司
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