专利名称：一种新型燃气喷气阀的驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃气喷气阀的驱动技术。
背景技术：
目前的燃气喷气阀驱动电路，大多采用分立MOSFET驱动，器件发热严重，体积较 大，集成度低，整体可靠性不高。另外有些电路采用了高低边同时驱动，但缺乏相应的诊断 功能，不能准确判定故障时的问题节点。鉴于这些缺陷，我们设计了以下电路来。
发明内容本实用新型的目的是为了提高电路的可靠性，改善驱动性能而提供一种新型燃气 喷气阀的驱动电路，具备快速关断、Peak-Hold功能以及诊断功能。本实用新型的技术方案是这样得以实现的一种新型燃气喷气阀的驱动电路， 其特点是它包括(1)用于采集主单片机的燃气喷气阀控制指令，发出控制信号，并实现 Peak-Hold功能，大的Peak电流用于启动喷气阀，在喷气阀落座后用较小的Hold电流进 行维持，实现故障诊断及保护的逻辑控制单片机；(2)受逻辑控制单片机控制的，用于驱 动喷气阀，并实现电路的开路、对地短路、对电源短路故障诊断的高边驱动电路；(3)受逻 辑控制单片机控制的，一方面用于驱动喷气阀，另一方面用于实现喷气阀快速关断的低边 MOSFET驱动电路；(4)用于实现喷气阀电流采样并输出至逻辑控制单片机，配合Peak-Hold 功能实现的功率采样电阻及运放电路。与传统的燃气喷气阀驱动电路相比，本实用新型具备高集成度、易扩展、可靠性高 的优点，具备诊断功能、Peak-Hold功能，成本低廉且易于工程实现。
图1是本实用新型的工作原理方框图。图2是Peak-Hold功能示意图。图3是本实用新型的高边驱动电路原理图。图4是本实用新型的反向器电路原理图。图5是本实用新型的低边MOSFET驱动及运放电路原理图。图中1—主控单片机，2——逻辑控制单片机，3——高边驱动电路，4——喷气 阀，5——低边MOSFET驱动电路，6——运放电路，7——功率采样电阻，8——反向器电路， 9——喷气阀，10——低边MOSFET驱动电路，11——运放电路，12——功率采样电阻，13—— 反向器电路，Ul——高边驱动芯片BTS5236，U2——反向器集成块74HC240DB，U3——运放
土夬 LM2904, Rl R20-电阻，Cl C5-电容，D1A、DIB、D2A、D2B-二极管，Ql-
MOSFET 器件 IRLR2905。
具体实施方式
整个电路构成如图1所示，图1中仅显示了驱动两路喷气阀4和9的情况，当需要 驱动更多路喷气阀时，电路结构类似。虚框内的本实用新型的燃气喷气阀的驱动电路，与主 控单片机1进行通信，响应主控单片机1发出的喷气驱动指令，并通过高、低边驱动电路的 驱动，实现喷气阀的驱动，并具备多种故障诊断功能。主控单片机1的型号为S12XE ；用于计算喷气时间、喷气脉宽，并据此发出喷气驱 动指令。逻辑控制单片机2的型号为XC2734，用于响应主控电子控制单元的指令；通过控 制高边驱动电路3和低边MOSFET驱动电路5及10来驱动喷气阀4及9 ；并通过功率采样 电阻7及12和高边驱动电路3实现电流采样；通过高边驱动电路实现故障诊断。高边驱动电路3采用了 Ul高边驱动芯片BTS5236，该芯片为双路高边驱动信号输 入；具备电流采样和故障诊断功能；当高边驱动芯片打开时，喷气阀4和9与电池接通，实 现喷气阀开通。低边MOSFET驱动电路5和10采用的MOSFET器件Ql的型号为IRLR2905，当低边 MOSFET打开时，喷气阀4和9分别通过功率采样电阻7和12接地，实现喷气阀开通。