一种阀体峰值保持控制电路及控制方法与流程

1.本发明涉及峰值保持驱动电路领域，尤其涉及一种阀体峰值保持控制电路及控制方法。


背景技术：

2.峰值保持(peak-hold)广泛应用于大功率阀体控制，与传统控制方法相比，峰值保持的峰值过程能够在驱动开始较短时间内输出大电流，以有效地加快阀体的响应速度，在达到工作点之后保持过程减小电流，维持开启状态。
3.常见的峰值保持电路包括可调电阻式、脉宽调制是和双电压式，可调电阻式电路结构简单易于实现，但其功耗加到受到功率电阻额定功率及尺寸限制。双电压式可在阀体不同工作阶段提供不同电压来维持不同电流需求，达到快速启动关断和减小功耗的目的，但是已收到电池电压波动影响。脉宽调制式电路结构简单，功耗低并可降低电池电压波动对阀体体的影响，但其最高驱动电压受电池电压限制。目前，由综合双电压式和脉宽调制式两种结构优势，同时使用两个高边开关和一个低边开关及电流检测电路构成的峰值保持电路。该峰值保持电路能够根据开关状态和负载电流状态执行控制，但采用两个高边一个低边的设计增加电路及电路控制的复杂度。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种阀体峰值保持控制电路及控制方法。
5.第一方面，本发明提供一种阀体峰值保持控制电路，包括：驱动开关q1，所述驱动开关q1的漏极一方面经二极管d1连接电池电源，所述二极管d1的n极接电池电源、p极连接所述驱动开关q1的漏极，所述驱动开关q1的漏极另一方面连接阀体中线圈l1的一端，所述线圈l1的另一端连接电池电源，所述线圈l1和所述驱动开关q1的漏极之间设置接地的电容c1；所述驱动开关q1的源极经电阻r1接地，所述电阻r1的两端连接控制所述驱动开关q1的控制电路，所述控制电路基于所述电阻r1两端压差、输入控制电路的参考电平和输入控制电路的gtm01信号驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持过程。
6.更进一步地，所述控制电路包括：采集单元、比较单元、控制单元和与逻辑单元，其中所述采集单元采集所述电阻r1两端压差，所述比价单元比较所述压差和所述控制单元提供的参考电平，并将比较结果输出到所述与逻辑单元，所述与逻辑单元将比较单元的输出与控制单元提供的gtm01信号相与，利用与逻辑计算结果驱动所述驱动开关q1。
7.更进一步地，所述采集单元采用运放u2，所述比较单元采用比较器u1，所述与逻辑单元采用与门u3；所述运放u2的同相输入端和反向输入端连接于所述电阻r1的两端，所述运放u2的输出端连接比较器u1的反相输入端，所述比较器u1的同相输入端经电阻r3连接所述控制单元的dac01，所述dac01提供参考电平，所述比较器u1的输出端经电阻r4连接与门u3的一个输入端，所述与门u3的另一输入端经电阻r2连接所述控制单元的gtm01，所述与门
u3的输出端连接所述驱动开关q1的栅极。
8.更进一步地，所述dac01提供的所述参考电平包括两种，一种为峰值电流对应的第一参考电平，另一种为保持电流对应的第二参考电平。
9.更进一步地，控制电路基于电阻r1两端压差、参考电平和gtm01信号驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持过程包括：
10.off阶段，在off阶段，所述驱动开关q1关闭，没有电流流过阀体中的线圈l1；
11.boost阶段，将gtm01信号设为正以控制所述驱动开关q1打开，将所述dac01信号设置为峰值电流对应第一参考电平，使电流快速增加；
12.peak-off阶段：电流增长达到所述第一参考电平对应的峰值电流之上后，比较器u1的输出会变负，gtm01信号为正，通过所述与门u3a处理后，所述驱动开关q1的栅极变负，所述驱动开关q1关闭，作用在阀体中线圈l1两端的电压为二极管正向压降，阀体电流逐渐下降；
13.peak-on阶段：电流下降到所述第一参考电平对应的峰值电流之下后，比较器u1的输出为正，gtm01信号为正，通过所述与门u3a后，所述驱动开关q1的栅极为正，所述驱动开关q1打开，电流很快上升；
14.峰值过程中，控制电路状态在peak-off阶段和peak-on阶段间切换，直到峰值过程结束；
15.peak-decay阶段：gtm01信号为正，将dac01信号设置为保持电流对应的第二参考电平，由于第二参考电平相较第一参考电平变低，所述比较器u1的输出会变负，通过所述与门u3a后，所述驱动开关q1的栅极变负，所述驱动开关q1关闭，电流急速下降；
