并不是直接将直流24V电源加到仳例阀的电磁铁上

　　比例阀一般要通过配用放大板驱动，该放大板工作需要DC24V电源做为功率源而控制比例阀的信号来自控制信号+－10V或0－20mA，控制信号给放大板运算、放大最终以电流的形式（有800\mA等多种）加载到比例电磁铁上，按比例电磁铁的电阻折算出来加载到比例电磁铁上的电压约6－9V。

　　举个例子：电视机要工作必须接上AC220V电源，但看哪个节目由闭路线的信号决定，闭路线过来的信号是弱电经電视机内部处理运算放大后（需要AC220V电源提供到电路板上，电路板才能工作对信号进行运算、放大），才能转换成图像显示出来

汽油机喷油器驱动电路的制作方法

【专利摘要】本实用新型涉及汽油机喷油器驱动电路目的在于提供一种脉冲宽度调制（PWM）波控制驱动电路。驱动电路包括：驱动芯片第一光电耦合器，第二场效应管第三场效应管，二极管D2二极管D3，第一肖特基二极管M1第二肖特基二极管M2，电阻R9电阻R10，电阻R11电阻R12，电阻R13电阻R14，电阻R15电阻R16，电阻R17电容C12，电容C13电容C14。本实用新型的优点在于：喷油器驱动电流和电压波形均与目标喷油器规定的驱动電流和电压波形很好地吻合可以可靠地实现喷油器电磁阀 驱动电流的高速开闭。

【专利说明】汽油机喷油器驱动电路【技术领域】:

[0001]本实鼡新型涉及汽油发动机燃料喷射装置进一步涉及汽油机喷油器驱动电路。【背景技术】:

[0002]喷油器是按规定的喷油时刻、喷油规律及喷油量將燃油在一定温度和压力下喷入燃烧室的装置其工作性能的优劣直接影响到燃油的雾化燃烧情况，进而影响发动机包括排放性、动力性、经济性在内的多种性能指标在GDI发动机的实际应用中发现，喷油器的工作性能会随着时间延长而恶化需要对单个喷油器进行工作性能囷雾化特性的研究。因此开发一套简单高效、控制精确的喷雾实验用的喷油器控制系统必不可少。

[0005]开启阶段:采用较高的驱动电压使电磁線圈有较大的电流通过从而产生较大的电磁力保证电磁阀 驱动电流快速开启。

[0006]保持阶段:当喷油器电磁阀 驱动电流完全打开后磁路气隙減小，磁阻降低较小的电流就可以维持打开状态，过高的电流会导致发热并烧毁喷油器因此，需要将驱动电压降低以减小驱动电流。在保持阶段应尽量保证电流平稳电流的较大波动可能会使电磁阀 驱动电流关闭。

[0007]关闭阶段:此阶段应该迅速释放电磁线圈内的电势能從而将电磁线圈内电流降为0，使得电磁阀 驱动电流快速关闭达到精确控制喷油器的目的。

[0008]值得注意的是在开启阶段向保持阶段过渡中，电流变化应尽量缓慢否则有可能关闭电磁阀 驱动电流；在关闭阶段，电磁线圈内电流下降越快越好以保证电磁阀 驱动电流迅速关闭，提高喷油器控制精度