运放电路6和11采用U3运放块LM2904,与功率采样电阻7和12共同实现电流采样。反向器电路8和13采用型号为74HC240DB的集成块U2用于低边MOSFET驱动。当逻辑控制单片机2，通过捕获单元，收到主控单片机1的打开喷气阀指令时，逻 辑控制单片机2做出动作，打开高边驱动电路3和低边MOSFET驱动电路5及10，并根据 Peak-Hold控制逻辑，调整输出电流。喷气阀需要Peak-Hold功能，即在喷气阀启动时需要 输出大电流，而在喷气阀落座后仅用一个较小电流就可以维持。如图2所示，在逻辑控制单片机2得到主控单片机1发出的喷气阀驱动指令即图2 中的a为高电平时，首先控制高边驱动芯片Ul和低边MOSFET器件Ql共同导通，喷气阀上 电流即图2中的c会逐渐增加，在A处达到4. 5安培左右的峰值电流，喷气阀落座；维持一 个短暂时间后，高边驱动芯片Ul的驱动信号即图2中的b改为PWM方式，低边MOSFET器件 Ql的驱动信号即图2中的d维持为高电平；通过PWM调制，喷气阀上电流维持在B点，此时 喷气阀上的电流为1安培左右，用于维持喷气阀工作。当逻辑控制单片机得到主控单片机 发出的喷气阀驱动指令为低电平时，高边驱动芯片Ul和低边MOSFET器件Ql共同关断；图 2中的b禾Π d高低边的驱动信号同为低电平，喷气阀上电流即图2中的c也为低电平而被关 断。如果该功能由主控单片机S12XE完成，主控单片机芯片资源会大量占用，可靠性也得不 到保证。因此，使用逻辑控制单片机XC2734产生高低边驱动信号，电路的调试和标定实现 起来就更方便。如图3所示，高边驱动电路是通过型号为BTS5236的高边驱动芯片Ul实现的，采 用一片BTS5236芯片代替分立MOSFET器件，不仅可以保证产品一致性，而且高边驱动芯片 BTS5236自带的诊断功能也可以为系统提供诊断。逻辑控制单片机2通过引脚IN1、IN2，控 制高边驱动芯片U1，当引脚IN1、IN2输出高电平时，高边驱动芯片Ul导通；当引脚IN1、IN2 输出低电平时，高边驱动芯片Ul关断。图中VEL为外部电压。高边驱动芯片Ul通过IS1、 IS2引脚，输出故障诊断信号至逻辑控制单片机2 ；逻辑控制单片机2根据ISl和IS2的反 馈，可以诊断出喷气阀驱动电路处于过流、对地短路、对电源短路、开路等故障状态。高边驱动芯片Ul通过0UT1、0UT2引脚分别输出至喷气阀4和9，当高边驱动芯片Ul打开时，使喷 气阀与电池接通，实现喷气阀开通。如图4、图5所示，低边MOSFET器件Ql采用IRLR2905 ；由于逻辑控制单片机2的电 流驱动能力有限，因此采用了型号为74HC240DB的反向器U2，用以增大输出能力，确保低边 MOSFET器件Ql的正确导通。以喷气阀INJl为例其一端与高边驱动芯片Ul的输出OUTl 相连；另一端与低边MOSFET器件Ql的漏极INJA back相连。当逻辑控制单片机2的L0W_ INl引脚输出低电平接至反向器U2的2脚时，反向器U2的18脚L0W_0UT1输出高电平接至 低边MOSFET器件Ql的栅极，低边MOSFET器件Ql导通，喷气阀INJl启动；当逻辑控制单片 机2的L0W_mi引脚输出高电平时，反向器U2的L0W_0UT 1引脚输出低电平，低边MOSFET器 件Ql被关断，喷气阀INJl被关断。图5中的电阻R14，即图1中的功率采样电阻7或12， 电阻R14上的电压，通过运放电路中的U3运放块LM2904放大后，送入逻辑控制单片机2的 AD引脚INJl_FeedbaCk，从而计算出喷气阀上的电流；用于实现Peak-Hold功能。