16.hold-on阶段：电流下降到通过所述第二参考电平对应的保持电流之下后，所述比较器u1的输出为正，gtm01信号为正，通过所述u3a与门后，所述驱动开关q1的栅极为正，所述驱动开关q1打开，加载在阀体线圈l1两端的电压为正且接近于电池电压，电流增加；
17.hold-off阶段：电流增加到所述第二参考电平对应的保持电流以上后，电流增大导致所述比较器u1的输出会变负，gtm01信号为正，通过所述与门u3a后，输出到所述驱动开关q1的栅极的信号变负，所述驱动开关q1关闭，由于二极管的正向压降，电流逐渐下降；
18.保持过程中，控制电路状态在hold-off阶段和hold-on阶段间切换，直到峰值过程结束；
19.end阶段：控制gtm01信号为负，将所述驱动开关q1关闭。
20.第二方面，本发明提供一种阀体峰值保持控制电路的控制方法，使所述的阀体峰值保持控制电路基于电阻r1两端压差、输入控制电路的参考电平和gtm01信号驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持过程，包括：
21.off阶段，在off阶段，所述驱动开关q1关闭，没有电流流过阀体中的线圈l1；
22.boost阶段，将gtm01信号为正控制所述驱动开关q1打开，将所述dac01信号设置为峰值电流对应第一参考电平，使电流快速增加；
23.peak-off阶段：电流增长达到与第一参考电平对应的峰值电流之上后，在gtm01信号为正的情况下，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号为负，所述驱动开关q1关闭，作用在阀体中线圈l1两端的电压为二极管正向压降，阀体电流逐渐下降；
24.peak-on阶段：电流下降到第一参考电平对应的峰值电流之下后，在gtm01信号为
正的情况下，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号为正，所述驱动开关q1打开，电流很快上升；
25.峰值过程中，控制电路状态在peak-off阶段和peak-on阶段间切换，直到峰值过程结束；
26.peak-decay阶段：将dac01信号设置为正，将dac01信号设置为保持电流对应的第二参考电平，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号变负，所述驱动开关q1关闭，电流急速下降；
27.hold-on阶段：电流下降到所述第二参考电平对应的保持电流之下后，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号为正，所述驱动开关q1打开，加载在阀体线圈l1两端的电压为正且接近于电池电压，电流增加；
28.hold-off阶段：电流增加到所述第二参考电平对应的保持电流以上后，所述控制电路输出到所述驱动开关q1的栅极的信号变负，所述驱动开关q1关闭，由于二极管的正向压降，电流逐渐下降；
29.保持过程中，控制电路状态在hold-off阶段和hold-on阶段间切换，直到峰值过程结束；
30.end阶段：控制gtm01信号为负，将所述驱动开关q1关闭。
31.本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
32.本技术的阀体峰值保持控制电路中的驱动开关q1的漏极一方面经二极管d1连接电池电源，所述二极管d1的n极接电池电源、p极连接所述驱动开关q1的漏极，所述驱动开关q1的漏极另一方面连接阀体中线圈l1的一端，所述线圈l1的另一端连接电池电源，所述线圈l1和所述驱动开关q1的漏极之间设置接地的电容c1；所述驱动开关q1的源极经电阻r1接地，所述电阻r1的两端连接控制所述驱动开关q1的控制电路，所述控制电路基于所述电阻r1两端压差、输入控制电路的参考电平和输入控制电路的gtm01信号驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持过程。本技术在单输出口的情况下，实现峰值保持的控制，提高阀体的响应速度，降低阀体的运行温度，延长阀体的使用寿命。同时降低软件控制的复杂度和控制计算量，提高控制执行的响应速度。本技术的电路结构简单，基于单个驱动开关的实现峰值保持，需求的控制接口少，能提升阀体的控制稳定性，且能提供更低成本解决方案。
附图说明
33.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为一种脉宽调制式的峰值保持电路的示意图；
36.图2为一种两个高边开关、一个低边开关及电流检测电路构成的峰值保持电路的示意图；