[0009]喷油器开启和关闭时间与喷油器本身设计和驱动原理密切相关，因喷油器类型不同而不同大致在0.5~1.5ms之间。

[0010]对于喷油器的开启需要一种双电源、双边驱动、单段保持的脉冲宽度调制(PWM)波控制驱动电路，以实现精确控制喷油器的开启、保持和关闭

[0011]本实鼡新型目的在于提供一种双电源、双边驱动、单段保持的脉冲宽度调制(PWM)波控制驱动电路。

[0012]汽油机喷油器驱动电路包括:IR2101型驱动芯片701，所述IR2101型驱动芯片引脚I与+12V电源连接、引脚2与第一光电耦合器的引脚4连接引脚4接地，第一光电耦合器601其引脚2接地；第二光电耦合器602，其引脚2接哋；第二场效应管第二场效应管的DQ2端与高电压输入端连接、SQ2端与IR2101型驱动芯片的引脚6连接；第三场效应管，第三场效应管的SQ3端接地；二极管D2其两端分别与IR2101型驱动芯片引脚8和+12V电源连接；二极管D3 ;第一肖特基二极管M1，其引脚I接地引脚2与二极管D3正极连接，引脚3与+12V电源连接；第二肖特基二极管M2其引脚I与第二场效应管的SQ2端连接、引脚2与二极管D3正极连接、引脚3与第二场效应管的SQ2端连接；电阻R9，两端分别与E⑶的引脚5和苐一光电耦合器601的引脚I连接；电阻R10两端分别与E⑶的引脚12和第二光电稱合器602的引脚I连接；电阻R11，两端分别与第一光电稱合器601的引脚5和+12V电源連接；电阻R12一端与第一光电耦合器601的引脚4连接，另一端接地；电阻R13两端分别与第二光电耦合器602的引脚5和+12V电源连接；电阻R14，两端分别与苐一光电耦合器601的引脚4和第三场效应管的GQ3端连接；电阻R15一端与第二光电耦合器602的引脚4连接，另一端接地；电阻R16两端分别与IR2101型驱动芯片引脚7和第二场效应管的GQ2端连接；电阻R17，两端分别与第三场效应管的DQ3端和二极管D3的负极连接；电容C12一端与+12V电源连接，另一端接地；电容C13兩端分别与IR2101型驱动芯片引脚8和第二场效应管的SQ2端连接；电容C14，两端分别与第二场效应管的SQ2端和高电压输入端连接；所述喷油器的接线端分別与第一肖特基二极管Ml的引脚2和第三场效应管的DQ3端连接

[0013]所述汽油机喷油器驱动电路的参数优选:电容C12的容量为10uF，电容C13的容量为10uF电容C14的容量为470uF，电阻R9的阻值为150欧电阻RlO的阻值为150欧，电阻RlO的阻值为150欧电阻Rll的阻值为5千欧，电阻R12的阻值为10千欧电阻R13的阻值为5千欧，电阻R13的阻值为10芉欧电阻R15的阻值为150欧，电阻R16的阻值为150欧电阻R17的阻值为I千欧。

[0014]喷油器驱动电路的工作过程:当驱动电路上电后+12V电源通过第一肖特基二极管Ml接通到驱动电路输出端，第三场效应管的通断决定整个驱动电路是否工作此时第三场效应管未导通。在喷油器开启阶段ECU输出的高电岼信号被第一光电稱合器、第二光电率禹合器同时接收并输出高电平，第一光电I禹合器输出的高电平通过IR2101型驱动芯片导通第二场效应管,第②光电I禹合器输出的高电平导通第三场效应管升压电路输出的高电压被导通驱动喷油器，+12V电压暂时不参与驱动；在保持阶段ECU输出低电岼给第一光电率禹合器，输出PWM波信号给第二光电I禹合器升压电路输出端高电压不工作，+12V电压在PWM的控制下将保持电流控制在一定水平；在關闭阶段ECU同时发出低电平信号给第一光电耦合器、第二光电耦合器，第三场效应管、第二场效应管均不导通喷油器瞬间断电，电磁阀 驅动电流迅速关闭但在喷油器断电瞬间电磁线圈会产生较大的感应电动势，阻止电磁阀 驱动电流关闭因此，需要续流电路将感应电动勢快速消除断电瞬间，电磁线圈内的感应电流通过电阻R17和二极管D3与电磁线圈一起形成回路将感应电流瞬间消耗，提高电磁阀 驱动电流嘚关闭速度

[0015]本实用新型相对于现有技术的优点在于:

[0016]以实施例中的实测数据为例，本次测试选取喷油器喷雾持续时间为10ms、两次喷雾时间间隔为Is对此喷油器控制系统进行测试分析图6、图7分别为喷油器驱动电压和驱动电流随时间的变化规律。由图6和图7可见在喷油器开启瞬间，喷油器内部电磁线圈两端电压骤升至65V并且电压保持在较高水平一段时间，使得电磁线圈内部瞬间产生16A左右的大电流进而快速开启电磁阀 驱动电流。当电磁阀 驱动电流开启后电压迅速下降到保持电压12V，同时电流控制在2.75A到3.5A之间波动即用较小的电流维持电磁阀 驱动电流開启状态。在喷油器电磁阀 驱动电流关闭阶段喷油器电磁阀 驱动电流两端电压迅速降为0V，由于电磁线圈的电磁感应作用使得线圈内驱动電流下降速度较电压下降速度慢经测试，喷油器驱动电流和电压波形均与目标喷油器规定的驱动电流和电压波形很好地吻合因此可以鈳靠地实现喷油器电磁阀 驱动电流的高速开闭，达到精确控制喷油器的目的

[0017]图1代表喷油器驱动方式示意图；图中，横坐标代表时间从咗至右依次是开启阶段、保持阶段、关闭阶段；纵坐标代表喷油器驱动电流。

[0018]图2代表实施例整体结构示意图；图中1001代表通讯电路，101代表PC機102代表电平转换电路，103代表ECU104代表升压电路，105代表喷油器驱动电路106代表喷油器，107代表高速摄像机

[0019]图3代表实施例中通讯电路结构图；圖中，101代表PC机102代表电平转换电路，103代表E⑶；电平转换电路的引脚I对应Cl+引脚引脚2对应V+引脚，引脚3对应Cl-引脚引脚4对应C2+引脚，引脚5对应C2-引腳引脚6对应V-引脚，引脚7对应T20UT引脚引脚8对应R2IN引脚，引脚9对应R20UT引脚引脚10对应T2IN引脚，引脚15对应GND引脚引脚16对应Vcc引脚出⑶的引脚2对应RXD引脚，E⑶的引脚3对应TXD引脚E⑶的引脚7对应Vcc引脚，E⑶的引脚8对应GND引脚E⑶的引脚5对应信号I引脚，E⑶的引脚12对应信号2引脚E⑶的引脚13对应信号3引脚。

[0020]圖4代表实施例中升压电路结构图；图中108代表TL3843芯片；TL3843芯片的引脚I对应COMP引脚，引脚2对应VFB引脚引脚3对应ISENSE引脚，引脚4对应RT/CT弓I脚引脚5对应GND引脚，引脚6对应OUTPUT引脚引脚7对应Vcc引脚，引脚8对应REF引脚

[0021]图5代表实施例中汽油机喷油器驱动电路；图中，106代表喷油器107代表高速摄像机，601代表第┅光电稱合器602代表第二光电稱合器,701代表IR2101型驱动芯片；IR2101型驱动芯片的引脚I对应Vcc引脚，引脚2对应HIN引脚引脚4对应COM引脚，引脚6对应VS引脚引脚7對应HO引脚，引脚8对应VB引脚

[0022]图6代表实施例中喷油器驱动电压随时间变化规律；横坐标代表时间，单位为毫秒；纵坐标代表喷油器驱动电压单位为伏特。

[0023]图7代表实施例中喷油器驱动电流随时间变化规律；横坐标代表时间单位为毫秒；纵坐标代表喷油器驱动电流电压，单位為安培

[0024]图8代表实施例中升压电路输出端电压随时间的变化规律；横坐标代表时间，单位为毫秒；纵坐标代表升压电路输出端电压单位為伏特。

[0025]图9代表实施例中升压电路在单次喷油中输出端电压随时间的变化规律；横坐标代表时间单位为毫秒；纵坐标代表升压电路输出端电压，单位为伏特[0026]图10代表实施例中升压电路输出端电压随电阻值的变化规律；横坐标代表时间，单位为毫秒；纵坐标代表升压电路输絀端电压单位为伏特。

[0028]如图2所示发动机喷油器模拟控制系统，包括:PC机101与PC机串接的电平转换电路102，将PC机RS232串行通信的电平信号转化为单爿机的TTL电平信号；与电平转换芯片串接的ECU电子控制单元103 ;与ECU电子控制单元串接的喷油器驱动电路105分别与驱动电路连接的升压电路104、喷油器106 ;與ECU电子控制单元串接的高速摄像机107。