运放U3 的放大倍数，由电阻R15、R17、R18进行调节。采用功率采样电阻结合运算放大电路的方式， 实现喷气阀电流采样，从而实现喷气阀的Peak-Hold功能，Peak电流用于启动喷气阀，在喷 气阀落座后用较小的Hold电流进行维持；其Peak电流和Hold电流易于调节，便于调试和 标定。使用高、低边共同驱动喷气阀的目的在于，当高边驱动芯片Ul关闭时，由于喷气 阀为感性负载，喷气阀上的高压会导致MOSFET器件Ql发生雪崩，消耗能量，从而实现喷气 阀的快速关断，避免长时间续流的拖尾现象；使得喷气阀控制更加精确。
权利要求一种新型燃气喷气阀的驱动电路，其特征在于它包括(1)用于采集主单片机的燃气喷气阀控制指令，发出控制信号，并实现Peak Hold功能，大的Peak电流用于启动喷气阀，在喷气阀落座后用较小的Hold电流进行维持，实现故障诊断及保护的逻辑控制单片机；(2)受逻辑控制单片机控制的，用于驱动喷气阀，并实现电路的开路、对地短路、对电源短路故障诊断的高边驱动电路；(3)受逻辑控制单片机控制的，一方面用于驱动喷气阀，另一方面用于实现喷气阀快速关断的低边MOSFET驱动电路；(4)用于实现喷气阀电流采样并输出至逻辑控制单片机，配合Peak Hold功能实现的功率采样电阻及运放电路。
2.根据权利要求1所述的一种新型燃气喷气阀的驱动电路，其特征在于在逻辑控制 单片机与低边MOSFET驱动电路间设有增大电流驱动能力，确保低边MOSFET器件正确导通 的反向器电路。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型燃气喷气阀的驱动电路，其特征在于所述的 逻辑控制单片机型号为XC2734，通过捕获引脚采集主控单片机的喷气阀指令；通过IO输出 控制高边驱动电路；通过IO输出经过反向器电路后控制低边MOSFET驱动电路，实现对喷气 阀的控制；通过AD引脚，利用功率采样电阻及运放电路，实现对喷气阀电流的采样。
4.根据权利要求1或2所述的一种新型燃气喷气阀的驱动电路，其特征在于所述的 高边驱动电路中的高边驱动芯片采用BTS5236。
5.根据权利要求1或2所述的一种新型燃气喷气阀的驱动电路，其特征在于所述的 低边MOSFET驱动电路中的低边MOSFET器件IRLR2905，利用MOSFET雪崩现象，实现感性负 载喷气阀的快速关断。
6.根据权利要求2所述的一种新型燃气喷气阀的驱动电路，其特征在于所述的反向 器电路中的反向器芯片采用74HC240DB。
专利摘要一种新型燃气喷气阀的驱动电路，包括用于采集主单片机的燃气喷气阀控制指令，发出控制信号，并实现Peak-Hold功能，实现故障诊断及保护的逻辑控制单片机；受逻辑控制单片机控制的，用于驱动喷气阀，并实现电路的开路、对地短路、对电源短路故障诊断的高边驱动电路；受逻辑控制单片机控制的，一方面用于驱动喷气阀，另一方面用于实现喷气阀快速关断的低边MOSFET驱动电路；用于实现喷气阀电流采样并输出至逻辑控制单片机，配合Peak-Hold功能实现的功率采样电阻及运放电路。本实用新型集成度高、易扩展、可靠性高，具备诊断功能、Peak-Hold功能，成本低廉。
文档编号G05B19/042GK201681278SQ20102019003
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者华旸, 胡晨, 高建华 申请人:马鞍山普优电子科技有限公司