37.图3为本发明实施例提供的一种阀体峰值保持控制电路的示意图；
38.图4为本发明实施例提供的一种阀体峰值保持控制电路的控制方法的流程图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
41.参阅图1所示，脉宽调制式的峰值保持电路包括：高边开关q3，所述高边开关q3的漏极连接电池电源，所述高边开关q3的栅极经电阻r9耦合于驱动信号gtm03，所述高边开关q3的源极连接线圈l2的一端，所述线圈l2与所述高边开关q3的源极之间设置接地的电容c3和接地的二极管d2，其中，所述二极管d2的n极连接所述线圈l2、p极接地；所述线圈l2的另一端连接低边开关q2的漏极，所述线圈l2与所述低边开关q2的漏极之间连接接地的电容c2，所述低边开关q2的栅极经电阻r10连接驱动信号gtm02，所述低边开关q2的源极经电阻r11接地，所述电阻r11两端分别连接运放u4的同相输入端和反相输入端，所述运放u4配合所述电阻r11进行电流测量。
42.工作原理为：off阶段：所有的开关均为关闭状态，没有电流经过阀体。boost阶段：控制刚刚开始时，所述高边开关q3和低边开关q2同时打开，电流快速增加。peak-off阶段：电流快速增加到峰值上限进入peak-off阶段，所述高边开关q3关闭，所述低边开关q2打开，作用在阀体两端的电压为二极管正向压降，电流迅速下降。peak-on阶段：电流下降到峰值电流下限时，切换到peak-on阶段，开关状态与boost阶段完全相同，电流快速上升。整个峰值阶段在peak-off和peak-on之间切换，使峰值阶段中电流在峰值电流上线和峰值电流下限之间呈锯齿状振荡，直至峰值阶段结束。peak-decay阶段：峰值阶段结束后，进入peak-decay阶段，全部开关关闭，因二极管存在，线圈l2续流时，加载在其两端的电压为负，且数值接近boost电平，电流急速下降。hold-on阶段：电流下降到保持电流下限时切换到hold-on阶段，所述高边开关q3和所述低边开关q2打开，加到线圈l2两端的电压为正且接近电池电压，电流开始增加。hold-off阶段：电流增加到保持电流上限时，切换到hold-off阶段，所述高边开关q3关闭，所述低边开关q2打开，由于二极管的正向压降，电流逐渐降低。在保持过程中，电路状态在hold-on和hold-off之间切换，电流在保持电流上限和保持电流下限之间振荡直至保持过程结束。end阶段，接收到停止信号时，为保证阀体迅速响应关闭，需要将阀体电流快速降低到零。此时，开关全部关闭，一个数值接近boost电平的负电压作用在线圈l2两端，使电流迅速减小为零。
43.参阅图2所示，同时由两个高边开关、一个低边开关及电流检测电路构成的峰值保持电路包括：高边开关q5，所述高边开关q5的漏极连接电池电源，所述高边开关q5的栅极经电阻r7接驱动信号gtm05，所述高边开关的源极经二极管d3连接线圈l3的一端，且所述线圈的该端设置接地的二极管d4，所述二极管d3和所述二极管d4的n极接所述线圈l3。所述线圈l3的另一端连接电容c4的一个极板，所述电容c4的另一极板接地，所述线圈l3的另一端连
接于高边开关q6的漏极，使所述高边开关q6的漏极接vboost高压，所述高边开关q6的栅极经电阻r8连接驱动信号gtm06，所述高边开关q6的源极耦合到所述线圈l3与二极管d3之间。所述线圈l3的另一端连接低边开关q4的漏极，所述低边开关q4的源极经电阻r5接地，所述电阻r5两端连接用于进行电流测量的运放u5，所述低边开关q4的栅极经电阻r6连接驱动信号gtm04。
44.工作原理为：off阶段：所有的开关均为关闭状态，没有电流经过阀体。boost阶段：控制刚刚开始时，驱动所述高边开关q6和所述低边开关q4同时打开，vboost高压同时作用域线圈l3的两端电流快速增加。peak-off阶段：电流快速增加到峰值上限进入peak-off阶段，驱动所述高边开关q5和所述高边开关q6关闭，所述低边开关q4打开，作用在阀体两端的电压为二极管正向压降，电流迅速下降。peak-on阶段：电流下降到峰值电流下限时，切换到peak-on阶段，开关状态与boost阶段完全相同，电流快速上升。整个峰值阶段在peak-off和peak-on之间切换，使峰值阶段中电流在峰值电流上线和峰值电流下限之间呈锯齿状振荡，直至峰值阶段结束。peak-decay阶段：峰值阶段结束后，进入peak-decay阶段，驱动全部开关关闭，因二极管存在，线圈l3续流时，加载在其两端的电压为负，且数值接近vboost高压，电流急速下降。