高速开关电磁阀驱动电路的制作方法

本实用新型涉及一种电磁阀驱动电路，尤其涉及一种高速开关电磁阀驱动电路。

背景技术：

高速开关电磁阀因其具有响应速度快、价格低廉、抗污染能力强、工作可靠等优点被广泛运用于自动控制系统中。高速开关电磁阀的响应速度对控制系统的性能有着很重要影响，其响应速度的快慢，不仅高速开关电磁阀本身的结构特点有关外，而且还与开关电磁阀的驱动电路有着不可分割的关系，所以设计一种合理的驱动电路对于进一步提高控制系统的性能有着十分重要的意义。

传统高速开关电磁阀驱动电路存在以下缺陷：

1）只采用高压激励、不考虑高压激励时电流限制。为了提高开关电磁阀的响应时间，一般多采用高电压激励。提高虽然电压可以缩短电流上升时间，从而加快能量注入速度；但是当电流形成的电磁力足够推动阀芯运动后，若继续加大电磁力只能增加阀芯的加速度，当气隙减小后，电磁力在电流不变的情况下本身也会快速上升，所以继续增加电流对响应时间的提高就并不十分明显，但大电流产生的热量对高速开关电磁阀的负面影响则逐渐显著。

2）续流方式采用二极管续流。大电流工作时，二极管消耗的无用功较大；另外，电磁阀线圈中存储的能量被二极管以热量的方式消耗时，消耗越快，PWM频率需要越高才能做到电流的维持，频率越高对电路的要求就会越高。

3）开关电磁阀从高激励电流向低维持电流过度时，其电流下降速度较慢。此过程由于阀芯移动到位后，电磁铁组件磁阻较小，同电磁阀开启时相比，相同电磁力下需要的电流值要小得多，过渡过程太长会产生大量无用功耗。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型旨在提供一种可进行参数优化的高速开关电磁阀驱动电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：它包括驱动模块电路、参考电压模块电路、用于连接两者的逻辑运算模块电路；驱动模块电路由半桥驱动芯片、低边NMOS驱动芯片、电流检测芯片以及三个NMOS管组成，参考电压模块由DA转换芯片和模拟开关组成，逻辑运算模块电路由运放器、比较器以及或非门组成

在上述技术方案中，半桥驱动芯片的型号为IR2302驱动，低边NMOS驱动芯片的型号为TC4422，电流检测芯片的型号为AD8210。

运放器的型号为OPA491，比较器的型号为MAX942，或非门的型号为74AC02。运放器组成滤波隔离电路，对参考电压、开关电磁阀电流信号进行滤波隔离处理；比较器实现参考电压与高速开关电磁阀电流信号大小的比较；或非门对比较器输出结果和控制信号进行逻辑运算。其输出作为高速开关电磁阀驱动模块的输入信号。

参考电压模块用于设置和切换高激励电流参考电压和低维持电流，参考电压DA转换芯片的型号为MCP4822、模拟开关的型号为TS5A3159。

与现有技术比较，本实用新型采用上述技术方案，具有以下优点：

1）对高速开关电磁阀的驱动电流实现了精确的控制，在允许提高激励电压的同时又限制了激励电流的过分增加。

2）使用半桥驱动芯片组成高边驱动电路，其输出的一对互补的PWM波形刚好构成了高边开关的驱动波形和续流MOS管回路的驱动波形，使用MOS管续流比一般的二极管或者电阻电容续流方式消耗的功率更小。

3）为高速开关电磁阀提供两条可切换的续流路径：一条消耗最小功率，使PWM波形频率更低，驱动电路稳定性更好，无用功率更小；另一条快速吸收大量功率，使高激励电流和低维持电流之间的切换时间以及电流关闭时间极短，使驱动电路无用功率最小，高速开关电磁阀响应时间最快。

附图说明

图1是驱动模块电路的示意图；

图2是逻辑运算模块电路的示意图；

图3是参考电压模块电路的示意图

图中：驱动模块电路1、逻辑运算模块电路2、参考电压模块电路3。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步说明：

如图2所示：逻辑控制模块电路2由型号为OPA491运放器、型号为MAX942的比较器、型号为74AC02的或非门组成。运放器组成滤波隔离电路，对参考电压、开关电磁阀电流信号进行滤波隔离处理；比较器实现参考电压与开关电磁阀电流信号大小的比较；或非门对比较器输出结果和控制信号进行逻辑运算，其结果作为高速开关电磁阀驱动模块的输入信号。

U5组成有源滤波电路，对输入的开关电磁阀电流信号和参考电压信号进行滤波，并通过滤波电容实现对PWM周期时间的控制，U6组成滞回比较器，A比较器对输入的开关电磁阀电流信号和参考电压信号进行比较，当输入的开关电磁阀电流信号低于参考电压信号的时候A比较器输出低电平，这时候如果输出信号mcu high set为高电平，那么U4B输出高电平，打开开关电磁阀驱动模块中的高边开关Q1；当输入的开关电磁阀电流信号高于参考电压信号的时候A比较器输出高电平，这时候无论输出信号mcu high set是什么电位，U4B输出低电平，关闭开关电磁阀驱动模块中的高边开关Q1。U6的B比较器用作过流检测，当电流过高后会直接关闭开关电磁阀驱动模块中的低边开关Q3。

如图1所示：驱动模块电路2由型号为IR2302的半桥驱动芯片、型号为TC4422的低边NMOS驱动芯片、型号为AD8210的电流检测芯片以及三个NMOS管组成。半桥驱动芯片组成自举电路驱动高边NMOS管；低边NMOS驱动芯片驱动低边NMOS管；电流检测芯片构成开关电磁阀电流检测电路。

U1组成Q1的驱动电路，U2组成Q3的驱动电路，Q2用于提供开关电磁阀续流回路和电容C6的充电回路，TVS1用作Q3的漏源击穿保护和为电流快速下降提供开关电磁阀线圈能量泄放回路。当Q3打开，Q1输出PWM波形时，在高电平期间，电流由Q1到R7和R8再通过开关电磁阀再从Q3返回到地，在低电平期间，电流通过Q3到Q2再通过R7和R8最后流过开关电磁阀，维持电流方向不变。当Q1和Q3同时关断时，电流通过TVS1到Q2再通过R7和R8最后流过开关电磁阀，维持电流方向不变，由于TVS1能瞬间吸收大量功率，导致开关电磁阀线圈中积累的能量快速释放，从而形成电流快速下降，不会使开关电磁阀线圈因为大电流激励时间太长而发热或者因为电流关断时间较慢而导致开关电磁阀关闭时间较长。在正常工作时，使用Q2代替续流二极管，可以使开关电磁阀线圈中的能量消耗最慢，使小电感线圈续流时间变长，有效的降低了PWM信号的频率，使电路设计更简单可靠，电磁兼容性能更好。E1是储能电容，为高电流激励期间提供瞬时大电流。U3组成开关电磁阀电流检测电路，为逻辑控制模块提供电流信号输入。

如图3所示：参考电压模块电路3由型号为TS5A3159的模拟开关组成。分压电阻设置开关电磁阀高激励电流和低维持电流的比较器参考电压，由模拟开关进行参考电压选择后输出到逻辑控制模块。

R80和R82对5V电源电压进行分压，产生高激励电流参考电压，R81和R83对5V电源电压进行分压，产生维持电流参考电压，U13用于切换输出到逻辑运算模块的参考电压。