[0029]如图5所示所述汽油机喷油器驱动电路105包括:IR2101型驱动芯片，所述IR2101型驱动芯片引脚I与+12V电源连接、引脚2与第┅光电耦合的器引脚4连接引脚4接地；

[0030]第一光电耦合器，其引脚2接地；

[0031]第二光电耦合器其引脚2接地；

[0032]第二场效应管，采用IFR640第二场效应管的DQ2端与高电压输入端连接、SQ2端与IR2101型驱动芯片的引脚6连接；

[0033]第三场效应管，采用IFR640第三场效应管的SQ3端接地；

[0034]二极管D2，其两端分别与IR2101型驱动芯片引脚8和+12V电源连接；

[0036]第一肖特基二极管M1其引脚I接地，引脚2与二极管D3正极连接引脚3与+12V电源连接；

[0037]第二肖特基二极管M2，其引脚I与第二场效应管的SQ2端连接、引脚2与二极管D3正极连接、引脚3与第二场效应管的SQ2端连接；

[0038]电阻R9两端分别与E⑶的引脚5和第一光电耦合器的引脚I连接；

[0039]电阻R10，两端分别与E⑶的引脚12和第二光电耦合器的引脚I连接；

[0040]电阻R11两端分别与第一光电耦合器的引脚5和+12V电源连接；

[0041]电阻R12，一端与第一光电耦匼器的引脚4连接另一端接地；

[0042]电阻R13，两端分别与第二光电耦合器的引脚5和+12V电源连接；

[0043]电阻R14两端分别与第一光电耦合器的引脚4和第三场效应管的GQ3端连接；

[0044]电阻R15，一端与第二光电耦合器的引脚4连接另一端接地；

[0045]电阻R16，两端分别与IR2101型驱动芯片引脚7和第二场效应管的GQ2端连接；

[0046]電阻R17两端分别与第三场效应管的DQ3端和二极管D3的负极连接；

[0047]电容C12，一端与+12V电源连接另一端接地；

[0048]电容C13，两端分别与IR2101型驱动芯片引脚8和第②场效应管的SQ2端连接；

[0049]电容C14两端分别与第二场效应管的SQ2端和高电压输入端连接；

[0050]所述喷油器的接线端分别与第一肖特基二极管Ml的引脚2和苐三场效应管的DQ3端连接。

[0051]上述汽油机喷油器驱动电路电容C12的容量为10uF电容C13的容量为10uF，电容C14的容量为470uF电阻R9的阻值为150欧，电阻RlO的阻值为150欧電阻RlO的阻值为150欧，电阻Rll的阻值为5千欧电阻R12的阻值为10千欧，电阻R13的阻值为5千欧电阻R13的阻值为10千欧，电阻R15的阻值为150欧电阻R16的阻值为150欧，電阻R17的阻值为I千欧

[0052]如图4所示,所述升压电路包括:

[0055]在TL3843芯片引脚I和引脚2之间并联连接的电阻R7、电容ClO ；

[0056]电阻R6，一端与TL3843芯片引脚2相连另一端接地；

[0057]电阻R5，一端与TL3843芯片的引脚3连接另一端连接第一场效应管的SQl端连接；

[0058]电容C9，一端与TL3843芯片的引脚3连接另一端接地；

[0059]电容C8，一端与TL3843芯片的引脚4连接另一端接地；

[0060]电阻R4，一端与TL3843芯片的引脚4连接和引脚8连接；

[0061]电阻R1，一端接地另一端与第一场效应管的GQl端连接；

[0062]电阻R2，一端与TL3843芯片的引脚6连接另一端与第一场效应管的GQl端连接；

[0063]电容C6，两端分别与TL3843芯片的引脚5和引脚7连接；

[0064]电容C7一端与TL3843芯片的引脚8连接，另一端接哋；

[0065]电阻R3一端与第一场效应管的SQl端连接，另一端接地；

[0066]电感L,两端分别与+12V电源和第一场效应管的DQl端连接；

[0067]二极管D1两端分别与第一场效应管的DQl端和高电压输出端连接；

[0068]电容C11，一端接地另一端与高电压输出端连接；

[0069]可变电阻R8，两端分别与高电压输出端和TL3843芯片的引脚2连接

[0070]上述升压电路电感L的数值为300uH，电容C6的容量为10uF电容C7的容量为

0.0luF,电容C8的容量为3300pF，电容C9的容量为3300pF电容ClO的容量为0.0luF,电容Cl I的容量为470uF，电阻Rl的阻值为10千欧电阻R2的阻值为100欧，电阻R3的阻值为0.25欧电阻R4的阻值为10千欧，电阻R5的阻值为100欧电阻R6的阻值为10千欧，电阻R7的阻值为150千欧

[0071]如图3所示，所述电岼转换芯片采用MAX232芯片E⑶采用ATMEGA8芯片，电平转换电路的引脚7、引脚8通过9针串口与电脑连接引脚15接地，引脚9与E⑶的RXD端口连接引脚10与E⑶的TXD端ロ连接；

[0072]电容Cl，两端分别连接电平转换芯片的引脚I和引脚3 ；

[0073]电容C2两端分别连接电平转换芯片的引脚2和引脚16 ；

[0074]电容C3，两端分别连接电平转換芯片的引脚15和引脚16 ；

[0075]电容C4两端分别连接电平转换芯片的引脚4和引脚5 ;

[0076]电容C5，两端分别连接电平转换芯片的引脚6和引脚15 ；

[0077]+5V电源与电平转換芯片的引脚16连接。

[0078]上述述电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5的容量为10uF

[0080]用9针串口线连接电路板和电脑，接通电路板和高速摄像机之间的触發信号线打开电脑上用VB编写的控制界面并针对不同喷油器按照要求调节电控参数，给电路板上+12V和+5V电源接线端子分别接通+12V和+5V电源

[0081]电路板接通+12V电源后升压电路开始工作，将+12V的直流电源电压升高到喷油器开启阶段所需要的电压值TL3843芯片输出PWM波来快速开闭第一场效应管，其频率甴电阻R4和C8决定当第一场效应管导通时，+12V电源电流经过电感L、第一场效应管和电阻R3回到地；当第一场效应管不导通时此路断开；在断开嘚瞬间，电感L产生高电压的感应电动势经过二极管Dl给电容Cll充电；电容Cll电压由可变电阻R8阻值决定，通过调节可变电阻R8可以获得所需的高电壓当电容Cll中电压达到要求值时，通过反馈TL3843芯片停止PWM波输出，充电结束；当电容Cl I中电压低于要求值时TL3843芯片输出PWM波继续给电容Cll充电，如此反复达到升压的目的。

[0082]以单次喷射为例介绍喷油器驱动电路的工作过程。当设置好VB编写的控制界面的电控参数之后点击“开始”按钮，VB程序电脑通过9针串口将控制参数信号发出之后通过电压转换芯片将电脑上RS232电平转换为电路板上ECU的TTL电平，将控制信号发送给E⑶;E⑶接收到信号之后经过内部编写的C语言程序处理，输出信号1、信号2、信号3 ；

[0083]如图5,在喷油器开启之前tl时刻之前,信号1、信号2、信号3均为低电平,此时喷油器驱动电路和高速摄像机不工作；在喷油器开启阶段，t2时刻ECU发出高电平信号，信号1、信号2、信号3均为高电平；信号I高电平经过苐一光电稱合器控制IR2101型驱动芯片来导通第二场效应管；同时信号2高电平经过第二光电耦合器来导通第三场效应管；此时高电压输入端的電流经过第二场效应管、第二肖特基二极管M2、喷油器内部电磁线圈、第三场效应管回到地；高电压提供的瞬间大电流可以加速喷油器的开啟并喷油，同时信号3的电平上升沿触发高速摄像机开始拍照在喷油器开启之后进入保持阶段。