hold-on阶段：电流下降到保持电流下限时切换到hold-on阶段，所述高边开关q5和所述低边开关q4打开，加到线圈l3两端的电压为正且接近vdd，电流开始增加。hold-off阶段：电流增加到保持电流上限时，切换到hold-off阶段，所述高边开关q5和所述高边开关q6关闭，所述低边开关q4打开，由于二极管的正向压降，电流逐渐降低。在保持过程中，电路状态在hold-on和hold-off之间切换，电流在保持电流上限和保持电流下限之间振荡直至保持过程结束。end-of-injection阶段，接收到停止信号时，为保证阀体迅速响应关闭，需要将阀体电流快速降低到零。此时，开关全部关闭，一个数值接近vboost高压的负电压作用在线圈l3两端，使电流迅速减小为零。
45.实施例1
46.参阅图3所示，本发明实施例提供一种阀体峰值保持控制电路，基于一个输入控制电路的参考电平和一个gtm01信号驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持过程，包括：
47.驱动开关q1，所述驱动开关q1的漏极一方面经二极管d1连接电池电源，所述二极管d1的n极接电池电源、p极连接所述驱动开关q1的漏极，所述驱动开关q1的漏极另一方面连接阀体中线圈l1的一端，所述线圈l1的另一端连接电池电源，所述线圈l1和所述驱动开关q1的漏极之间设置接地的电容c1；所述驱动开关q1的源极经电阻r1接地，所述电阻r1的两端连接控制所述驱动开关q1的控制电路，所述控制电路基于所述电阻r1两端压差、输入控制电路的参考电平和gtm01信号驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持过程。
48.所述控制电路包括：采集单元、比较单元、控制单元和与逻辑单元，其中所述采集单元采集所述电阻r1两端压差，所述比价单元比较所述压差和所述控制单元提供的参考电平，并将比较结果输出到所述与逻辑单元，所述与逻辑单元将比较单元的输出与控制单元提供的gtm01信号相与，利用与逻辑计算结果驱动所述驱动开关q1。
49.具体实施过程中，所述采集单元采用运放u2，所述比较单元采用比较器u1，所述与逻辑单元采用与门u3；所述运放u2的同相输入端和反向输入端连接于所述电阻r1的两端，所述运放u2的输出端连接比较器u1的反相输入端，所述比较器u1的同相输入端经电阻r3连
接所述控制单元的dac01，所述dac01提供参考电平，所述dac01提供的所述参考电平包括两种，一种为峰值电流对应的第一参考电平，另一种为保持电流对应的第二参考电平；所述比较器u1的输出端经电阻r4连接与门u3的一个输入端，所述与门u3的另一输入端经电阻r2连接所述控制单元的gtm01，所述与门u3的输出端连接所述驱动开关q1的栅极。
50.本技术所提供的一种阀体峰值保持控制电路通过以下过程实现峰值保持控制，包括：
51.off阶段：所述驱动开关q1关闭，此时，没有电流流过阀体中的线圈l1。
52.boost阶段：控制的开始阶段，通过gtm01信号控制所述驱动开关q1打开，将所述dac01设置为峰值电流对应第一参考电平(具体数值根据r1阻值和u2的放大系数确定)，电流快速增加。
53.peak-off阶段：电流增长达到dac01通过第一参考电平设置峰值电流之上后，切换到peak-off阶段，gtm01信号为正，但作用于比较器u1的输出会变负，通过所述与门u3a处理后，所述驱动开关q1的栅极变负，所述驱动开关q1关闭，作用在阀体两端的电压为二极管正向压降，因此阀体电流逐渐下降。
54.peak-on阶段：电流下降到dac01通过第一参考电平设置峰值电流之下后，切换到peak-on阶段，gtm01信号为正，作用于比较器u1的输出同样为正，通过所述与门u3a后，所述驱动开关q1的栅极为正，所述驱动开关q1打开，电流很快上升。由于放大器和比较器存在压摆率参数，电流在dac01通过第一参考电平设置峰值电流上下呈锯齿状震荡，电路状态也在peak-off和peak-on间切换，直到峰值过程结束。
55.peak-decay阶段：峰值过程结束保持过程开始前，需要将电流减小到保持电流附近。gtm01信号为正，通过dac01设置保持电流对应的第二参考电平，由于第二参考电平相较第一参考电平变低，所述比较器u1的输出会变负，通过所述与门u3a后，所述驱动开关q1的栅极变负，所述驱动开关q1关闭。由于二极管的存在，阀体线圈l1续流时，加载在其两端的电压均为负且幅值接近boost电平，因此电流急速下降。
