高压共轨电控系统喷油器驱动电路的优化

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喷油器驱动电路是电控系统的重要组成部分。喷油器断电后,影响电流下降速率的电路部分为续流电路。喷油器工作过程的不同阶段对电流下降速率有不同的要求。在零脉宽与保持阶段,电流下降慢是喷油器稳定工作的前提,并且有利于控制电流的下降范围,有利于减少电能的使用;在喷油器关闭阶段,电流下降快,可以缩短关闭过程的持续时间,提高对喷油量的控制精度。因此,续流电路直接决定驱动电路的工作性能。常用的喷油器驱动电路,只使用一种模式的续流电路。即在喷油器的工作过程中,电流的下降规律不变。这样无法满足喷油器工作过程的不同阶段对电流下降速率不同的需求。本文在喷油器驱动电路中,引入续流电路转换的理念。在喷油器工作的不同过程,使用不同模式的续流电路控制电流的下降规律。根据喷油器工作过程不同阶段对电流下降速率的需求,选用下降速率最慢的D型续流电路控制零脉宽与保持阶段的电流下降规律,选用下降速率最快的无续流电路控制关闭阶段的电流下降规律。但是在喷油器关闭阶段,电流下降速率过快,喷油器电磁线圈会产生极大的自感电动势。自感电动势的危害主要体现在喷油器电磁线圈的高边产生很大的负过冲,烧毁高边驱动芯片。因此,在喷油器关闭阶段选用BUCK型续流电路控制电流的下降规律。在引脚VS增加一个反向的续流二极管与地相连,抑制负过冲,保证高边驱动芯片不会烧毁。虽然降低了喷油器关闭阶段的电流下降速率,但是电路的安全性得以保证。接着因为高边芯片的引脚VS悬浮,造成高边MOS管不能正常打开,所以在此处增加一个下拉电阻消除悬浮,消除高边MOS管不能打开的现象。虽然高边驱动芯片不再烧毁,但是在喷油器关闭阶段的初始时间,由于出现负过冲后,引脚VS处的续流二极管未完全导通,仍出现了一个尖峰式的负过冲。这个尖峰式的负过冲会偶然性的造成高边芯片自锁,导致驱动电路失去控制。针对尖峰式的负过冲,本文提出了使用电容的钳位能力减缓喷油器电磁线圈高边的电压下降速率,使电压下降速率慢于续流二极管的导通速率,这样可以消除尖峰式的负过冲。由于下拉电阻使引脚VS恢复到0V的时间慢,喷油器两次喷射的间隔时间长,不能将这款电路应用于使用多脉冲的电控系统中。因此,选用芯片IR20153S作为这款电路的高边驱动芯片。芯片IR20153S具有引脚VS自我下拉、耐负过冲能力强,控制高边MOS管时上电、去电速率独立可调。使用这款芯片作为高边驱动芯片,喷油器关闭后,引脚VS迅速恢复到0V快,驱动电路可以应用于使用多脉冲的电控系统中。最后给出一种在多缸机电控系统中,使用这种续流模式可转换的驱动电路的布局方案,减少芯片的使用量与简化电路。通过简要的分析与实验验证,优化后的驱动电路可以更好的节约电能,减少电路的发热量与提高喷油量的控制精度,取得了不错的效果。
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