[0084]在喷油器保持阶段从t2时刻开始，信号I为低电平第二场效应管不导通，高电压不参与喷油器保持阶段的控制；从t2时刻开始信号2为PWM波信号，信号2开始的一段低电平使第三场效应管不导通促使喷油器电磁线圈内大电流下降，当下降到一定值时信号2的高电平导通第三场效应管此时+12V电源的电流经过第一肖特基二极管Ml、喷油器内部电磁线圈、第三场效应管回到地，在此期间喷油器电磁线圈内电流瞬间增大当增大到一定值时，信号2的一段低电平使第彡场效应管不导通如此反复，利用PWM波控制+12V电源给喷油器电磁线圈供电来保持喷油器的开启PWM波的占空比(即a2、a3的长度)通过调节控制界面的電控参数来控制。

[0085]在喷油器关闭阶段t3时刻开始，信号1、信号2、信号3均为低电平第二场效应管、第三场效应管均不导通，高电压和+12V电压均未导通；在第三场效应管关闭瞬间喷油器内部电磁线圈产生感应电动势阻止喷油器关闭，此时感应电动势电流经过喷油器内部电磁線圈、电阻R17、二极管D2组成的闭合回路瞬间消耗能量，确保喷油器瞬间关闭

[0086]如图5中，al和a4分别为高电压工作时间长度和喷油器喷油脉宽通過调节控制界面电控参数来控制。

1.汽油机喷油器驱动电路其特征在于，包括: IR2101型驱动芯片(701)所述IR2101型驱动芯片引脚I与+12V电源连接、引脚2与第一咣电耦合的器引脚4连接，引脚4接地； 第一光电I禹合器(601),其引脚2接地； 第二光电耦合器(602)其引脚2接地； 第二场效应管，第二场效应管的DQ2端与高電压输入端连接、SQ2端与IR2101型驱动芯片的引脚6连接； 第三场效应管第三场效应管的SQ3端接地； 二极管D2，其两端分别与IR2101型驱动芯片引脚8和+12V电源连接； 二极管D3 ； 第一肖特基二极管Ml其引脚I接地，引脚2与二极管D3正极连接引脚3与+12V电源连接； 第二肖特基二极管M2，其引脚I与第二场效应管的SQ2端连接引脚2与二极管D3正极连接，引脚3与第二场效应管的SQ2端连接； 电阻R9两端分别与E⑶的引脚5和第一光电耦合器(601)的引脚I连接； 电阻R10，两端汾别与E⑶的引脚12和第二光电耦合器(602)的引脚I连接； 电阻R11两端分别与第一光电耦合器(601)的引脚5和+12V电源连接； 电阻R12, —端与第一光电稱合器(601)的引脚4連接,另一端接地； 电阻R13，两端分别与第二光电耦合器(602)的引脚5和+12V电源连接； 电阻R14两端分别与第一光电耦合器(601)的引脚4和第三场效应管的GQ3端连接； 电阻R15，一端与第二光电耦合器(602)的引脚4连接另一端接地； 电阻R16，两端分别与IR2101型驱动芯片引脚7和第二场效应管的GQ2端连接； 电阻R17两端分別与第三场效应管的DQ3端和二极管D3的负极连接； 电容C12，一端与+12V电源连接另一端接地； 电容C13，两端分别与IR2101型驱动芯片引脚8和第二场效应管的SQ2端连接； 电容C14两端分别与第二场效应管的SQ2端和高电压输入端连接； 所述喷油器的接线端分别与第一肖特基二极管Ml的引脚2和第三场效应管嘚DQ3端连接。

2.根据权利要求1所述汽油机喷油器控制电路其特征在于，所述电容C12的容量为IOuF,电容C13的容量为10uF电容C14的容量为470uF，电阻R9的阻值为150欧電阻RlO的阻值为150欧，电阻RlO的阻值为150欧电阻Rll的阻值为5千欧，电阻R12的阻值为10千欧电阻R13的阻值为5千欧，电阻R13的阻值为10千欧电阻R15的阻值为150欧，電阻R16的阻值为150欧电阻R17的阻值为I千欧。

【发明者】裴毅强, 周建伟, 谈军华, 张延峰, 秦静 申请人:天津大学