56.hold-on阶段：电流下降到通过dac01设置的第二参考电平对应的保持电流之下后，切换到hold-on阶段。gtm01信号为正，所述比较器u1的输出同样为正，通过所述u3a与门后，所述驱动开关q1的栅极为正，所述驱动开关q1打开，加载在阀体线圈l1两端的电压为正且接近于电池电压，因而电流又开始增加。
57.hold-off阶段：电流增加到通过dac01设置的第二参考电平对应的保持电流以上后，切换到hold-off阶段。gtm01信号为正，由于电流增大导致所述比较器u1的输出会变负，通过所述与门u3a后，输出到所述驱动开关q1的栅极的信号变负，所述驱动开关q1关闭，由于二极管的正向压降，电流逐渐下降。由于放大器和比较器存在压摆率参数，电流在所设置的保持电流上下呈锯齿状震荡，电路状态也在hold-off和hold-on间切换。直到接收到停止信号，结束保持过程。
58.end阶段：接收到停止信号时，为保证迅速结束，需要迅速将阀体电流减小到零。此时gtm01信号为负，所述驱动开关q1关闭。
59.实施例2
60.参阅图4所示，本发明实施例提供一种阀体峰值保持控制电路的控制方法，用于驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持控制过程。
61.所述阀体峰值保持控制电路的控制方法基于电阻r1两端压差、输入控制电路的参考电平和gtm01信号驱动所述阀体峰值保持控制电路实现峰值保持过程，包括：
62.off阶段，在off阶段，所述驱动开关q1关闭，没有电流流过阀体中的线圈l1。
63.响应对阀体的控制请求进入boost阶段：将gtm01信号为正控制所述驱动开关q1打开，将所述dac01信号设置为峰值电流对应第一参考电平，使电流快速增加。
64.peak-off阶段：电流增长达到与第一参考电平对应的峰值电流之上后，在gtm01信号为正的情况下，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号为负，所述驱动开关q1关闭，作用在阀体中线圈l1两端的电压为二极管正向压降，阀体电流逐渐下降。
65.peak-on阶段：电流下降到第一参考电平对应的峰值电流之下后，在gtm01信号为正的情况下，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号为正，所述驱动开关q1打开，电流很快上升。
66.峰值过程中，控制电路状态在peak-off阶段和peak-on阶段间切换，直到峰值过程结束。具体实施过程中，根据阀体控制需求设定相应的第一循环次数阈值，检测控制电路状态在peak-off阶段和peak-on阶段间切换的次数是否达到所述第一循环次数，若达到，则进入peak-decay阶段，否则继续peak-off阶段和peak-on阶段间切换。
67.peak-decay阶段：将dac01信号设置为正，将dac01信号设置为保持电流对应的第二参考电平，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号变负，所述驱动开关q1关闭，电流急速下降。
68.hold-on阶段：电流下降到所述第二参考电平对应的保持电流之下后，所述控制电路向所述驱动开关q1的栅极提供的信号为正，所述驱动开关q1打开，加载在阀体线圈l1两端的电压为正且接近于电池电压，电流增加。
69.hold-off阶段：电流增加到所述第二参考电平对应的保持电流以上后，所述控制电路输出到所述驱动开关q1的栅极的信号变负，所述驱动开关q1关闭，由于二极管的正向压降，电流逐渐下降。
70.保持过程中，控制电路状态在hold-off阶段和hold-on阶段间切换，直到峰值过程结束。具体实施过程中，根据阀体控制需求设定相应的第二循环次数阈值，检测控制电路在在hold-off阶段和hold-on阶段间切换的次数是否达到所述第二循环次数，若达到，则进入end阶段，否则继续hold-off阶段和hold-on阶段间切换。
71.end阶段：控制gtm01信号为负，将所述驱动开关q1关闭。
72.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的结构实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
73.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
74.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
75.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。